unit 4

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

UNIT 4 : ENERGY STOROGE SYSTEM

HASIL PEMBELAJARAN
Di akhir sesi pembelajaran, pelajar-pelajar boleh:
1. Nyatakan sistem storoge tenaga
2. Menerangkan sistem bateri
3. Nyatakan kefungsian Ultra Capacitor
4. Menerangkan sistem flywheel (ESS)

1.0 PENGENALAN SISTEM STOROGE TENAGA
Storan tenaga ialah penyimpanan tenaga yang dihasilkan pada satu masa untuk digunakan
pada masa yang akan datang. Peranti yang menyimpan tenaga biasanya dipanggil
penumpuk atau bateri. Tenaga datang dalam pelbagai bentuk termasuk radiasi, kimia,
potensi graviti, potensi elektrik, elektrik, suhu tinggi, haba dan kinetik. Penyimpanan tenaga
melibatkan penukaran tenaga dari bentuk-bentuk yang sukar disimpan ke bentuk yang
mudah disimpan.
Untuk rangkaian pengedaran, ESS menukar tenaga elektrik dari rangkaian kuasa, melalui
antara muka luaran, ke dalam bentuk yang boleh disimpan dan ditukar kembali kepada
tenaga elektrik apabila diperlukan . Antara muka elektrik disediakan oleh sistem penukaran
kuasa dan merupakan elemen penting ESS dalam rangkaian pengedaran . Gambarajah
dibawah konsep ESS yang bersambung grid, termasuk konfigurasi dalaman dan luaran.

Unit 1- 1

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

ESS biasanya dilengkapi dengan komponen pengurusan dan kawalan penting yang
menyokong operasi penyimpanan kemudahan penyimpanan yang selamat dan boleh
dipercayai. Objektifnya bukan sahaja untuk memudahkan pengurusan tempatan tetapi juga
untuk mengawal selia kawalan ke atas komponen lain semasa aplikasi skala grid.
Komponen elektronik kuasa ESS yang bersambung grid memodulasi bentuk gelombang
voltan dan arus yang diperlukan untuk atau dari grid. Pengawal dan pengawal
penyimpanan mengurus operasi ESS, mentakrifkan set-mata kuasa aktif dan reaktif (P dan
Q) untuk ESS dan memberi keputusan pintar. Bergantung pada reka bentuk, poin set P
dan Q untuk aplikasi ESS tertentu boleh dikawal secara tempatan atau jauh. "Storan
Simpanan Tenaga" sepadan dengan teknologi penyimpanan tenaga apa pun, termasuk
subsistem penukaran tenaga. Sebagai contoh, Medium Storage Energy Battery, seperti
yang digambarkan dalam Rajah di atas, terdiri daripada bateri dan sistem pengurusan
bateri (BMS) yang memantau dan mengawal proses pengecasan dan pembuangan sel
atau modul bateri. Oleh itu, ESS boleh dijaga dan operasi yang selamat dapat memastikan
sepanjang hayatnya. Walau bagaimanapun, ESS berskala besar memerlukan hierarki BMS
yang melibatkan modul kawalan induk untuk menyelaraskan pengisian dan pembuangan
modul kawalan hamba.

1.1 STORAN YANG BERKESAN

ESS boleh menyimpan tenaga untuk menghasilkan tenaga elektrik dan, bergantung
kepada faedah permintaan atau kos .Penanda aras bagi ESS yang berkesan termasuk :

a. Pemantauan - tindak balas kepada turun naik permintaan elektrik yang mungkin
berlaku pada pelbagai kitaran (harian, mingguan, dan bermusim) disebabkan variasi
beban domestik dan perindustrian dan perubahan dalam beberapa faktor persekitaran,
contohnya, keadaan cuaca.

b. Kecacatan - kereaktifan kepada kerapuhan bekalan tenaga boleh diperbaharui seperti
angin dan suria, tingkah laku peralihan tenaga hidro dan biomas, dan ketidakstabilan
berulang yang berkaitan dengan bekalan bahan api fosil.

c. Kecekapan - kapasiti untuk memulihkan dan menggunakan semula tenaga yang
sebaliknya sia-sia.

1.2 PEMILIHAN ESS UNTUK RANGKAIAN PENGEDARAN

Sejarah ESS bermula pada awal abad ke-20 dengan menggunakan bateri asid Lead
sebagai ESS untuk menyediakan kuasa untuk beban sisa pada rangkaian elektrik DC.
Sejak itu teknologi ESS terus berkembang dan mereka semakin digunakan untuk aplikasi
sistem kuasa seperti penstabilan grid, peralihan beban, sokongan operasi grid,
penambahbaikan kualiti kuasa, dan pengurusan kebolehpercayaan.

Grid elektrik boleh menggunakan teknologi penyimpanan tenaga yang banyak seperti yang
ditunjukkan dalam rajah dibawah , yang umumnya dikategorikan dalam enam kumpulan:
elektrik, mekanik, elektrokimia, termokimia, kimia, dan terma. Bergantung kepada ciri-ciri
penyimpanan dan penghantaran tenaga, ESS boleh memberi banyak peranan dalam
pasaran elektrik .

Unit 1- 2

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Senarai berikut merangkumi pelbagai jenis storan tenaga:

Oleh kerana penempatan ESS berskala besar melibatkan pelaburan yang besar, memilih
ESS sesuai dengan harapan jangkaan prestasi adalah mencabar. Tahap penerimaan
semasa dan spesifikasi teknikal teknologi ESS yang berbeza dinilai dari segi teknikal di
Opsyen kemasukan ESS untuk meningkatkan penembusan RES pada tahap utiliti diteroka
pada dengan membandingkan ciri teknikal, kos, dan kesan alam sekitar. Yang penting, di
teknologi ESS yang berbeza dipertimbangkan berdasarkan keadaan semasa
pembangunan, kaedah yang tersedia, kemas kini teknologi, dan potensi aplikasi. Secara
khususnya, dalam teknologi ESS yang berbeza dibandingkan dengan mengkaji semula
pelbagai kajian yang menyerlahkan aplikasi mereka dan bukannya menentukan kelebihan
dan kekurangan mereka. Perbandingan teknikal ESS yang berbeza, termasuk kelebihan
dan kekurangannya, disediakan dalam walaupun faktor-faktor lain seperti kapasiti, hayat,
caj dan masa pelepasan, kesan alam sekitar, dan pelbagai aspek permohonan mereka
tidak dipertimbangkan.

Unit 1- 3

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

2.0 BATERI

Bateri yang boleh dicas semula yang disambungkan ke sistem PV solar anda akan
memastikan kecekapan penjanaan kuasa anda dan penyimpanan dioptimumkan kerana
semua kuasa yang dihasilkan dari panel solar PV hanya apabila terdapat cahaya matahari
dan anda perlu bergantung pada storan bateri apabila terdapat tiada cahaya matahari.
Walau bagaimanapun sebelum membeli bateri dan dilampirkan kepada pengawal caj,
adalah penting untuk membuat pilihan yang tepat pada mulanya, atau tidak akan
menghadapi masalah seperti kegagalan sistem awal kerana padanan peranti yang salah,
belanjawan harga awal yang tinggi pada item yang tidak perlu , atau penyelenggaraan
yang tinggi disebabkan penggantian bateri yang kerap. Bateri yang baik akan memastikan
sistem anda dapat menyampaikan kuasa apabila anda memerlukan yang paling banyak
dan mampu bertahan.
2.1 TERMINOLOGI PENTING
Sebelum kita mula menerangkan jenis bateri, mari lihat beberapa istilah penting berkaitan
dengan sistem bateri yang boleh dicas semula.

Istilah asas yang akan anda hadapi dalam simpanan bateri.

Unit 1- 4

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

a) STATE OF CHARGE

State Of Charge bateri mudah difahami seperti berapa banyak bateri yang dikenakan
semasa kitaran caj. Begitu juga dengan meter tangki bahan api yang memberitahu
anda bagaimana penuh tangki bahan api anda dalam kereta.

Terdapat banyak cara untuk mengetahui sejauh mana bateri penuh. Kaedah biasa
termasuk ujian kimia (misalnya menggunakan hidrometer untuk mengira graviti spesifik
air bateri), ujian voltan (contohnya Menggunakan Voltmeter dan bandingkan dengan
jadual paparan voltan litar terbuka suhu bateri) dan kaedah integrasi semasa (misalnya
pengukuran semasa bateri dan menyepadukan dalam masa).

Ia mudah dilihat bahawa, jika keadaan caj bateri jatuh, parameter lain juga mengikuti.
Walau bagaimanapun voltan (dan beberapa masa yang digabungkan dengan
pengiraan semasa) menganggap kaedah yang paling mudah dan kurang kemas.

Sebagai contoh, bateri asid plumbum 12 Volt akan mempunyai graviti spesifik (SG)
1.277 dan voltan litar terbuka (Voc) 12.73V apabila bateri berada pada keadaan penuh.
Pada 50% keadaan caj (SoC), SG akan jatuh ke 1.172 dan Voc akan turun ke 12.10V.
Pada 10% SoC, SG akan turun ke 1.073 dan Voc akan jatuh ke 11.51V.

Adalah penting bahawa pengukuran yang tepat dari State Charge bergantung pada
jenis bateri dan teknologi. Untuk perbandingan yang mudah, kembali ke datasheet
pengeluar untuk memahami keadaan caj bateri .

b) DEPTH OF DISCHARGE

Kedalaman pelepasan (DoD) adalah bertentangan dengan keadaan caj bateri. Bateri
cas penuh dengan 100% SoC akan mempunyai DoD sebanyak 0%. Satu nombor naik
dan yang lain turun dan sebaliknya. Mengapa jadi kedua-dua istilah?

Pada dasarnya DoD digunakan dalam hubungan dengan hayat kitaran bateri.
Peraturan am secara umum adalah, semakin sering kita melepaskan bateri, jangka
hayat bateri yang lebih pendek, kerana perubahan kimia dalam bateri dan rintangan
dalaman membina. Oleh itu kitaran pelepasan cetek akan membolehkan jangka hayat
bateri menjadi lebih lama.

Dalam sistem suria luar grid,perlu mengambil DoD agak serius kerana hanya
mempunyai masa yang terhad sehari dengan cahaya matahari untuk mengecas bateri
sementara pada masa yang lain akan menyalirkan kuasa semata-mata dari bateri.
Perancangan yang tidak betul akan menyebabkan bateri merosakkan lebih cepat dan
meningkatkan kos penyelenggaraan.

Bateri kitaran kualiti yang baik boleh mempunyai jangka hayat hampir 10 tahun jika ia
ditangani dengan betul, tetapi ia juga boleh merosakkan dalam tempoh setengah tahun
penggunaan jika anda menyalahgunakannya setiap hari.

Unit 1- 5

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Satu ilustrasi contoh kehidupan kitaran bateri (bateri plumbum asid vs bateri lithium ion)
dan kesan Kedalaman Pelepasan pada Kehidupan Kitaran.

Jenis bateri yang berlainan mempunyai kehidupan kitaran berperingkat yang berbeza dan
disyorkan Kedalaman Pelepasan. Bateri litium biasanya dinilai sebagai salah satu jenis
yang baik untuk bateri tahan lama dengan penggunaan lebih banyak penggunaan kitaran,
selagi tidak menyalahgunakan pelepasan yang luas.
Adalah penting untuk melihat lembaran kerja pembuatan di Kedalaman Pelepasan yang
Disyorkan dan kehidupan kitarannya yang dinilai. Sesetengah bateri seperti Bateri Lithium
Ion biasanya akan menunjukkan hayat kitaran bateri dengan DoD sebanyak 80%,
manakala bateri asid plumbum biasanya akan menunjukkan jangka hayat bateri dengan
DoD sebanyak 50% atau 25%. Jika digunakan dengan cadangan DoD yang dinyatakan.
Kebanyakan bateri tidak datang dengan jaminan lama.
Dengan DoD dalam pemilihan, ia membolehkan kita untuk merancang dengan teliti untuk
sistem bateri kita. Ingat pengiraan beban ? jika anda memerlukan dos harian 100 amp-jam
tenaga, untuk memastikan ia berada dalam 50% DoD, kita memerlukan 200 amp-jam
kapasiti bateri. Jika mahukan sistem bateri bertahan lebih lama dan sasarkan untuk DoD
25%,memerlukan kapasiti bateri 400 amp jam.
Sesetengah bateri seperti bateri lithium ion akan mempunyai litar pengurusan bateri (BMS)
yang akan menutup sel-sel untuk mencegah pelepasan lebih lanjut yang akan merosakkan
bateri jika ia mendapat di bawah voltan tertentu.

Unit 1- 6

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

c) ROUND-TRIP EFFICIENCY

Kecekapan round-trip biasanya dinyatakan dalam peratusan. Ia adalah nisbah tenaga
yang dimasukkan ke dalam penyimpanan kepada tenaga boleh guna yang boleh
diambil dari storan.

Simpanan kecekapan perjalanan yang tinggi akan bermakna terdapat kurang tenaga
yang hilang dari simpanan. Kecekapan round-trip umum bateri jatuh antara 75% - 90%
bergantung pada jenis bateri.

Kehilangan tenaga ini disebabkan oleh pelesapan haba ketika mengecas dan
menunaikan. Beberapa kehilangan tenaga dalam bentuk tindak balas kimia dan tahan
dalaman.

d) SELF DISCHARGE RATE

Pelepasan diri adalah fenomena normal bateri kimia. Oleh kerana reaksi kimia dalaman
dalam bateri, ia perlahan-lahan akan kehilangan cajnya dari masa ke masa walaupun ia
tidak disambungkan atau digunakan. Bateri boleh dicas semula mempunyai kadar
pelepasan diri yang lebih tinggi daripada bateri utama (tidak boleh dicas semula).

Contoh bateri utama adalah: bateri logam lithium (nyawa diri 10 tahun) dan bateri alkali
(jangka hayat 5 tahun). Contoh kadar pelepasan diri bateri boleh dicas semula adalah:
Bateri litium ion (2% -3% per bulan), bateri Acid Lead (4% -6% per bulan), Nikel
Kadmium (15% -20% sebulan) logam hidrida NiMH (30% sebulan).

Bateri litium ion mempunyai pelepasan diri yang rendah berguna apabila anda perlu
sandaran dan menyimpan tenaga untuk jangka waktu yang lebih lama, namun datang
dengan tag harga yang lebih tinggi.

2.2 KAPASITI BATERI

Kapasiti bateri biasanya dinamakan sebagai Amp-Hour (AH). Ia pada dasarnya bermakna
bateri dengan kapasiti 1 amp-jam harus dapat terus membekalkan arus 1 amp selama 1
jam. Dengan kata lain, bekalan arus 2 amp selama setengah jam, atau 0.5 amp selama 2
jam. Selepas menyampaikan jam amp yang ditentukan, bateri akan berada dalam keadaan
yang dilepaskan sepenuhnya.

Walau bagaimanapun, bateri biasanya tidak berfungsi dalam formula linier seperti semasa
dan voltan akan jatuh semasa menunaikan masa, terutamanya semasa keadaan
pelepasan sepenuhnya. Oleh itu, kapasiti bateri am-jam biasanya ditentukan pada arus
yang diberikan dalam masa yang diberikan, atau dianggap diberi nilai untuk jangka masa 8
jam. Begitu juga dengan cara kita mengira tenaga dalam kWh.

Kapasiti bateri berbeza daripada penilaian amperage bateri. Sebenarnya bateri 100 amp
jam tidak bermakna bateri boleh mengeluarkan 100 amps semasa lebih satu jam. Ia hanya
bermakna bahawa bateri boleh mengandungi tenaga sebanyak 100 amp-jam.

Unit 1- 7

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Begitu juga apabila meter kuasa memberitahu kita bahawa kita menggunakan 100kWh
tenaga tidak bermakna kita mempunyai peranti 100kW yang berjalan selama satu jam yang
lalu, kerana ia merupakan perwakilan kumulatif penggunaan dalam tempoh masa yang kita
memudahkan dan menyatakan dalam penggunaan yang setara dalam satu jam.
Bergantung pada pembinaan bateri, ketumpatan plat, ciri dan teknologi dalaman, output
berterusan bateri biasanya lebih rendah daripada bateri jam sejam. Sebagai contoh jika
bateri 100 amp-jam mempunyai spesifikasi semasa 5 amp output berterusan, ia akan
mengeluarkan output berterusan maksimum 5 amp dan akan berjalan selama hampir 20
jam sebelum bateri dilepaskan sepenuhnya.
Walau bagaimanapun, jam-jam bateri merosot dari masa ke masa disebabkan oleh tindak
balas kimia dan membina ketahanan dalaman dari semasa ke semasa. Oleh itu, dalam
penggunaan sebenar, bateri seolah-olah menjadi pelepasan lebih cepat selepas banyak
kitaran penggunaan.

Menetapkan bateri dalam siri akan meningkatkan penarafan voltan, manakala konfigurasi
selari akan meningkatkan penarafan Amp Hour tetapi voltan tetap berterusan.
Apabila menyambungkan bateri dalam rentetan, voltan itu ditambah tetapi jam amp tidak
(sama seperti panel PV solar). Begitu juga jika anda selari mereka, voltan kekal tetapi
peningkatan Jam Amp. Akhirnya, jumlah simpanan tenaga akan terus meningkat dengan
setiap penambahan bateri ke bank sebagai Volts times Amp Hours adalah jam Watt.

Unit 1- 8

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

2.3 CHARGING TEMPERATURE AND DISCHARGING TEMPERATURE
Bateri berfungsi dalam pelbagai suhu, tetapi kebanyakannya dihasilkan untuk bekerja
dengan baik dalam keadaan ujian standard, iaitu 25 darjah Celsius. Pada suhu yang
melampau, kecekapan bateri akan terjejas, kedua-dua pengecasan dan pemecatan. Ini
disebabkan oleh kesan suhu bahan kimia di dalam bateri.
Nasihat praktikal untuk menggunakan peranti elektronik berkuasa bateri seperti kamera
digital dalam suhu pembekuan sifar sula adalah untuk mengeluarkan bateri dan
memanaskan di telapak dahulu sebelum menggunakan akan membolehkan penggunaan
lebih lama. Ia sama dengan bateri solar.
Setiap jenis bateri yang berlainan akan mempunyai suhu pengecasan dan pembuangan
yang berbeza. Bateri boleh dilepaskan melalui julat suhu yang lebih besar tetapi mengecas
pada julat suhu yang lebih terhad. Untuk hasil terbaik, untuk mengecas bateri antara 10 -
30 darjah Celsius.

Caj dan suhu pelepasan yang dibenarkan bagi bateri yang boleh dicas semula bersama.

2.4 PEMEGANG SUHU
Tegasan pengisian bateri perlu diperbetulkan berdasarkan suhu bateri. Pelarasan ini
dirujuk sebagai pemegang suhu, ciri pengecasan yang membantu memastikan bahawa
bateri tidak dicajkan atau tidak ditagihkan secara berlebihan tanpa mengira suhu bateri.
Suhu memberi kesan kepada rintangan dalaman dan penerimaan caj. Pada haba yang
melampau atau melampau, penerimaan caj dikurangkan, dan oleh itu perlu dibawa ke suhu
sederhana sebelum mengecas.
Kondisi ujian standard diberi nilai pada 25 darjah Celsius, iaitu suhu di mana kebanyakan
peranti elektronik diuji, termasuk pengawal caj, penyongsang, panel PV suria dan bateri.

Unit 1- 9

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Apabila bateri sejuk, voltan cas lebih tinggi diperlukan untuk menolak arus ke dalam plat
bateri dan elektrolit, namun bateri panas memerlukan voltan cas yang lebih rendah untuk
mengelakkan pengecasan berlebihan yang menyebabkan kerosakan yang berpotensi
kepada sel-sel asid plumbum yang dikawal oleh injap dan mengurangkan gas yang tidak
perlu. jika sel banjir digunakan. Pampasan voltan memanjangkan hayat bateri apabila
beroperasi pada suhu yang melampau.

Salah satu contoh menyesuaikan Had Voltan Caj dan Tegasan Caj Berapung dengan
korelasi suhu untuk mengelakkan Pengisian Mengecas atau Lebih Bercagar, berbanding
dengan hanya menggunakan ciri pengecasan keadaan ujian piawai.

Had voltan yang disyorkan apabila mengecas dan mengekalkan bateri asid plumbum pada
cas apungan.
Rumusan pemegang suhu yang paling banyak digunakan adalah: -0.005 V per º C setiap
sel 2 V. Walau bagaimanapun ia masih bergantung pada jenis bateri dan pengilang. Jenis
bateri yang berbeza mempunyai ciri yang berbeza pada pemegang suhu. Adalah bijak
untuk melihat lembaran spesifikasi pengeluaran untuk mengetahui pelarasan yang sesuai
yang diperlukan dalam suhu yang melampau. Sebenarnya, sesetengah pengeluar bateri
dan pengeluar pengecas mencadangkan tidak mengenakan bateri iaitu 50ºC (122ºF) atau
lebih panas.

Unit 1- 10

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

2.5 JENIS BATERI SURIA
Bateri boleh dicas semula yang biasa untuk bateri solar adalah
a) Standard Lead-Acid Battery atau Flooded Battery
b) Bateri Lead-Acid yang dikawal oleh Valve (bateri VRLA), terdapat dalam tiga jenis:
Lead-Acid Sealed (SLA), Gel Gel, Mat Kaca Penyerap (AGM).
c) Bateri Lithium Ion

a) STANDARD LEAD-ACID (FLOODED) BATTERY
Bateri asid plumbum standard adalah jenis bateri yang boleh dicas semula. Ia biasanya
dilihat di dalam kereta, dan telah menjadi salah satu bateri yang paling berpatutan
dengan keupayaan untuk membekalkan arus lonjakan tinggi (cth. Untuk digunakan
untuk memulakan enjin kereta).
Oleh kerana bateri boleh dengan mudah disiapkan untuk dijalankan secara selari untuk
membekalkan amperasi yang lebih besar atau dijalankan dalam siri untuk
membekalkan voltan yang lebih tinggi. Ia juga menguntungkan untuk sandaran grid
berskala besar pada kos yang lebih rendah.
Dalam bateri asid plumbum standard, ia terdiri daripada siri enam petak sel 2 volt. Sel 2
volt boleh mempunyai voltan dari 1.8 Volt pada pelepasan penuh (sepadan dengan ~
10.8 Volt), hingga 2.1 Volt dalam litar terbuka dengan cas penuh (sepadan dengan ~
12.6 Volt). Voltan adalah salah satu kriteria untuk menentukan keadaan caj bateri.
Sel bateri asid plumbum standard terdiri daripada plat plumbum Negatif dan Positif
diapit antara penebat yang memisahkan kedua-dua plat yang berbeza untuk
mengelakkan litar pintas. Ia dibanjiri dan mandi dalam elektrolit terdiri daripada air dan
asid sulfurik.
Berikut adalah gambaran mengenai perkara-perkara yang berlaku semasa menunaikan
atau mengecas bateri asid plumbum standard.

Unit 1- 11

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

1) Enam sel tunggal 2.1-volt yang disambungkan secara bersiri untuk membuat bateri
12 volt yang biasa (12.6 Volt).

2) Semasa pelepasan, tindak balas kimia antara asid sulfurik dan plat plumbum
menghasilkan elektrik yang juga bermula dengan lapisan plat positif dan negatif
dengan sulfat plumbum (juga dikenali sebagai sulfat).

3) Pada pelepasan sepenuhnya, plat hampir ditutup dengan sulfat plumbum. Beban
voltan bateri dari 12.6 Volt ke 10.5 Volt.

4) Lapisan Lead sulfat pada mulanya lembut, ia boleh dikembalikan semula ke dalam
asid plumbum dan plumbum, dengan syarat bateri yang dibuang segera dicaj
semula. Jika bateri asid plumbum tidak diisi dengan serta-merta, sulfat plumbum
akan mula membentuk kristal keras, menyebabkan kehilangan kapasiti bateri yang
tidak dapat dipulihkan.

5) Apabila bateri diisi semula, sulfat plumbum ditukar kepada asid sulfurik. Elektrolisis
juga berlaku semasa pengecasan. Air diubah menjadi hidrogen dan oksigen
(gasses) yang perlu dibuang dan menyebabkan kehilangan air dari bateri dari masa
ke masa. Gas hidrogen yang dihasilkan semasa pengecasan adalah bahan letupan.

6) Sesetengah sulfat plumbum mungkin masih berada di atas plat, dibina secara
beransur-ansur selepas setiap kitaran pengisian dan secara beransur-ansur bateri
akan mula kehilangan kapasiti untuk menyimpan cas penuh dan akhirnya mesti
diganti.

Kelebihan Standard Lead-acid Battery:

• Murah dan boleh didapati secara komersial.
• Boleh mempunyai pelbagai kapasiti ubahsuaian (Sesetengah bateri Flooded

tersedia dalam penarafan Amp Jam yang sangat tinggi).
• Mampu membuang arus besar (peak load current) apabila diperlukan (cth.

Memulakan bateri untuk automotif).
• Sel-sel yang dibanjiri dengan baik dapat bertahan lebih lama daripada VRLA yang

disediakan dengan kerap mengekalkan paras air, mengekalkan keadaan caj dan
mencegah pelepasan> 50%.
• Kitar semula. Bateri asid plumbum dikitar semula 98% mengikut jumlah, 99.5%
mengikut berat.

Kekurangan Standard Lead-acid Battery:

• Sulfaksi dapat mengurangkan keupayaan bateri untuk menyimpan dan melepaskan
tenaga.

• Tidak dapat menampung arus yang berterusan dari masa ke masa disebabkan oleh
sulfur berlaku di atas plat semasa pelepasan, mengurangkan aliran semasa
selepas beberapa waktu.

• Bergantung pada penggunaan spesifikasi sel-sel banjir. Bateri automotif (bateri
mula) mempunyai sejumlah besar plat plumbum tipis yang membolehkan
pelepasan pantas serta-merta pecah semasa yang tinggi untuk memenuhi beban
puncak tiba-tiba semasa startups, tetapi plat tipis mudah rosak oleh pelepasan
mendalam yang menyebabkan kegagalan pramatang. Kelajuan pelepasan dalam
menyebabkan elektrod nipis hancur. Aplikasi suria memerlukan bateri asid
plumbum yang mendalam yang mempunyai plat tebal yang lebih kurang terdedah
kepada kemusnahan akibat berbasikal.

Unit 1- 12

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

• Penyelenggaraan yang kerap diperlukan untuk memastikan elektrolit berada pada
tahap yang baik untuk membanjiri sel-sel. Dari masa ke masa elektrolit akan
mengurangkan jumlah kerana gas hidrogen dan oksigen dilepaskan ke udara
semasa pengisian semula.

▪ Mempunyai kitaran semula pelepasan pelepasan yang lebih rendah (kitaran hayat
bateri), lebih buruk jika kerap melepaskan di bawah 50%.

▪ Kadar pelepasan diri yang tinggi berbanding dengan bateri lain.
▪ Sekiranya sentiasa meletakkan kedudukan tegak, anda akan menghadapi

kebocoran asid.
▪ Memerlukan pengalihudaraan di sekitar bateri pengecasan. Gas hidrogen yang

dikeluarkan semasa pengecasan boleh menyebabkan letupan.
▪ Pemimpin adalah toksik kepada alam sekitar dan tidak melupuskan tapak

pelupusan sampah.

b) VALVE REGULATED BATTERY LEAD-ACID (VRLA)

Injap asid plumbum yang dikawal oleh bateri biasanya dikenali sebagai bateri bebas
penyelenggaraan.Tidak perlu menambah air bateri seperti sel-sel yang dibanjiri. Ia
mempunyai binaan yang serupa dengan bateri asid plumbum Standard flooded tetapi
dengan sedikit variasi untuk mengatasi kehilangan sulfat dan gas.

Tiga jenis bateri VRLA yang biasa adalah:

a) Bateri Asid Bumbung (Sealed Valve Regulated Wet Cell)
b) Bateri Mat Menyerap Kaca (Absorptive Glass Mat)
c) Gel Bateri

Dalam bateri solar, VRLA yang biasa digunakan ialah bateri AGM atau Gel.

Bateri Lead-Acid (SLA) yang dimeteraikan mempunyai komposisi yang sama seperti
bateri asid plumbum standard, kecuali ia tidak mempunyai bolong terbuka untuk
mengeluarkan gas. Bateri akan mengekalkan gas yang dihasilkan di dalam petak
baterinya selagi tekanan kekal pada tahap yang selamat. Di bawah keadaan operasi
biasa, gas dapat dikombinasikan dalam bateri sendiri. Dalam sesetengah VRLA, gas
hanya dikeluarkan dengan jumlah yang minimum melalui lubang yang sangat kecil
untuk mengawal tekanan ke paras yang selamat ketika berlebihan atau apabila tekanan
berada di luar batas keselamatannya untuk mengelakkan letupan. Dalam arti tertentu,
SLA adalah Baterai Lead Acid Flooded yang dimeteraikan, dan tidak membenarkan
pengguna menambah air dan dengan itu "bebas penyelenggaraan".

Bateri Mat Absorbent (AGM) Bateri (juga dikenali sebagai elektrolit kelaparan)
mempunyai mesh gentian kaca yang sangat nipis antara plat bateri yang berfungsi
untuk menyimpan dan mengalihkan elektrolit. Elektrolit itu diadakan di tikar kaca,
berbanding dengan membanjiri piring. Gentian kaca sangat nipis ini ditenun menjadi
tikar untuk meningkatkan kawasan permukaan untuk memegang elektrolit yang
mencukupi (sehingga 95%) pada sel-sel untuk digunakan dalam sel-sel seumur hidup.
Oleh kerana elektroda Mat dan Elektro Pemimpin dikemas rapat, maka pergerakan plat
sifar pada getaran, yang menyebabkan mereka menjadi kebal terhadap getaran. Juga
berfungsi dengan baik dalam suhu beku. Walau bagaimanapun, mereka lebih mahal
daripada jenis Gel atau SLA.

Unit 1- 13

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Sel-sel gel menambah debu silika atau agen gelling lain ke elektrolit, membentuk gel
seperti dempul yang tebal. Biasa didapati asid sulfurik dicampur dengan silika fumed.
Gelling elektrolit mengurangkan penyejatan elektrolit, tumpahan dan membanggakan
rintangan dan kejutan. Antimoni di plat plumbum digantikan oleh kalsium untuk
membolehkan pengambilan semula gas berlaku di dalam sel. (Antimoni adalah aloi
dengan plumbum memimpin untuk meningkatkan kekerasan plat dan kekuatan
mekanikal, dan meningkatkan ciri-ciri pengecasan dan mengurangkan penjanaan
hidrogen yang tidak dikehendaki semasa mengecas). Penggabungan gas berlaku
dengan sangat efisien dalam sel Gel. Semasa pengecasan berlebihan, oksigen yang
berkembang dari plat positif akan bergerak melalui gel ke plat negatif di mana gas
oksigen dan hidrogen diserap ke permukaan plat negatif plumbum spons
dikombinasikan kembali ke air. Injap ini dikawal selia pada 2 psi, yang cukup untuk
rekombinasi penuh untuk berlaku dan mencegah kehilangan gas.

Kedua-dua AGM dan sel Gel mempunyai elektrolit mereka tidak bergerak, yang
merupakan manfaat tambahan untuk banyak aplikasi mudah alih di mana anda boleh
meletakkan bateri tegak, berbaring di mana-mana arah, dan bahkan terbalik.

Kebaikan bateri asid yang dikawal oleh injap:

• Penyelenggaraan percuma! Anda tidak perlu bimbang tentang menambahkan paras
air ke bateri anda dari semasa ke semasa (atau pada dasarnya anda tidak boleh
menambah apa-apa lagi).

• Pemasangan di lokasi di mana penyelenggaraan teratur boleh menjadi sukar (cth.
Kawasan terpencil)

• Biasa digunakan untuk aplikasi storan kuasa seperti Bekalan Kuasa Tidak Terganti
(UPS) untuk komputer dan penyelesaian pasir kuasa solar grid.

• Kehidupan kitaran lebih lama daripada bateri asid plumbum yang tidak dikekalkan
dengan buruk, tetapi lebih pendek daripada bateri asid plumbum yang dikendalikan
dengan baik.

• Boleh ditempatkan pada orientasi yang berlainan (terutamanya AGM dan jenis Gel).
• AGM adalah kebal terhadap getaran kerana ketat kaca pad dengan Elektrode

dengan pergerakan hampir tiada plat pada getaran.
• AGM boleh mentolerir operasi dalam suhu beku (sesuai untuk mudah alih salji).

Unit 1- 14

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

c) LITHIUM BATTERY

Bateri litium-ion atau dikenali sebagai bateri Li-ion adalah jenis bateri yang boleh dicas
semula di mana ion litium bergerak dari elektrod negatif ke elektrod positif semasa
menunaikan, dan pergerakan terbalik dari elektrod positif kepada elektrod negatif
semasa mengecas.

Bateri litium-ion adalah bateri yang boleh dicas semula biasa yang terdapat dalam
elektronik mudah alih (contohnya telefon bimbit, kenderaan elektrik dan lain-lain). Ia
mempunyai kepadatan tenaga yang tinggi dengan kesan memori yang rendah dan
kadar pelepasan diri yang rendah.

Walau bagaimanapun, litium tulen sangat reaktif dan boleh bertindak balas dengan
penuh dengan air kepada litium hidroksida dan gas hidrogen. Oleh itu elektrolit bukan
berair biasanya digunakan dan disegel dari kelembapan.

Lithium-ions boleh digabungkan dengan bahan yang berbeza untuk mempunyai ciri
yang berbeza bergantung pada aplikasi. Elektronik genggam dengan kebimbangan
mengenai berat badan sering menggunakan Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2), yang
menawarkan ketumpatan tenaga yang tinggi, tetapi memberikan risiko keselamatan,
terutamanya apabila rosak. Sebaliknya, jika berat badan kurang berkhasiat seperti alat
elektronik atau aplikasi solar, Lithium Iron Phosphate (LiFePO4), Lithium Ion
Manganese Oksida Bateri (LiMn2O4, Li2MnO3, atau LMO) dan Litium Nickel
Manganese Cobalt Oxide LiNiMnCoO2 atau NMC) ketumpatan tenaga yang lebih
rendah, tetapi kehidupan lebih lama dan kurang kemungkinan peristiwa malang dalam
penggunaan dunia sebenar (contohnya kebakaran, letupan dan sebagainya).

Bateri litium-ion boleh mempunyai bahaya keselamatan (kebakaran dan letupan) jika
mengendalikan dengan tidak betul atau mengecas terlalu cepat kerana ia mengandungi
elektrolit mudah terbakar yang mungkin terus bertekanan. Oleh itu, memerlukan
pengecas khusus atau Sistem Pengurusan Bateri (BMS) dengan sensor suhu,
overcharge dan perlindungan pelepasan mendalam. Bateri dimatikan apabila voltan
bateri terlalu rendah, atau ketika suhu melampau.

Suhu pengisian disimpan di 0-45 ° C untuk jangka hayat sel-sel. Pengecasan
dihentikan jika bateri berada di bawah suhu beku kerana penyaduran litium logam
boleh berlaku pada elektrod negatif semasa julat subfrezzing yang tidak boleh
ditanggalkan oleh berbasikal berulang. Mengecas pada suhu di atas 45 ° C akan
menurunkan prestasi bateri dan hayat. Bateri Li-ion yang terlalu panas atau berlebihan
boleh mengalami pelarian terma yang akan menyebabkan kebocoran, letupan atau
kebakaran.

Kitaran hidup bateri Lithium-ion juga berbeza dengan pengeluar dan teknologi.
Kebanyakan akan dinilai pada 500-1000 kitaran, dengan maksimum sehingga 10,000
kitaran jika sel didasarkan pada anod karbon. Degradasi terutamanya bergantung
kepada suhu, selain daripada Kedalaman pelepasan.

Harga bateri lithium-ion telah jatuh sejak bertahun-tahun disebabkan pengeluaran
besar-besaran Kenderaan Elektrik yang menggunakan bateri Lithium-ion dan teknologi
pembuatan.

Unit 1- 15

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Kelebihan bateri litium-ion

• Ketumpatan tenaga yang tinggi.
• Kompak dan berguna untuk elektronik mudah alih.
• Kesan ingatan yang sangat rendah.
• Kadar pelepasan diri yang rendah (1.5-2% sebulan).
• Hidup kitaran lebih lama daripada bateri asid Lead.
• Penyelenggaraan percuma.
• Kekebalan terhadap getaran.
• Boleh diletakkan di mana-mana orientasi.
• Pilihan popular untuk penyelesaian sandaran seluruh rumah terima kasih

kepada Tesla Powerwall yang hebat dipasarkan.
• Boleh menjadi alternatif yang lebih murah dalam jangka panjang apabila

mempertimbangkan manfaat kitaran pelepasan yang lebih mendalam (DoD
sebanyak 80%), jangka hayat kitaran yang lebih panjang (misalnya 1000 kitaran
pada DoD sebanyak 80%), kurang menukar bateri jika pengendalian yang betul.
• Menggunakan Sistem Pengurusan Bateri (BMS) bersamaan dengan bateri
litium akan memastikan keselamatan dan umur panjang sel-sel.
• Bateri Li-ion mengandungi kurang logam toksik daripada jenis bateri lain yang
mungkin mengandungi plumbum atau kadmium. Oleh itu, kurang toksik kepada
alam sekitar.
• Logam (contohnya besi, tembaga, nikel dan kobalt) dalam bateri Lithium Ion
boleh dikitar semula.

Kekurangan bateri litium-ion

• Mahal daripada bateri asid plumbum.
• Keperluan pengecasan adalah ketat berbanding dengan bateri asid plumbum.

Suhu pengisian disimpan di 0-45 ° C.
• pengendalian yang tidak wajar, terlalu panas dan pengecasan berlebihan boleh

menyebabkan pelarian terma, risiko letupan dan kebakaran.
• Apabila disimpan untuk jangka masa yang panjang, tarikan semasa kecil litar

perlindungan boleh mengalirkan bateri di bawah voltan shutoffnya; Pengecas
biasa mungkin tidak berguna kerana BMS boleh menyimpan rekod kegagalan
bateri (atau pengecas) ini.
• Sel-sel litium mudah terdedah kepada kerosakan di luar julat voltan yang
dibenarkan, walaupun oleh voltan kecil (millivolts) boleh menyebabkan penuaan
pramatang sel-sel.

Unit 1- 16

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

2.6 PENGAWAL PENGECAS DAPAT MEMBERIKAN BEKALAN YANG
MECUKUPI PADA BATERI YANG DIGUNAKAN

Pengawal cas solar adalah peranti penting untuk mengekalkan dan mengecas
bateri. Walau bagaimanapun, dengan teliti melihat lembaran data pembuatan setiap
pengawal caj, ia akan mendedahkan maklumat penting tertentu. Sesetengah
pengawal caj hanya menerima Seal Lead Acid, Bateri berleluasa dan bateri Gel,
manakala yang lain memanjang ke arah sokongan pada bateri Lithium. Beberapa
pengawal caj awal mempunyai fungsi pengesanan auto dalam mengesan jenis sel
yang betul dan berfungsi dengan sewajarnya, sementara yang lain memerlukan
tetapan manual.

Di dalam tetapan bateri Acid Flooded Lead, pengawal caj akan mempunyai fungsi
interval cas Equalizing setiap bulan dengan voltan 14.8V, yang merupakan voltan
yang lebih tinggi daripada voltan pengecasan biasa untuk menghilangkan sebarang
kristal sulfat pada plat bateri. Ia juga membolehkan peningkatan daya sekitar 14.6V
dan pengecasan terapung 13.8V. Bateri banjir mempunyai ventilasi yang
membolehkan gas melarikan diri dari bateri pengecasan, dan dengan itu
membolehkan lebih banyak voltan mengecas.

Dalam bateri Acid Lead Sealed, kerana ia ditutup dengan ketat tanpa melepaskan
gas, Voltan Mengecaj Menyamakan adalah sedikit lebih rendah pada 14.6V.
Tegasan voltan pengecasan adalah sekitar 14.4V dan voltan mengecas terapung
pada 13.8V. Baterai Acid Lead yang dimeteraikan tidak mengambil volum
pengecasan yang menyalahi hati kerana ia mungkin mengambil risiko letupan.

Dalam Gel Bateri, ia tidak memerlukan penyamaan voltan pengecasan. Ia
membolehkan meningkatkan voltan pengecasan 14.2V dan voltan pengecasan
terapung 13.8V.

2.7 LOKASI BATERI

Seperti yang kita tahu suhu menjejaskan kimia bateri, menyebabkan ia
meningkatkan daya tahan dalaman dan mengurangkan kapasiti pengecasan.
Sekiranya anda tinggal di kawasan sifar Celsius sub semasa musim sejuk, adalah
penting untuk mendapatkan pengawal caj yang mempunyai pengesan suhu
pengesanan, terutama yang boleh dipasang pada bateri. Ia akan menyesuaikan ciri
voltan dan caj bergantung kepada suhu bateri untuk mengelakkan pengecasan
bawah atau pengisian lebihan.

Pada suhu musim sejuk di bawah sifar Celcius, meninggalkan bateri yang dibanjiri
di bahagian yang mengecas keadaan akan meresahkan air di dalam bateri yang
dibekukan dan menyebabkan kerosakan pada dinding bateri dan plat plumbum
(kerana lebih banyak bateri dibebaskan, asid akan menjadi lebih berair dalam ciri ,
dan air beku akan berkembang dan memecahkan kes bateri.) Bateri litium akan
berhenti mengecas jika ia berada di bawah sifar Celcius.

Oleh itu adalah penting untuk mempunyai sekurang-kurangnya penebat yang baik
untuk bateri pada bulan-bulan musim sejuk. Penempatan yang baik akan
membolehkan sistem bateri berfungsi sepenuhnya sepanjang musim sejuk.

Unit 1- 17

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

2.8 KAPASITI BATERI

Ini menggambarkan bagaimana untuk meningkatkan bank bateri dengan gabungan
konfigurasi selari dan sesiri.

Meningkatkan bateri boleh menjadi tugas mudah dengan hanya mengimbangi lebih banyak
bateri bersama-sama, tetapi ia juga lebih dipertimbangkan ketika datang ke berbilang bateri
dalam sistem anda.
Tidak banyak masalah apabila menggunakan satu bateri, kecuali untuk risau tentang
sejauh mana anda perlu melepaskan bateri yang menghubungkan dengan hayat kitaran
bateri.
Sekiranya terdapat dua atau lebih bateri, maka datanglah bahagian yang rumit. Setiap
bateri mempunyai rintangan dalaman mereka sendiri. Ada yang lebih tinggi dan ada yang
lebih rendah. Adalah penting untuk menambah dua atau lebih bateri serupa sama ada
dalam siri atau selari. Seperti bijak, jangan bungkus bateri baru dan lama bersama-sama
kerana rintangan dalaman akan berubah dari semasa ke semasa kerana kimianya dalam
bateri.

Unit 1- 18

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

2.9 PENYAMBUNGAN PADA BATERI

Pengkabelan bank bateri yang berbeza dalam konfigurasi selari boleh membuat sistem
tidak seimbang, seimbang dan sempurna seimbang.

Dalam sistem bateri selari yang tidak seimbang, ada pelbagai jalan panjang wayar yang
berbeza yang menghubungkan setiap bateri, oleh itu terdapat jalan dengan rintangan yang
kurang (wayar pendek) dan jalan dengan rintangan tertinggi (wayar lebih lama). Ini akan
menyebabkan bateri berada di jalan yang paling tidak tahan untuk bekerja lebih dan
memendekkan jangka hayatnya. Dalam sistem yang seimbang, perbezaan dalam laluan
diminimumkan dan oleh itu untuk mewujudkan rintangan kabel yang hampir sama supaya
beban kerja tersebar lebih merata di antara bateri.

Unit 1- 19

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

3.0 ULTRA CAPACITOR
Ultracapacitors adalah peranti penyimpanan tenaga elektrik yang mempunyai keupayaan
untuk menyimpan sejumlah besar cas elektrik
Tidak seperti perintang, yang menghilangkan tenaga dalam bentuk haba, kapasitor yang
ideal tidak melepaskan tenaganya. Juga dilihat bahawa bentuk paling mudah kapasitor
adalah dua plat logam yang selari yang dipisahkan oleh bahan penebat, seperti udara,
mika, kertas, seramik, dan sebagainya.
Kapasitor menyimpan tenaga hasil daripada kemampuan mereka untuk menyimpan caj
dengan jumlah cas yang disimpan pada kapasitor bergantung kepada voltan, V yang
digunakan di seluruh platnya, dan semakin besar voltan, lebih banyak caj akan disimpan
oleh kapasitor seperti: Q ∞ V.

3.1 A TYPICAL ULTRACAPACITOR
Juga kapasitor mempunyai persamaan yang berterusan, dipanggil kapasitansi, simbol C,
yang mewakili keupayaan kapasitor atau keupayaan untuk menyimpan cas elektrik dengan
jumlah caj bergantung kepada nilai kapasitans kapasitor seperti: Q ∞ C.
Kemudian kita dapati bahawa terdapat hubungan antara caj, Q, voltan V dan kapasitans C,
dan kapasitans yang lebih besar, semakin tinggi jumlah cas yang disimpan pada kapasitor
untuk jumlah voltan yang sama dan kita dapat menentukan hubungan ini untuk kapasitor
sebagai:
Caj pada Kapasitor

Q=CXV

Di mana: Q (Caj, di Coulombs) = C (Kapasitansi, di Farads) kali V (Voltan, di Volt)
Unit kapasitansinya ialah coulomb / volt, yang juga dikenali sebagai Farad (F) [dinamakan
selepas M. Faraday] dengan satu farad yang ditakrifkan sebagai kapasitans kapasitor,
yang memerlukan caj 1 coulomb untuk menentukan perbezaan yang berpotensi daripada 1
volt di antara kedua-dua plat itu.

Unit 1- 20

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Tetapi satu kapasitor farad konvensional akan sangat besar bagi kebanyakan aplikasi
elektronik yang praktikal, oleh itu unit yang lebih kecil seperti microfarad (μF), nanofarad
(nF) dan picofarad (pF) biasanya digunakan di mana:

• Microfarad (μF) 1μF = 1/1,000,000 = 0.000001 = 10-6 F
• Nanofarad (nF) 1nF = 1/1,000,000,000 = 0.000000001 = 10-9 F
• Picofarad (pF) 1pF = 1/1,000,000,000,000 = 0.000000000001 = 10-12 F

Walau bagaimanapun, terdapat satu lagi kapasitor yang ada, yang dipanggil Ultracapacitor
atau Supercapacitor yang boleh memberikan nilai-nilai dari beberapa milli-farads (mF)
hingga 10 kapasitansi kapasitor dalam saiz yang sangat kecil yang membolehkan lebih
banyak tenaga elektrik disimpan di antara mereka plat.
Dalam tutorial mengenai Kapasitansi dan Caj kita melihat bahawa tenaga yang disimpan
dalam kapasitor diberikan oleh persamaan:

Di mana: E ialah tenaga yang disimpan dalam medan elektrik dalam joule, V adalah
perbezaan potensi di seluruh plat dan C ialah kapasitansi kapasitor di farads dan
ditakrifkan sebagai:

Di mana: ε ialah kepelbagaian bahan antara plat, A adalah kawasan plat, dan d ialah
pemisahan plat.
Ultracapacitors adalah satu lagi jenis kapasitor yang dibina untuk mempunyai plat konduktif
yang besar, dipanggil elektrod, kawasan permukaan (A) serta jarak yang sangat kecil (d) di
antara mereka. Tidak seperti kapasitor konvensional yang menggunakan bahan dielektrik
pepejal dan kering seperti Teflon, Polyethylene, Paper, dan sebagainya, ultracapacitor
menggunakan elektrolit cecair atau basah di antara elektrodnya menjadikannya lebih
banyak daripada peranti elektrokimia yang serupa dengan kapasitor elektrolitik.
Walaupun ultracapacitor adalah sejenis peranti elektrokimia, tiada tindak balas kimia yang
terlibat dalam penyimpanan tenaga elektriknya. Ini bermakna bahawa kapasitor ultra tetap
berkesan dengan peranti elektrostatik yang menyimpan tenaga elektriknya dalam bentuk
medan elektrik di antara kedua elektrodnya yang dijalankan seperti yang ditunjukkan.

Unit 1- 21

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

3.2 BINAAN ULTRACAPACITOR

Elektrod bersalut berganda berganda diperbuat daripada karbon grafit dalam
bentuk karbon konduktif diaktifkan, nanotubes karbon atau gel karbon. Membran
kertas berliang yang dipanggil pemisah mengekalkan elektrod selain tetapi
membolehkan ion positif melewati sementara menyekat elektron yang lebih besar.
Pemisah kertas dan elektrod karbon dilancarkan dengan elektrolit cecair dengan
kerajang aluminium yang digunakan di antara keduanya untuk bertindak sebagai
pengumpul semasa membuat sambungan elektrik ke tab solder ultracapacitors.
Pembinaan lapisan dua lapisan elektrod dan pemisah karbon mungkin sangat nipis
tetapi kawasan permukaannya yang efektif menjadi beribu-ribu meter apabila
bersatu bersama. Kemudian untuk meningkatkan kapasitansi kapasitor ultra, jelas
bahawa kita perlu meningkatkan kawasan permukaan sentuhan, A (dalam m2)
tanpa meningkatkan saiz fizikal kapasitor, atau menggunakan elektrolit jenis khas
untuk meningkatkan positif yang ada ion untuk meningkatkan kekonduksian.
Kemudian ultra-kapasitor membuat alat penyimpanan tenaga yang sangat baik
kerana kapasitans nilai tinggi mereka ke beratus-ratus farads, kerana jarak yang
sangat kecil atau pemisahan plat mereka dan elektrods permukaan permukaan
yang tinggi A untuk pembentukan pada permukaan lapisan ion elektrolitik
membentuk lapisan ganda. Pembinaan ini secara berkesan mewujudkan dua
kapasitor, satu pada setiap elektrod karbon, memberikan ultracapacitor nama
kedua "kapasitor lapisan dua" yang membentuk dua kapasitor dalam siri.
Walau bagaimanapun, masalah dengan saiz kecil ini adalah bahawa voltan
merentasi kapasitor hanya boleh jadi sangat rendah kerana voltan sel ultra
kapasitor ditentukan oleh voltan penguraian elektrolit. Kemudian sel kapasitor khas
mempunyai voltan yang bekerja di antara 1 hingga 3 volt, bergantung kepada
elektrolit yang digunakan, yang boleh mengehadkan jumlah tenaga elektrik yang
dapat disimpan.

Unit 1- 22

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Untuk menyimpan caj pada ultracapacitors voltan yang munasabah perlu
disambung secara siri. Tidak seperti kapasitor elektrolitik dan elektrostatik, ultra-
kapasitor dicirikan oleh voltan terminal yang rendah. Untuk meningkatkan voltan
terminal undian kepada puluhan volt, sel ultracapacitor mesti dihubungkan secara
siri, atau secara selari untuk mencapai nilai kapasitansi yang lebih tinggi seperti
yang ditunjukkan.
Meningkatkan Nilai Ultracapacitors

Di mana: VCELL adalah voltan satu sel, dan CCELL adalah kapasitansi satu sel.
Oleh kerana voltan setiap sel kapasitor adalah kira-kira 3,0 volt, menyambung lebih
banyak sel-sel kapasitor bersama-sama dalam siri akan meningkatkan voltan.
Semasa menyambung lebih banyak sel kapasitor selari akan meningkatkan
kapasitinya. Kemudian kita dapat menentukan total voltan dan jumlah kapasitansi
bank ultracapacitor sebagai:

Di mana: M ialah bilangan lajur dan N ialah bilangan baris. Perhatikan juga bahawa
seperti bateri, ultracapacitor dan supercapacitors mempunyai polariti yang jelas
dengan terminal positif yang ditandakan pada badan kapasitor.

Unit 1- 23

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Ultracapacitor Example No1
A 5.5 volt, 1.5 farad ultracapacitor diperlukan sebagai peranti sandaran storan
tenaga untuk litar elektronik. Sekiranya ultracapacitor dibuat daripada individu
2.75v, sel 0.5F, hitungkan bilangan sel yang diperlukan dan susun atur array.

Oleh itu, array itu mempunyai dua sel kapasitor sebanyak 2.75v setiap bersambung
dalam siri untuk menyediakan 5.5v yang diperlukan.

Kemudian array itu akan mempunyai sebanyak enam lajur individu, yang terdiri
daripada dua baris enam dengan itu membentuk ultracapacitor dengan array 6 x 2
seperti yang ditunjukkan.
6 × 2 Ultracapacitor Array

Unit 1- 24

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

3.3. TENAGA ULTRACAPACITOR

Seperti semua kapasitor, ultracapacitor adalah peranti storan tenaga. Tenaga
elektrik disimpan sebagai caj di medan elektrik di antara platnya dan hasil daripada
tenaga tersimpan ini, perbezaan potensi, iaitu voltan, wujud antara kedua-dua plat.
Semasa mengecas (semasa mengalir melalui ultracapacitor dari bekalan yang
bersambung), tenaga elektrik disimpan di antara platnya.

Apabila ultracapacitor dikenakan, berhenti semasa mengalir dari bekalan dan
ultracapacitors voltan terminal adalah sama dengan voltan bekalan. Akibatnya,
ultracapacitor yang dikenakan akan menyimpan tenaga elektrik ini walaupun
dikeluarkan dari bekalan voltan sehinggalah diperlukan bertindak sebagai peranti
penyimpanan tenaga.

Apabila menunaikan (semasa mengalir keluar), ultracapacitor mengubah tenaga
tersimpan ini menjadi tenaga elektrik untuk membekalkan beban yang
disambungkan. Kemudian ultracapacitor tidak menggunakan sebarang tenaga
sendiri tetapi sebaliknya akan menyimpan dan melepaskan tenaga elektrik seperti
yang diperlukan dengan jumlah tenaga yang disimpan dalam ultracapacitor yang
berkadaran dengan nilai kapasitansi kapasitor.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, jumlah tenaga yang disimpan adalah berkadar
dengan kapasitansi C dan kuadrat voltan V merentasi terminalnya.

Di mana: E adalah tenaga yang disimpan dalam joules. Kemudian untuk contoh
ultracapacitor di atas, jumlah tenaga yang disimpan oleh array diberikan sebagai:

Maka jumlah maksimum tenaga yang boleh disimpan oleh ultracapacitor kami ialah
22.7 joules, yang pada asalnya dibekalkan oleh bekalan pengisian 5.5 volt. Tenaga
tersimpan ini tetap tersedia sebagai caj dielektrik elektrolit dan apabila
disambungkan kepada beban, ultracapacitors keseluruhan 22.69 joules tenaga
disediakan sebagai arus elektrik. Jelas, apabila ultracapacitor dilepaskan
sepenuhnya, tenaga tersimpan adalah sifar.

Kemudian kita dapati bahawa ultracapacitor yang ideal tidak akan memakan atau
menghilangkan tenaga, tetapi sebaliknya mengambil kuasa dari litar pengecasan
luaran untuk menyimpan tenaga dalam medan elektrolitnya dan kemudian
mengembalikan tenaga tersimpan ini apabila menyampaikan kuasa kepada beban.

Dalam contoh mudah kita di atas, tenaga yang disimpan oleh ultracapacitor adalah
kira-kira 23 joules, tetapi dengan nilai kapasitans besar dan penarafan voltan yang

Unit 1- 25

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

lebih tinggi, ketumpatan tenaga ultracapacitors boleh menjadi sangat besar
menjadikannya sesuai sebagai peranti penyimpanan tenaga.
Sebenarnya, ultracapacitors dengan penarafan ke ribuan farads dan beratus-ratus
volt kini digunakan dalam kenderaan elektrik hibrid (termasuk Formula 1) sebagai
peranti simpanan tenaga pepejal bagi sistem brek regeneratif kerana mereka dapat
dengan cepat memberi dan menerima tenaga semasa brek dan mempercepatkan
selepas itu. Ultra dan super-kapasitor juga digunakan dalam sistem tenaga boleh
diperbaharui untuk menggantikan bateri asid plumbum.

3.4 RINGKASAN ULTRACAPACITOR
Ultracapacitor adalah peranti elektrokimia yang terdiri daripada dua elektrod
berpori, biasanya terdiri daripada karbon aktif yang direndam dalam larutan
elektrolit yang menyimpannya secara elektrostatik. Pengaturan ini secara berkesan
mewujudkan dua kapasitor, satu pada setiap elektrod karbon, yang terhubung
secara bersiri.
Ultracapacitor boleh didapati dengan kapasitans di beratus-ratus farads semua
dalam saiz fizikal yang sangat kecil dan dapat mencapai ketumpatan kuasa jauh
lebih tinggi daripada bateri. Walau bagaimanapun, penarafan voltan ultracapacitor
biasanya kurang daripada kira-kira 3 volt jadi beberapa kapasitor perlu
disambungkan dalam siri dan kombinasi selari untuk memberikan voltan yang
berguna.
Ultracapacitors boleh digunakan sebagai alat penyimpanan tenaga yang serupa
dengan bateri, dan sebenarnya dikelaskan sebagai bateri ultracapacitor. Tetapi
tidak seperti bateri, mereka boleh mencapai ketumpatan kuasa yang jauh lebih
tinggi untuk tempoh yang singkat. Ia digunakan di banyak kenderaan petrol hibrid
dan sel bahan api yang didorong oleh kenderaan elektrik kerana terdapat
keupayaan untuk melepaskan voltan tinggi dengan cepat dan kemudian diisi
semula. Tetapi dengan mengendalikan ultracapacitors dengan sel bahan bakar dan
bateri permintaan kuasa puncak, dan perubahan beban sementara dapat
dikendalikan lebih efisien.

Unit 1- 26

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

4.0 FLYWHEEL (ESS)

NASA G2 flywheel
Penyimpanan tenaga roda lekap (FES) berfungsi dengan mempercepatkan pemutar (roda
tenaga) dengan kelajuan yang sangat tinggi dan mengekalkan tenaga dalam sistem
sebagai tenaga putaran. Apabila tenaga diekstrak dari sistem, kelajuan putaran roda
berkurang sebagai akibat daripada prinsip pemuliharaan tenaga; menambah tenaga
kepada sistem sepadan dengan peningkatan dalam kelajuan roda tenaga.
Kebanyakan sistem FES menggunakan elektrik untuk mempercepat dan mempercepatkan
roda tenaga , tetapi peranti yang menggunakan tenaga mekanikal secara langsung sedang
dibangunkan.
Sistem FES lanjutan mempunyai rotor yang diperbuat daripada komposit serat karbon
tinggi yang kuat, digantung oleh galas magnetik, dan berputar pada kelajuan 20,000 hingga
lebih dari 50,000 rpm dalam kandang vakum. Roda-rintik seperti ini boleh datang untuk
mempercepatkan dalam masa beberapa minit - mencapai kapasiti tenaga mereka dengan
lebih cepat daripada beberapa storan lain.

Unit 1- 27

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

4.1 KOMPONEN UTAMA

Komponen utama roda tenaga biasa
Sistem ini terdiri daripada roda tenaga yang disokong oleh galas rolling-element yang
disambungkan kepada penjana motor. Kincir angin dan kadang-kadang penjana motor
boleh disertakan dalam ruang vakum untuk mengurangkan geseran dan mengurangkan
kehilangan tenaga.
Sistem simpanan tenaga roda tenaga generasi pertama menggunakan roda-roda keluli
besar yang berputar pada galas mekanikal. Sistem baru menggunakan rotor komposit
serat karbon yang mempunyai kekuatan tegangan yang lebih tinggi daripada keluli dan
boleh menyimpan lebih banyak tenaga untuk jisim yang sama. Untuk mengurangkan
geseran, galas magnet kadang kala digunakan bukannya galas mekanikal.

Unit 1- 28

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

4.2 CIRI-CIRI FIZIKAL

Umum
Berbanding dengan cara lain untuk menyimpan elektrik, sistem FES mempunyai jangka
hayat yang panjang (dekad berkekalan dengan sedikit atau tiada penyelenggaraan;jangka
hayat pusingan penuh yang disebutkan untuk liputan roda jauh daripada melebihi 105,
sehingga 107, kitaran penggunaan), tenaga spesifik yang tinggi (100-130 W · h / kg, atau
360-500 kJ / kg), dan output kuasa maksimum yang besar. Kecekapan tenaga (nisbah
tenaga keluar setiap tenaga dalam) roda tenaga terbang, juga dikenali sebagai kecekapan
bulat-perjalanan, boleh setinggi 90%. Kapasiti biasa berkisar dari 3 kWh ke 133 kWh.
Pengisian pantas sistem berlaku kurang dari 15 minit.Tenaga spesifik yang tinggi yang
sering disebut dengan flywheel boleh sedikit mengelirukan kerana sistem komersial yang
dibina mempunyai tenaga khusus yang lebih rendah.
4.2.1 Bentuk simpanan tenaga

a) Momen inersia:
b) Halaju sudut:
c) Tenaga putaran yang disimpan:
Ini adalah integral jisim roda tenaga, dan adalah kelajuan putaran (bilangan revolusi
sesaat).

Unit 1- 29

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

4.2.2 Tenaga khusus

Tenaga khusus maksimum rotor roda tenaga bergantung kepada dua faktor:
pertama ialah geometri pemutar, dan yang kedua adalah sifat bahan yang
digunakan. Untuk rotor isotropik tunggal, hubungan ini boleh dinyatakan sebagai di
mana

a) adalah tenaga kinetik pemutar [J],
b) adalah momen inersia pemutar [kg.m2],
c) adalah faktor bentuk geometri pemutar [m-2],
d) adalah kekuatan tegangan bahan [Pa],
e) adalah kepadatan bahan [kg / m3].

4.2.3 Geometri (faktor bentuk)

Nilai tertinggi yang mungkin untuk faktor bentuk dari pemutar roda roda, adalah,
yang hanya boleh dicapai oleh geometri cakera tekanan berterusan teoritikal.
Geometri cakera padat berterusan mempunyai faktor bentuk, manakala bagi rod
ketebalan berterusan nilai itu. Silinder nipis mempunyai faktor bentuk. Untuk
kebanyakan injap roda dengan aci, faktor bentuk di bawah atau kira-kira. Reka
bentuk kurang aci mempunyai faktor bentuk yang sama dengan cakera ketebalan
berterusan , yang membolehkan ketumpatan tenaga berganda.

4.2.4 Sifat bahan

Untuk penyimpanan tenaga, bahan yang mempunyai kekuatan tinggi dan
kepadatan rendah adalah wajar. Atas sebab ini, bahan komposit sering digunakan
dalam roda lanjutan canggih. Nisbah kekuatan-ke-ketumpatan sesuatu bahan boleh
dinyatakan dalam Wh / kg (atau Nm / kg); nilai lebih besar daripada 400 Wh / kg
boleh dicapai oleh bahan komposit tertentu.

4.2.5 Bahan pemutar

Beberapa rotor roda angin moden diperbuat daripada bahan komposit. Contoh-
contohnya termasuk flywheel komposit serat karbon dari Beacon Power
Corporation dan roda tenaga PowerThru dari Phillips Service Industries. Sebagai
alternatif, Calnetix menggunakan keluli berprestasi tinggi kelas aeroangkasa dalam
pembinaan roda bolasepak mereka.

Bagi rotor ini, hubungan antara sifat-sifat bahan, geometri dan ketumpatan tenaga
boleh dinyatakan dengan menggunakan pendekatan berat rata-rata.

Unit 1- 30

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

4.3 KECEKAPAN STORAN TENAGA

Sistem penyimpanan tenaga roda lekap menggunakan galas mekanikal boleh kehilangan
20% hingga 50% tenaga mereka dalam masa dua jam. Kebanyakan geseran yang
bertanggungjawab terhadap kehilangan tenaga ini disebabkan oleh perubahan orientasi
roda boling disebabkan oleh putaran bumi (kesan serupa dengan yang ditunjukkan oleh
pendulum Foucault). Perubahan dalam orientasi ini ditentang oleh daya gyroscopic yang
ditunjukkan oleh momentum angular roda gelangsar, dengan demikian mengerahkan
kekuatan terhadap galas mekanikal. Daya ini meningkatkan geseran. Ini boleh dielakkan
dengan menyelaraskan paksi putaran roda gelung selari dengan paksi putaran bumi.
Sebaliknya, flywheels dengan bantalan magnet dan vakum yang tinggi dapat mengekalkan
kecekapan mekanikal 97%, dan 85% kecekapan perjalanan bulat.

4.4 BEKALAN KUASA TIDAK TERGANGGU

Sistem penyimpanan kuasa flywheel dalam pengeluaran pada tahun 2001 mempunyai
kapasiti penyimpanan yang setanding dengan bateri dan kadar pelepasan lebih cepat.
Mereka kebanyakannya digunakan untuk menyediakan meratakan beban untuk sistem
bateri yang besar, seperti bekalan kuasa yang tidak terganggu untuk pusat data kerana
mereka menjimatkan sejumlah ruang berbanding sistem bateri.

Penyelenggaraan flywheel pada umumnya berjalan kira-kira satu setengah kos sistem UPS
bateri tradisional. Satu-satunya penyelenggaraan adalah rutin penyelenggaraan
pencegahan tahunan asas dan menggantikan galas setiap lima hingga sepuluh tahun,
yang mengambil masa kira-kira empat jam. Sistem roda tenaga yang lebih baru
sepenuhnya melepaskan jisim berputar menggunakan bantalan magnet bebas
penyelenggaraan, dengan itu menghapuskan penyelenggaraan dan kegagalan galas
mekanikal.

4.5 PERBANDINGAN DENGAN BATERI ELEKTRIK

Flywheels tidak begitu terjejas oleh perubahan suhu, boleh beroperasi pada jarak suhu
yang lebih luas, dan tidak tertakluk kepada banyak kegagalan biasa bateri boleh dicas
semula kimia. Mereka juga kurang berpotensi merosakkan alam sekitar, yang sebahagian
besarnya terbuat dari bahan-bahan yang tidak aktif atau jinak. Satu lagi kelebihan roda
larian ialah dengan pengukuran mudah dari kelajuan putaran, adalah mungkin untuk
mengetahui jumlah sebenar tenaga yang disimpan.

Tidak seperti kebanyakan bateri yang hanya beroperasi untuk tempoh yang terbatas
(contohnya kira-kira 36 bulan dalam kes bateri polimer ion litium), roda tenaga berpotensi
mempunyai jangka hayat yang tidak pasti. Flywheels yang dibina sebagai sebahagian
daripada enjin wap James Watt telah terus bekerja selama lebih dari dua ratus tahun.
Contoh kerja roda lentur kuno yang digunakan terutamanya dalam pengilangan dan
tembikar boleh didapati di banyak lokasi di Afrika, Asia, dan Eropah.

Unit 1- 31

MES 6023 RENEWABLE ENERGY

Kebanyakan flywheels moden biasanya disekat peranti yang memerlukan
penyelenggaraan minimum sepanjang hayat perkhidmatan mereka. Bantalan roda galas
magnet dalam kandang vakum, seperti model NASA yang digambarkan di atas, tidak
memerlukan penyelenggaraan galas dan oleh itu lebih baik daripada bateri baik dari segi
jumlah kapasiti storan seumur hidup dan tenaga. Sistem flywheel dengan galas mekanikal
akan mempunyai had lifespans kerana dipakai.

LATIHAN :
1. Terangkan Maksud Sistem Storoge Tenaga?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________

2. Nyatakan 3 ( tiga ) jenis bateri yang biasa untuk digunaankan dan di cas?

i . _____________________________________________________________
ii . _____________________________________________________________
iii . _____________________________________________________________

3. Nyatakan fungsi dan kegunaan Ultracapacitors?
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________

4. Nyatakan perbezaan bagi bateri dan flywheel (ess)?
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________

Unit 1- 32