Mikä ovat yleisiä kotitalouksien energiavarastojärjestelmien vikoja

Kotona energiavarastojärjestelmien huoltoteknikkoina olen hyvin perillä näiden järjestelmien vikoista. Nämä järjestelmät perustuvat suuresti akkuun, jonka virheet vaikuttavat suoraan suorituskykyyn ja turvallisuuteen.

1. Akkuvirheet

Akkujen ikääntyminen on yleinen ongelma, joka ilmaantuu kapasiteetin heikkenemisenä, korkeammaksi sisäiseksi vastuksi ja alhaisemmaksi lataus-purkukapasiteetiksi. Idealisesti kotitalouksissa käytettävät litium-ioni-akut pystyisivät kiertämään 3000–5000 kertaa. Todellisessa käytössä (ympäristön ja käyttötavan vuoksi) elinkaari pidentyy noin 30%–50%. Syitä ovat pitkäaikainen liian suuri lataus/purku, korkean lämpötilan toiminta, usein suuret sähkövirrat ja luonnollinen kemiallinen rappeutuminen. Esimerkiksi purkaminen yli 80 % syvyydelle tai toiminta yli 40 °C vuosittain vähentää kapasiteettia 5%–10%.

Yli-lataus/yli-purku tapahtuvat myös usein. Yli-lataus aiheuttaa riskejä sisäisen paineen nousulle, elektroliidin hajoamiselle ja lämpövyörylle (jopa räjähdysriski). Yli-purku laskee jännitettä turvallisemman rajan alapuolelle, mikä aiheuttaa käänteettömiä vahingoita. Brändin BMS asettaa tyypillisesti SOC:n 20%–80%; 15%–20% vikoista johtuu käyttäjän virheistä tai BMS:n puutteista.

Lyhytsulut (sisäiset/ulkoinen) ovat erityisen vaarallisia. Sisäiset lyhytsulut (valmistusvirheet, vahingot tai ylikuumeneminen) vapauttavat valtavia määriä energiaa, mikä voi aiheuttaa palot/räjähdykset. Ulkoiset lyhytsulut (johtojen virheet, huonot yhteydet) lisäävät virtaa, mikä vahingoittaa komponentteja. 7%–12% varastointionnettomuuksista liittyy lyhytsuluille, usein 30 minuutin sisällä.

2. Sähköjärjestelmän virheet

Jännitepoikkeamat (35%–40% sähkövirheistä) jaetaan syöttö- ja ulostuloongelmiin. Syöttöongelmat (verkon vaihtelu, suuret sähkölähteet, inversiorikot) häiritsevät akun latausta. Ulostuloongelmat (akun tila, BMS-virheet, muuntimen virheet) aiheuttavat epävakaita purkuprosesseja. Esimerkiksi samanaikainen suuri sähköntarve voi laskea verkon jännitettä alle 190V, mikä aktivoi suojauksen ja pysäyttää latauksen.

Sulakkeet ja sähkökatkaisijat epäonnistuvat myös. Sulakkeet (esim. gBat-tyyppi, 2–5000A arvioidulla) suojaavat ylipäätään ylivirtauksilta, mutta ne tarvitsevat säännöllistä vaihtoa. Sähkökatkaisijat (esim. ABB BLK222) tarjoavat järjestelmänlaista suojaa mekaanisen energiavaraston avulla. Ne toimivat yhdessä: sulakkeet hoitavat pieniä ylivirtauksia; katkaisijat käsittelevät suuria lyhytsuluja.

Suljetuslaitteiden virheet sisältävät lukituksen, huonoja yhteyksiä tai ohjausongelmia. Yhteyden ongelmat (25% suljetuslaitteiden vikoista) johtuvat oxidoinnista, hiilen kertymisestä tai kulunutumisesta—huonommaksi kosteudessa, mikä aiheuttaa ylikuumenemisen. Mekaaniset epäonnistumiset (esim. kevään väsymys tietyssä brändissä) estävät oikean kytkentän, mikä aiheuttaa riskin keskeytykselle.

3. Lämpöhallinnan virheet

Lämpöongelmat (ylilämpö, alilämpö, tasapainon puute) uhkaavat turvallisuutta. Litium-ioni-akut toimivat parhaiten 15–25 °C lämpötiloissa; yli 35 °C elinkaari pieneni ja lämpövyöryriskeihin nousee. 10 °C lämpötilan nousu kaksinkertaistaa kapasiteetin rappeutumisen. Kesän lämpö voi nostaa akkujen lämpötilan yli 45 °C, mikä pakottaa BMS:n rajoittamaan tehoa—vaikka pitkäaikaiset korkeat lämpötilat edelleen vanhenevat akkuja.

Matalat lämpötilat heikentävät tehokkuutta: litium-ioni-akujen sisäinen vastus kasvaa, mikä vähentää niiden purkukapasiteettia (esim. fosfaatti-akut menettävät 20%–30% kapasiteettiaan 0 °C:ssa). Lämmitysjärjestelmät (vastuslämmitys/lämmonpumput) lievittävät tätä ongelmaa, mutta virhetilat tai väärä ohjaus voivat häiritä lämpötilanhallintaa.

Lämpötilan epätasapaino (batterioiden välillä oleva lämpöerottelu ΔT > 5 °C) johtaa epätasaiseen vanhenemiseen. Riittämätön ilmanvaihto (esim. tietyssä brändin järjestelmässä) voi luoda lämpöerotteita 8–10 °C, mikä aiheuttaa jotkin solut epäonnistumaan ennenaikaisesti.

4. Viestintävirheet

Älyjärjestelmät kohtaavat viestintäongelmia: moduulivirheet, häiriöt, protokollien yhteensopivuusongelmat. Kaapelin virheet (45%–50% tapauksista) (vahingot, löysi/oxidoidut yhteydet) leikkaavat BMS-akun viestintää (esim. Huawei:n 3013-hälytys DCDC-moduulin kaapelointiongelmaista).Sähkömagneettinen häiriö (Wi-Fi/Bluetooth 2.4GHz-signaalit) lisää bittivirheprosenttia 5–10-kertaiseksi tiheydessä. Järjestelmien siirtäminen tai suojatut kaapelit korjaa tämän.

Protokollien yhteensopivuusongelmat (esim. eri baud-teho, kuten 9600bps vs. 19200bps) aiheuttavat epäonnistumisia (esim. Huawei:n 2068-1/3012-hälytys versio/baud-tehon ongelmista), mikä pysäyttää operaatiot.

Lyhyesti sanottuna nämä vikat, akkujen vanhenemisesta viestintäongelmiin, vaativat huolellisuutta. On tärkeää ymmärtää syiden (ympäristö, käyttö, suunnittelu) juuret ongelmanratkaisun kannalta, varmistaaksemme, että järjestelmät toimivat turvallisesti ja tehokkaasti.