Tổng quan về ắc quy - pin axit chì và lithium-ion
Bộ lưu trữ điện là một phần không thể thiếu đối với hệ thống điện mặt trời độc lập và cũng khá cần thiết cho các hệ thống nối lưới tối ưu hoá (có thể gắn ắc quy). Hai trong số những công nghệ ắc quy phổ biến nhất là Lithium-ion và Axit-chì. Bạn dễ dàng phân biệt dựa trên cái tên của chúng, pin lithium-ion được sản xuất bằng kim loại lithium còn pin axit-chì được sản xuất bằng chì.
Hai loại này sẽ có những điểm khác biệt về phản ứng hoá học bên trong, hiệu xuất và chi phí sản xuất. Tuỳ vào nhu cầu, ngân sách mà bạn có thể lựa chọn giữa 2 loại này. Dưới đây là so sánh điểm mạnh giữa 2 loại ắc quy điện ứng dụng trong năng lượng mặt trời này:
- Axit chì: ưu điểm về chi phí
- Lithium Ion: ưu điểm về dung lượng lưu trữ, độ xả sâu, hiệu quả và tuổi thọ cao
Trong hầu hết các trường hợp, công nghệ ắc quy Lithium vượt trội hơn axit chì do tính tiện dụng và mức độ hiệu quả của nó cao hơn. Tuy nhiên, đối với những người muốn tối ưu hoá chi phí đầu tư thì việc lựa chọn pin acid-chì lại phù hợp hơn.
So sánh chi tiết về ắc quy - pin axit chì và lithium-ion
Ắc quy lithium và axit chì đều có thể lưu trữ điện hiệu quả nhưng mỗi loại sẽ có những ưu và nhược điểm riêng. Dưới đây là phân tích chi tiết hơn về những ưu, nhược điểm của chúng nhằm giúp bạn có thể dễ dàng nắm được và đưa ra quyết định chọn loại nào:
Chi phí đầu tư
Một điểm vượt trội của pin axit chì là chúng có giá thành thấp hơn rất nhiều so với pin lithium-ion. Một hệ thống điện mặt trời sử dụng pin axit-chì tốn chi phí có thể thấp hơn đến hàng trăm hoặc hàng ngàn đô la so với hệ thống sử dụng pin lithium-ion. Mức chênh lệch về chi phí này còn tuỳ thuộc vào quy mô hệ thống mà chúng ta lắp đặt.
Mắc dù ắc quy acid-chì thường sẽ có chi phí mua và lắp đặt thấp hơn nhưng tuổi thọ của chúng lại thua ắc quy lithium-ion, do đó xét về lâu dài sự chênh lệch về giá này cũng sẽ giảm đi.
Dung lượng lưu trữ
Dung lượng của ắc quy là thước đo lượng điện mà ắc quy có thể chứa được khi các tấm pin năng lượng mặt trời sản xuất và dẫn điện vào. Mặc dù có mỗi công nghệ có rất nhiều mẫu mã sản phẩm khác nhau nhưng nhìn chung, pin lithium sẽ có dung lượng lưu trữ con hơn đáng kể so với pin axit chì. Điều này có nghĩa là cùng một kích cỡ và đồ chiếm không gian thì pin lithium sẽ lưu trữ được lượng điện nhiều hơn pin axit chì.
Độ xả sâu
Độ xả sâu của ắc quy điện năng lượng mặt trời là tỷ lệ phần trăm của pin có thể xả được nhưng vẫn đảm bảo an toàn không làm hỏng pin. Chúng ta có thể sử dụng đến 85% hoặc nhiều hơn tổng dung lượng của pin Lithium trong 1 chu kỳ sạc nhưng đối với pin axit chì thì lại không nên xả quá 50% tổng dung lượng vì điều đó có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin. Do đó, pin lithium có độ xả sâu cao hơn sẽ mang đến hiệu quả công suất cao hơn.
Tính hiệu quả
Cũng giống như hiệu suất của tấm pin mặt trời, hiệu suất của ắc quy cũng là một số liệu rất quan trọng cần xem xét khi so sánh giữa các lựa chọn khác nhau. Hầu hết pin lithium-ion có hiệu suất trên 95% điện lưu trữ có thể được sử dụng. Ngược lại, ắc quy acid-chì thông thường chỉ có hiệu suất khoảng 80 – 85%. Ắc quy có hiệu suất cao sẽ sạc nhanh hơn.
Tuổi thọ
Ắc quy điện cũng tương tự các tấm pin năng lượng mặt trời, chúng cũng sẽ bị xuống cấp theo thời gian và trở nên kém hiểu quả hơn so với ban đầu. Pin sẽ xả để cung cấp điện cho các thiết bị trong gia đình bạn sử dụng và sau đó sạc lại nhờ các tấm pin mặt trời, một quy trình như thế gọi là một chu kỳ sạc.
Tuổi thọ của pin lưu trữ được đo bằng số lượng chu kỳ sạc trong suốt thời gian hoạt động của nó. Tuỳ từng loại pin mà sẽ có tuổi thọ khác nhau, tuy nhiên phần lớn pin lithium-ion sẽ có số chu kỳ sạc nhiều gấp nhiều lần so với pin axit chì, điều đó đồng nghĩa Lithium-ion sẽ có tuổi thọ lâu hơn nhiều so với Axit chì.
Phân loại pin - ắc quy
 |
| Phân loại pin - ắc quy |
Thị trường sản phẩm Ắc quy hiện nay khá đa dạng, điều này khiến đại đa số người tiêu dùng không thể tránh khỏi việc nhầm lẫn về công dụng & đặc tính của các loại ắc quy, dẫn đến gây khó khăn trong việc chọn mua loại bình phù hợp với nhu cầu đặt ra.
1. Ắc quy châm nước
Đối với loại sản phẩm ắc quy này, người dùng cần phải châm nước định kỳ để thực hiện bảo trì, bảo dưỡng ắc quy. Nếu bạn không thực hiện châm nước cho ắc quy kịp thời, ắc quy sẽ mất dần khả năng tích điện và phóng điện. Các nút châm nước của dòng sản phẩm này được thiết kế nổi lên (lộ thiên) để tiện lợi cho việc châm dung dịch axit mỗi khi bạn cần bảo trì. Yếu điểm của loại bình ắc quy này là khi tích điện và phóng điện ắc quy sẽ bốc mùi hôi rất khó chịu. Đó cũng chính là lý do tại sao nó được thiết kế hầu hết cho các ứng dụng ngoài trời (Outdoor), chủ yếu là khởi động máy móc thiết bị (như xe máy, ô tô, máy phát,...). Nếu đặt nằm ngang hoặc úp xuống, điện dịch sẽ tràn ra ngoài gây ô nhiễm môi trường. Hãy nhớ, đây là dòng ắc quy khởi động, không dùng cho những mục đích khác ngoài khởi động - Starter.
2. Ắc quy miễn bảo dưỡng (MF - Maintenance Free)
Dòng sản phẩm này có cùng công dụng như dòng ắc quy châm nước, nhưng giúp cho người dùng rảnh tay hơn một chút. Thuật ngữ miễn bảo dưỡng (Maintainance Free) nghĩa là chúng ta không cần phải "lom khom", "loay hoay", "hì hục" bưng bê tháo lắp ắc quy cho mỗi lần châm dung dịch axit như loại sản phẩm trên. Với loại ắc quy này, bạn chỉ việc mua xài đến khi hết tích điện (hỏng) thì có thể vứt bỏ đi. Người ta hay gọi dòng sản phẩm này là "khô", nhưng thực chất không phải như vậy. Ở đây ta cùng thống nhất với nhau tên gọi đúng bản chất của nó là "miễn bảo dưỡng" nhé. Tại sao vậy ? Vì đây là dòng ắc quy axit chì, cadium được thiết kế cho mục đích khởi động. Mà đã là axit với chì mà bảo là khô thì nghe không lọt tai. Nếu không nhúng bản cực vào trong môi trường a-xít thì phản ứng hóa học nào xảy ra? Chưa tin ư? Thử liền - lôi một em ra cho nằm sấp, nằm nghiêng, nằm ngang, nằm kiểu gì cũng được miễn là không được để đứng. Cược với bạn là 5 phút sau, nước non sẽ lênh láng cả nhà. Người bán thì cứ bảo "khô" cho dễ bán nhưng bạn là người mua cần phải nên tỉnh táo vấn đề này. Ở trong ắc quy này phải có nước (dung dịch axit) và bản cực. Do nó không cần phải châm nước nên dàn nút châm nước được quy ẩn xuống dưới mặt phẳng của ắc quy. Điện cực của ắc quy này cũng rất to phù hợp với nhu cầu khởi động.
Xin nhắc lại, đây là dòng ắc quy khởi động, tuyệt đối không nên dùng cho bộ lưu điện UPS (hoặc kích điện). Tuy giá thành có rẻ hơn phần nào so với ắc quy chuyên dụng cho UPS, nhưng nếu chỉ vì thế thì mình xin nói rằng: sức khỏe của bạn còn quý hơn nhiều. Vì khi nạp điện (charge) và khi phóng điện (discharge), axit phản ứng với chì sản sinh ra khí cực độc, rất nguy hại cho những người xung quanh. Vậy ắc quy cho UPS là loại nào?
3. Ắc quy AGM VRLA
Ắc quy kín khí (AGM - Absorbent Glass Mat) với van điều áp (VRLA - Valve Regulated Lead Acid): Hãy gọi dòng sản phẩm này là kín khí nhé (một số người hay gọi là khô kín khí - nhưng ở đây - chúng ta cùng thống nhất là kín khí). Kín với cả khí thì dung dịch đố mà tràn ra được. Bạn có thể gá nó theo chiều nào bạn muốn - nước vẫn không thể lọt ra ngoài. Tại sao không gọi là khô kín khí như người ta thường gọi? Đơn giản vì đây cũng là ắc quy chì - axit, nhưng được đóng kín với hệ thống van điều áp tích hợp - đủ an toàn cho người sử dụng. Dòng này được ứng dụng rất rộng từ dân dụng cho đến công nghiệp. Nhà sản xuất thường chia ra nhiều mục đích và cấp độ khác nhau để ứng dụng cho dòng sản phẩm này. Từ lưu điện cho hệ thống đèn khẩn cấp, thiết bị an ninh, UPS, cho đến xe đạp điện, quang năng, phong năng, ứng dụng viễn thông, điện lực...Tuy nhiên, nhìn chung chúng được phân cấp theo hai nhóm chính là ứng dụng standby và deep cycle. Xe điện, quang năng, phong năng thuộc nhóm deep cycle, còn lại thuộc về nhóm standby.
4. Ắc quy AGM Gel (Semi gel)
Dòng sản phẩm này được phát triển dựa trên dòng AGM VRLA. Chỉ khác mỗi một điểm là trên bề mặt của AGM VRLA được phủ thêm một lớp gel. Lớp gel này có khả năng làm chậm quá trình bay hơi (thoát khí) của dung dịch bên trong ắc quy. Điều này đồng nghĩa với tuổi thọ của ắc quy cũng được nâng lên.
5. Ắc quy 100% Gel (Pure Gel)
Dòng sản phẩm này là đỉnh cao của AGM Gel. Tuy nhiên, giá thành đang là một trở ngại lớn cho người sử dụng.
6. Ắc quy khô:
Bạn sẽ bắt gặp loại ắc quy này nếu bạn tháo remote ti vi, máy điều hòa, hay thỏi pin máy điện thoại, laptop,...
Nên lựa chọn loại ắc quy, pin axit-chì khi nào?
Nếu bạn cần một hệ thống pin dự phòng, cả hai loại pin axit chì và lithium-ion đều có thể là những lựa chọn hiệu quả. Thông thường mọi người sẽ lựa chọn lắp đặt pin lithium-ion bởi vì chúng có nhiều ưu điểm về mặt công nghệ, hiệu quả, dung lượng cũng như tuổi thọ cao hơn.
Tuy nhiên trong một số trường hợp, việc lựa chọn pin axit chì lại là quyết định tốt hơn để ứng dụng cho hệ thống điện mặt trời độc lập không được sử dụng thường xuyên. Ví dụ, trang bị pin axit chì cho hệ thống trên thuyền để làm nguồn dự phòng, vì nguồn điện dự phòng có tần suất sử dụng rất thấp (mỗi tháng hoặc mỗi năm một vài lần) cùng với chi phí đầu tư thấp hơn lựa chọn loại ắc quy này là rất phù hợp.
Gợi ý giúp bạn sử dụng, bảo quản và tối ưu công dụng ắc quy
- Khi mới mua về, bạn nên nạp điện cho ắc quy no rồi mới đem vào sử dụng (nạp không tải). Thời gian nạp điện thông thường (với dòng nạp quy chuẩn bằng 1/10 so với dung lượng của ắc quy) sẽ khoảng 10 giờ. Khi xuất xưởng, ắc quy thông thường đã được nạp đầy, tuy nhiên từ khi xuất xưởng đến lúc bạn mua về luôn có 1 khoảng thời gian trung chuyển, lưu kho nhất định. Khoảng thời gian này càng lâu thì mức độ tự phóng điện (self life) của ắc quy càng nhiều (lượng điện tự hao hụt cho phép của ắc quy AGM khoảng 3%/ tháng và 100% Gel là 2%/ tháng), tự phóng điện của ắc quy vào khoảng 12%-20%/ 06 tháng. Đây cũng chính là lý do nhà sản xuất luôn khuyên bạn nếu không sử dụng trong vòng 6 tháng thì phải đem ắc quy nạp no rồi mới lưu kho trở lại. Tham khảo trong catalogue sản phẩm mục "Capacity Retention Characteristic".
- Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của ắc quy. Nhiệt độ lý tưởng cho ắc quy hoạt động là từ 0℃-25℃, Nhiệt độ cao nhất không được phép vượt quá 60℃. Ngưỡng an toàn đối với ắc quy khi nạp < 40℃ | Phóng < 50℃ | Lưu kho < 40℃. Người ta đồn rằng, cứ mỗi 8 độ tăng lên từ chuẩn lý tưởng (tuổi thọ thiết kế được xác định tại 25℃), thì tuổi thọ của ắc quy sẽ giảm đi một nửa. Các bạn có thể tham khảo thêm về mục này trong catalogue của từng sản phẩm - "Effect of Temperature on Capacity 25℃"
- Ắc quy phóng điện càng sâu (flat - cạn kiệt) thì vòng đời của ắc quy càng ngắn. Ví dụ, nếu ắc quy mỗi lần phóng điện đến mức cạn kiệt (tức phóng hết 100% điện tích trong ắc quy), thì vòng đời của ắc quy là khoảng 250 lần (phóng + nạp = 1 vòng); nếu phóng chỉ 50% thì khoảng gần 500 vòng; nếu phóng 30% thì vòng đời lên tới 1300 vòng. Do vậy, bạn nên chọn dung lượng ắc quy càng lớn hơn so với nhu cầu thực tế của bạn càng tốt.
- Dòng nạp: Dòng nạp quá lớn chỉ làm cho ắc quy mau bị phù mà thôi. Các bạn nên dùng dòng quy chuẩn là 1/10 dung lượng của ắc quy hoặc nhỏ hơn tí.
- Điện áp nạp : Điện áp quá cao sẽ làm cho ắc quy bị trương phù, điện áp quá thấp sẽ không nạp đủ điện cho ắc quy. Nếu phụ nạp thường xuyên thì điện áp nạp của charger đối với ắc quy 12VDC sẽ là từ 13.50VDC đến 13.80VDC; đối với ắc quy 6VDC là 6.75VDC - 6.90VDC; đối với ắc quy 2VDC là 2.21VDC - 2.25VDC; Nếu nạp theo chu kỳ thì điện áp nạp tương ứng sẽ là: 14.4VDC - 15.0VDC/ 7.20VDC - 7.50VDC/ 2.33VDC - 2.36VDC.
- Bảo trì ắc quy định kỳ cũng là một cách nâng cao tuổi thọ cho bình ắc quy.
