Có những ưu điểm và nhược điểm liên quan đến hai loại hóa chất pin chính được sử dụng trong các dự án năng lượng mặt trời kết hợp lưu trữ. Pin axit chì đã tồn tại lâu hơn và dễ hiểu hơn nhưng lại có những hạn chế về dung lượng lưu trữ.Pin lithium-ionCác loại pin này có tuổi thọ chu kỳ dài hơn và trọng lượng nhẹ hơn nhưng giá thành cao hơn.

Các hệ thống lưu trữ năng lượng thường chỉ bao gồm một loại pin duy nhất, như trường hợp của LG Chem ở đây. Ảnh do GreenBrilliance cung cấp.

Liệu có thể kết hợp những ưu điểm của từng loại hóa chất để tạo ra một bộ pin dung lượng cao, tiết kiệm chi phí hay không?

Liệu có cần phải tháo dỡ toàn bộ hệ thống ắc quy chì-axit hiện có chỉ để sử dụng chức năng của ắc quy lithium-ion mới? Liệu có thể bổ sung thêm một số ắc quy chì-axit giá rẻ hơn vào hệ thống lithium để đáp ứng công suất kilowatt-giờ nhất định không?

Tất cả đều là những câu hỏi quan trọng nhưng câu trả lời lại không rõ ràng: tùy thuộc vào từng trường hợp. Việc bám sát một phương pháp hóa học duy nhất thì dễ dàng và ít rủi ro hơn, nhưng vẫn có một số cách giải quyết khác.

Gordon Gunn, kỹ sư điện tại Freedom Solar Power ở Texas, cho biết có thể kết nối pin axit chì và pin lithium với nhau, nhưng chỉ thông qua ghép nối AC.

“Tuyệt đối không thể kết nối pin axit chì và pin lithium trên cùng một đường dây điện một chiều,” ông nói. “Tốt nhất là sẽ làm hỏng pin, còn tệ nhất thì… gây cháy? Nổ? Hay là sự dịch chuyển của không gian-thời gian? Tôi không biết.”

Ông K. Fred Wehmeyer, phó chủ tịch cấp cao phụ trách kỹ thuật tại công ty sản xuất pin axit chì US Battery Manufacturing Co., đã cung cấp thêm lời giải thích.

“Việc đó hoàn toàn có thể thực hiện được, nhưng sẽ không đơn giản như việc chỉ thêm pin axit chì vào hệ thống pin lithium. Về cơ bản, hai hệ thống sẽ hoạt động độc lập,” Wehmeyer nói. “Hệ thống pin lithium vẫn cần được điều khiển bởi hệ thống quản lý pin (BMS) riêng với bộ sạc và bộ điều khiển sạc riêng. Hệ thống pin axit chì sẽ cần bộ sạc và/hoặc bộ điều khiển sạc riêng nhưng không cần BMS. Hai hệ thống có thể cung cấp tải tương đương song song nhưng có thể cần một số cơ chế điều khiển để phân bổ tải an toàn giữa hai loại hóa chất.”

Troy Daniels, quản lý dịch vụ kỹ thuật của nhà sản xuất pin LFP SimpliPhi Power, không khuyến khích việc trộn lẫn các loại pin có cùng thành phần hóa học, chứ chưa nói đến các thành phần hóa học khác nhau, trong cùng một hệ thống, nhưng ông thừa nhận điều đó là có thể thực hiện được.

“Có một vài cách để kết hợp, đó là sử dụng hai hệ thống riêng biệt (cả bộ sạc và bộ biến tần) có thể dùng chung tải hoặc thậm chí chia nhỏ tải điện cần thiết,” ông nói. “Cũng có thể sử dụng công tắc chuyển mạch; tuy nhiên, điều này có nghĩa là chỉ một bộ pin hoặc một loại hóa chất có thể sạc hoặc xả tại một thời điểm và có thể phải chuyển đổi thủ công.”

Việc tách biệt tải và thiết lập hai hệ thống thường là một nhiệm vụ phức tạp hơn nhiều người tưởng.

“Tại Freedom Solar, chúng tôi chưa từng sử dụng hệ thống pin lithium/chì-axit lai vì chi phí lắp đặt thêm sẽ không hề rẻ, và chúng tôi luôn cố gắng đơn giản hóa việc lắp đặt pin bằng cách chỉ sử dụng một loại hóa chất pin và một loại sản phẩm pin duy nhất,” Josh Meade, kỹ sư chuyên nghiệp kiêm quản lý thiết kế, cho biết.

Có một công ty đang cố gắng làm cho việc kết hợp hai loại hóa chất này trở nên dễ dàng hơn. Nhà sản xuất sản phẩm nguồn điện di động Goal Zero có trạm điện di động Yeti sử dụng pin lithium, có thể được dùng để dự phòng một phần điện cho gia đình. Yeti 3000 là pin lithium NMC 3 kWh, nặng 70 lb, có thể hỗ trợ bốn mạch điện. Nếu cần nhiều điện năng hơn, Goal Zero cung cấp mô-đun mở rộng Yeti Link cho phép bổ sung thêm pin axit chì. Đúng vậy: Pin lithium Yeti có thể được ghép nối với pin axit chì.

“Bình giãn nở của chúng tôi là một loại pin axit chì có chu kỳ hoạt động bí ẩn. Điều này cho phép bạn sử dụng các thiết bị điện tử trong hệ thống Yeti [dựa trên lithium] nhưng đồng thời mở rộng dung lượng pin,” ông Bill Harmon, Tổng Giám đốc của Goal Zero cho biết. “Với dung lượng 1,25 kWh mỗi bình, bạn có thể thêm bao nhiêu pin axit chì tùy thích. Khách hàng chỉ cần cắm chúng vào. Đột nhiên, bạn có được tính di động của pin lithium và những pin axit chì giá rẻ để ở nhà.”

Vấn đề lớn nhất khi cố gắng kết nối pin lithium và pin chì-axit với nhau là sự khác biệt về điện áp, cấu hình sạc và giới hạn sạc/xả của chúng. Nếu pin không cùng điện áp hoặc xả với tốc độ không đồng đều, công suất sẽ nhanh chóng bị hao hụt giữa hai loại pin. Khi công suất hao hụt nhanh, sẽ phát sinh vấn đề quá nhiệt và làm giảm hiệu suất chu kỳ hoạt động của pin.

Goal Zero giải quyết vấn đề này bằng thiết bị Yeti Link. Về cơ bản, Yeti Link là một hệ thống quản lý pin tiên tiến phù hợp với pin lithium Yeti nguyên bản, quản lý điện áp và quá trình sạc giữa các loại pin có thành phần hóa học khác nhau.

“Yeti Link điều chỉnh việc truyền tải điện năng giữa các pin,” Harmon nói. “Chúng tôi bảo vệ một cách an toàn, sao cho pin lithium thậm chí không biết nó đang được kết nối với pin axit chì.”

Yeti 3000 có thể nhỏ hơn các loại pin lithium gia dụng truyền thống – LG Chem. Các mẫu của Tesla và Sonnet thường có công suất ít nhất 9,8 kWh – nhưng đó là mức tiêu thụ điện năng của nó, Harmon cho biết. Và nếu ai đó có thể mở rộng công suất lên đến 9 kWh bằng một số pin chì rẻ hơn và cũng có thể mang theo pin lithium khi đi cắm trại hoặc dã ngoại, thì tại sao không?

“Hệ thống của chúng tôi dành cho tất cả mọi người trong cả nước không có 15.000 đô la để đầu tư vào hệ thống lưu trữ năng lượng. Và sau khi hoàn tất, tất cả những gì tôi cần là một thiết bị được lắp đặt cố định trong nhà,” Harmon nói. “Yeti dành cho những người dễ bị tổn thương về mặt tài chính khi chi tiền. Hệ thống của chúng tôi có tổng chi phí lắp đặt là 3.500 đô la.”

Goal Zero hiện đang ở thế hệ sản phẩm thứ năm, vì vậy họ tự tin vào khả năng kết hợp pin lithium-chì của mình. Nhưng đối với nhiều người khác không thoải mái với việc trộn lẫn hoàn toàn hai loại pin này, hai hệ thống riêng biệt và độc lập có thể được lắp đặt trong cùng một doanh nghiệp hoặc hộ gia đình – miễn là việc lắp đặt được thực hiện bởi một chuyên gia điện.

“Một cách đơn giản và an toàn hơn để bổ sung dung lượng lưu trữ chi phí thấp hơn cho hệ thống lithium hiện có là chia tải và phân bổ riêng biệt cho hai hệ thống pin,” ông Wehmeyer của US Battery cho biết. “Dù bằng cách nào, việc này cũng nên được thực hiện bởi một chuyên gia được đào tạo để đảm bảo an toàn.”