battery061Прежде чем купить аккумулятор для солнечной электростанции, важно разобраться какие именно аккумуляторные батареи для этого подходят, какая необходима емкость, и в каких случаях от него можно отказаться. Ниже мы разберем различные типы аккумуляторов — в чем их отличия, преимущества и недостатки.

 

Расчет емкости аккумулятора

Аккумуляторные батареи являются неотъемлемой частью автономной солнечной электростанции и служат для накопления и сохранения энергии, полученной от солнечных батарей в течение светового дня.  Их емкость рассчитывается исходя из суточной потребности в электроэнергии, но в отдельных случаях можно и вовсе обойтись без них. Например, если задачи сохранения энергии  не стоит, а все электричество потребляется в течение светового дня, либо отдается в общую сеть.

В остальных случаях необходимо рассчитать, какой объем энергии вам необходимо запасти. Лучше всего иметь запас равный количеству энергии потребляемой в течение 2-3 дней, на тот случай если пасмурная погода продержится очень долго (для стран с большим количеством солнечных дней в году достаточно запаса на 1 день). Для этого можно просуммировать энергопотребление всех бытовых электроприборов. Энергопотребление складывается из мощности каждого отдельного прибора, умноженной на среднее время его работы. Хотя намного проще будет просто посмотреть на обычном электросчетчике, сколько электроэнергии вы расходуете в течение дня.

Обратите внимание, что полученное значение будет в кВт*Ч, емкость же аккумуляторов чаще всего указывается в А*Ч. Для того, чтобы перевести ампер-часы в киловатт-часы, нужно значение указанное на аккумуляторе (например 200 А*Ч) умножить на его напряжение (обычно 12В, 24В или 48В) и разделить полученное значение на 1000.

 

Свинцово кислотный аккумулятор

Наиболее распространенный тип аккумуляторов — чаще всего используется в автомобилях. Принцип его действия очень прост и основан на взаимодействии свинца и раствора серной кислоты. Внутри закрытой системы постоянно происходит циклическая электрохимическая реакция – под действием серной кислоты, свинец окисляется до сульфата свинца, а на полюсах батареи образуется разность потенциалов, как следствие — электрический ток. При обратной последовательности, под действием электрического тока, сульфат свинца восстанавливается до свинца и серной кислоты и так по кругу. К сожалению, этот процесс не лишен недостатков, а именно:

  • Для полноценной работы необходимо поддерживать рабочую температуру — при сильном охлаждении эффективность АКБ резко снижается до нуля;
  • При постоянном низком заряде емкость батарей резко падает, поэтому аккумулятор нельзя разряжать ниже 30% емкости — так называемый «эффект памяти»;
  • Малое количество циклов зарядки/разрядки, а как следствие время жизни аккумулятора.

Все это обусловлено тем, что сульфат свинца имеет рыхлую консистенцию — белый и пушистый он отслаивается с пластин и падает на дно аккумулятора. Со временем осадок начинает твердеть и кристаллизоваться, что не позволяет сульфату преобразовываться обратно в свинец, в результате ёмкость снижается. Если же все это происходит при отрицательных температурах, то вода, превращаясь в лед, совершенно не способствует процессу восстановления сульфата свинца.

Процесс зарядки тоже не простой, применяется алгоритм зарядки в три этапа.

  1. Зарядка током численно равным одной десятой от емкости батареи, обозначенной в ампер-часах. Например если указанная емкость 200 А*Ч, то заряжать следует током 20 А. Это нужно для того, чтобы система успела усвоить весь ток. Излишки энергии пойдут в тепло и на разрушение свинцовых пластин, поэтому можно использовать меньший ток, но не больший.
  2. При достижении напряжения на клеммах 14,4В (номинальное напряжение аккумулятора 12В), наступает второй этап – ток плавно уменьшается, не давая расти напряжению. Если напряжение продолжит расти, аккумулятор может закипеть, что для него губительно, так как это приводит к потере воды в закрытой системе.
  3. При достижении током значений близких к нулю, напряжение на клеммах снижается до 13,7В и поддерживается для компенсации внутренних потерь аккумулятора.

В общей сложности процесс заряда может занять 5-10 часов. Если пропускать второй и третий этап, то количество кристаллов сульфата свинца будет нарастать, что приведет к постепенному снижению ёмкости и гарантированному разрушению аккумуляторной батареи. Если все делать правильно – держать свинцовый аккумулятор в тепле, правильно его заряжать и разряжать, то он способен пережить до 300 циклов полной зарядки/разрядки и до 600 циклов при половинной разрядке, то есть около 2-х лет.

На самом деле использование свинцового аккумулятора для солнечной батареи не самая лучшая альтернатива. Технология GEL и AGM позволяют уменьшить опадание сульфата свинца и существенно продлить срок их службы, в некоторых случаях до 10-15 лет, поэтому их использование в солнечной электростанции более оправдано.

 

Аккумулятор AGM (Absorbent Glass Mat)

Принципиальная особенность этого свинцово-кислотного аккумулятора заключается в том, что пространство между его электродами заполнено пористым материалом на основе стекловолокна. Этот материал действует как губка, полностью всасывает кислоту и не дает ей растекаться.

По мере протекания химических реакций, могут выделяться газы, в основном водород и кислород. Эти газы принимают участие в циклических реакциях при подзарядке батареи, выделяясь и возвращаясь обратно в жидкий электролит, что называется рекомбинацией газов. Подобный круговой процесс не может быть эффективным  на 100%, однако в аккумуляторах AGM рекомбинация достигает 95-99% эффективности, и ничтожно малое количество свободного газа не оказывает влияние на качество электролита, позволяя системе работать хорошо в течение многих лет. Кроме того, предусмотрен специальный клапан, который срабатывает при возникновении избыточного давления и выпускает лишний газ. Он же защищает батарею при возникновении внештатных ситуаций, например при резком повышении температуры, и т.п.

Отличительной особенностью аккумуляторов с технологией AMG, является их низкое внутреннее сопротивление. Это увеличивает скорость зарядки, что особенно актуально в холодное время года и в пасмурную погоду, так как быстро выводит батарею из состояния глубокой разрядки и продлевает тем самым срок ее службы.

Батареи, основанные на технологии AGM, не требуют дополнительной вентиляции или специализированного обслуживания. Работая в режиме с разряда глубиной не более 20%, они могут проработать до 10-15 лет. Однако при постоянной глубине разрядки до 60%-70%, срок их службы существенно сокращается. В любом случае их характеристики существенно превосходят обычные свинцово-кислотные АКБ — они дольше могут работать в режиме глубокого разряда и выдерживают 600 и более циклов глубокой разрядки. Кроме того, их ток саморазряда крайне мал — заряженная батарея может храниться достаточно долгое время. К примеру, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора падает не более чем на 20% от первоначального уровня.

 

Гелевый аккумулятор и технология GEL (Gel Electrolite)

Электролит этого типа аккумуляторных батарей представляет собой гелеобразную субстанцию. Это достигается за счет добавления в него  вещества на основе двуокиси кремния, в результате получается густая масса, по консистенции напоминающая желе.

Гелевые аккумуляторы ещё лучше восстанавливаются после глубокой разрядки, даже если к зарядке приступили не сразу, и способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без потери емкости. Так как электролит находится в густом состоянии, то он не подвержен расслоению на воду и кислоту из-за чего хорошо переносит сильные морозы без существенного снижения емкости.

Нужно отметить, что гелевые аккумуляторные батарей несколько дороже, чем аккумуляторы AMG, однако и срок их службы больше на 20%-30%. Кроме того, более высокие эксплуатационные характеристики позволяют использовать их для автономных солнечных энергосистем, в случаях, когда батареи постоянно работают в режиме глубокой разрядки, а окружающая температура часто опускается ниже нуля. В итоге их обслуживание обходится дешевле, а срок окупаемости меньше.

 

Литий ионный аккумулятор

Самые современные аккумуляторы — это литиевые аккумуляторы. АКБ на основе лития обходят свинцовые по всем важным параметрам, их отличает:

  • Высокая емкость батареи;
  • Они совершенно нечувствительны к режиму постоянного глубокого разряда;
  • Выдерживают более 4.000 циклов глубокой перезарядки;
  • Высокая скорость зарядки – до 5 раз быстрее свинцово-кислотных АКБ (около 2 часов);
  • Зарядку можно осуществлять постоянным напряжением и постоянным высоким током, без каких-либо этапов.
  • Могут выдавать большую мощность за единицу времени, что полезно для систем с переменной и высокой нагрузкой;
  • КПД 95%;
  • Легкие – в 4 раза легче свинцовых АКБ.

За счет допустимости глубокого разряда, литиевые аккумуляторы позволяют использовать втрое меньшую емкость по сравнению со свинцовыми.

В итоге, при, казалось бы, более высокой цене за единицу емкости, итоговая стоимость литий ионных аккумуляторов в составе системы получается ниже свинцово-кислотных.

Литиевые аккумуляторы незаменимы в автономных системах, где процесс разрядки/зарядки происходит регулярно — домашние электростанции с небольшим количеством солнечных батарей; солнечных электростанциях, работающих в условиях короткого светового дня (в зимний период или пасмурную погоду).

Кроме того, за счет маленького веса, батареи на основе лития будут удобны в переносных и передвижных системах — на охоте и отдыхе (можно установить в машине или на катер), либо для экстренных служб, таких как МЧС и т.п.


Последние новости