Lítiové akumulátory úspešne vytláčajú olovené zo všetkých strán hádam okrem automobilových štartovacích. Čas kedy bolo olovo značne lacnejšie je preč. Je však úplne “mŕtve”? Skúsme sa teda pozrieť na rôzne scenáre.
Vstupné podmienky, obmedzenia
Porovnanie bude urobené na dvoch typoch bežne dostupných akumulátoroch a porovnávať sa budú čisto akumulátory bez ďalších potrebných komponentov systému (kabeláž, striedač, nabíjač či monitoring…). Olovo je bez vnútorného BMS (nepotrebuje ho), lítium ho má v sebe (v boxe). Do porovnania boli zobraté oba typy na základe najlacnejšej ponuky slovenského internetu v koncovej cene bez akýchkoľvek množstevných zliav. “Pár” linkov na konkrétne “baterky” v závere článku. Text nie je sponzorovaný žiadnym dodávateľom.
Oba typy sú bezúdržbové, avšak to neznamená, že sa o ne netreba starať. Kalkulácie sú urobené bez zarátania inej údržby okrem fyzickej výmeny na dosiahnutie 2 000 plných nabíjacích cyklov.
Oproti týmto dvom zástupcom by sa samozrejme mohli porovnávať aj rôzne DIY celky, alebo rôzne iné typy. Tu však ide o porovnanie rovnocenných náhrad bateriek pre stacionárne použitie k malej fotovoltaicke. Pre väčšie kapacity si už výpočty musíte urobiť sami, jedna z metodík je v tomto článku.
Oba akumulátory vyzerajú veľmi podobne, rozmery majú približne rovnaké. Odlišuje ich najmä štítok na boku batérie a ich hmotnosť. Tá lítiová je viac ako o polovinu ľahšia.
Zástupca “olova”
Bezúdržbová batéria/akumulátor Green Cell AGM33 AGM Battery Lead Acid 12V 200Ah, 12V je vyrobená z kvalitných materiálov, založená na technológií AGM t.j. konštrukcia obsahujúca separátor zo sklenej vaty, ktorý absorbuje elektrolyt.
Parametre
- Nominálny napätie: 12 V (technicky správne 12,6 V)
- Trvalý vybíjací prúd max. 40 A
- Trvalý nabíjací prúd max. 40 A
- Nominálna kapacita pri 25°C: 200Ah
- Kapacita pri 25 °C a 10h (20A): 198Ah
- Kapacita pri 25 °C a 5h (34A): 168Ah
- Kapacita pri 25 °C a 1h (110A): 118Ah
- Teplotná závislosť
- Kapacita pri 40 °C: 102%
- Kapacita pri 25 °C: 100%
- Kapacita pri 0 °C: 85%
- Kapacita pri -15 °C: 65%
- Samovybíjanie za mesiac: 2%
- Terminál s 8 mm nerezovou skrutkou
- Rozmery: 522 x 238 x 218 mm
- Hmotnosť: 57,5 kg
- Pracovná teplota min. -15 °C
- Pracovná teplota max. 40 °C
- Počet cyklov 600 (pri 50% DOD)
Životnosti batérie na hĺbke vybitia je veľmi dynamická. Pri 50 % hĺbke vybíjania (DoD – Deep of Discharge vysvetlenie) je to 600 cyklov. Toto sa dá zvýšiť na viac ako dvojnásobok, ale DoD je vtedy iba 30 %.
Najväčšia výhoda tejto batéria (olovených vo všeobecnosti) je to, že môžu pracovať (byť vybíjané aj nabíjané) pri záporných teplotách. Kapacita samozrejme klesá, ale je možné ich používať.
Zástupca “lítia”
Ako zástupca lítia bol vybratý LiFePo akumulátor. Ostatné Li-Ion akumulátory nie sú brané do úvahy z nasledujúceho dôvodu: LiFePo predstavuje dostatočne bezpečnú alternatívu voči olovu. Na rozdiel od ostatných Li-Ion akumulátorov je riziko katastrofálneho ohňa takmer nulové.
Pre porovnanie je vybraná batéria, ktorá slúži ako náhrada olovených – teda má rovnaké inštalačné rozmery. Ide o batériu LiFePO4 12,8V 200Ah Green Cell.
Parametre
- Nominálny napätie: 12,8 V (ale je to náhrada “12 V olova”)
- Trvalý vybíjací prúd 100 A
- Špičkový vybíjací prúd 150 A (do 10 s)
- Trvalý nabíjací prúd 100 A
- Nominálna kapacita pri 25 °C: 200Ah
- Teplotná závislosť kapacity nie je uvádzaná
- Terminál s 8 mm nerezovou skrutkou
- Rozmery: 521 x 238 x 218 mm
- Hmotnosť: 22,34 kg
- Min. teplota vybíjania -10 °C
- Max. teplota vybíjania 45 °C
- Minimálna nabíjacia teplota 0 °C
- Počet cyklov 2 000 (pri 85% DOD)
- BMS uzavreté v boxe batérie
Porovnanie oboch alternatív
Pri porovnaní týchto typov akumulátorov vieme použiť viacerá scenáre a tak dôjsť aj k rozdielnym výsledkom. Prvý scenár je pohľad na cenu úložiska. A i tu sú dva základné prístupy – pohľad iba na cenu investície a pohľad na celkovú cenu vlastníctva (TCO – Total Cost of Ownership).
Druhým pohľad je skôr technický – napr. cez kapacitu úložísk a s tým spojené ostatné parametre.
Investičné náklady na 12 V / 200 Ah
Cena vychádza zo slovenských e-shopov.
| Typ a DoD | Olovo 50 % | Olovo 30 % | Lítium 85 % |
| Napätie | 12 v (12,6 V) | 12 v (12,6 V) | 12 V (12,8 V) |
| Tabuľková kapacita [Ah] | 200 Ah | 200 Ah | 200 Ah |
| Tabuľková kapacita [kWh] | 2,4 kWh | 2,4 kWh | 2,4 kWh |
| Cena [€] | 261,90 € | 261,90 € | 879,00 € |
| Cena za tabuľkovú kapacitu [€/kWh] | 109,13 €/kWh | 109,13 €/kWh | 366,25 €/kWh |
| Reálna kapacita pri odporúčanom DoD | 1,2 kWh | 0,72 kWh | 2,04 kWh |
| Cena za využiteľnú kapacitu [€/kWh] | 218,25 €/kWh | 363,75 €/kWh | 430,88 €/kWh |
Pri pohľade čisto na investičnú cenu sa olovo ukazuje ako výhodnejšia alternatíva a to aj pri využití olova v režime dlhšej životnosti, kde sa vybíja iba 30 % kapacity. Tabuľková kapacita pre obe baterky je 2,4 kWh, avšak využiteľná pri dodržiavaní DoD dosť klesá práve pre olovo.
Napriek tomu, že olovo pri DoD 30 % má užitočnú kapacitu iba 0,72 kWh aj tak je lacnejšie ako LiFePo.
Treba si však povedať, že tento pohľad je značne krátkozraký, lebo na investíciu je potrebné pozerať komplexnejšie. Tomuto pohľadu sa hovorí TCO – celková cena vlastníctva.
Celková cena vlastníctva 12 V / 200 Ah batérie na 2 000 vybíjacích cyklov
Do celkovej ceny vlastníctva sa započítavajú ďalšie “okolnosti”. Okrem samotných investičných nákladov sú to prevádzkové náklady za dobu životnosti.
A práve pri životnosti oboch typov sa musíme pozastaviť. Ako základ zoberiem lítiovú baterku – tá má stanovenú životnosť 2 000 plných vybíjacích cyklov pri DoD 85 %. Voči tomuto budeme porovnávať oba typy olovených akumulátorov. Detaily nižšie v tabuľke.
| Typ a DoD | Olovo 50 % | Olovo 30 % | Lítium 85 % |
| Reálna kapacita pri odporúčanom DoD | 1,2 kWh | 0,72 kWh | 2,04 kWh |
| Životnosť pri odporúčanom DoD [cykly] | 600 | 1 250 | 2 000 |
| Počet potrebných akumulátorov za životnosť | 3,33 | 1,6 | 1 |
| Reálny počet použitých bateriek | 4 | 2 | 1 |
| Cena jedného akumulátoru [€] | 261,90 € | 261,90 € | 879,00 € |
| Celková cena za životnosť | 1 047,6 € | 523,80 € | 879,00 € |
| Reálna kapacite pri odporúčanom DoD | 1,2 kWh | 0,72 kWh | 2,04 kWh |
| Cena za využiteľnú kapacitu [€/kWh] | 873,00 €/kWh | 727,50 €/kWh | 430,88 €/kWh |
Pri zohľadnení nevyhnutnej výmeny olovených akumulátorov pre dosiahnutie životnosti 2 000 cyklov sa výhodnosť posúva smerom k lítiu. Olovo vybíjané až na 50 % má podstatne kratšiu životnosť (600) a tak je ho potrebné vymeniť 3 x (teda celkom 4 akumulátory). Pre olovo a 30 % DoD je potrebné vymeniť baterku iba raz.
Avšak ak zoberieme do úvahy aj reálne dostupnú kapacitu, tak tu už je jednoznačný víťaz lítium. Olovo sa stáva jednoznačne drahou batériou.
Porovnanie prevádzky min. 2,0 kWh úložiska
V tomto porovnaní sa skúsime pozrieť na variant, že potrebujeme zabezpečiť lacné úložisko na “pár” rokov. A zároveň máme naň dosť priestoru, takže veľkosť a hmotnosť nie je podstatný faktor.
Opäť porovnáme lítium s 2,04 kWh užitočnej kapacity a voči nemu postavíme dva varianty olova – s 50 % a 30 % DoD. Tie majú 1,2 resp. 0,72 kWh kapacitu. Takže je potreba 2 resp. 3 ks akumulátorov.
| Typ a DoD | Olovo 50 % | Olovo 30 % | Lítium 85 % |
| Reálna kapacita pri odporúčanom DoD | 1,2 kWh | 0,72 kWh | 2,04 kWh |
| Počet potrebných akumulátorov | 2 | 3 | 1 |
| Celková kapacita | 2,4 kWh | 2,16 kWh | 2,04 kWh |
| Celková cena akumulátorov | 523,8 € | 785,7 € | 879,0 € |
| Cena na 1 kWh kapacity | 218,25 €/kWh | 363,75 €/kWh | 430,88 €/kWh |
V takomto prípade sa olovo javí ako najlacnejšie riešenie. Podstatný fakt je či úložisko stačí na 2 roky (600 plných cyklov) prevádzky – potom je najvýhodnejší variant použiť 2 ks olova a povoliť vybíjanie do 50 % kapacity. Pre použitie na cca. 4 roky je stále výhodnejšie použiť 3 olovené akumulátory a vybíjať iba 30 %.
Poznámky k technológiám
Olovo je technológia, kde sa požaduje činnosť v záporných teplotách. LiFePo je síce možné vybíjať až do -10 °C, avšak nabíjanie pod nulou nie je možné. Malá odbočka – ostatné Li-ion dokonca ani nie možné vybíjať pod 0 °C.
Táto výhoda je u olova vykúpená väčšou hmotnosťou (viac ako 2 x toľko ako lítium) a tiež možnými vybíjacími prúdmi. Bežné vybíjanie sa pre olovo odporúča na C10 (o C-rate je článok tu). Teda rozumný prúd je max. 20 A (iba 240 W kontinuálny tok). Pozitívna stránka takého malého C je, že vydrží dodávať až 10 hodín. Reálne ale skôr 5 hodín (50 % DoD) alebo iba 3 hodiny (30 % DoD).
V aplikáciách, ktoré potrebujú nie len dostupnú energiu (kWh) ale súčasne aj výkon (kW) je nezastupiteľné práve lítium. Nielen odkazovaná batéria, ale všeobecne LiFePo dovoľuje vybíjať na C2 (a viac). To znamená prúdy do 100 A kontinuálne a dokonca 150 A počas 10 s. Z takého akumulátoru teda je možné ťahať až 1,2 kW pribežne. Samozrejme dôsledok je, že za menej ako 2 hodiny je baterka prázdna (85 % DoD).
Záver
Olovo je stále dobrá technológia, je stabilná a bezpečná. Ale už neplatí, že je to lacná technológia. Ako náhle sa začnú uvažovať aj iné okolnosti – najmä životnosť a hmotnosť, tak tam už LiFePo značne prevyšuje klasické olovené (AGM či gélovbé) batérie.
V celom článku sa voľne používajú pojme akumulátor, batéria či baterka. Sú použité ako synoniomum.
Článok slúži ako zhrnutie porovnania použitia dvoch klasických typov akumulátorov. V žiadnom prípade to úplne nepokrylo tému “olovo” vs. “lítium”. Samozrejme nás zaujíma váš názor k téme.
Linky na dostupné baterky
Uvediem zoznam na to kde som “našiel” jednotlivé druhy. Typy sú všade rovnaké, líši sa medzi nimi iba cena. S žiadnym z menovaných dodávateľov som neriešil špeciálne zľavy či podmienky.
Olovo
https://ecoprodukt.sk/p/85898-bezudrzbova-bateria-green-cell-agm33-12v-200ah-vrla-31286 – 319,00 €
https://www.vegaonline.sk/green-cell-agm33-agm-bezudrzbova-bateria-lead-acid-12v-200ah-p91981 – 261,90 €
Lítium
https://ecoprodukt.sk/p/86250-bateria-lifepo-12-8v-200ah-green-cell-31815 – 959,00 €
https://solaro.sk/p/lifepo4-bateria-200ah-128v-green-cell/ – 879,00 €
https://www.batterycentrum.sk/eshop/trakcne-baterie/green-cell-cav04-lifepo4-bateria-200ah-12-8v-2560wh.html – 1 097,00 €
https://olovene-baterie.heureka.sk/green-cell-12_8v-200ah/#prehlad/ – od 959 €
A ešte pridám tradičný dôvetok.
Dodatok
Uvedené informácie sú odborným názorom autora a iba informatívne. EnergiaWeb ani Pavel ŠIMON s.r.o. nepreberá žiadnu zodpovednosť za ich aplikáciu. Aplikáciu tu napísaného riešite iba na vlastnú zodpovednosť. Článok slúži najmä na úvod do vášho hlbšieho štúdia problematiky.
Ak vás článok zaujal, alebo máte doplňujúce otázky, tak nám napíšte do diskusie pod článkom. Samozrejme nás poteší „lajk“ nie len k článkom, ale aj na našej LinkedIn stránke. Bude to malá odmena za našu snahu.
Páči sa mi tento článok. Je zaujímavé že lifepo udávajú výrobcovia fotovoltiky až 10 000 cyklov, dokonca akási záruka na 10 rokov a životnosť 10rokov. Či ja viem tak hmotnosť ale aj rozmer je 4x menší lifepo oproti olovu. Samozrejme DIY lifepo batérie sú ďaleko lacnejšie a nemusia to byt články lacné z čínskeho eshopu. Ja teda využívam solárne oslovené, to je asi niečo iné ešte ako AGM, tie vydržia 6rokov a teraz skúšam lifepo A Grade, tak snáď nesklame.