Szigetüzem

Villamos hálózattól független működést biztosító berendezések összessége, ahol általában az energiaforrás valamilyen megújuló (tiszta) energia, mint például szél- vagy napenergia. Minden szigetüzemű rendszer központi egysége az energiatároló, mely a legtöbb esetben ólom-savas vagy Li-ion akkumulátor.

Fő rendszerkomponensek:

• napelem vagy szélerőmű
• akkumulátor
• akkumulátor felügyelő rendszer (Battery Management System - BMS)
• akkumulátor töltő
• inverter

Mit jelent, hogy szigetüzemű működés?

Abban az esetben, ha a villamos hálózattól függetlenül, saját energiatárolóról (is) képes üzemelni egy rendszer, úgy azt szigetüzemű -tehát a többitől "elszigetelten" használt- rendszernek nevezzük. A szigetüzemű rendszer lelke az energiaforrás és az enegiatároló.

Ilyen rendszer lehet kicsiben például egy szünetmentes tápegységről (UPS-ről) működő berendezés is, de elsősorban azon rendszereket illetik gyakran szigetüzemű jelzővel, melyek napokban mérhető áthidalást képesek adni fogyasztóik számára.

A szigetüzemű rendszerek egyébként, kialakítástól függően, képesek lehetnek akár a villamos hálózatra a például napelemmel előállított többletenergiát visszatáplálni vagy alultermelés esetén többletenerigát felvenni a hálózatból az akkumulátorok feltöltése érdekében.

Milyen energiatároló praktikus egy szigetüzemű rendszerbe?

Szigetüzemű rendszerekben, ahol nem kritikus szempont a tömeg, elsősorban ólom-savas akkumulátorokat használnak, mert olcsók, robusztusak, nem igényelnek komoly felügyeletet, könnyen beszerezhetőek és nem kifejezetten érzékenyek a hőmérsékletre.

Hátrányuk, hogy általában csak a névleges kapacitásuk 50%-ig meríthetőek és legfeljebb 0,3C-vel tölthetőek, ami miatt a szükséges kapacitás kétszeresével kell tervezni ezen rendszereket. Még ezen tényezők betartása mellett is élettartamuk legfeljebb 4-5 év, ami nem túl kedvező, ha a napelemek 20-25 éves élettartamához viszonyítjuk.

A Li-ion technológia előnye, hogy az ólom-savas akkukhoz képest 3-4x nagyobb energia- és teljesítménysűrűségűek, így jóval kevesebb kell belőlük ugyanakkora kapacitású energiatároló blokk kialakításához, illetve, hogy így jóval kisebb ugyanakkor rendszer tömege Li-ion akkuval, mint ólom-savassal.

Hátrányuk, hogy mindenképp BMS-t igényelnek és érzékenyek a hőmérsékletre, különösen 0°C alatt. Az általánosságban elterjedt vélemény, miszerint a Li-ion akkumulátor veszélyes, mert gyúlékony és robbanhat igaz bizonyos körülmények között, de fenntartással kell kezelni ezen távolságtartásra intő megállapításokat manapság.

Vannak nagyteljesítményű Li-ion cellák, melyek péládul nikkel-aluminium-kobalt-oxid (NCA) vagy nikkel-mangán-kobalt-oxidból (NMC) katódból állnak, ezek sérülés vagy a megengedett üzemi tartományon kívül használat esetén kigyulladhatnak. NMC cellát használnak a legtöbb elektromos autóban, többek között például a Teslaban is.

Viszont van nagy tűrőképességű, gyulladásgátolt, biztonságos li-ion akkumulátort, melyet a lítium-vasfoszfát (LiFePO) vagy a lítium-vas-iridium-foszfát (LiFeYPO) cellák képeznek. Cserében viszont ezen cellák névleges feszültsége csak 3,2V (ellentétben a nagyteljesítményű cellák 3,7V-os feszültségével), így emiatt több kell belőlük egy akkutelep felépítéséhez. A LiFePO cellák hatásfoka is valami rosszabb, mint társaié.

A LiFePo közkedvelt típus azért is, mert az ólom-savas rendszerekből ismert és kialakult 12,24,48V-os rendszerekbe illeszthetők, vagyis kis rátartással csereszabatos e két technológia egymással.