Аккумуляторы для солнечных батарей: гелевые, свинцово-кислотные и др

Вопросы и ответы

Аккумуляторы в системе бытовой гелеоэнергетики

понимание способов и нюансов использования аккумуляторов при снабжении объекта электроэнергией от солнечных батарей позволит вам сделать правильный выбор устройств и обеспечить максимальную эффективность системы.

Для совершения взвешенной покупки необходимо досконально разбираться в способах создания аккумуляторной группы (блока) и правилах расчета основных характеристик.

Способ объединения устройств в единый массив

В жилых и промышленных объектах используется электрическая нагрузка, превышающая емкость одной аккумуляторной батареи. В случае, если солнечная энергетическая система рассчитана на большое количество электроприборов, необходимо сделать ряд аккумуляторов по примеру такой комбинации солнечных панелей.

Аккумуляторная батарея является важной частью автономной солнечной электростанции. Необходим для накопления, хранения и подачи получаемой от солнца энергии в необходимом объеме к блокам.Независимо от размера, цены и мощности, все блоки, используемые в гелиоустановках, должны обеспечивать подачу энергии в пасмурную погоду не менее одного день.

Для обеспечения электроэнергией загородных домов, хозяйственных построек и сараев достаточно купить мобильную модель аккумулятора небольшой емкости.

Важно, чтобы он выдерживал большое количество глубоких зарядов с последующими разрядами В зависимости от предстоящих условий эксплуатации аккумулятор выбирается исходя из его способности противостоять погодным условиям и низким температурам Устройство для сбора и хранения энергии аккумуляторной батареи в частном доме

Аккумуляторы могут быть подключены к единому массиву накопителей энергии параллельным, последовательным или смешанным образом. Выбор зависит от требуемой выходной мощности и напряжения.

Напряжение и мощность аккумуляторной батареи
В зависимости от того, как аккумуляторы соединены между собой, можно добиться разных значений выходного напряжения, но не стоит делать очень сложные схемы во избежание образования уравнительных токов между устройствами в массиве

Батареи размещают в доме или другом здании, чтобы обеспечить температуру окружающего воздуха в пределах от 10 до 25 градусов Цельсия выше нуля и исключить попадание на них воды. Это значительно продлевает срок службы устройств и снижает потери мощности.

Современные технологии производства аккумуляторов, предназначенных для размещения в жилых домах, обеспечивают повышенные меры экологической безопасности. Поэтому никаких специальных мер для интенсивного проветривания помещения принимать не нужно. Однако их не следует размещать в жилых комнатах.

Поскольку аккумуляторы имеют значительный вес (блок на 12 В и 200 Ач весит около 70 кг), их необходимо размещать на полу или на прочных и надежных подставках.

Необходимо предотвратить возможность падения аккумуляторов с высоты, так как в этом случае они выйдут из строя, а системы с жидким электролитом также опасны для здоровья человека при разгерметизации.

С увеличением длины силового кабеля увеличивается электрическое сопротивление, что приводит к снижению КПД системы. Поэтому принято размещать аккумуляторы вплотную друг к другу, чтобы минимизировать общую длину проводов.

Подставка для батареи
Подставка для батареи должна выдерживать большой вес. Так блок из восьми двухсотамперных аккумуляторов весит больше полутонны

Особенности функционирования системы

При параллельном и комбинированном последовательно-параллельном соединении аккумуляторов в единый массив устройства могут быть разбалансированы по уровню заряда. Это приводит к тому, что устройство не будет работать полный цикл, а значит, ресурс будет истощаться быстрее.

Система получения энергии от солнца всегда оснащена контроллером, управляющим зарядкой аккумулятора. В случае изготовления аккумуляторной группы дополнительно необходимо установить перемычки уравнивания заряда.

Во избежание проблем с неравномерной зарядкой и разрядкой аккумуляторов, объединенных в одну группу, необходимо использовать устройства одной модели, а еще лучше — одной партии. Это правило актуально не только для систем солнечной энергетики.

Сейчас почти все дома можно оборудовать приборами, работающими от сети 12 или 24 вольт, включая холодильники, телевизоры и т д. Но проводка с таким напряжением по всему дому не имеет смысла, так как сила тока будет очень большой.

Это значит, что при реализации такой идеи потребуется дорогой кабель с большим сечением жил, и будут большие потери от электрического сопротивления.

холодильник на 12 вольт
Практически для всех бытовых приборов существуют модели, работающие от сети постоянного тока напряжением 12 вольт. Если провод электрического кабеля не слишком длинный, можно использовать систему низкого напряжения

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

Кроме того, фактическое выходное напряжение от аккумуляторной батареи может несколько отличаться от заявленного. Так, полностью заряженные гелевые аккумуляторы, популярные для использования в схеме солнечной батареи, выдают напряжение 13-13,5 вольт, поэтому инвертор выступает в роли стабилизатора.

Расчет необходимой емкости батарей

Емкость аккумуляторов рассчитывается исходя из ожидаемого срока службы аккумуляторов без подзарядки и общей потребляемой мощности электроприборов.

Среднюю мощность электроприбора за интервал времени можно рассчитать следующим образом:

Р = Р1 * (Т1/Т2),

Где:

  • Р1 — паспортная мощность прибора;
  • Т1 – время работы устройства;
  • T2 – общее расчетное время.

Практически по всей России бывают длительные периоды, когда солнечные батареи не работают из-за непогоды.

Неэкономично устанавливать большие серии аккумуляторов, чтобы полностью утилизировать их несколько раз в год. Поэтому выбор временного интервала, в течение которого агрегаты будут работать только на разряд, необходимо ориентировочно ориентировать на среднее значение.

Солнечная панель в пасмурный день
Количество энергии, вырабатываемой солнечными панелями, зависит от плотности облаков. Если в регионе пасмурная погода не является редкостью, при расчете объема аккумуляторной батареи необходимо учитывать отсутствие подводимой мощности

Если вы планируете использовать накопленную энергию в течение дня, например, в солнечном отоплении, то лучше учитывать несколько больший интервал, например 30 часов.

На длительный период, когда нет возможности использовать солнечные батареи, необходимо использовать другую систему для выработки электроэнергии, например, на базе дизельного или газового генератора.

Заряженная на 100 % батарея может обеспечивать питание до полной разрядки, которую можно рассчитать по формуле:

Р = U х I

Где:

  • U — напряжение;
  • I — сила тока.

Так одна батарея с напряжением 12 вольт и током 200 ампер может генерировать 2400 ватт (2,4 кВт). Чтобы рассчитать суммарную мощность нескольких аккумуляторов, нужно сложить значения, полученные для каждого из них.

Рабочий аккумулятор
В продаже есть аккумуляторы с большой мощностью, но стоят они дорого. Иногда гораздо дешевле купить несколько общих блоков в комплекте с соединительными кабелями

Полученный результат необходимо умножить на несколько понижающих коэффициентов:

  • Эффективность инвертора. При правильной адаптации напряжения и мощности на входе преобразователя будет достигнуто максимальное значение от 0,92 до 0,96.
  • Эффективность силовых кабелей. Минимизация длины проводов, соединяющих аккумуляторы, и расстояние до инвертора необходимо для уменьшения электрического сопротивления. На практике значение показателя составляет от 0,98 до 0,99.
  • Минимально допустимый разряд аккумуляторов. Для любого аккумулятора существует нижний предел заряда, за пределами которого срок службы устройства значительно сокращается. Обычно контроллеры настроены на минимальное значение заряда 15%, поэтому коэффициент составляет примерно 0,85.
  • Максимально допустимая потеря емкости перед заменой батареи. Со временем происходит старение устройств, увеличение их внутреннего сопротивления, что приводит к необратимому снижению их емкости. Использовать устройства с остаточной емкостью менее 70 % невыгодно, поэтому значение показателя следует принять за 0,7.

Вопреки распространенному мнению, КПД батареи — соотношение между полученной и отданной мощностью в расчет включать не следует. Указанный в технической документации показатель емкости аккумулятора учитывает возможный объем на возврат.

В результате значение интегрального коэффициента при расчете потребной емкости для новых аккумуляторов будет примерно равно 0,8, а для старых до их списания — 0,55.

Расчет количества и емкости аккумуляторов
Для снабжения дома электричеством с циклом заряда-разряда 1 сутки потребуется 12 аккумуляторов. Когда блок из 6 единиц разряжается, другой блок будет заряжаться

Максимально допустимые токи

Для каждой батареи в технической документации указан максимально допустимый зарядный ток. Превышение этого значения приводит к перегреву устройства, резкому и необратимому снижению производительности.

Поэтому при выборе аккумуляторов для построения аккумуляторных систем необходимо убедиться, что они могут поставлять электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями.

Еще одним важным показателем является допустимый ток разряда:

  • Нормальный ток разряда, для работы при значении (или меньшем), на которое рассчитан аккумулятор. С этим индикатором должна быть обеспечена работа всего электрооборудования, подключенного к системе.
  • Максимальный ток разряда, который устройство может обеспечить за короткое время при пиковых нагрузках. Такие нагрузки могут возникать при включении некоторого оборудования, например, компрессоров в холодильнике или кондиционере.

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

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

Выносная солнечная батарея (или солнечная батарея) — это общее название всего комплекта. Он состоит из нескольких элементов, выполняющих свои функции. Прием солнечной энергии осуществляется фотоэлементами, которые выдают определенный электрический сигнал при попадании световых потоков на рабочую поверхность. Для хранения энергии существуют аккумуляторы, работающие по обычному принципу.

Аккумуляторы для солнечных батарей не являются отдельным видом оборудования. Используются обычные модели, которые используются повсеместно и имеют стандартный набор функций. Они являются источником питания для потребительских устройств, так как прямое подключение солнечных батарей крайне редко из-за непостоянства солнечного света.

Рассмотрим наиболее распространенные типы аккумуляторов, которые можно использовать с солнечными батареями, повербанками и зарядными устройствами для телефонов, и постараемся выяснить, какие аккумуляторы лучше всего подходят для солнечных панелей.

Автомобильные(WET)

Обозначение WET — это сокращенный вариант, в целом он выглядит как WET Cell Battery. Обычно просто пишут WET и ​​этого достаточно. Примечательно, что такая маркировка используется только на импортных аккумуляторах, отечественные модели маркируются надписью «свинцово-кислотный аккумулятор».

Название довольно красноречиво говорит о конструкции аккумулятора. Это самая распространенная, уже традиционная конструкция. В него заливают электролит, смесь серной кислоты и дистиллированной воды. К этой группе относятся все жидкостные аккумуляторы.

Есть два типа:

  1. Официант. В верхней части каждой ячейки есть заглушка, которую можно отвинтить и определить количество и плотность электролита. При необходимости доливается, так как дистиллированная вода при зарядке выкипает
  2. Бесплатная поддержка. Крышки таких аккумуляторов герметичны. Отсутствует кипение электролита, в свинцовые пластины добавляются кальций и серебро. Ничего не нужно добавлять, да и нельзя

В помещениях, где хранятся обслуживаемые аккумуляторы, должны быть созданы определенные условия – необходима температура и улучшенная вентиляция для удаления паров серной кислоты. Этот тип аккумуляторов является самым дешевым и недолговечным, подходит в качестве аккумуляторов для относительно маломощных солнечных батарей .

Стартерные

Автомобильные стартерные аккумуляторы обычно имеют наиболее распространенную конструкцию WET. Они работают в довольно жестком режиме, так как при запуске двигателя автомобиля им приходится за короткое время выдавать большие токи в сотни ампер. После этого они также активно заряжаются. Срок службы таких аккумуляторов довольно короткий из-за жесткого режима эксплуатации, наблюдается высокий саморазряд.

Такой аккумулятор можно использовать в качестве аккумулятора для солнечной панели, но это нецелесообразно ни с экономической, ни с технической точки зрения. Стартерные батареи быстро выдают большие токи, после чего следует медленная зарядка.

В составе гелиосистем им придется медленно излучать малые токи до тех пор, пока они почти полностью не разрядятся, что создает для них неподходящий режим, что приводит к быстрому износу пластин.

Для использования стартерных аккумуляторов нужны те же условия, что и для всех обслуживаемых аккумуляторов – отдельное помещение с хорошей вентиляцией. Его можно использовать только на малобюджетных электростанциях в качестве временного хранилища.

AGM и GEL

И те, и другие аккумуляторы представляют собой модифицированный тип свинцово-кислотных аккумуляторов, заполненных жидким электролитом, изготовленных по современным технологиям и представляющих собой аккумуляторы для солнечных элементов нового поколения. GEL – это гелевые аккумуляторы, не требующие обслуживания.

Их пластинки смазываются специальным гелем, предохраняющим их от разрушения (выделения). Газы, образующиеся при электролизе при зарядке, возвращаются в электролит с помощью одностороннего клапана и снова растворяются в нем.

Гелевые аккумуляторы для солнечных батарей не требуют никакого обслуживания, из них невозможно пролить электролит. Особенностью режима работы является необходимость зарядки при относительно низких значениях тока и напряжения, которые оптимально подходят для систем солнечной энергетики.

Аккумуляторы AGM имеют специальные сепараторы из стекловолокна, которые выполняют те же функции, что и гель в аккумуляторах GEL. Конструкция позволяет им работать в более жестких условиях, хотя общие характеристики обоих типов аккумуляторов близки. Особенности аккумулятора — отсутствие газовыделения, быстрое время зарядки (достаточно 6-9 часов), компактные размеры.

Аккумуляторы AGM также не допускают утечки кислоты благодаря герметичному корпусу, имеют возможность работать длительное время как в буферном, так и в циклическом режиме. Если использовать их как внешний аккумулятор, у солнечной батареи появится хорошая возможность для накопления энергии.

Читайте также: Генератор свободной энергии: схемы, инструкции, описание, как собрать

OPzS

Аккумуляторы OPzS представляют собой залитые (поддерживаемые) аккумуляторы с трубчатыми положительными электродами. Эта функция значительно увеличивает количество допустимых циклов заряда/разряда, в результате чего номинальный срок службы составляет прибл. 20 лет.

Аккумуляторы без потерь выдерживают очень глубокий разряд и последующую нагрузку, которую испытывают солнечные элементы на протяжении всего срока службы. Несмотря на достаточно жесткие режимы эксплуатации, долив электролита производится не чаще, чем раз в 2-5 лет лет непрерывной работы.

Основным недостатком аккумуляторов OPzS является высокая цена, что ограничивает распространение устройств в России. При этом в последнее время из Китая появились довольно качественные модели аккумуляторов OPzS, которые стоят почти в два раза дешевле своих европейских аналогов.

Существуют разные типы:

  • отдельная банка 2В емкостью до 200 мАч;
  • аккумулятор для солнечной батареи 12 вольт емкостью 80 мАч.

Закупка аккумуляторов несколько затруднена из-за необходимости их заказывать и ждать доставки.

Щелочные

В этих устройствах используется не кислотный, а щелочной электролит, активным компонентом которого может быть едкий калий или едкий натрий (КОН или NaOH). Основное отличие данной конструкции – отсутствие расхода и постоянная плотность электролита в процессе эксплуатации. Устройства относительно легкие и имеют низкий саморазряд.

Щелочные батареи легко выдерживают глубокий разряд с высоким выходным током. Эта особенность делает их лучшим выбором для тяговых батарей. Однако есть много недостатков:

  • Плотность энергии щелочных аккумуляторов низкая, что вынуждает увеличивать их габариты.
  • Существует эффект памяти, при котором оставшийся заряд учитывается при уменьшении нагрузки на эту величину. Так как не всегда есть возможность полностью разрядить аккумулятор, емкость аккумуляторов постоянно снижается.
  • Низкий КПД — всего 55%.

Дополнительной особенностью щелочных аккумуляторов является невозможность контроля окончания зарядки в случае активного газообразования. Поскольку химическая реакция, происходящая внутри устройства, отличается от реакции свинцово-кислотных аккумуляторов, выделение газа происходит самостоятельно и не свидетельствует о полной зарядке.

Литиевые АКБ

Литиевые батареи для солнечных батарей имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем их кислотные или щелочные аналоги. Это позволяет производителям уменьшить размер. Кроме того, литиевые устройства способны быстро принимать заряд и практически полностью его отдавать без потери работоспособности.

Наиболее распространенным типом является литий-ионный аккумулятор для солнечных батарей. Он имеет выгодную производительность, высокую энергоемкость, способность к глубокому разряду. Не терпит перезарядки (количество доступных циклов уменьшено), считается пожароопасным (в основном гипотетически).

Существуют и другие типы литиевых батарей. Основная проблема заключается в существенной разнице в цене литиевых и других типов аккумуляторов, что существенно ограничивает спрос и популярность устройств среди пользователей.

Особенности устройства и основные параметры

Автомобильные аккумуляторы не рассчитаны на работу с большим количеством циклов заряда-разряда. Для альтернативной энергетики и резервной энергии используются устройства другого типа. Поскольку их стоимость высока, перед покупкой необходимо тщательно изучить все параметры.

Аккумуляторы для альтернативной энергетики
Режимы работы аккумулятора в автомобиле и в системе альтернативной энергетики настолько отличаются, что назначение указано даже на самом устройстве

Используемые типы для альтернативной энергетики

Практически все батареи, используемые в альтернативной энергетике и установленные в зданиях, относятся к необслуживаемому типу. Пользователь не может выполнять с ними физические операции, влияющие на их структуру.

Это делается для минимизации риска физического или химического воздействия аккумуляторов на людей, воздух и окружающую среду. Поэтому нет необходимости в детальном изучении строения и физико-химических нюансов работы аккумуляторов разных типов. Следует уделить больше внимания различиям в основных технических характеристиках устройств.

Аккумуляторы OPzS выполнены как простейшие свинцово-кислотные блоки. Изменение формы положительной пластины обеспечивает значительно большее количество циклов зарядки и разрядки, чем автомобили.

Недостатком является наличие жидкого электролита, который может быть опасен при разгерметизации. Средний ценовой диапазон.

Щелочные (никелевые) аккумуляторы используются редко из-за их невосприимчивости к малым токам при зарядке и необходимости прохождения полного цикла от заряженного до разряженного состояния. В противном случае емкость батареи будет снижена.

Более того, эти устройства имеют больший вес и габариты по сравнению с конкурентами той же мощности. Опасен при разгерметизации. Низкий ценовой диапазон.

Сброс давления аккумуляторной батареи
Разгерметизация аккумулятора возможна из-за внутреннего дефекта, чрезмерного зарядного тока, падения с высоты или работы в неподходящих условиях. Самые большие проблемы в этом случае будут создавать устройства, содержащие жидкости, опасные при испарении

В батареях AGM электролит находится в связанном состоянии в структуре стекловолокна. Их можно заряжать малыми токами. Практически безопасен и занимает среднюю ценовую нишу среди конкурентов.

В GE (гелевых) аккумуляторах в электролит добавляется оксид кремния, в результате чего он находится в гелеобразном состоянии. Устройства обладают высокой степенью безопасности и хорошей производительностью. Высокий ценовой диапазон.

Аккумуляторный магазин
Аккумуляторы для альтернативной энергии в автомагазинах не продаются. Купить их можно у компаний, которые продают солнечные панели, ветряки или через интернет

Аккумуляторы на основе лития (например, литий-железо-фосфатные модели) обладают очень хорошими характеристиками, компактны, значительно легче по весу и практически безопасны. Однако их стоимость значительно выше, чем у конкурирующих типов устройств, даже гелевых.

С точки зрения соотношения цены и технических характеристик наиболее привлекательны гелевые и литиевые аккумуляторы. Но разовые стартовые вложения в них очень велики, поэтому на рынке аккумуляторов альтернативной энергии широко распространены и другие типы устройств.

На отечественном рынке активно пользуются спросом аккумуляторы следующих марок:

Представленные аккумуляторы отличаются отличными эксплуатационными характеристиками и доступной ценой.

Выбор модели аккумулятора

Основные параметры аккумуляторов для солнечной энергетики, на которые необходимо обратить внимание при покупке, следующие:

  • напряжение и емкость, от которых зависит мощность аккумулятора;
  • глубина безопасного максимального разряда, в зависимости от которой аккумулятор может работать в течение сроков, установленных производителем;
  • гарантированное количество циклов заряда-разряда при соблюдении всех технических условий;
  • величина саморазряда, характеризующая интенсивность потери электроэнергии в заряженном аккумуляторе при его бездействии;
  • максимальный ток заряда, определяющий количество электричества в единицу времени, которое батарея способна принять без ущерба для дальнейшего функционирования;
  • нормальный разрядный ток, определяющий количество электричества в единицу времени, которое батарея способна обеспечить в течение длительного времени без ущерба для дальнейшего функционирования;
  • максимальный ток разряда, определяющий количество электроэнергии в единицу времени, которое батарея способна обеспечить в течение короткого времени без ущерба для дальнейшего функционирования;
  • оптимальная температура для работы устройства;
  • размеры и вес батареи, знание которых необходимо для выбора места и способа установки.

Все эти параметры описаны в технической документации, которая размещена в электронном виде на сайтах всех основных производителей.

Основные технические характеристики и правила выбора

Вам нужен аккумулятор для солнечных батарей, какой выбрать и какие параметры контролировать? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть технические характеристики аккумулятора. Это включает:

  • емкость;
  • скорость заряда и разряда;
  • габариты (длина-ширина-высота) и вес аккумулятора;
  • оптимальный режим работы;
  • срок службы устройства.

Понятно, что емкость и скорость заряда/разряда должны быть максимальными, как и срок службы, а габариты желательны минимальные.

При выборе необходимо учитывать требования к аккумулятору:

  • возможность зарядки большими токами;
  • низкие значения саморазряда;
  • максимальное количество рабочих циклов;
  • простота обслуживания;
  • способность выполнять свои функции в сложных температурных условиях.

Руководствуясь этими требованиями, выбирайте оптимальный вариант аккумулятора. Не стоит гнаться за низкой ценой, так как экономия в данном случае обернется сокращением срока службы и необходимостью постоянного обслуживания приборов, что создает определенные условия для них и системы вентиляции.

В результате получается, что вместо снижения затрат они увеличились как в части прямых денежных вложений, так и в части трудозатрат на обслуживание.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector