Aina välillä törmää kommenttiin, että "akussahan on vain plus ja miinus, mitä ihmeellistä siinä voi olla?"
Ymmärrän ajatuksen. Jos on käyttänyt auton käynnistysakkuja vuosikymmeniä, 12,8 voltin LiFePO4-akku näyttää päällepäin lähes samalta. Kummassakin on kaksi napaa, kumpaankin voi kytkeä laturin ja molemmat tuottavat sähköä.
Todellisuudessa kyseessä on kuitenkin kaksi melko erilaista tekniikkaa.
LiFePO4-akku tuo mukanaan paljon etuja, mutta samalla muutamia asioita, jotka käyttäjän kannattaa ymmärtää. Erityisesti silloin, kun siirrytään suurempiin akustoihin, inverttereihin tai aurinkosähköjärjestelmiin.
Kaksi erilaista akkukemiaa
Vaikka lyijyakku ja LiFePO4-akku näyttävät ulospäin hyvin samanlaisilta, niiden sisällä tapahtuvat kemialliset reaktiot ovat täysin erilaisia.
Perinteinen lyijyakku perustuu lyijylevyihin ja rikkihappoon. Tekniikka on ollut käytössä yli sadan vuoden ajan, ja sen suurimpia vahvuuksia ovat yksinkertaisuus, edullinen hankintahinta sekä hyvä kyky tuottaa suuria virtoja esimerkiksi auton käynnistyksessä.
LiFePO4-akku eli litiumrautafosfaattiakku kuuluu litiumakkujen perheeseen. Energian varastointi perustuu litiumionien liikkumiseen akun sisällä latauksen ja purkauksen aikana. Akkukemia on suunniteltu erityisesti pitkäikäisyyttä, turvallisuutta ja toistuvaa syväpurkauskäyttöä varten.
Juuri erilainen akkukemia selittää suurimman osan käytännön eroista. LiFePO4-akku kestää yleensä enemmän lataus- ja purkukertoja, säilyttää jännitteensä vakaampana, latautuu nopeammin ja mahdollistaa suuremman osan kapasiteetin hyödyntämisen.
Lyijyakun vahvuuksia ovat edelleen alhaisempi hankintahinta, yksinkertainen tekniikka sekä parempi sietokyky lataukselle kylmissä olosuhteissa.
Käyttökelpoinen kapasiteetti on suurempi
Yksi yleisimmistä väärinkäsityksistä liittyy ampeeritunteihin.
Moni ajattelee, että 300 Ah lyijyakku ja 300 Ah LiFePO4-akku ovat käytännössä saman kokoisia energiavarastoja. Todellisuudessa näin ei yleensä ole.
Lyijyakun käyttöikää pyritään suojelemaan välttämällä hyvin syviä purkauksia. Käytännössä monessa järjestelmässä pyritään käyttämään enintään noin puolta akun kapasiteetista.
300 Ah lyijyakusta käyttökelpoista kapasiteettia on siis usein noin 150 Ah.
LiFePO4-akku puolestaan kestää huomattavasti syvempiä purkauksia. Käytännössä jopa 80–90 prosenttia kapasiteetista voidaan käyttää ilman merkittävää vaikutusta käyttöikään.
300 Ah LiFePO4-akusta voidaan hyödyntää noin 240–270 Ah.
Tästä syystä LiFePO4-akku voi käytännössä korvata huomattavasti suuremman lyijyakun.
Jännite pysyy vakaampana
Toinen merkittävä ero näkyy käytön aikana.
Lyijyakun jännite laskee tasaisesti akun tyhjentyessä. Täysi akku näyttää korkeaa jännitettä, mutta kuorman alla jännite alkaa vähitellen pudota.
LiFePO4-akku käyttäytyy eri tavalla.
Jännite pysyy pitkään lähes muuttumattomana, vaikka kapasiteetista olisi käytetty suuri osa. Vasta purkauksen loppuvaiheessa jännite alkaa laskea selvästi.
Käytännössä tämä näkyy esimerkiksi siinä, että invertteri toimii vakaammin, jääkaapit käynnistyvät helpommin ja monet herkät sähkölaitteet toimivat tasaisemmin.
LiFePO4 latautuu huomattavasti nopeammin
Lyijyakun latauskäyrä hidastuu loppua kohti.
Ensimmäiset prosentit latautuvat nopeasti, mutta viimeisten prosenttien saavuttaminen voi kestää pitkään. Moni mökkiläinen tai veneilijä on huomannut, että aggregaatti joutuu käymään yllättävän kauan akun täyteen lataamiseksi.
LiFePO4-akku vastaanottaa latausvirtaa huomattavasti tehokkaammin.
Jos laturi pystyy antamaan riittävästi virtaa, LiFePO4-akku voidaan ladata täyteen huomattavasti nopeammin kuin vastaavan kokoinen lyijyakku.
Tämä on erityisen merkittävä etu aurinkosähköjärjestelmissä, ajoneuvoissa ja varavoimaratkaisuissa.
Lataaminen vaatii oikeat asetukset
LiFePO4-akkujen käyttöönotossa yksi tärkeimmistä asioista on latausasetusten tarkistaminen.
Lyijyakkujen ja LiFePO4-akkujen latausjännitteet eivät ole täysin samat, joten vanhan järjestelmän asetukset eivät aina ole sellaisenaan käyttökelpoisia.
Tyypillisesti 12,8 voltin LiFePO4-akun latausjännite asetetaan noin 14,6 volttiin ja ylläpitojännite eli floating noin 13,8 volttiin.
Jos käytössä on aurinkosähköjärjestelmä, MPPT- tai PWM-säätimen asetukset kannattaa tarkistaa ennen akun käyttöönottoa. Monissa säätimissä on nykyään erillinen LiFePO4-asetus, mutta vanhemmissa laitteissa arvot voidaan joutua syöttämään käsin.
Myös verkkovirtalaturit kannattaa tarkistaa. Osa vanhoista lyijyakuille suunnitelluista latureista toimii LiFePO4-akkujen kanssa hyvin, mutta osa ei saavuta riittävää latausjännitettä tai käyttää latausohjelmaa, joka ei ole tarkoitettu litiumakuille.
Käytännössä LiFePO4-akkuun siirtyminen tarkoittaa usein sitä, että akun lisäksi tarkistetaan myös latauslaitteiden soveltuvuus.
Tällä sivustolla myytävissä LANPWR- ja SWALLE-akuissa on vakiona latauksen pakkassuojaus. Akun sisäinen BMS estää lataamisen liian kylmässä lämpötilassa ja suojaa akkua virheellisiltä käyttöolosuhteilta.
LiFePO4 hyödyntää latausenergian tehokkaammin
Kaikki akkuun syötetty energia ei päädy takaisin käyttöön. Osa muuttuu lämmöksi latauksen ja purkauksen aikana.
Tyypillisen lyijyakun hyötysuhde on usein noin 70–85 prosenttia. LiFePO4-akun hyötysuhde on tyypillisesti noin 95 prosenttia tai enemmän.
Käytännössä tämä tarkoittaa, että suurempi osa aurinkopaneeleiden, verkkolaturin tai aggregaatin tuottamasta energiasta päätyy myöhemmin hyötykäyttöön.
Ero korostuu erityisesti aurinkosähköjärjestelmissä, joissa jokainen tuotettu wattitunti on arvokas.
Painoero on merkittävä
Paino on asia, jonka huomaa välittömästi.
LANPWR 12,8 V 300 Ah LiFePO4-akku painaa noin 26 kilogrammaa. Vastaavan kapasiteettiluokan lyijyakku painaa usein yli kaksi kertaa enemmän.
Vaikka saman kapasiteettiluokan lyijyakku painaa huomattavasti enemmän, todellinen ero käytännössä on vielä suurempi, koska LiFePO4-akusta voidaan hyödyntää huomattavasti suurempi osa kapasiteetista.
Matkailuautoissa, veneissä, mökeillä ja liikkuvissa työmaakohteissa tällä voi olla suuri merkitys.
Käyttöikä on yleensä moninkertainen
Lyijyakut kuluvat jokaisella lataus- ja purkauskerralla.
Tyypillinen vapaa-ajan lyijyakku kestää noin 500–600 lataus- ja purkusykliä. Laadukkaat syväpurkausakut voivat parhaissa olosuhteissa kestää enemmänkin, mutta käyttöikä riippuu voimakkaasti purkaussyvyydestä ja käyttötavasta.
LiFePO4-akut kestävät yleensä useita tuhansia lataus- ja purkusyklejä. Monien valmistajien ilmoittamat arvot liikkuvat 3000–6000 syklin välillä.
Käytännössä tämä tarkoittaa usein vuosien tai jopa yli vuosikymmenen käyttöikää normaalissa mökki-, vene-, matkailuauto- ja aurinkosähkökäytössä.
Akun varaustila säilyy paremmin varastoinnissa
Jos akkua käytetään vain satunnaisesti, esimerkiksi mökillä tai veneessä, itsepurkautumisella on merkitystä.
Lyijyakku menettää varaustaan vähitellen myös silloin, kun sitä ei käytetä. Tämän vuoksi pitkään varastoitua lyijyakkua täytyy yleensä ylläpitoladata säännöllisesti.
LiFePO4-akun itsepurkautuminen on huomattavasti vähäisempää. Akku voi säilyttää varaustaan kuukausien ajan ilman merkittävää kapasiteetin menetystä.
Entä pakkaskäyttö?
Tässä kohtaa lyijyakulla on edelleen yksi etu.
Lyijyakun lataaminen onnistuu yleensä myös pakkasella.
LiFePO4-akkujen kohdalla lataaminen alle nollan asteen lämpötilassa voi vahingoittaa akkukennoja, ellei akussa ole pakkassuojausta tai lämmitystä.
Tämän vuoksi nykyaikaisissa LiFePO4-akuissa on usein sisäänrakennettu BMS-järjestelmä, joka estää lataamisen liian kylmässä.
LANPWR- ja SWALLE-akuissa latauksen pakkassuojaus kuuluu vakiovarusteisiin.
Virran antaminen onnistuu yleensä huomattavasti kylmemmissä olosuhteissa kuin lataaminen.
Miksi LiFePO4-akut maksavat enemmän?
Tämä on usein ensimmäinen asia, jonka ostaja huomaa.
LiFePO4-akun hankintahinta on lähes aina korkeampi kuin vastaavan lyijyakun.
Pelkkä ostohinta ei kuitenkaan kerro koko totuutta.
Kun huomioidaan käyttökelpoinen kapasiteetti, pidempi käyttöikä, nopeampi latautuminen, pienempi paino, pienempi itsepurkautuminen ja parempi hyötysuhde, LiFePO4 on monessa käyttökohteessa pitkällä aikavälillä edullisempi ratkaisu.
Tästä syystä LiFePO4-akut ovat viime vuosina yleistyneet nopeasti mökeillä, matkailuautoissa, veneissä, aurinkosähköjärjestelmissä ja erilaisissa varavoimaratkaisuissa.
Yhteenveto
Jos järjestelmässä on tällä hetkellä lyijyakku, LiFePO4-akku ei ole vain uudenlainen akku. Se muuttaa usein koko järjestelmän toimintaa.
Käytettävissä on enemmän energiaa, lataaminen on nopeampaa, jännite pysyy vakaampana, paino pienenee merkittävästi ja käyttöikä pitenee usein moninkertaiseksi.
Lyijyakku on edelleen toimiva ratkaisu moniin käyttökohteisiin, eikä tarkoitus ole väittää sitä huonoksi tekniikaksi. Se on yksinkertainen, tuttu ja monessa paikassa täysin riittävä ratkaisu.
LiFePO4 tarjoaa kuitenkin erityisesti mökki-, vene-, matkailuauto- ja aurinkosähkökäytössä selkeitä käytännön etuja. Eroja on todellisuudessa enemmänkin, mutta tässä artikkelissa käytiin läpi käyttäjän kannalta olennaisimmat: käyttökelpoinen kapasiteetti, jännite, lataaminen, paino, käyttöikä, varastointi, pakkaskäyttö ja kokonaiskustannus.
Seuraavassa artikkelissa tutustutaan tarkemmin BMS-järjestelmään ja siihen, miksi jokaisen LiFePO4-akun sisällä on pieni tietokone valvomassa akun toimintaa.
