Jakie są typowe awarie systemów magazynowania energii domowych?

Jako technik naprawczy pierwszej linii jestem biegły w sprawdzaniu awari systemów magazynowania energii domowych. Te systemy silnie polegają na bateriach, których uszkodzenia bezpośrednio wpływają na wydajność i bezpieczeństwo.

1. Awarie baterii

Starzenie baterii to częsty problem, który objawia się obniżoną pojemnością, wyższym oporem wewnętrznym i niższą efektywnością ładowania-rozładowania. Ideálnie, litowo-jonowe baterie domowe powinny przetrwać 3000-5000 cykli. Jednak rzeczywiste warunki użytkowania (z uwagi na środowisko i nawyki) skracają ich żywotność o 30%-50%. Przyczyny obejmują długotrwałe przeciążanie/rozładowanie, pracę przy wysokich temperaturach, częste cykle o wysokim prądzie oraz naturalny rozkład chemiczny. Na przykład, rozładowanie powyżej 80% głębokości lub działanie powyżej 40°C rocznie zmniejsza pojemność o 5%-10%.

Przeciążanie/przeładowanie również zdarza się często. Przeciążanie niesie ryzyko wzrostu ciśnienia wewnętrznego, rozpadu elektrolitu i termicznego uciekania (nawet eksplozji). Przeładowanie sprowadza napięcie poniżej bezpiecznych poziomów, powodując nieodwracalne uszkodzenia. System BMS danego producenta zazwyczaj ustawia SOC na 20%-80%; 15%-20% awari wynika z błędów użytkownika lub defektów BMS.

Krótkie zwarcia (wewnętrzne/zewnętrzne) są bardzo niebezpieczne. Zwarcia wewnętrzne (wynikające z wad produkcji, uszkodzeń lub przegrzewania) uwalniają ogromną ilość energii, powodując pożary/wybuchy. Zwarcia zewnętrzne (wynikające z błędów w kablowaniu, słabej izolacji) powodują gwałtowny wzrost prądu, uszkadzając komponenty. 7%-12% wypadków związanych z magazynowaniem energii związane jest z zwarciami, często występującymi w ciągu 30 minut.

2. Awarie systemu elektrycznego

Anomalie napięcia (35%-40% awari elektrycznych) dzielą się na problemy wejściowe/wyjściowe. Problemy wejściowe (fluktuacje sieci, urządzenia o dużej mocy, awarie inwertera) zakłócają ładowanie baterii. Problemy wyjściowe (stan baterii, błędy BMS, awarie konwertera) powodują niestabilne rozładowanie. Na przykład, jednoczesne zużywanie dużej mocy może obniżyć napięcie sieci poniżej 190V, aktywując ochronę i zatrzymując ładowanie.

Prewentory i wyłączniki również mogą ulec awariom. Prewentory (np. typu gBat, o nominalnej wartości od 2 do 5000A) chronią przed nadmiernym prądem, ale wymagają regularnej wymiany. Wyłączniki (np. ABB BLK222) zapewniają ochronę systemową poprzez mechaniczne przechowywanie energii. Działają one razem: prewentory radzą sobie z małymi przeciążeniami, a wyłączniki z dużymi zwarciami.

Awarie przełączników obejmują zakleszczenia, słabe kontakty lub problemy sterowania. Problemy z kontaktami (25% awari przełączników) wynikają z utleniania, nagromadzenia węgla lub zużycia – są one gorsze w wilgotnym środowisku, powodując przegrzewanie. Awarie mechaniczne (np. zmęczenie sprężyny w systemie danego producenta) uniemożliwiają prawidłowe przełączanie, narażając na awarie.

3. Awarie zarządzania ciepłem

Problemy termiczne (przegrzewanie, niedogrzewanie, nierównowaga) zagrażają bezpieczeństwu. Litowo-jonowe baterie najlepiej działają w temperaturze 15-25°C; powyżej 35°C, ich żywotność gwałtownie spada, a ryzyko termicznego uciekania rośnie. Podwyższenie temperatury o 10°C podwaja degradację pojemności. Letnie upały mogą podnieść temperaturę baterii powyżej 45°C, zmuszając BMS do ograniczenia mocy – choć długotrwałe wysokie temperatury nadal starzą baterie.

Niskie temperatury obniżają efektywność: opór wewnętrzny litowo-jonowych baterii zwiększa się, redukując ich zdolność do rozładowania (np. baterie żelazo-fosforanowe tracą 20%-30% swojej pojemności przy 0°C). Systemy grzewcze (oporne/pompowane ciepło) łagodzą ten problem, ale awarie lub niewłaściwe sterowanie mogą zakłócać regulację temperatury.

Nierównowaga temperatury (z różnicą temperatur ΔT > 5°C między komórkami baterii) prowadzi do nierównomiernego starzenia. Niedostateczna wentylacja (np. w systemie danego producenta) może tworzyć różnice temperatur 8-10°C, powodując wcześniejsze uszkodzenie niektórych komórek.

4. Awarie komunikacji

Inteligentne systemy napotykają problemy komunikacyjne: błędy modułów, zakłócenia, niezgodności protokołów. Awarie kabli (45%-50% przypadków) (uszkodzenia, luźne/zardzewiałe konektory) przerywają komunikację BMS-bateria (np. alarm 3013 firmy Huawei z powodu problemów z kablowaniem modułu DCDC).Zakłócenia elektromagnetyczne (od sygnałów Wi-Fi/Bluetooth 2.4GHz) zwiększają stopy błędów bitów 5-10 razy w zagęszczonych środowiskach. Przeniesienie systemów lub używanie kabli ekranowanych rozwiązuje ten problem.

Niezgodności protokołów (np. różne szybkości transmisji jak 9600bps vs. 19200bps) powodują awarie (np. alarmy 2068-1/3012 firmy Huawei z powodu problemów z wersją/szybkością transmisji), zatrzymując operacje.

Podsumowując, te awarie – od starzenia baterii po błędy komunikacji – wymagają czujności. Zrozumienie podstawowych przyczyn (środowiska, użytkowania, projektu) jest kluczowe do diagnozowania, zapewniając, aby systemy działały bezpiecznie i efektywnie.