Как LiFePO4-аккумуляторы меняют рынок ИБП: преимущества и перспективы

Внезапные отключения электроэнергии в коттедже или на даче — проблема, знакомая многим, кто живет за городом. Свет может пропадать по разным причинам: из-за погодных условий, падения деревьев, аварий и износа электросетей. Ремонтной бригаде иногда требуется несколько часов, а порой и целый день, чтобы найти место обрыва и устранить неисправность. В это время жизнь в доме буквально останавливается: перестает работать не только бытовая техника и Wi-Fi, но и насос, септик, котел.

Чтобы не зависеть от капризов погоды и неприятных сюрпризов от межпоселковых ЛЭП, всё больше людей сегодня устанавливают у себя источники бесперебойного питания. Такие устройства обеспечивают резервным электроснабжением оборудование, которое к нему подключено, так что перебои в сети остаются незаметными.

Аккумулятор — ключевая часть ИБП. Именно от него зависит мощность и длительность работы бесперебойника. В этой статье расскажем о преимуществах литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов перед технологиями предыдущих поколений.

Какие бывают аккумуляторы?

Сейчас в продаже встречается две основных разновидности аккумуляторов.

Свинцово-кислотные

Основные недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов — большие габариты, относительно недолгий срок службы и ограниченная глубина разряда. Это особенно заметно при использовании их в системах бесперебойного питания в частных домах. В то же время за взрыво- и пожароопасность современных герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов при правильной эксплуатации в вентилируемых помещениях можно быть спокойным.

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4)

Это более современные, компактные и надежные аккумуляторы для источников бесперебойного питания (ИБП). Сегодня энергонезависимость становится доступнее и эффективнее, чем раньше — теперь можно жить в своем загородном доме и не бояться отключений света, а заодно защитить технику от скачков напряжения.

Важно понимать разницу между литий-железо-фосфатными (LiFePO4) и литий-ионными (Li-ion) аккумуляторами. Последние используются в смартфонах и других портативных устройствах и отличаются повышенной пожароопасностью — например, из-за производственного брака, повреждения, неправильной эксплуатации или перегрева. Это связано с их химическим составом, который становится нестабильным при нагревании до 80-90 градусов. В этом случае начинается самопроизвольная химическая реакция, приводящая к дальнейшему увеличению температуры до 180–200 градусов, выделению кислорода и нагреву до 900 градусов: потушить такое возгорание практически невозможно. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы, которые используются в современных ИБП для дома, хотя и содержат литий, обладают совершенно иным химическим составом. Их катод сделан из фосфата железа и лития, обеспечивающих стабильную кристаллическую решётку и снижение риска термического разгона. Такие аккумуляторы, в отличие от литий-ионных, пожаро- и взрывобезопасны.

Как изменился рынок ИБП для дома за последнее время и что на это повлияло?

За последние годы на рынке ИБП для дома произошли значительные перемены. Этому способствовало несколько факторов.

Развитие технологий аккумуляторов и переход к LiFePO4. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы стали одним из основных трендов. Их безопасность, долговечность, компактность делают их удобной современной альтернативой свинцово-кислотным аккумуляторам (в т.ч. GEL и AGM). Технологии производства постоянно совершенствуются, что приводит к уменьшению габаритов, увеличению удельной энергии и снижению стоимости.

Рост спроса на энергонезависимость. В домах становится больше устройств и техники, для которых перебои электропитания могут быть критичны: компьютеры, роутеры, системы видеонаблюдения, отопительные котлы в частном секторе. Соответственно, растет и потребность в ИБП.

Частые перебои в электроснабжении. За городом или в сельской местности линии электропередач могут работать нестабильно, что стимулирует спрос на ИБП как средство защиты от потери данных и повреждения оборудования.

Развитие автономных систем. Растет популярность автономных систем электроснабжения (солнечные панели, ветрогенераторы) для частных домов, где ИБП участвует в накоплении и распределении энергии.

Снижение цен и расширение ассортимента. Рост числа производителей и поставщиков ИБП приводит к тому, что эти устройства становятся дешевле, и на рынке появляется больше качественных доступных решений для жилых домов.

Внимание к безопасности. Владельцы загородных домов стали проявлять больший интерес к безопасности своего жилища, выбирая для себя надежные и долговечные системы бесперебойного электроснабжения — например, ИБП с LiFePO4-аккумуляторами. Поэтому спрос на такие устройства продолжает расти.

Читайте также

Федор Ложкин: «MES дает зеркальное отражение хода производства»

Запустить отечественную систему MES на реальном заводе сложнее, чем просто «оцифровать цех». Нужно подружить роботов и людей, вытащить производство из Excel, приучить управленцев доверять не самым громким голосам на планерке, а данным с оборудования. PROF-IT MES от PROF-IT GROUP уже управляет выпуском сотен тысяч автомобилей и компонентов в год и помогает предприятиям производить сложную продукцию без потери качества, с прозрачной экономикой и внятной ответственностью за каждый заказ. О том, зачем заводу MES-платформа, как правильно считать эффект от ее внедрения и почему следующий шаг — машинное зрение и предиктивная аналитика, IT-World рассказал Федор Ложкин, руководитель продуктов компании PROF-IT GROUP.

Чем удобны LiFePO4-аккумуляторы?

Перейдем к основным преимуществам литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов в контексте их применения в системах бесперебойного питания (ИБП). Их главные достоинства — безопасность и долговечность. Литий-железо-фосфатная батарея устойчива к нагреванию, надежно работает долгие годы и не выделяет вредных веществ.

В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, которые в среднем работают от 3 до 5 лет, LiFePO4 выдерживают около 6 тысяч циклов заряд-разряд, а срок их службы достигает 20 лет. Стандартная гарантия на них составляет 5 лет и распространяется на потерю ёмкости в течение этого периода. Именно поэтому такие аккумуляторы идеально подходят для автономного и резервного электроснабжения загородного дома.

LiFePO4, габариты и энергоэффективность

Использование LiFePO4 аккумуляторов повлияло на габариты, вес и эффективность современных ИБП для дома. Теперь такие устройства стали значительно меньше и легче по сравнению с аналогами со свинцово-кислотными АКБ.

Для примера рассмотрим ситуацию с одинаковым запасом энергии — 5 киловатт-часов. Чтобы достичь этого показателя с помощью свинцово-кислотных аккумуляторов, потребуется 4 батареи по 12 вольт и 200 ампер-часов. Каждая батарея весит около 60 килограммов, и для их размещения понадобится стеллаж со множеством соединительных проводов. Источник бесперебойного питания с литий-железо-фосфатным аккумулятором такой же мощности будет весить около 50 килограммов и представлять собой единый корпус, в котором, кроме самой батареи, находится ещё и современный инвертор. Это вдвое компактнее по габаритам и значительно меньше — по весу. К тому же благодаря лаконичному дизайну и возможности как настенного, так и напольного монтажа такой ИБП выглядят эстетично и экономит место в доме.

LiFePO4 и технический прогресс: характеристики и совместимость с другими устройствами

Модульность, интеграция с интернетом вещей и взаимодействие с возобновляемыми источниками энергии способны усилить роль литий-железо-фосфатных аккумуляторов на рынке в будущем. По словам экспертов, именно LiFePO4 аккумуляторы сейчас доминируют в системах бесперебойного питания для дома (ИБП) и солнечных электростанциях, и, скорее всего, будут оставаться основными решениями, пока не появятся какие-то радикально новые и более доступные технологии.

Важный элемент современных LiFePO4-аккумуляторов — встроенная система управления, или BMS (Battery Management System). Она нужна для контроля и балансировки заряда каждой отдельной ячейки аккумулятора. Поскольку LiFePO4 батареи состоят из множества ячеек с напряжением примерно 3,2 В каждая, для формирования необходимого напряжения ячейки соединяются последовательно (например, для 48 В — около 16 штук). Во время эксплуатации напряжение на ячейках может быть разным, что приводит к неравномерной зарядке и снижению эффективности. BMS контролирует уровень напряжения на каждой ячейке и с помощью балансировщиков (активных или пассивных) уравнивает заряд, обеспечивая стабильную и безопасную работу всей батареи. При аварии BMS отключает инвертор от аккумуляторов, обеспечивая безопасность и консервацию системы.

Перспективы рынка ИБП

Рынок ИБП для индивидуального жилого строительства и домашних систем автономного и бесперебойного электроснабжения стремительно растет и меняется.
На сегодняшний день очевиден тренд на модульные системы, наращиваемые по мере повышения нагрузки. Эксперты отмечают рост спроса на такие решения, подчеркивая их удобство и масштабируемость. LiFePO4-аккумуляторы играют в них ключевую роль и становятся всё более востребованными и доступными.