Meripoijun akku ratkaisee usein sen, pysyykö AtoN, aurinkopoiju, kanavavalo tai kaukovalvonta-asema verkossa vai tarvitaanko kallista hätäpalvelumatkaa.
Toisin kuin tavallisen varavoiman kohdalla, avainkysymys ei ole vain ampeeritunnit. Kyse on siitä, voiko akku vähentää suunnittelemattomia huoltotöitä kuumissa, suljetuissa, suolahuuruisissa ja aurinkolämmitteisissä ympäristöissä.
Lyijyhappovoimalaitteet saattavat näyttää aluksi halvemmilta, mutta varhainen vikaantuminen voi merkitä alusten liikkeelle lähtöä, miehistökustannuksia, sääviivästyksiä ja navigointiriskiä. Natriumioni ei ole yleispätevä korvaaja, mutta oikein suunniteltu ja suunniteltu 12V natrium-ioniakku voi olla vakavasti otettava vaihtoehto, kun lämmöllä, PSOC-toiminnalla, auringon vaihtelulla ja pitkillä huoltoväleillä on merkitystä.
Kamada Power 12v 100Ah natriumioniakku
Miksi harkita natrium-ionia merenkulun AtoN-akkuihin?
Natrium-ioniakku voivat olla houkuttelevia merenkulun etäjärjestelmissä, koska niillä vältetään lyijyhappojen sulfatoituminen, ne voidaan suunnitella toistuviin osittaislatausjaksoihin, ne voivat tukea voimakasta varauksen hyväksymistä ja ne voivat vähentää varastoituun energiaan liittyviä riskejä, kun niitä kuljetetaan tai varastoidaan matalalla jännitteellä sopivissa malleissa.
Pelkkä kemia ei kuitenkaan riitä. Merenkulkualan akkupaketin on kestettävä kuumuutta, suolahuurua, tiivistymistä, lämpösykliä, kotelon paineen vaihtelua, MPPT-latauksen vaihtelua, kaapelin rasitusta, BMS-suojausta ja pitkiä jaksoja ilman huoltoa.
Useimmissa merenkulun AtoN-hankkeissa tärkeimmät tarkastukset ovat korkean lämpötilan validointi, PSOC-toleranssi, korroosiosuojaus, paineen tasaus, MPPT-yhteensopivuus, BMS-suojaus ja käyttöikä.
Akun kustannukset ovat toissijaisia mobilisointiriskiin nähden
Offshore AtoNissa akun vaihto on harvoin pelkkä osien vaihto. Akku voi maksaa vain muutaman sata dollaria, mutta aluksen, miehistön, työkalujen ja vaihtopakkausten lähettäminen merkkikohteeseen voi maksaa moninkertaisesti enemmän.
Tämä muuttaa ostamisen logiikkaa. Edullisempi lyijyakku voi olla hyväksyttävä helppokäyttöisessä kohteessa. Syrjäisessä poijussa varhainen vikaantuminen voi kuitenkin aiheuttaa hätätilanteen, aikatauluviivästyksiä, sää-ikkunariskin, turvallisuusmenettelyjä ja vastuun, jos merkki jää pimeäksi.
Siksi "alhaisin ostohinta" on usein väärä mittari. Parempi mittari on vältetyt huoltokustannukset: vähemmän akun vikaantumisesta johtuvia offshore-matkoja.
"Poiju-uuni"-ilmiö: Miksi lämpö muuttaa akkupäätöstä
Poijun kotelo voi kuumentua paljon ympäröivää ilmaa kuumemmaksi. Suora auringonvalo, teräs- tai komposiittikotelot, rajoitettu ilmavirtaus, tummat pinnat ja suljetut osastot voivat aiheuttaa "poiju-uunin" vaikutuksen.
Lämpö nopeuttaa akun vanhenemista. VRLA-lyijyakkujen osalta kohonnut lämpötila voi nopeuttaa verkkokorroosiota, vesihäviötä, elektrolyytin kuivumista ja sisäistä hajoamista. Normaaleissa testiolosuhteissa useita vuosia kestävä akku voi vioittua paljon aikaisemmin, jos se viettää suuren osan käyttöiästään kuumassa kotelossa.
Merenkulun aurinkoenergiajärjestelmissä lämpö yhdistyy usein epätäydelliseen lataukseen. Akku voi olla kuuma, kun sitä käytetään pitkiä aikoja ilman täyttä latausta. Tämä yhdistelmä on erityisen haitallinen lyijyhappojärjestelmille, koska se yhdistää lämpövanhenemisen sulfatoitumisriskiin.
Natrium-ionit saattavat tarjota etua korkeissa lämpötiloissa tapahtuvaa toimintaa varten validoiduissa pakkausmalleissa. Tämä etu on kuitenkin todistettava pakkaustasolla, eikä sitä voida olettaa pelkästään kemian perusteella. Kennojen, BMS:n, kotelon, pottingin, liittimien, tuuletusaukkojen, tiivisteiden, liittimien ja kaapeleiden on kestettävä meriympäristö.
Varmista ennen valintaa odotettavissa oleva kotelon lämpötila, latauslupa kyseisessä lämpötilassa, BMS-luokitus ja täyden pakkauksen lämpökierron testitulokset.
PSOC: Aurinkopoijujen akkujen piilevä vikaantumistapa
Aurinkoenergialla toimivat AtoN-järjestelmät toimivat harvoin täydellisissä latausolosuhteissa. Myrskyjen, talven, sumun, monsuunikauden tai pitkien pilvisten jaksojen aikana akku voi olla osittaisessa varaustilassa päiviä tai viikkoja. Se voi vaihdella alhaisen ja keskinkertaisen varaustilan välillä saavuttamatta täyttä latausta.
Tämä on osittainen varaustila eli PSOC (Partial State of Charge).
Lyijyakkujen osalta PSOC-toiminta voi olla erittäin vahingollista. Kun lyijyakku pysyy osittain ladattuna liian kauan, lyijysulfaatti voi kovettua levyihin. Tämä sulfatoituminen vähentää kapasiteettia, lisää sisäistä vastusta ja vaikeuttaa akun lataamista.
Kaukana sijaitsevassa aurinkopoijussa vikaantumismallista voi tulla itseään vahvistava: pilvinen sää vähentää latausta, akku jää osittain ladatuksi, sulfatoituminen vähentää kapasiteettia, latauksen hyväksyntä laskee ja järjestelmä saavuttaa alhaisen jännitteen aikaisemmin.
Natriumionilla ei ole lyijysulfaattimekanismia. Tämä tekee siitä houkuttelevan aurinkoenergian AtoN-järjestelmissä, jotka altistuvat toistuvalle osittaislataukselle. Natrium-ionia ei kuitenkaan pitäisi kuvata "PSOC:n vaikutuksen ulkopuolelle jääväksi". Pitkän aikavälin vanheneminen riippuu edelleen SOC-ikkunasta, lämpötilasta, C-nopeudesta, purkauksen syvyydestä, latausjännitteestä, BMS-strategiasta ja kennokemiasta.
Natrium-ioni voi vähentää yhtä lyijyakkujen tärkeimmistä PSOC-vikaantumismekanismeista, mutta merenkulun käyttöikä edellyttää edelleen validoituja käyttörajoja ja kenttätutkimustietoja.
Natriumioni vs. lyijyhappo vs. LiFePO4 merenkulun AtoN-käytössä
Lyijyhappo-, LiFePO4- ja natriumioniakut voivat kaikki toimia merenkulun järjestelmissä, jos ne on suunniteltu oikein. Oikea valinta riippuu huoltovälistä, lämpötilasta, latausprofiilista, turvallisuusvaatimuksista, kuljetussäännöistä, kustannusmallista ja huoltostrategiasta.
| Päätöstekijä | Lyijyhappo GEL/AGM | LiFePO4 | Natriumioni |
|---|
| PSOC-toiminta | Heikko; sulfaatioriski | Hyvä | Vahva potentiaali; ei lyijysulfaattimekanismia |
| Korkean lämpötilan ikääntyminen | Usein heikko, ellei sitä ole vähennetty | Riippuu pakkauksen rakenteesta | Lupaava, jos pakkaustaso validoidaan |
| Energiatiheys | Matala | Korkea | Kohtalainen |
| Maksun hyväksyminen | Hitaampi lähellä täyttä latausta | Nopea, jos BMS sallii | Nopea, jos BMS ja laturi sallivat |
| Kentän kypsyys | Erittäin kypsä | Kypsä | Kehittymässä; kenttätiedot kasvavat edelleen |
| Sopii parhaiten | Edulliset, helposti saavutettavat sivustot | Kypsä korkean suorituskyvyn varmuuskopiointi | Kuumat, PSOC-painotteiset, pitkäaikaiset huoltosovellukset. |
Lähtökohtana ei ole, että "natriumioni korvaa kaiken". Sitä on syytä harkita silloin, kun lyijyakut vikaantuvat varhain lämmön ja PSOC:n vuoksi tai kun LiFePO4:n käyttöä rajoittavat kustannukset, lämpötilapolitiikka, logistiikka tai hankekohtaiset riskit.
AtoN-kuorman mitoitus: Aloita järjestelmän kuormituksesta
Natriumioniakkua ei voi valita vain nimellisjännitteen ja Ah-arvon perusteella. Merenkulun AtoN:n mitoitus olisi aloitettava järjestelmän todellisesta kuormituksesta: lyhdyn teho, käyttöaste, telemetria- tai AIS-kuorma, yötunnit, autonomiapäivät, aurinkopaneelin koko, MPPT-profiili, kotelon lämpötila, ikääntymismarginaali ja huoltotavoite.
Yksinkertainen energiakaava on:
Päivittäinen energia, Wh = kuormitusteho, W × käyttötunnit
Akun tarvitsema energia, Wh = Päivittäinen energia × Autonomiapäivät ÷ Käyttökelpoinen DoD
Esimerkiksi jos poiju kuluttaa 12W 14 tunnin ajan yössä:
12W × 14h = 168Wh päivässä
Seitsemän päivän autonomian vuoksi:
168Wh × 7 = 1,176Wh
80%:ssä käyttökelpoinen purkautumissyvyys:
1,176Wh ÷ 0,80 = 1,470Wh akun nimellinen energia.
12 V:n nimellisellä järjestelmäjännitteellä:
1,470Wh ÷ 12V ≈ 122.5Ah.
Tässä esimerkissä 12 V 150 Ah:n merinatriumioniakku voi olla realistisempi kuin 12 V 100 Ah:n akku riippuen lämpötilamarginaalista, ikääntymismarginaalista, auringon palautumisesta, BMS-virtarajoista ja varakapasiteetista.
Merenkulun kotelointitekniikka: IP-luokitus on vain lähtökohta
Merenkulun akku voi pettää, vaikka kennot olisivat kunnossa. Suolasumu, tiivistyminen, painevaihtelut, kaapeliläpiviennit, liittimien korroosio, tärinä ja BMS-altistuminen ovat usein todellisia vikakohtia.
Yleinen virhe on olettaa, että täysin suljettu kotelo on aina paras. Suljetuissa koteloissa tapahtuu paineenvaihteluita, kun niiden sisällä oleva ilma lämpenee ja jäähtyy. Ajan mittaan paineenvaihtelut voivat rasittaa tiivisteitä ja vetää kosteaa, suolaista ilmaa koteloon heikkojen kohtien kautta.
Monissa poijuakkujärjestelmissä käytännöllisempi rakenne on:
IP67-kotelo + paineentasausventtiili + korroosiosuojattu laitteisto + suojattu BMS-elektroniikka
IP67 ja IP68 eivät ole automaattisesti "parempia" tai "huonompia". Oikea valinta riippuu suihkusta, huuhtelusta, tilapäisestä upottamisesta, toistuvasta tiivistymisestä tai jatkuvasta upottamisriskistä. Monille poijupattereille paineen tasaamisella ja korroosionestolla on yhtä suuri merkitys kuin itse IP-numerolla.
Myös BMS ansaitsee erityistä huomiota. Suolasumussa heikko piirilevysuojaus, liittimien tiivistys tai liittimien suunnittelu voivat muuttaa hyvän kennojärjestelmän kalliiksi vioiksi. Pitkäkestoista AtoN-huoltoa varten kannattaa kysyä, onko BMS-järjestelmä conformal-pinnoitettu tai hartsipinnoitettu, onko vikapäivystys saatavilla ja sisältyykö suolasumun seulontaan toiminnallinen uusintatesti.
Vahva natriumionikemia ei voi kompensoida heikkoa meren BMS-järjestelmää.
Auringon yhteensopivuus: Yhteensopivuus: Drop-In-muoto ei aina ole Drop-In-sähköyhteensopivuus
Monet merenkulkualan ostajat kysyvät, voiko 12 V:n natriumioniakku korvata 12 V:n lyijyakun nykyisessä aurinkopoijussa. Usein vastaus on kyllä - mutta ei sokeasti.
A natrium-ioniakku voi sopia samaan koteloon ja käyttää samaa nimellisjänniteluokkaa, mutta sen latausjännite, poiskytkentäjännite, float-käyttäytyminen ja BMS-rajat voivat poiketa lyijyhappo- tai LiFePO4-akusta.
Varmista ennen vaihtoa MPPT:n latausjännite, float- tai valmiustilakäytäntö, alijännitteen katkaisu, virtarajat, lämpötilakäytäntö, kaapelin nimellisarvo, sulakkeen suojaus ja palautuminen alijännitesuojan jälkeen.
Etäisissä AtoN-järjestelmissä akku, MPPT-säädin, lyhty, telemetrialaite, aurinkopaneeli, kaapelit ja sulakkeet muodostavat yhden sähköjärjestelmän. Drop-in-muoto ei aina tarkoita drop-in-sähköyhteensopivuutta.
0V tai matalajännitteinen lähetys Hyödyllinen, mutta ei ole vapaalippu
Yksi natriumionitekniikan mahdollisista eduista on se, että jotkin mallit kestävät hyvin matalajännitteistä varastointia tai 0 voltin kuljetusta paremmin kuin perinteiset litiumionijärjestelmät.
Tämä etu liittyy usein alumiinisia virrankerääjiä käyttäviin natriumionikennomalleihin. Sopivissa malleissa matalajännite- tai 0 V:n varastointi voi vähentää varastoituun energiaan liittyviä riskejä kuljetuksen, varastovarastoinnin tai projektin vaiheistuksen aikana.
Tätä ei kuitenkaan pidä liioitella. Matalajännitteinen tai 0 V:n lähetys ei automaattisesti poista vaarallisia tavaroita, pakkauksia, merkintöjä, testausta tai dokumentointia koskevia vaatimuksia. Luokittelu riippuu edelleen kennon rakenteesta, pakkauksen energiasta, elektrolyyttityypistä, testiraporteista, lainkäyttöalueesta, pakkauksesta ja voimassa olevista kuljetussäännöistä.
0 V:n jännitteisiin kykenevät natriumionimallit voivat yksinkertaistaa riskinhallintaa, mutta vaatimustenmukaisuus on silti varmistettava ennen toimitusta.
Miksi natrium-ion voi vähentää hätäkutsuja
Harkitse trooppista satamaa, jossa käytetään GEL-lyijyakkuja aurinkoenergialla toimivien kanavamerkkien sisällä. Paperilla akut on mitoitettu useiksi vuosiksi. Kentällä poijun kotelon sisälämpötila nousee korkeaksi, ja kausittaiset sateet aiheuttavat viikkoja kestäneen epätäydellisen aurinkolatauksen.
Vikaantumismalli on ennustettavissa. Lämpö nopeuttaa lyijyhapon vanhenemista. Pilvinen sää pitää akun PSOC:ssa. PSOC edistää sulfatoitumista. Sulfatoituminen vähentää latauksen hyväksyntää. Kun auringonvalo palaa, akku ei enää palautu kunnolla. Lyhdyn jännite laskee, ja sitä seuraa hätäkäynti.
Asianmukaisesti validoitu natriumionipakkaus voisi vähentää tätä vikaantumisriskiä, koska siinä vältetään lyijyhapon sulfatoituminen ja se voidaan suunnitella toistuvia osittaislataussyklejä varten. Akkujen on kuitenkin vielä osoitettava suorituskykynsä kuumuudessa, suolahuurussa, kotelorasituksessa ja todellisessa aurinkolatauksessa.
Tämä on oikea tapa tarkastella natriumionia merenkulun AtoN-järjestelmässä: se ei ole taattu 10 vuoden ihmeakku, vaan pakkausalusta, joka saattaa sopia paremmin kuumiin, kaukana sijaitseviin, aurinkolämmöllä ladattaviin poijujärjestelmiin.
Päätelmä
Merenkulun AtoN-akkujen, aurinkopoijujen ja offshore-merkkien osalta akun valinnassa ei ole kyse vain Ah-arvosta tai hankintahinnasta. Se vaikuttaa suoraan alusten liikkeellelähtöön, säähäiriöriskiin ja pitkän aikavälin käyttö- ja huoltokustannuksiin. Oikein suunniteltu 12V natrium-ioniakku voi olla vahva vaihtoehto, kun lämpö, PSOC-toiminta, suolaaltistus ja pitkät huoltovälit ovat merkittäviä rajoitteita, erityisesti kun akku on validoitu jänniteikkunan, MPPT-yhteensopivuuden, BMS-suojauksen, kotelon rakenteen ja korroosionkestävyyden osalta. Ota yhteyttä Kamada Poweriin arvioida, onko 12V natrium-ioni-meriparisto sopii poijuun, AtoNiin tai offshore-aurinkojärjestelmään.
FAQ
Onko natrium-ionien käyttöikä 10 vuoden offshore-poijun käyttöiän kannalta todistettu?
Ei vielä samalla tavalla kuin vanhemmat kemikaalit. Natriumionilla on lupaavia ominaisuuksia lämmön, PSOC-toiminnan ja turvallisuuden suhteen, mutta pitkän aikavälin offshore-kenttätuloksia ei ole vielä saatu. On parempi kuvata 8-10 vuotta suunnittelutavoitteeksi, joka edellyttää pakettitason validointia, ei yleispäteväksi takuuksi.
Onko IP68 aina parempi kuin IP67 poijun akulle?
Ei välttämättä. IP68-luokitus voi olla hyödyllinen tietyissä upotusriskeissä, mutta monet poijuparistojen vikaantumiset johtuvat pikemminkin lämpösykleistä, kondensaatiosta, suolahuurusta, kaapeliläpivienneistä ja korroosiosta kuin jatkuvasta upottamisesta. Monissa sovelluksissa IP67, jossa on paineentasausventtiili ja vahva korroosionesto, voi olla käytännöllisempi kuin täysin suljettu laatikko.
Voiko natriumioniakku korvata lyijyhappoakun olemassa olevassa aurinkopoijussa?
Usein kyllä, mutta ei sokeasti. Vahvista latausjännite, float- tai standby-käyttäytyminen, MPPT-yhteensopivuus, pienjännitekatkaisu, kotelotila, kaapelin mitoitus, BMS-virtarajat ja lämpötila-alue. Pudotettava muoto ei aina tarkoita pudotettavaa sähköistä yhteensopivuutta.
Tarkoittaako 0V:n kuljetus, että natriumioni ei ole vaarallista tavaraa?
Ei. Pienjännitteinen tai 0 V:n kuljetus voi vähentää varastoituun energiaan liittyvää riskiä, mutta se ei automaattisesti poista kuljetusvaatimuksia. Tarkista aina ennen lähetystä sovellettava luokitus, testausasiakirjat, pakkaussäännöt ja paikalliset kuljetusmääräykset.