Dlaczego akumulatory litowe na jachcie (cz. 2/7)?

Akumulatory LiFePO4 na jachcie

Ten artykuł jest częścią serii siedmiu artykułów o zastosowaniu i montażu akumulatorów litowych na jachcie. Spis treści linków do poszczególnych części znajdziesz TUTAJ lub na dole tego wpisu.

Ostatni raz akumulatory na jachcie Crystal wymieniałem sześć lat temu będąc w Australii. Kupiłem wtedy 4x208Ah AGM chińskiej marki Remco. Wybór był dość przypadkowy i o zakupie zdecydowało to, że były one dostępne od ręki. Mimo, że marka Remco nie jest światowym potentatem wszystko kosztowało około 2000 USD. Kupa forsy, ale byłem bardzo zadowolony.

Przez pięć lat mieszkania na jachcie i ciągłego użytkowania nie zdradzały oznak zużycia. Aż do tego roku. Kiedy przez Covid-19 musieliśmy zmienić trasę naszego rejsu dookoła świata na Crystal i wylądowaliśmy w Stanach, postanowiłem to wykorzystać i kupić nowe, zanim znowu znajdziemy się na bezdrożach Pacyfiku. Ponieważ w USA nie ma Remco (byłem naprawdę zadowolony), to wybór padł na przodującą amerykańską markę Lifeline. 4×210 Ah miało kosztować ok. 2500$.

Coś tam słyszałem o akumulatorach LiFePO4, ale kiedy szperałem w Internecie wyskakiwały mi gotowe rozwiązania za gigantyczne pieniądze. Koszt  100Ah firmy Battle Born lub Renogy to w tym momencie około 900$. Victron Energy kosztuje więcej, a cena Mastervolta to kosmos. Zdecydowanie za dużo na nasz budżet!

I wtedy właśnie wpadłem na trop akumulatorów LFP zbudowanych samodzielnie z pojedynczych ogniw. Okazało się, że cenowo jestem w stanie zrobić to porównywalnie do nowych AGM firmy Lifeline. Ale zacznijmy od początku.

Akumulatory kwasowe vs LFP – zalety LiFePO4

Żeby zabrać się za analizę cen trzeba najpierw odpowiedzieć sobie na pytanie ile % pojemności akumulatora możemy użytkować cyklicznie – czyli tak jak się to odbywa na jachtach.

Większa użyteczna pojemność

Pod hasłem „akumulator kwasowy” kryje się dużo różnych typów i skrótów: AGM, SLA, VRLA oraz GEL. Różnią się one oczywiście od siebie jednak wszystkie można zaliczyć do rodziny akumulatorów kwasowych. Akumulatorów kwasowych nie należy rozładowywać regularnie poniżej 50% pojemności, ponieważ drastycznie skracamy ich żywotność. Czyli jak zjedziemy do poziomu 50%, powinniśmy akumulator naładować.

LFP na jachcie Crystal
W akumulatorach LFP mamy do dyspozycji nawet 90% ich pojemności.
Źródło: cleanenergyreviews

Do poziomu 80-85% ładują się one szybko, jednak potem prąd ładowania zaczyna maleć i mijają godziny (tak z 4-5 przy prawidłowym napięciu) zanim dobijemy z tych 85 do 100%. Jeśli do doładowania używamy silnik, to najpewniej przy tych 85% go wyłączymy, ponieważ prąd spada i staje się to mało ekonomiczne.

Jeśli akumulator kwasowy nie jest ładowany do 100% przez dłuższy czas, to zaczyna się jego powolna degradacja (przez zasiarczenie). Powoli spada użyteczna pojemność, aż w końcu musimy taki akumulator wymienić.

Przechowywać je też należy w pełni naładowane. Dlatego na każde 100 Ah akumulatora kwasowego  możemy liczyć średnio jedynie na 30-35 Ah na cykliczną konsumpcję. Ja przez 6 lat użytkowania moich 800Ah AGM tylko raz rozładowałem je w jednym cyklu więcej niż 400Ah, a tak naprawdę to rzadko schodziłem poniżej 200Ah. Wszystko dzięki dużej powierzchni (1 kw) solarów, które w tropikach codziennie doładowywały mnie do pełna. Prawdopodobnie dlatego moje chińskie Remco dały radę aż 6 lat…

Z akumulatorami LFP jest zupełnie odwrotnie. Lubią być głęboko rozładowywane i lubią, kiedy stan naładowania jest poniżej 60%. Do tego można je rozładowywać codziennie bezkarnie do 10%-20% pojemności. Czyli z każdego 100Ah mamy do dyspozycji ok 80Ah. W praktyce oznacza to, że aby dysponować porównywalną użyteczną pojemnością wystarczy mieć akumulatory LFP o pojemności 50% kwasowych. 

LFP mają dużo większą żywotność

Najlepsze akumulatory kwasowe mają żywotność ok. 1000 cykli (niektóre żelowe więcej) przy rozładowywaniu do 60% pojemności. Według producentów akumulatorów litowych powinny one starczyć na 2500-5000 cykli przy głębokości rozładowania 80%. Czyli w teorii żywotność LFP jest ponad trzykrotnie wyższa niż akumulatorów kwasowych.

Akumulatory litowe na jachcie
Akumulatory litowe mają ponad dwukrotnie większą żywotność.
Źródło: gliderpilotshop

LiFePO4 mają większą sprawność

Akumulatory kwasowe mają niską sprawność. Jeśli wyciągniemy z nich przykładowo 100Ah, to musimy w nie wpakować z powrotem 110-130Ah, aby dobić do 100%. W przypadku akumulatorów LFP sprawność wynosi prawie 100%. Kiedy na jachcie korzystamy z solarów, czy wiatraków ma to ogromne znaczenie.

Ładowanie jest dużo szybsze

LFP można ładować bardzo dużymi prądami praktycznie aż do osiągnięcia 100% naładowania.

Są znacznie lżejsze od kwasowych

Akumulatory LFP są znacznie lżejsze i zajmują dużo mniej miejsca od akumulatorów kwasowych. 800Ah kwasowych waży ok. 245 kg. 400Ah litowych to zaledwie 32 kg!! To jest prawie rząd wielkości! Do tego zajmą one około 20% miejsca.

Stare akumulatory kwasowe ważyły 245kg
Stare akumulatory kwasowe ważyły 245kg

Wady akumulatorów litowych

Oczywiście nie jest tak, że jest technologia pozbawiona wad. Największą zaletą kwasówek jest to, że można je bezpiecznie zniszczyć. Po prostu powoli przestaną działać. W przypadku LFP sytuacja może być niebezpieczna.

Poniżej najważniejsze z wad:

  • Koszt początkowy – mimo, że musimy kupić dwa razy mniej Ah, to i tak trzeba na starcie wydać więcej. Przy własnej budowie wychodzi porównywalnie
  • Nie można ich ładować w ujemnych temperaturach – większość ogniw może być ładowane tylko w temperaturach dodatnich. Na jachtach problem raczej rzadki, ale może być ważny w przypadku np. kamperów.
  • Są nieodporne na skrajne naładowanie i rozładowanie – poszczególne ogniwa pracują w zakresie napięć 2.5 – 3.6V, przy czym napięcia blisko ekstremów nie służą ogniwu w dłuższym rozrachunku. Po przekroczeniu tych granic ogniwo zaczyna się zużywać, ale nadal nic się nie dzieje. Jednak zejście poniżej 2V, lub wyjście powyżej 4.2V grozi samozapłonem. Dlatego akumulatory LFP potrzebują elektroniki, która chroni je na poziomie pojedynczych ogniw. Zwiększa to komplikację i koszty.

Seria artykułów o akumulatorach litowych na jachcie

Trochę sporo mi tego wyszło. Dlatego podzieliłem cały artykuł na siedem mniejszych części. Linki do nich poniżej:

  1. Akumulatory litowe na jachcie – wprowadzenie
  2. Dlaczego akurat akumulatory litowe na jachcie?
  3. Gotowe akumulatory litowe na jachcie – przegląd
  4. Możliwe topologie systemu LFP na jachcie
  5. Samodzielny projekt akumulatorów litowych na jachcie
  6. Ładowanie akumulatorów LiFePO4
  7. LiFePO4 na jachcie Crystal – co mamy?