Солнечная батарея аккумулятор

В солнечной энергетике особое место занимают аккумуляторные батареи, которым отводиться роль посредника в передаче получаемых электрических мощностей конечным потребителям. Объяснить это можно тем, что максимальная величина электрической энергии вырабатывается солнечной батареей при интенсивном световом облучении, которое происходит в дневное время.

Однако наибольшее ее потребление осуществляется с наступлением темноты, когда массово используется освещение с бытовыми приборами. Аккумуляторы позволяют сохранять излишки выработанной днем электроэнергии для вечернего и ночного ее использования.

Конечно, как вариант, в дневное время можно отключать в резерв часть работающих солнечных модулей, но это не решит вопрос вечернего дефицита электричества.

Принцип работы аккумуляторов

Любые электрические аккумуляторы рассматриваются как источники постоянного тока многоразового использования с возможностями выполнения обратимых химических процессов путем проведения многократных циклов заряда с пропусканием электрических токов в направлении, противоположном обратному движению элементарных частиц при разряде.

Почему выбирают свинцово-кислотные модели

Статистическими исследованиями выявлено, что работа элитных литиевых аккумуляторов производства КНР стоит около $0,4 за 1 Вт/час с длительностью ресурса 1000÷2000 циклов заряд/разряд, которого хватает на 3-6 лет.

Самые дешевые, естественно, экологически не безопасные, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи оцениваются по $0,08 с примерно таким же характеристиками, но с КПД ≈75% (теряют четверть получаемой энергии).

Эти примеры свидетельствуют об экономической нецелесообразности использования дорогих конструкций аккумуляторов в системах домашних солнечных электростанций.

Рекомеднуем также посмотреть:

Гелевые аккумуляторы — устройство, применение и особенности использования

Основные эксплуатационные параметры аккумуляторов

К ним относят:

• емкость,

• плотность энергии,

• саморазряд,

• температурные и атмосферные режимы,

• тип.

Емкость аккумулятора определяется величиной заряда, который замеряется при отдаче энергии потребителям от полного заряженного состояния до минимально допустимой величины выходного напряжения.

Для технических международных измерений применяется система СИ (единица измерения «Кулон»). В практической деятельности на территории стран СНГ издавна сложилась традиция определять емкость аккумуляторной батареи в ампер-часах при стандартном соотношении: 1А/час=3600Кл.

Сейчас стала использоваться еще одна подобная характеристика — энергетическая емкость, которая подразумевает величину энергии, отдаваемой потребителям от полностью заряженного аккумулятора до достижения состояния минимального выходного напряжения.

Единица ее измерения в системе СИ — «Джоуль», а на практике — ватт-час с соотношением 1Вт/час=3600Дж.

Плотность энергии учитывает общее количество энергии, распределенной в единице объема (либо веса) аккумулятора. Этот параметр используется для сравнения эффективности конструктивных особенностей разных моделей.

Саморазряд используется с целью анализа потерь полученного заряда на холостом ходу работы, когда отсутствует нагрузка. Термин введен для оценки качества работы конкретной конструкции при длительном хранении энергии.

Работоспособность свинцово-кислотных аккумуляторов по саморазряду оценивается потерей 40% емкости при годичном хранении под температурой +20^оС или 15% при — +5^оС. Эти примеры наглядно демонстрируют возрастание саморазряда при повышении температуры.

В условиях хранения +40^оС потеря 40% емкости может наступить через 4 месяца.

Температурные и атмосферные режимы

Аккумуляторы плохо переносят резкие перепады температуры, нагрев выше +40^оС и охлаждение ниже, чем -25^оС.

Их нельзя держать около открытого огня из-за возможности самовоспламенения паров или непреднамеренного нагрева. Попадание воды и атмосферных осадков на аккумуляторную батарею недопустимо по причине возникновения токов саморазряда через создаваемые дополнительно электрические цепи.

Тип аккумуляторной батареи определяется на основе конструкции корпуса:

• требующего контроля за электролитом и восстановления его уровня при выкипании паров,

• герметичных моделей, использующих замкнутый цикл. Они могут быть необслуживаемого исполнения с гарантией работы до 5 лет (чувствительны к глубокому разряду и перезаряду) или малообслуживаемые, требующие контроля и доливки воды два раза в год.

Процесс заряда аккумуляторов

Работа аккумулятора связана с изменением его внутренней химической энергии. Ее запас постоянно уменьшается при разряде и ведет к снижению тока и напряжения. Для ее восстановления достаточно пропустить постоянный ток большего напряжения в обратном направлении.

На практике принято выбирать его величину по соотношению: численное выражение 100% номинальной емкости в ампер/часах делят на 10 и получают значение тока в амперах. Эта эмпирическая величина не имеет научных обоснований, но широко применяется для проведения восьмичасовых циклов заряда. Однако она лучше всего подходит для NiMh и NiCd конструкций, а не свинцово-кислотных.

В солнечных электростанциях осуществляется заряд во время рабочего цикла схемы.

Устройство и принцип работы солнечной электростанции ранее был рассмотрен здесь: Солнечные электростанции для дома

Особенности эксплуатации аккумуляторов для солнечных батарей

Экономия режима работы

Алгоритмы контроллера и инвертора должны обеспечивать максимальные возможности передачи энергии от солнечных модулей к конечным потребителям без участия рабочих аккумуляторов, ресурс которых следует аккуратно использовать только для хранения и передачи ими излишков получаемой энергии.

Защита от тряски

При перемещениях и/или вибрациях корпуса возможно просачивание электролита на внешнюю поверхность, что вызывает увеличенный саморазряд. Для его профилактики требуется нейтрализовать образующиеся подтеки слабыми водными растворами пищевой соды или хозяйственного мыла в состоянии, соответствующем виду разжиженной сметаны.

Влияние температуры

Высокая температура аккумуляторной батареи ведет к испарениям воды: увеличивается плотность электролита и повышается напряжение на выходе. Этот процесс требует контроля — могут оголиться контактные пластины. Поэтому необходимо регулярно доливать до контрольного уровня дистиллированную воду.

При низких температурах увеличивается вязкость электролита: он хуже контактирует с электродами, начинает меньше отдавать зарядов, быстрее истощается.

Состояние электролита

Плотность раствора

Лучшая проводимость электролита наблюдается при комнатной температуре и плотности раствора 1,23г/м³. В холодных условиях эксплуатации рекомендуется увеличивать ее до значения 1,29÷1,31г/см³.

Заниженная до 1,10г/см³ плотность в сильный мороз может быть причиной замерзания электролита, что проявится раздутием корпуса аккумуляторной батареи.

Отсутствие/наличие примесей

В корпус аккумуляторной батареи должны заливаться только специальная очищенная от примесей кислота и дистиллированная вода. Применение технической кислоты и/или обыкновенной воды нарушает химические процессы, ведет к увеличению сульфатации пластин (образованию диэлектрического слоя примесей), саморазряду, снижению емкости и ресурса.

Примеси полностью удалить невозможно, а эксплуатировать целую систему аккумуляторов даже с одним, имеющим глубокий саморазряд, не имеет смысла. Он все испортит.

Восстановление работоспособности аккумулятора

При физическом разрушении пластин вернуть к работе аккумулятор не получится. А предотвратить начавшуюся сульфатацию можно попытаться, но…без должной гарантии результата.

Способ использования раствора сульфата магния

Секции батареи заливают раствором и подвергают нескольким циклам разряда/заряда. Образовавшиеся сульфаты и примеси на пластинах станут осыпаться на дно. Их надо будет удалить: могут закоротить электрические цепи. Хорошо промытые банки заливают новым электролитом с номинальной плотностью и вводят в эксплуатацию.

Этот метод позволяет в определенных случаях продлить ресурс аккумулятора.

Заряд пульсирующим током

Иногда для профилактики сульфатации мастера заряжают аккумулятор выпрямленным током, получаемый срезанием одной полуволны промышленной синусоиды мощным диодом. Считается, что проводимый короткими импульсами тока заряд предотвращает образование диэлектрического слоя примесей на пластинах.

По этому методу работают тиристорные/симисторные зарядные устройства.

Преимущества и отличия свинцовых аккумуляторных батарей, разработанных для солнечной электростанции

Режим автомобильных батарей

Такие аккумуляторы выпускаются для надежной работы стартера в любое, даже холодное время года. Процесс прокрутки ротора двигателя с кривошипно-шатунным механизмом связан с большими механическими усилиями, требующими увеличенных токов для электродвигателя стартера на момент запуска.

Во время поездки аккумуляторная батарея постоянно подзаряжается от генератора.

Режим работы солнечной электростанции

Аккумуляторы подзаряжаются рабочими токами солнечных батарей и не испытывают огромных кратковременных нагрузок, как автомобильные аналоги.

Стационарные необслуживаемые аккумуляторы для промышленных задач компании Sonnenschein А700, А500, А400 успешно работают в режимах циклического и/или постоянного подзаряда.

Аккумуляторные батареи компании Delta в основном снабжаются клапанным регулированием давления газов внутри корпуса, работают в схемах альтернативной энергетики.

Ведущие производители аккумуляторов для солнечных батарей (солнечных аккумумляторов)

Выпуском аккумуляторов для промышленных целей занимаются популярные на российском рынке компании: Bosh (Германия), Sonnenschein (Германия), YUASA (Великобритания), C&D Technoloqies (США), Delta (Китай), Haza (Китай), APS (Тайвань).

Каждая из них имеет свои особенности. Например, батареи Haza выпускаются по технологиям AGM и HZY (гелевая) для совместной работы с солнечными модулями.

Чтобы подобрать подходящую модель аккумуляторной батареи для солнечной электростанции вначале надо хорошо продумать условия их эксплуатации и только после этого искать конкретную конструкцию по напряжению, емкости и другим описанным характеристикам.

Принцип работы контроллеров для заряда солнечных батарей, устройство, что учитывать при выборе рассмотрен здесь.

electrik.info

Свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого разряда являются популярным выбором для солнечных установок, потому что они могут снабжать потребителей энергией в то время, когда солнечной энергии недостаточно. Также, аккумуляторы питают нагрузку в резервных системах электроснабжения при перебоях в централизованном электроснабжении. 

Наиболее популярны герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (ГСКАБ), потому что они не требуют обслуживания и не выделяют при своей работе взрывоопасные газы, в отличие от аккумуляторов ГСКАБ имеют специальные клапаны, в которых выделяющиеся газы рекуперируются обратно в воду и возвращаются в электролит. Но, как и в любом другом изделии, «не все йогурты аккумуляторы одинаково полезны».

Так как очень часто солнечные автономные энергосистемы работают в труднодоступных районах, где обслуживание оборудования затруднено, преимущества необслуживаемых герметизированных аккумуляторов особенно заметны. Как известно, аккумуляторы с жидким электролитом требуют постоянного контроля плотности электролита и добавления дистиллированной воды при необходимости. У AGM и гелевых аккумуляторов нет протечек электролита и связанных с этим коррозией терминалов аккумулятора. 

Нас часто спрашивают, чем отличаются наши аккумуляторы глубокого разряда Prosolar D  (AGM) и DG (гелевые) от других AGM и гелевых аккумуляторов других производителей, представленных на рынке (например, Leoch, Delta, Haze, Challenger, Vlota, Vostok и т.п. — имя названиям сегодня на российском рынке — легион). Ведь у них такое же напряжение, почти такие же разрядные и зарядные характеристики. Почему мы так привержены нашим аккумуляторам Prosolar и вот у же в течение 10 лет в первую очередь рекомендуем именно их для систем автономного и резервного электроснабжения (особенно солнечных)?

Все дело в специальных технологиях, которые применяются при изготовлении этих аккумуляторов.  Большинство AGM аккумуляторов предназначены для работы в буферных режимах совместно с бесперебойниками. Они не рассчитаны на ежедневные глубокие разряд и заряд. Аккумуляторы Prosolar серий D (что означает deep cycle) специально спроектированы для того, чтобы ежедневно заряжаться и разряжаться, они также лучше, чем другие ГСКАБ переносят нахождение с состоянии неполного заряда, которые часто имеет место в солнечных энергосистемах. В аккумуляторах Prosolar применена специальная формула пасты, пластины электродов толще, а полимерный корпус более крепкий и долговечный. В аккумуляторах имеются гасители пламени для каждого элемента для увеличения безопасности. Более высокая компрессия между электродами обеспечивает улучшенный контакт между электродами, стекловолоконным матом и электролитом, что также увеличивает надежность и эффективность аккумуляторов.  Благодаря этому в аккумуляторов нет расслоения электролита по плотности — а именно при таком расслоении активно формируются кристаллы сульфатов на пластинах аккумуляторов.  Сульфатация резко снижает срок службы аккумуляторов и их полезную емкость. 

В аккумуляторах Prosolar применяется специальный гель с нанодобавками патентованной формулы. Примененные в этих аккумуляторах технологии позволяют избежать существенного падения емкости в течение срока службы, и увеличить количество заряд-разрядных циклов.

В течение 10 лет, которые мы поставляем аккумуляторы Prosolar на российском рынке, мы убедились в их надежности и преимуществами над аккумуляторами других производителей и марок. Они полностью соответствуют заявленным параметрам и отрабатывают свои циклы заряда-разряда. Другие аккумуляторы, представленные на российском рынке предназначены для буферных режимов эксплуатации и в режимах автономной солнечной энергосистемы очень быстро теряют емкость. Их, в отличие, от аккумуляторов глубокого циклирования, нельзя вообще оставлять в разряженном состоянии. Хотя любые свинцово-кислотные аккумуляторы не рекомендуется оставлять в разряженном состоянии и для получения заявленного производителями срока службы нужно как можно быстрее заряжать, они по разному восстанавливаются после паузы в заряде. Аккумуляторы Prosolar хорошо восстанавливаются даже если были в разряженном состоянии несколько дней. Другие аккумуляторы — для буферных режимов и особенно стартерные автомобильные — практически сразу необратимо теряют емкость и срок службы.

Мы тщательно изучаем рынок свинцово-кислотных аккумуляторов и сравниваем различные аккумуляторы с точки зрения применимости в солнечных автономных системах электроснабжения. По стойкости в тяжелых цикличных режимах эксплуатации аккумуляторам Prosolar трудно найти конкурентов.  

Только недавно мы нашли аналогичные по характеристикам аккумуляторы корейского производства — Newmaxbattery серии SG (solar gel). Эти аккумуляторы изготовлены по гибридной технологии и в них пластины электродов разделены стекловолоконным матом, заполненным специальным, более жидким чем в чисто гелевых аккумуляторах, силикагелевым электролитом. Эти аккумуляторы сочетают в себе преимущества как гелевых, так и AGM аккумуляторов. 

Более того, по нашей просьбе производитель провел специальные тесты в холодильной камере, чтобы испытать аккумуляторы при низкой температуре. Мы знаем, насколько важно обеспечить работоспособность аккумуляторов суровыми российскими зимами, когда температура аккумуляторов падает существенно ниже 0С.

Чем опасны низкие температуры для аккумуляторов?

Почему низкие температуры представляют опасность для аккумуляторов? Ведь производители заявляют, что их аккумуляторы могут храниться при температурах до -40С.  Дело в том, что практически все аккумуляторы — как свинцово-кислотные, так и литий-ионные, не принимают заряд при низких температурах. 

Отсутствие заряда ведет к снижению плотности электролита, и он начинает  замерзать и кристаллизоваться. Кристаллы расширяют электролит и даже могут разорвать корпус аккумулятора. Это особенно часто происходит с чисто гелевыми аккумуляторами. У AGM аккумуляторов стекловолоконный мат играет роль своеобразного буфера, которые принимает на себя расширение электролита и не позволяет разрушить корпус аккумулятора.

У литиевых аккумуляторов есть такая же проблема — они не могут заряжаться при отрицательных температурах. 

Поэтому перед зарядом аккумуляторы нужно отогреть. Также, очень важно, насколько быстро происходит кристаллизация электролита в аккумуляторе. Если аккумулятор находится в теплоизолированном корпусе, то при достаточном токе заряда он может отогреться током заряда и затем начать принимать заряд. К сожалению, в солнечных энергосистемах зимой солнечные батареи не могут обеспечить достаточного тока заряда в течение длительного времени для того, чтобы разогреть этим током аккумуляторную батарею. Солнце зимой светит недолго, и времени заряда от солнечных батарей не хватает для восстановления емкости аккумуляторов. Ведь известно, что для полного заряда свинцово-кислотного аккумулятора требуется как минимум 7 часов — зимой нет такой продолжительности солнечного сияния. Поэтому очень важно иметь возможность периодически подзаряжать АБ от другого источника энергии, — например, генератора. Если такой возможности нет, то систему нужно проектировать таким образом, чтобы аккумуляторная батарея не разряжалась более, чем на 20-30% в течение нескольких дней без солнца (обычно от 3 до 10 дней), а солнечную батарею устанавливать такой мощности, чтобы она могла дозарядить аккумуляторы в течение нескольких часов солнечного сияния. Такие расчеты требуют глубоких знаний и опыта проектировщика, и очень редко кто может сделать эти расчеты правильно (мы можем ?  ). 

Поэтому при создании круглогодичной системы электроснабжения с солнечными батареями очень важен комплексный подход, который объединяет:

1. правильное проектирование, т.е. определение состава системы электроснабжения и параметров ее комплектующих (емкости аккумуляторов, мощности солнечных батарей, типа и модели солнечного контроллера и других элементов системы)
2. правильный выбор моделей аккумуляторов и их типа. Как мы показали выше, не все аккумуляторы одинаковы, даже если они одного типа, напряжения и емкости.
3. Правильная установка солнечных батарей, электроники и аккумуляторов. Аккумуляторы должны заряжаться полностью, даже при низких температурах. Электронные элементы (контроллеры и инверторы) не должны работать в условиях конденсации влаги. Солнечные батареи нужно не просто закрепить на крыше, но и обеспечить их самоочищение от снега.

Наша компания имеет 15-летний опыт проектирования и установки солнечных энергосистем. Обратитесь к нашим специалистам, для того, чтобы не пожалеть о бесполезно потраченных на оборудование деньгах, или, еще хуже, чтобы не понести потери от того, что ваша ответственная нагрузка не получила гарантированное электропитание в нужных момент. 

Эта статья прочитана 1733 раз(а)!

www.solarhome.ru

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

В настоящей момент разработаны и выпускаются различные по конструкции, принципу действия и условиям работы аккумуляторные батареи (АКБ), поэтому всегда есть возможность выбрать интересующую модель по предъявляемым к ней требованиям. Рассмотрим существующие виды АКБ, используемые в составе солнечных электростанций.

Автомобильные аккумуляторы (WET)

Как правило, аккумуляторы данного вида используют при самостоятельной разработке систем независимого
автономного электроснабжения, для солнечных батарей небольшой мощности и непродолжительного времени использования. Использование АКБ данного вида значительно снижает стоимость всей создаваемой системы электроснабжения. Однако, в связи с режимом работы, который отличается от режима при запуске автомобильного двигателя, при работе в данной системе автомобильные аккумуляторы изнашиваются и выходят из строя, часто подлежат замене.

Аккумуляторы AGM и GEL

Суть работы аккумуляторов данного вида аналогичен автомобильным аккумуляторам с разницей лишь в том, что электролитное вещество пребывает в связанном состоянии. В AGM устройствах электролит помещён в стекловолокно, оно пропитано электролитным составом. В GEL устройствах электролит (серная кислота) помещается в гелеобразном виде.

Аккумуляторные батареи представленного вида широко используются в системах электростанций, работающих на энергии солнца, так как режим их работы связан с небольшим разрядным током и в продолжительный период времени, такой режим для устройств этого видане критичен.

Также АКБ данного типа не боятся глубокого разряда и выдерживают многократное повторение режимов «заряд-разряд». Единственный минус, при использовании подобных аккумуляторов, это их чувствительность к условиям зарядки, перезаряд может вызвать непоправимые последствия в работе АКБ.

Стоимость AGM и GEL аккумуляторов выше, чем у автомобильных.

Аккумуляторы OPzS

Аккумуляторы данного вида работают на том же принципе, что и приведенные выше (свинцово-кислотные), с той лишь разницей, что анод (положительный полюс) выполнен трубчатым и именно эта особенность АКБ, позволяет увеличить количество циклов «заряд-разряд» без нарушения функционирования аккумулятора. OPzS-аккумуляторы не требуют специального обслуживания, они успешно эксплуатируются длительное время. Единственный неприятный момент – сравнительно высокая цена.

Щелочные аккумуляторы

Положительным качеством АКБ данного вида является способность переносить глубокий разряд токами разной величины.

К отрицательным качествам можно отнести большие размеры и наличие эффекта памяти, который обусловлен тем, что в случае неполного разряда при последующей зарядке аккумулятор теряет часть своей ёмкости.

В случае использования подобных аккумуляторов в системах солнечных электростанций периодически будут возникать ситуации, когда разряд АКБ будет неполным, вследствие чего аккумуляторы потеряют часть своей ёмкости, что в конечном счете неблагоприятно отразится на работе системы в целом.

Литиевые АКБ

Литиевые аккумуляторы применяются во многих отраслях и производствах, в том числе в альтернативной энергетике.
В связи с высокой стоимостью устройств, широкого распространения в системах солнечных электростанции аккумуляторы данного вида не получили, т. к. это значительно повышает стоимость всей системы и ее окупаемость.

К положительным свойствам литиевых АКБ можно отнести высокую энергоемкость, небольшие габариты, способность выдерживать глубокий разряд и способность к быстрому заряду.

Рассмотрим некоторые виды технологий, используемых при изготовлении аккумуляторных батарей.

Технологии GEL

В принципе действия аккумуляторной батареи подобного типа заложена суть работы кислотного аккумулятора. Различие наблюдается в том, что посредством добавления химических элементов (двуокиси кремния), электролит переведён в желеобразное (гелевое) состояние.

К преимуществам этой технологии можно отнести:

• Не требуется дополнительное обслуживание;
• При пробое корпуса электролит не вытекает;
• При зарядке отсутствует выброс ядовитых паров;
• Значительный циклический ресурс.

Технологии AGM

Принцип действия также аналогичен действию обычных кислотных аккумуляторов, отличие в том, что электролит находится в специальных пропитанных материалах (матах из стекловолокна).

К преимуществам данной технологии можно отнести:

• Возможность увеличить емкость АКБ;
• Способность работать в любом положении в пространстве, в любом помещении и с любыми системами;
• Способность выдерживать значительное количество циклов «заряд-разряд»;
• Устойчивость к глубокому разряду;
• Значительный срок службы АКБ, который может достигать 10 лет.

Технология литий (Li)

В основу данной технологии положено применение ионов лития, которые взаимодействуют с молекулами дополнительных металлов. В качестве дополнительных металлов применяются: Литий кобальт оксид (LiCoO2), Литий оксид марганца (LiMn2O4 LMO), Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC), Литий-железо-фосфатный (LiFePO4), Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2), Литий-Титанат (Li4Ti5O12).

К преимуществам данной технологии можно отнести:

• АКБ, изготовленные по данной технологии имеют меньший вес;
• Обладают способностью сохранять продолжительное время накопленный заряд;
• Обладают способностью выдерживать большое количество циклов «заряд-разряд».

Основные технические характеристики и правила выбора

Для того чтобы правильно выбрать аккумуляторную батарею для солнечных батарей, необходимо вернуться к требованиям, которые к ним предъявляются при работе в такой системе, это:

1. АКБ должны выдерживать большое количество циклов «заряд-разряд»;
2. АКБ должны быть способны заряжаться большим током заряда;
3. АКБ должны иметь низкий саморазряд;
4. Быть простыми в обслуживании;
5. Быть универсальными в отношении условий окружающей среды (способность работать при низких и высоких температурах).

При выборе аккумуляторных батарей для гелиосистем обязательно обращают внимание на важные технические параметры, которые служат критериями выбора того либо иного устройства, это:

• Емкость АКБ;
• Скорость заряда и разряда;
• Габаритные размеры и масса АКБ;
• Условия эксплуатации;
• Срок эксплуатации.

Расчёт и выбор аккумулятора

Для того чтобы рассчитать необходимую ёмкость аккумуляторной батареи необходимо знать мощность подключаемых потребителей и время предполагаемой работы АКБ, для обеспечения потребителей электроэнергией.

Это выражается формулой:

Емкость АКБ = 100 × время × мощность нагрузки

После того, как определена необходимая мощность АКБ, следует рассчитать количество аккумуляторов для обеспечения нормальной работы солнечной электростанции. Для этого полученную общую емкость АКБ необходимо разделить на емкость одного аккумулятора.

Для того чтобы определить время, которое АКБ сможет обеспечивать потребителей электрической энергией, можно воспользоваться следующей формулой:

Время=суммарная ёмкость АКБ × напряжение АКБ × (КПД инвертора/мощность нагрузки)

Когда произведен расчет необходимого количества аккумуляторных батарей, выбран их тип и ёмкость, следует выбрать страну производителя и фирму, выпускающую выбранный тип АКБ.

На российском рынке аккумуляторные батареи представлены как отечественного, так и зарубежного производства, поэтому в данном вопросе советовать сложно, каждый делает свой выбор индивидуально, в зависимости от места проживания, материального достатка и личных предпочтений.

alter220.ru

Как выбрать

Для оптимальной работы станции необходимы следующие свойства аккумуляторов:

1. Т.к. заряд аккумулятора от солнечной батареи имеет циклический характер. Поэтому необходимо чтобы выдерживал большое число циклов зарядки-разряда.

2. Низкий саморазряд.

3. Большой ток.

4. Большой диапазон температур.

5. Отсутствие необходимости в энергоемком обслуживании.

6. Емкость. Рассчитывается исходя из предполагаемого энергопотребления. При расчетах нужно добавлять до 50 процентов запаса, чтобы не доводить аккумулятор до полной разрядки.

7. Время зарядки и разрядки.

8. Габариты, масса.

Разновидности АКБ

1. Электрохимический аккумулятор для солнечной батареи типа AGM. Наиболее дешевая разновидность с эксплуатационным сроком до пяти лет. Могут функционировать в любом положении. Высокий уровень заряда, выдерживают от 500 до 800 циклов.

Можно транспортировать заряженными, использовать в комнатах с плохой вентиляцией. Заряжаются за семь с половиной часов. Диапазон температур от +15 до +25, допустимы и более холодные условия.

Важно: этот тип АКБ можно эксплуатировать в не полностью заряженном состоянии. Но перезаряд противопоказан, устройство может необратимо испортиться.

2. Заливной тип (OPzS), на основе жидкого электролита. Используются обычно в профессиональных и полупрофессиональных системах. Контроль электролита осуществляется один раз в год, кроме этого никакое обслуживание не требуется. Разряжаются небольшими токами, выдерживают много циклов. Недостаток – высокая цена.

3. Гелевый аккумулятор для солнечных батарей. В основе – свинцовые пластины, разделенные силикагелем. В порах силикагеля размещается электролит. Преимущества этих АКБ – прочность, работа в любом положении, много циклов. Устойчивы к полной разрядке. Могут храниться разряженными до нескольких дней. Низкий саморазряд. Обслуживание практически не требуется. Цена выше, чем у AGM.

4. Щелочные аккумуляторы для солнечных батарей. Они практически не отличаются от кислотных по устройству, но более надежные и долговечные. Единственный минус — стоят в разы дороже из-за чего с 90-х стали редкостью.

prodompro.ru

Аккумуляторы в системе бытовой гелеоэнергетики

Понимание способов и нюансов использования аккумуляторов при обеспечении объекта электроэнергией от солнечных батарей позволит осуществить правильный выбор устройств и обеспечит максимальный КПД системы. Поэтому необходимо знать о способах создания аккумуляторного массива (блока) и правила расчета основных характеристик.

Способ объединения устройств в единый массив

Жилые и промышленные объекты потребляют электрическую нагрузку, превышающую возможности одного аккумулятора. В том случае, если система солнечной энергетики рассчитана на большое количество электроприборов, необходимо создание массива аккумуляторных батарей по примеру подобного объединения солнечных панелей.

Подключение аккумуляторов в единый массив хранения электроэнергии можно выполнить параллельным, последовательным или смешанным способом. Выбор зависит от необходимых выходных показателей мощности и напряжения.

Аккумуляторные батареи размещают в доме или ином строении для обеспечения значения температуры окружающего воздуха в диапазоне от 10 до 25 градусов Цельсия выше нуля и предотвращения попадания на них воды. Это значительно продлевает срок службы устройств и уменьшает потери электроэнергии.

Современные технологии производства аккумуляторных батарей, предназначенных для размещения в жилых строениях, предусматривают повышенные меры экологической безопасности. Поэтому, предпринимать каких либо специальных мер по интенсивной вентиляции помещения нет необходимости. Однако располагать их в жилых комнатах все же не следует.

Так как аккумуляторы имеют значительный вес (прибор на 12 Вольт и 200 Ач весит около 70 кг), то их надо размещать на полу или прочных и надежно закрепленных стеллажах. Необходимо предотвратить вероятность падения аккумуляторов с высоты, так как в этом случае они выйдут из строя, а системы с жидким электролитом к тому же опасны для здоровья человека при их разгерметизации.

С увеличением длины силового кабеля возрастает электрическое сопротивление, что приводит к уменьшению КПД системы. Поэтому практикуют размещение аккумуляторов вплотную друг к другу, чтобы минимизировать общую протяженность проводов.

Особенности функционирования системы

При параллельном и комбинированном последовательно-параллельном соединении аккумуляторов в единый массив возможна разбалансировка устройств по уровню заряда. Это приводит к тому, что устройство будет функционировать не в полном цикле, а значит, его ресурс будет выработан быстрее.

Система получения электроэнергии от солнца всегда снабжена контролером, который управляет зарядом аккумулятора. В случае создания массива батарей дополнительно необходима установка выравнивающих заряд перемычек.

Во избежание проблем неравномерной зарядки и разрядки объединенных в единый массив аккумуляторов необходимо использовать устройства одной модели, а еще лучше – одной партии. Это правило актуально не только для систем солнечной энергетики.

Сейчас практически все жилье можно обеспечить приборами, работающими от сети в 12 или 24 Вольта, в том числе холодильниками, телевизорами и т.д. Однако разводка с таким напряжением по всему дому не имеет смысла, так как мощность тока будет очень велика. Следовательно, при реализации такой задумки необходим дорогой кабель с большим сечением жил и будут велики потери от электрического сопротивления.

Поэтому в непосредственной близости от аккумуляторных батарей устанавливают инвертор – устройство для преобразования электрического напряжения.

Кроме того, реальное выходящее напряжение от аккумуляторного блока может несколько отличаться от заявленного. Так, полностью заряженные популярные для использования в комплекте с солнечными батареями гелевые аккумуляторы выдают напряжение 13-13,5 Вольта, поэтому инвертор выполняет функции стабилизатора.

Расчет необходимой емкости батарей

Емкость аккумуляторных батарей рассчитывают исходя из предполагаемого периода автономной работы без подзарядки и суммарной мощности потребления электроприборов. Среднюю по временному интервалу мощность электроприбора можно рассчитать следующим образом:

P = P₁ * (T₁ / T₂)

Где:

• P₁ – паспортная мощность прибора;
• T₁ – время работы прибора;
• T₂ – общее расчетное время.

Практически на всей территории России существуют длительные периоды, когда солнечные батареи не будут работать по причине плохой погоды. Устанавливать большие массивы аккумуляторов для их полной загруженности всего несколько раз в год нерентабельно. Поэтому, к выбору интервала времени в течение которого устройства будут работать только на разряд необходимо подойти исходя из среднестатистического значения.

Если планируют использовать накопленную энергию в течение суток, то лучше принять за расчет чуть больший интервал, такой как 30 часов. А в случае длительного периода, когда нет возможности использовать солнечные батареи, необходимо применить другую систему получения электроэнергии, основанную, например, на дизель- или газогенераторе.

Заряженный на 100% аккумулятор может до своей полной разрядки выдать мощность, которую можно рассчитать по формуле:

P = U x I

Где:

• U – напряжение;
• I – сила тока.

Так, один аккумулятор с параметрами напряжения 12 вольт и силы тока 200 ампер, может сгенерировать 2400 ватт (2,4 кВт). Для расчета суммарной мощности нескольких аккумуляторов, необходимо сложить значения, полученные для каждого из них.

Полученный результат необходимо умножить на несколько понижающих коэффициентов:

• КПД инвертора. При правильном согласовании напряжения и мощности на входе в инвертор будет достигнуто максимальное значение от 0,92 до 0,96.
• КПД силовых кабелей. Минимизация длины проводов, соединяющих аккумуляторы и расстояния до инвертора необходима для снижения электрического сопротивления. На практике значение показателя составляет от 0,98 до 0,99.
• Минимально допустимое разряжение батарей. Для любого аккумулятора существует нижний предел зарядки, при преодолении которого срок службы устройства значительно снижается. Обычно, контроллеры выставляют на минимальное значение зарядки 15%, поэтому коэффициент равен около 0,85.
• Максимально допустимая потеря емкости до смены аккумуляторов. Со временем происходит старение устройств, повышение их внутреннего сопротивления, что приводит к безвозвратному уменьшению их емкости. Использовать устройства, остаточная емкость которых менее 70% нерентабельно, поэтому значение показателя нужно взять за 0,7.

Вопреки распространенному мнению, КПД аккумулятора – отношение полученной и отданной электроэнергии включать в расчет не следует. Указанный в технической документации показатель емкости аккумулятора учитывает возможный объем на отдачу.

В итоге значение интегрального коэффициента при расчете необходимой емкости для новых аккумуляторов будет приблизительно равно 0,8, а для старых, перед их списанием – 0,55.

Максимально допустимые токи

Для каждого аккумулятора в технической документации прописан максимально допустимый ток заряда. Превышение этого значение ведет к перегреву устройства, резкому и безвозвратному снижению его показателей. Поэтому при выборе батарей необходимо убедиться в том, что они могут обеспечить потребление вырабатываемого солнечными панелями электричества.

Еще один важный показатель – допустимый разрядный ток:

• Штатный разрядный ток, для работы на величине которого (или меньшем значении) предназначен аккумулятор. Работа всего подключенного в систему электрооборудования должна быть обеспечена этим показателем.
• Максимальный разрядный ток, который кратковременно может дать устройство при пиковых нагрузках. Такие нагрузки могут возникнуть при включении некоторого оборудования, например содержащего компрессоры холодильника или кондиционера.

Превышение длительное время первого показателя или кратковременного – второго ведет к преждевременному износу аккумулятора. При старении устройств эти показатели снижаются на 20-30%, что также необходимо учитывать.

Особенности устройства и основные параметры

Автомобильные аккумуляторы не предназначены для работ с большим количеством циклов зарядки и разрядки. Для альтернативной и резервной энергетики используют устройства другого типа. Так как их стоимость велика, то необходимо тщательно изучить все параметры перед приобретением.

Используемые типы для альтернативной энергетики

Практически все аккумуляторы, применяемые в альтернативной энергетике и устанавливаемые в строениях, относятся к типу необслуживаемых. Пользователю нет возможности проводить с ними физические операции, затрагивающие их структуру. Это сделано для того, чтобы минимизировать риск физического или химического воздействия батарей на людей, воздух и окружающие их предметы.

Поэтому нет необходимости подробного изучения структуры и физико-химических нюансов работы аккумуляторных батарей разных типов. Большее внимание надо уделить различиям в основных технических характеристиках устройств.

OPzS аккумуляторы выполнены подобно простейшим свинцово-кислотным устройствам. Изменение в форме положительной пластины позволяет обеспечить значительно большее число циклов зарядки и разрядки, чем у автомобильных аналогов. Недостатком является наличие жидкого электролита, что может быть опасно при их разгерметизации. Средняя ценовая ниша.

Щелочные (никелевые) аккумуляторы применяют редко по причине их невосприимчивости к малым токам при зарядке и необходимости прохождения полного цикла от заряженного до разряженного состояния. В ином случае произойдет уменьшение емкости батареи. Также эти устройства имеют больший вес и габариты по сравнению с конкурентами той же емкости. Опасны при разгерметизации. Низкая ценовая ниша.

В AGM аккумуляторах электролит находится в связанном состоянии в структуре из стекловолокна. Их можно заряжать малыми токами. Практически безопасны и занимают среднюю ценовую нишу среди конкурентов.

В GE (гелевых) аккумуляторах в электролит добавлен оксид кремния, в результате чего он находится в гелеобразном состоянии. Устройства обладают высокой степенью безопасности и хорошими характеристиками. Высокая ценовая ниша.

Аккумуляторные батареи на основе лития (например, литий-железо-фосфатные модели) обладают очень хорошими характеристиками, компактны, имеют значительно меньший вес, практически безопасны. Однако их стоимость значительно выше, чем у конкурирующих типов устройств, даже гелевых.

С позиции соотношения цены и технических характеристик гелевый и литиевый тип аккумуляторов наиболее привлекателен. Однако единовременные стартовые вложения в них весьма велики, поэтому устройства других типов тоже широко распространены на рынке батарей для альтернативной энергетики.

Выбор модели аккумулятора

Основные параметры аккумуляторных батарей для гелиоэнергетики, на которые необходимо обратить внимание при покупке следующие:

• напряжение и емкость, определяющие мощность аккумулятора;
• глубина безопасного максимального разряда, при соблюдении которой возможно функционирование аккумулятора заявленные производителем сроки;
• гарантированное количество циклов зарядки и разрядки при соблюдении всех технических условий;
• величина саморазряда, характеризующая интенсивность потери электроэнергии в заряженном аккумуляторе при простое;
• максимальный ток заряда, определяющий количество электроэнергии за единицу времени, которое аккумулятор способен принять без ущерба для дальнейшего функционирования;
• штатный ток разряда, определяющий количество электроэнергии за единицу времени, которое аккумулятор длительно способен отдать без ущерба для дальнейшего функционирования;
• максимальный ток разряда, определяющий количество электроэнергии за единицу времени, которое аккумулятор кратковременно способен отдать без ущерба для дальнейшего функционирования;
• оптимальная температура для работы устройства;
• размер и масса аккумулятора, знание которых необходимо для выбора места их размещения и способа установки.

Все эти параметры описаны в технической документации, которую в электронном виде размещают на сайте всех крупных производителей.

Выводы и полезное видео по теме

Обзор нюансов функционирования аккумуляторов разных типов для гелиосистем:

Сравнения разных типов стартерных аккумуляторов. Плюсы и минусы для альтернативной энергетики:

Опыт использования литиевых (LiFePo4) аккумуляторов. Реальный блок из автомобильных устройств, нюансы его работы:

Правильный выбор аккумуляторов по их параметрам позволит обеспечить надежную работу альтернативной энергосистемы. Не надо чрезмерно экономить на блоке хранения электроэнергии – первоначальные стартовые вложения окупятся бесперебойной работой системы на несколько лет вперед.

sovet-ingenera.com

Другие статьи по теме:

Солнечная батарея своими руками Тепловой насос воздух Устройство солнечной батареи Батарея солнечная Солнечная батарея для дома своими руками