Акумулатори за слънчеви батерии: преглед на видовете подходящи батерии и техните особености

Системите за алтернативна енергия все по-често се използват за осигуряване на електричество на жилищни сгради. Тъй като режимите на генериране и потребление на електроенергия се различават, е необходимо да се осигури нейното натрупване за последващо отдаване. Съгласни ли сте?

За да се използва енергията в желания от собственика период от време, в схемата се включват акумулатори за слънчеви батерии. Ще разкажем как правилно да изберете устройства, предназначени за работа в цикли на зареждане и разреждане. Нашите препоръки ще ви помогнат да изберете оптималния модел.

Акумулатори в системата на битовата хелиоенергетика

Разбирането на начините и нюансите на използване на акумулаторите при осигуряване на обекта с електроенергия от слънчеви батерии ще позволи да се направи правилният избор на устройства и ще осигури максимална ефективност на системата.

За да направите разумен избор, е необходимо задълбочено да се запознаете с начините за създаване на акумулаторен масив (блок) и с правилата за изчисляване на основните характеристики.

Начин на обединяване на устройствата в един масив

Жилищните и промишлените обекти консумират електрически товар, който надвишава възможностите на един акумулатор. В случай че слънчевата енергийна система е проектирана за голям брой електрически уреди, е необходимо създаването на масив от акумулаторни батерии по примера на подобно обединение слънчеви панели.

Свързване на акумулаторите в единен масив за съхранение на електроенергия може да се извърши по паралелен, последователен или смесен начин. Изборът зависи от необходимите изходни показатели на мощност и напрежение.

В зависимост от начина на свързване на акумулаторите помежду им могат да се постигнат различни стойности на изходното напрежение, но не трябва да се създават много сложни схеми, за да се избегне образуването на изравнителни токове между устройствата в масива.

Акумулаторните батерии се поставят в къща или друга сграда, за да се осигури температура на околния въздух в диапазона от 10 до 25 градуса по Целзий над нулата и да се предотврати попадането на вода върху тях. Това значително удължава живота на устройствата и намалява загубите на електроенергия.

Съвременните технологии за производство на акумулаторни батерии, предназначени за поставяне в жилищни сгради, предвиждат повишени мерки за екологична безопасност. Затова не е необходимо да се предприемат каквито и да било специални мерки за интензивна вентилация на помещението. Въпреки това не бива да се разполагат в жилищни стаи.

Тъй като акумулаторите имат значително тегло (уред на 12 волта и 200 Ач тежи около 70 кг), те трябва да се поставят на пода или на здрави и надеждно закрепени стелажи.

Необходимо е да се предотврати вероятността от падане на акумулаторите от височина, тъй като в този случай те ще се повредят, а системите с течен електролит освен това са опасни за здравето на човека при тяхното разхерметизиране.

С увеличаване на дължината на силовия кабел нараства електрическото съпротивление, което води до намаляване на КПД на системата. Затова се практикува поставяне на акумулаторите плътно един до друг, за да се минимизира общата дължина на проводниците.

Стелажът за акумулаторни батерии трябва да издържа голямо тегло. Така например блок от осем двустамперни акумулатора тежи повече от половин тон.

Особености на функционирането на системата

При паралелно и комбинирано последователно-паралелно свързване на акумулаторите в единен масив е възможно разбалансиране на устройствата по ниво на заряд. Това води до това, че устройството ще функционира не в пълен цикъл, а следователно ресурсът му ще бъде изчерпан по-бързо.

Системата за получаване на електроенергия от слънцето винаги е снабдена с контролер, който управлява заряда на акумулатора. В случай на създаване на масив от батерии допълнително е необходимо монтиране на изравнителни зарядни мостове.

За да се избегнат проблемите с неравномерно зареждане и разреждане на батериите, обединени в един масив, е необходимо да се използват устройства от един модел, а още по-добре – от една партида. Това правило е актуално не само за системите със слънчева енергия.

В днешно време почти всички жилища могат да се оборудват с уреди, работещи от мрежа с 12 или 24 волта, включително хладилници, телевизори и т.н. Окабеляването с такова напрежение из цялата къща обаче няма смисъл, тъй като мощността на тока ще бъде много голяма.

Следователно, при реализацията на такава идея е необходим скъп кабел с голямо сечение на жилата и ще бъдат големи загубите от електрическо съпротивление.

Практически за всички домакински уреди съществуват модели, работещи от 12-волтова мрежа с постоянен ток. Ако окабеляването не е твърде дълго, може да се използва система с ниско напрежение.

Затова в непосредствена близост до акумулаторните батерии се монтира инвертор – устройство за преобразуване на електрическо напрежение.

Освен това реалното изходящо напрежение от акумулаторния блок може леко да се различава от заявеното. Така напълно заредените гел акумулатори, популярни за използване в схеми със слънчеви батерии, дават напрежение 13-13,5 волта, поради което инверторът изпълнява функциите на стабилизатор.

Изчисление на необходимия капацитет на батериите

Капацитетът на акумулаторните батерии се изчислява, като се вземат предвид очакваният период на автономна работа без презареждане и общата мощност на потребление на електрическите уреди.

Средната мощност на електрическия уред за даден времеви интервал може да се изчисли по следния начин:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Където:

• P₁ – паспортна мощност на уреда;
• T₁ – време на работа на уреда;
• T₂ – общо изчислително време.

Практически на цялата територия на Русия съществуват дълги периоди, когато слънчевите батерии няма да работят поради лошо време.

Инсталирането на големи масиви от акумулатори за пълното им натоварване само няколко пъти в годината е нерентабилно. Затова към избора на времевия интервал, през който уредите ще работят само на разреждане, трябва да се подходи въз основа на средностатистическата стойност.

Количеството енергия, генерирано от слънчевите панели, зависи от плътността на облаците. Ако облачното време в региона не е рядкост, то недостигът на входяща мощност трябва да се вземе предвид при изчисляване на обема на акумулаторния блок.

Ако се планира използването на натрупаната енергия в рамките на денонощието, например в отоплението със слънчеви батерии, по-добре е да се приеме за изчисление малко по-голям интервал, например 30 часа.

В случай на продължителен период, когато няма възможност да се използват слънчеви батерии, е необходимо да се приложи друга система за получаване на електроенергия, основана например на дизелов или газов генератор.

Акумулатор, зареден на 100%, може до пълното си разреждане да даде мощност, която може да се изчисли по формулата:

P = U x I

Където:

• U – напрежение;
• I – сила на тока.

Така, един акумулатор с параметри на напрежение 12 волта и сила на тока 200 ампера, може да генерира 2400 вата (2,4 кВт). За изчисляване на общата мощност на няколко акумулатора е необходимо да се съберат стойностите, получени за всеки от тях.

В продажба има акумулатори с голям показател на мощност, но те струват скъпо. Понякога е много по-евтино да се закупят няколко обикновени устройства в комплект със свързващи кабели.

Полученият резултат е необходимо да се умножи по няколко понижаващи коефициента:

• КПД на инвертора. При правилно съгласуване на напрежението и мощността на входа на инвертора ще бъде достигната максимална стойност от 0,92 до 0,96.
• КПД на силовите кабели. Минимизирането на дължината на проводниците, свързващи акумулаторите, и разстоянието до инвертора е необходимо за намаляване на електрическото съпротивление. На практика стойността на показателя е от 0,98 до 0,99.
• Минимално допустимо разреждане на батериите. За всеки акумулатор съществува долна граница на зареждане, при преодоляването на която срокът на експлоатация на устройството значително се намалява. Обикновено контролерите задават минималната стойност на зареждане на 15%, поради което коефициентът е около 0,85.
• Максимално допустима загуба на капацитет до смяна на акумулаторите. С течение на времето настъпва стареене на устройствата, повишаване на тяхното вътрешно съпротивление, което води до необратимо намаляване на капацитета им. Използването на устройства, чийто остатъчен капацитет е по-малък от 70%, е нерентабилно, поради което стойността на показателя трябва да се приеме за 0,7.

Противно на разпространеното мнение, КПД на акумулатора – отношението на получената и отдадената електроенергия – не трябва да се включва в изчислението. Посоченият в техническата документация показател за капацитет на акумулатора отчита възможния обем за отдаване.

В крайна сметка стойността на интегралния коефициент при изчисляване на необходимия капацитет за нови акумулатори ще бъде приблизително равна на 0,8, а за стари акумулатори, преди отписването им – 0,55.

За осигуряване на дома с електроенергия при продължителност на цикъла заряд – разряд, равна на 1 денонощие, ще са необходими 12 акумулатора. Когато един блок от 6 устройства работи на разряд, вторият блок ще се зарежда.

Максимално допустими токове

За всеки акумулатор в техническата документация е посочен максимално допустимият ток на зареждане. Превишаването на тази стойност води до прегряване на устройството, рязко и необратимо намаляване на неговите показатели.

Затова при избора на батерии за сглобяване на системи с акумулатор е необходимо да се уверите, че те могат да осигурят потреблението на електричеството, произвеждано от слънчевите панели.

Още един важен показател – допустимият разряден ток:

• Номиналният разряден ток, за работа с който (или по-малка стойност) е предназначен акумулаторът. Работата на цялото свързано към системата електрооборудване трябва да бъде осигурена с този показател.
• Максималният разряден ток, който устройството може да даде за кратко време при пикови натоварвания. Такива натоварвания могат да възникнат при включване на някое оборудване, например съдържащо компресори на хладилник или климатик.

Превишаването за продължително време на първия показател или за кратко време на втория води до преждевременно износване на акумулатора. При стареене на устройствата тези показатели намаляват с 20-30%, което също трябва да се вземе предвид.

Особености на устройството и основни параметри

Автомобилните акумулатори не са предназначени за работа с голям брой цикли на зареждане и разреждане. За алтернативна и резервна енергетика се използват устройства от друг тип. Тъй като цената им е голяма, е необходимо внимателно да се проучат всички параметри преди закупуване.

Режимите на работа на акумулатора в автомобила и в системата за алтернативна енергетика се различават толкова много, че неговото предназначение се посочва дори на самото устройство

Използвани типове за алтернативна енергетика

Практически всички акумулатори, използвани в алтернативната енергетика и инсталирани в сгради, са от типа на необслужваемите. Потребителят няма възможност да извършва с тях физически операции, засягащи тяхната структура.

Това е направено, за да се минимизира рискът от физическо или химическо въздействие на батериите върху хората, въздуха и околните предмети. Затова няма необходимост от подробно изучаване на структурата и физико-химичните нюанси на работа на акумулаторните батерии от различни типове. По-голямо внимание трябва да се обърне на разликите в основните технически характеристики на устройствата.

OPzS акумулаторите са изпълнени подобно на най-простите оловно-киселинни устройства. Промяната във формата на положителната плоча позволява да се осигури значително по-голям брой цикли на зареждане и разреждане, отколкото при автомобилните аналози.

Недостатък е наличието на течен електролит, което може да бъде опасно при тяхната разхерметизация. Средна ценова ниша.

Алкалните (никелови) акумулатори се използват рядко поради тяхната нечувствителност към малки токове при зареждане и необходимостта от преминаване на пълен цикъл от заредено до разредено състояние. В противен случай ще настъпи намаляване на капацитета на батерията.

Също така тези устройства имат по-голямо тегло и по-големи габарити в сравнение с конкурентите със същия капацитет. Опасни са при разхерметизация. Ниска ценова ниша.

Разхерметизация на акумулатора е възможна при вътрешен дефект, прекалена мощност на заряден ток, падане от височина или работа в неподходящи условия. Най-големите проблеми при това ще създадат устройствата, съдържащи опасни при изпаряване течности.

При AGM акумулаторите електролитът е в свързано състояние в структура от стъклени влакна. Те могат да се зареждат с малки токове. Практически са безопасни и заемат средна ценова ниша сред конкурентите.

При GE (гелови) акумулатори в електролита е добавен силициев оксид, в резултат на което той е в гелообразно състояние. Устройствата притежават висока степен на безопасност и добри характеристики. Висока ценова ниша.

Акумулатори за алтернативна енергетика не се продават в автомобилните магазини. Те могат да се закупят от фирми за продажба на слънчеви батерии, ветроелектрически инсталации или чрез интернет.

Акумулаторните батерии на основата на литий (например литиево-желязо-фосфатни модели) притежават много добри характеристики, компактни са, имат значително по-малко тегло, практически са безопасни. Въпреки това тяхната цена е значително по-висока от тази на конкуриращите типове устройства, дори геловите.

От гледна точка на съотношението цена и технически характеристики геловият и литиевият тип акумулатори са най-привлекателни. Но еднократните начални инвестиции в тях са доста големи, поради което устройствата от други типове също са широко разпространени на пазара на батерии за алтернативна енергетика.

На местния пазар активно се търсят акумулатори от следните марки:

Представените акумулатори се характеризират с превъзходни експлоатационни характеристики и достъпна цена.

Избор на модел акумулатор

Основните параметри на акумулаторните батерии за хелиоенергетика, на които трябва да се обърне внимание при покупка, са следните:

• напрежение и капацитет, които определят мощността на акумулатора;
• дълбочина на безопасния максимален разряд, при спазването на която е възможно функционирането на акумулатора в заявените от производителя срокове;
• гарантиран брой цикли на зареждане и разреждане при спазване на всички технически условия;
• големина на саморазряда, която характеризира интензивността на загуба на електроенергия в зареден акумулатор при престой;
• максимален ток на зареждане, който определя количеството електроенергия за единица време, което акумулаторът може да приеме без вреда за по-нататъшното функциониране;
• нормален ток на разреждане, който определя количеството електроенергия за единица време, което акумулаторът може продължително да отдава без вреда за по-нататъшното функциониране;
• максимален ток на разреждане, който определя количеството електроенергия за единица време, което акумулаторът може кратковременно да отдава без вреда за по-нататъшното функциониране;
• оптимална температура за работа на устройството;
• размер и маса на акумулатора, познаването на които е необходимо за избор на място за разполагането им и начин на монтаж.

Всички тези параметри са описани в техническата документация, която в електронен вид се публикува на сайта на всички големи производители.

Изводи и полезно видео по темата

Преглед на нюансите на функциониране на акумулатори от различни типове за хелиосистеми:

Сравнение на различни типове стартерни акумулатори. Плюсове и минуси за алтернативна енергетика:

Опит от използването на литиеви (LiFePo4) акумулатори. Реален блок от автомобилни устройства, нюанси на работата му:

Правилният избор на акумулатори според техните параметри ще осигури надеждна работа на алтернативната енергийна система. Не трябва да пестите прекомерно от блока за съхранение на електроенергия – първоначалните инвестиции ще се изплатят с непрекъсната работа на системата за няколко години напред.

Оставете, моля, коментари в блока по-долу, задавайте въпроси, публикувайте снимки по темата на статията. Разкажете ни как избрахте акумулатори за дачна мини-електроцентрала от слънчеви батерии. Споделете информация, която ще бъде полезна за посетителите на сайта.