태양광 에너지 저장 프로젝트에 사용되는 두 가지 주요 배터리 화학 방식에는 각각 장단점이 있습니다. 납축전지는 역사가 훨씬 오래되었고 이해하기 쉽지만, 저장 용량에 한계가 있습니다.리튬 이온 배터리이러한 제품은 수명이 더 길고 무게가 가볍지만 본질적으로 더 비쌉니다.

에너지 저장 설비는 일반적으로 LG Chem의 경우처럼 한 가지 유형의 배터리로 구성됩니다. (사진 제공: GreenBrilliance)

각각의 화학적 특성을 결합하여 비용 효율적이고 고용량의 배터리 뱅크를 만들 수 있을까요?

새로운 리튬 이온 배터리의 기능을 활용하려면 기존의 납축전지 시스템을 완전히 분해해야 할까요? 특정 킬로와트시 용량을 충족하기 위해 기존 리튬 시스템에 비교적 저렴한 납축전지를 추가할 수 있을까요?

답이 명확하지 않은 모든 중요한 질문에 대한 답은 "상황에 따라 다르다"입니다. 한 가지 화학적 특성을 고수하는 것이 더 쉽고 위험 부담도 적지만, 몇 가지 해결책은 있습니다.

텍사스에 있는 프리덤 솔라 파워의 전기 엔지니어인 고든 건은 납축전지와 리튬 배터리를 연결하는 것이 가능할 수도 있지만, 교류 연결을 통해서만 가능하다고 말했습니다.

"납축전지와 리튬 배터리를 같은 직류 버스에 연결하는 것은 절대 안 됩니다."라고 그는 말했다. "최악의 경우, 배터리가 파손될 뿐 아니라 화재나 폭발이 발생할 수도 있습니다. 시공간 연속체에 이상이 생길지도 모르죠. 어떻게 될지는 저도 모르겠습니다."

납축전지 제조업체인 US Battery Manufacturing Co.의 엔지니어링 담당 수석 부사장인 K. 프레드 웨마이어가 추가적인 설명을 제공했습니다.

"가능은 하지만, 단순히 리튬 배터리 시스템에 납축전지를 추가하는 것만큼 간단하지는 않을 겁니다. 두 시스템은 기본적으로 독립적으로 작동하게 될 것입니다."라고 웨마이어는 말했습니다. "리튬 배터리 시스템은 자체 배터리 관리 시스템(BMS)과 충전기 및 충전 컨트롤러로 제어되어야 합니다. 납축전지 시스템은 자체 충전기 및/또는 충전 컨트롤러가 필요하지만 BMS는 필요하지 않습니다. 두 시스템은 동일한 부하를 병렬로 공급할 수 있지만, 두 배터리 종류 간에 부하를 안전하게 분배하기 위한 제어 장치가 필요할 수 있습니다."

LFP 배터리 제조업체인 SimpliPhi Power의 기술 서비스 관리자인 트로이 다니엘스는 동일한 배터리 화학 성분을 혼합하는 것은 물론이고, 한 시스템에서 서로 다른 화학 성분을 혼합하는 것은 권장하지 않지만, 그것이 가능하다는 점은 인정합니다.

그는 "두 개의 독립적인 시스템(충전기와 인버터)을 사용하여 공통 부하를 공유하거나 필요한 전기 부하를 분할하는 방식이 있습니다."라고 말했습니다. "전환 스위치를 사용할 수도 있지만, 이 경우 한 번에 하나의 배터리 또는 특정 종류의 배터리만 충전 또는 방전할 수 있으며 수동으로 전환해야 할 가능성이 높습니다."

부하를 분리하고 두 시스템을 설치하는 것은 많은 사람들이 원하는 것보다 훨씬 복잡한 작업인 경우가 많습니다.

프리덤 솔라의 설계 관리자인 조쉬 미드는 "하이브리드/납산 혼합 시스템은 비용이 많이 드는 추가 장비이기 때문에 프리덤 솔라에서는 다루지 않았습니다. 저희는 한 가지 배터리 화학 방식과 한 가지 배터리 제품만 사용하여 배터리 설치를 최대한 단순하게 유지하려고 노력합니다."라고 말했습니다.

한 회사가 두 가지 화학 물질을 결합하는 것을 좀 더 쉽게 만들고자 노력하고 있습니다. 휴대용 전원 제품 제조업체인 Goal Zero는 가정용 부분 백업으로 사용할 수 있는 리튬 기반 Yeti 휴대용 파워 스테이션을 출시했습니다. Yeti 3000은 3kWh 용량에 70파운드(약 32kg) 무게의 NMC 리튬 배터리로, 4개의 회로를 지원할 수 있습니다. 더 많은 전력이 필요한 경우, Goal Zero는 납축전지 확장 배터리를 추가할 수 있는 Yeti Link 확장 모듈을 제공합니다. 네, 맞습니다. 리튬 Yeti 배터리는 납축전지와 함께 사용할 수 있습니다.

골 제로(Goal Zero)의 총괄 매니저인 빌 하몬은 “저희의 확장 탱크는 사이클이 불규칙한 납축전지입니다. 이 배터리를 사용하면 예티(Yeti) [리튬 기반 시스템]의 전자 장치를 그대로 사용하면서 배터리 용량을 확장할 수 있습니다.”라고 말했습니다. “각각 1.25kWh 용량의 납축전지는 원하는 만큼 추가할 수 있습니다. 고객은 그냥 플러그를 꽂기만 하면 됩니다. 그러면 리튬 배터리의 휴대성과 저렴한 납축전지를 집에서 모두 사용할 수 있게 되는 것입니다.”

리튬 배터리와 납 배터리를 함께 사용할 때 가장 큰 문제는 전압, 충전 방식, 충방전 한계가 다르다는 점입니다. 배터리 전압이 다르거나 방전 속도가 다르면 배터리 간 전력 손실이 빠르게 발생합니다. 전력 손실이 빨라지면 발열 문제가 발생하고 배터리 수명 주기 효율이 저하됩니다.

Goal Zero는 Yeti Link 장치를 통해 이러한 상황을 관리합니다. Yeti Link는 본질적으로 Yeti 오리지널 리튬 배터리에 적합한 정교한 배터리 관리 시스템으로, 다양한 배터리 종류 간의 전압 및 충전을 관리합니다.

하몬은 "예티 링크는 배터리 간의 전력 전송을 조절합니다."라고 말하며, "리튬 배터리가 납축 배터리와 연결되어 있다는 사실조차 인지하지 못하도록 안전한 방식으로 보호합니다."라고 덧붙였다.

예티 3000은 기존 가정용 리튬 배터리(LG화학, 테슬라, 소네트 등)보다 크기가 작을 수 있지만, 이는 설계상의 특징일 뿐이라고 하몬은 말했습니다. 만약 누군가 더 저렴한 납 배터리를 사용하여 용량을 9kWh까지 확장하고, 캠핑이나 야외 파티를 할 때 리튬 배터리를 휴대할 수 있다면, 시도해 볼 만한 가치가 있지 않을까요?

"저희 시스템은 에너지 저장 설비에 1만 5천 달러를 투자할 여력이 없는 전국의 모든 사람들을 위한 것입니다. 그리고 모든 설치가 완료되면, 저는 집에 영구적으로 설치할 수 있는 장치를 갖게 되는 셈입니다."라고 하몬은 말했습니다. "예티는 지출에 민감한 사람들을 위한 것입니다. 저희 시스템은 설치비 포함 총 3,500달러입니다."

골제로(Goal Zero)는 현재 5세대 제품을 출시하며 리튬-납 복합 배터리 기술에 대한 자신감을 보여주고 있습니다. 하지만 배터리 화학 성분을 직접 혼합하는 것에 익숙하지 않은 많은 사람들을 위해, 전기 전문가의 도움을 받아 동일한 사업장이나 가정에 두 개의 독립적인 시스템을 설치할 수도 있습니다.

미국 배터리 회사인 US Battery의 웨마이어는 "기존 리튬 시스템에 저렴한 저장 용량을 추가하는 더 간단하고 안전한 방법은 부하를 분리하여 두 개의 배터리 시스템에 각각 할당하는 것입니다."라고 말했습니다. "어떤 방식이든 안전을 위해 훈련된 전문가가 작업을 수행해야 합니다."