Типы аккумуляторов для солнечных батарей домашних электростанций

Что нужно учитывать при выборе АКБ

Большинству людей при поиске аккумуляторов для солнечной электростанции в первую очередь придут в голову автомобильные аккумуляторы, так как с ними мы сталкиваемся чаще всего, и покупка аккумулятора для грузовика на 180-250 Ач покажется вполне приемлемым. Кроме того, стоимость батареи в пределах 65 долларов для обеспечения электроэнергией дома площадью 140-150 м2 будет выглядеть очень заманчиво. Но попробуем более подробно проанализировать возможности такой емкости.

Все автомобильные аккумуляторы, как самые лучшие, так и не очень, рассчитаны на работу в несколько иных параметрах, чем предлагает домашняя солнечная система. Например, для мощных аккумуляторов разряд ниже 30% емкости будет восприниматься устройством как действие в экстремальных условиях, а их способность выдавать высокие пусковые токи для запуска двигателя вам просто не пригодится.

Только представьте, как батарея будет работать в автономном режиме ЭС: днем ​​она будет накапливать энергию, поглощаемую панелями, а ночью обеспечивать весь запас потребителю. Как правило, в таком режиме аккумулятор выдерживает не более года непрерывной работы и просто выходит из строя.

Чтобы не запутаться при выборе подходящих аккумуляторов, следует в первую очередь обращать внимание на маркировку, а если она указывает на предназначение автомобиля, то от этого варианта лучше сразу отказаться. Посмотрим на таблицу ниже.

Маркировка	Расшифровка аббревиатуры
EFB	свинцово-кислотные
Генеральная Ассамблея	поглощенный электролит
ГЕЛЬ	с гелевым электролитом
О/приблизительно	аноды и катоды из кальциевого сплава
Гибридный	легированные кальцием (Ca) и кремнием Si) аноды

На автомобильном аккумуляторе любого типа также может быть дополнительная маркировка SMF (Sealed Maintenance Free) или VRLA (Valve Regulated Lead Acid). Первый указывает на герметичность устройства, без необходимости обслуживания, а второй указывает на наличие редукционного клапана.

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.

Фотогалерея Фото из 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

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

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 практикуется размещение аккумуляторов вплотную друг к другу, чтобы минимизировать общую длину проводов.

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

Читайте также: LM317: Характеристики, виды и схемы

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

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.