Выбор аккумулятора для солнечных батарей

Какие аккумуляторы лучше использовать для солнечных батарей

Дата публикации: 19 декабря 2018

Альтернативные источники энергии приобретают все большую популярность. Использование солнечных батарей компенсирует энергозатраты отдельных хозяйств. Подключение аккумуляторных блоков расширяет функциональность системы, позволяет накапливать запасы и потреблять их в ночное время или пасмурные дни.

Собственники, которые располагают альтернативным источником энергии, задаются вопросом: какие аккумуляторы лучше для солнечных батарей. Комплектующие являются полноправным узлом гелиосистемы, и к ним предъявляется целый ряд требований.

Как грамотно выбрать модель

В зависимости от объемов потребления будет варьироваться количество аккумуляторных блоков, поэтому соотношение цены и качества – базовый параметр при выборе модели. Для продуктивной эксплуатации подойдут новые и бывшие в употреблении экземпляры.

Эффективность работы определяется следующими параметрами.

  • Максимальное значение глубины разрядки.
  • Емкость.
  • КПД.
  • Габариты.
  • Пороговые значения разрядки и зарядки тока.
  • Напряжение.
  • Температурный диапазон, в рамках которого возможна эксплуатация.

При выборе аккумулятора для солнечных батарей нужно учитывать условия эксплуатации. При отклонениях от рекомендованного температурного диапазона изначальные характеристики устройства ухудшаются.

Стартерные или автомобильные аккумуляторы

Их достоинство – конкурентная цена, однако при детальной калькуляции выгода становится менее очевидной. Стандартный срок службы составляет около полутора лет, он уменьшается из-за циклического режима работы и регулярных полных разрядок. Постоянная замена накопителей в конечном итоге выльется в кругленькую сумму.

В рейтинге аккумуляторов для солнечных батарей группа стоит практически на последнем месте. Это связано с особенностью работы накопителей. Часть энергии тратится на саморазряд, что неприемлемо в критических ситуациях. Также оборудование при работе выделяет в воздух посторонние вещества, поэтому помещение, где расположена система, требует полноценной вентиляции.

Гелевые накопители

Резервуары аккумулятора заполнены гелевым веществом, поэтому при нарушении целостности электролитное содержимое не вытекает. Еще один плюс – при накоплении зарядов конструкция не выделяет токсичных элементов, поэтому помещение, где располагается комплекс, не требует дополнительной принудительной вентиляции.

Устройства могут похвастаться хорошими рабочими характеристиками: высокие входные токи, солидная емкость, минимальная энергопотеря дополняются отличными физическими и электрохимическими характеристиками.

Рассматривая вопрос, какие аккумуляторы используются для солнечной батареи, вполне можно рекомендовать данную группу устройств. У них есть два ощутимых минуса: высокая цена и короткий срок эксплуатации. Второй параметр близок к исправлению, на рынке постепенно появляются модели с длительным временем службы.

Популярными гелевыми накопителями являются линейки LP-GL и LPM-GL.

Комплекс представляет собой адсорбирующие стеклопакеты, которые содержат загущенный электролитный раствор. Батареи хорошо переносят транспортировку, их располагают в любом положении. Заявленный ресурс работы составляет 500-600 циклов, однако оборудование чувствительно к температуре, рекомендуемый диапазон – 15-25 градусов. При повышении или понижении рабочий ресурс уменьшается. По сочетанию характеристик и эффективности – это самые лучшие аккумуляторы для солнечных батарей.

Среди других достоинств выделяются следующие.

  • Отсутствие эксгаляции вредных паров, поэтому аккумуляторы подходят для любых помещений.
  • Небольшие габариты облегчают транспортировку, позволяют устанавливать комплекс на маленьких площадях.
  • Заряженный блок перемещают без потери заряда.
  • Быстрое восстановление работоспособности: элемент питания накапливает заряд за 7-8 часов.
  • Устройство стабильно работает даже при минимальном уровне заряда.
  • Отсутствует эффект памяти (аккумулятор не теряет емкости при частичной зарядке) и хорошо переносится недозаряд.

Глубина разряда может достигать 80% без последствий для устройства. Однако превышение нормы приводит к дефекту аккумулятора, который не ремонтируется.

OPZV и OPZS — герметичные и заливные аккумуляторы

Надежные «рабочие лошадки» при мощности эксплуатации 0,5 кВт и больше. Характеризуются бесперебойной работой предпочтительно на долгих циклах. Накопительный элемент имеет хорошую энергоемкость и малый расход заряда. Популярности среди пользователей данной группе добавляют солидный эксплуатационный ресурс и относительно невысокая цена.

Правила безопасности

Выбирая аккумулятор для солнечной батареи, не забывайте о грамотном монтаже всей конструкции.

  • При подключении необходимо соблюдать полярность, в противном случае произойдет повреждение всего комплекса.
  • Нельзя вскрывать ни новые, ни отработавшие свой ресурс аккумуляторы – внутреннее содержимое вызывает серьезные химические ожоги.
  • Запрещено делать цепочку короткого замыкания на клеммах аккумулятора, подобное решение приводит к термическим ожогам.
  • Во избежание повреждений клемм следует предупреждать короткое замыкание.
  • Хранение батареи должно выполняться в заряженном состоянии, в противном случае существенно снижается ее емкость.
  • Для видов аккумуляторов с эффектом памяти не рекомендованы частичный или неполный заряд, т.к. это снижает емкость устройства в целом.

Следует помнить, что отработанные аккумуляторы требуют специальной утилизации. Накопительный элемент содержит агрессивные химические вещества и тяжелые металлы, поэтому при разрушении вызывает значительное загрязнение окружающей среды.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Выбор аккумулятора для системы автономного или резервного питания

Аккумулятор фактически является расходным материалом в солнечной электростанции или в системе автономного или резервного питания. И чем лучше Вы подберете аккумулятор к своей системе, тем дольше он проработает и тем меньше в конечном итоге будет стоимость электроэнергии, вырабатываемой Вашей системой.

На что обратить внимание при выборе аккумуляторных батарей?

Попробуем дать несколько советов, следуя которым можно подобрать оптимальную модель:

  1. Основным параметром любого аккумулятора является его емкость. В зависимости от того, в какой системе он будет применяться, нужно выбирать необходимый номинал.

В случае, если аккумулятор будет применяться в системе резервного питания и соответственно разряжаться он будет довольно редко (при сбое основного источника электричества), можно рассчитывать необходимую емкость исходя из 100% цикла разряда. И хотя 100% разряд вреден для любых свинцовых аккумуляторов, особенно, если нет возможности сразу их зарядить, в случае эксплуатации резервной системы таких разрядов накопится максимум десяток за год. А любой свинцовый аккумулятор (кроме автомобильных) способен выдержать до 200 полных (на 100%) циклов разрядки. То есть, при таком режиме теоретический срок службы должен составить 200/10=20 лет, однако максимальный срок службы аккумуляторных батарей равен 10 годам. Поэтому для систем резервного питания не имеет никакого смысла приобретать избыточные емкости исходя из 30% или 50% цикла разряда.

Саму же ёмкость нужно рассчитывать исходя из количества энергии, которую необходимо запасти.

Например, поставлена задача обеспечить круглосуточную работу насоса системы отопления и периодическую работу освещения:

  • мощность насоса — 50 Вт (работает 24 часа в сутки),
  • мощность нескольких энергосберегающих ламп — 100 Вт (работают в общей сложности 3 часа в сутки),
  • срок работы резервной системы — 2 суток.

Необходимо рассчитать емкость аккумуляторной батареи с учетом 100% разрядного цикла.

Расход электроэнергии за 2 суток составит 50*24*2+100*3*2=3000 Вт*час.

С учетом потерь в инверторе (возьмем для расчета — 10%), необходим запас энергии 3000+10%=3300 Вт*час.

При напряжении 12 В, необходимый номинал составит 3300/12=275 А*час, т.е. в этом случае необходимы 2 батареи емкостью по 140 А*ч.

Данный расчет приведен для случая, когда отсутствует автономный источник энергии, например в виде солнечных батарей. Если же в системе резервного питания предусмотрены солнечные батареи и допустим они выдают 500 Вт*сутки (а столько выдает одна 100 Ваттная панель в солнечную погоду), то необходимо внести соответствующую поправку в расчет, а именно:

При напряжении 12 В, необходимый номинал составит (3300-500*2)/12=192 А*час, т.е в этом случае будет достаточно 2-х батарей емкостью по 100 А*ч.

Для автономной системы желательно производить расчет исходя из 30% разрядного цикла, поскольку в этом случае срок службы аккумуляторов будет фактически определяться количеством циклов заряда/разряда, а это количество тем больше, чем меньше глубина разрядки.

После того, как Вы определились с емкостью, необходимо выбрать конкретную модель/марку аккумулятора.

При выборе марки нужно обратить внимание на то, для скольки-часового разряда указана емкость. Дело в том, что разные производители указывают номинальную емкость для разных условий, например для 10-и часового или для 20-и часового разряда. Та марка, у которой указан номинал для 10-и часов, будет обладать большей реальной емкостью, чем 20-и часовая при условии одинакового номинала.

  • Также, при выборе марки стоит сравнить вес аккумуляторных батарей при одинаковой емкости. Дело в том, что фактически емкость свинцовых аккумуляторных батарей определяется весом активной массы свинца, а он занимает большую часть в её весе. Соответственно, батарея с большим весом скорее всего будет обладать лучшими характеристиками (большей реальной емкостью и количеством циклов заряда/разряда).
  • Одним из важных параметров является тип аккумуляторной батареи — AGM, GEL (гелевый) или жидко-кислотный (чаще всего – автомобильный).

    Для систем автономного питания применять автомобильные аккумуляторы не рекомендуется по той причине, что они не предназначены для длительной разрядки малыми токами и имеют минимальное число циклов среди прочих типов (обычно, не более 50). Их основное предназначение — отдать очень большой ток стартеру в течение нескольких секунд при старте двигателя.

    Однако, существует еще один тип жидко-кислотных аккумуляторов, которые специально предназначены для разрядки малыми токами, так называемые OPzS. Этот тип имеет максимальное число циклов заряда/разряда, в большинстве случаев является обслуживаемым (т.е. требующим контроля за параметрами электролита), а кроме того имеет максимальную цену и по этой причине мало распространен.

    Самым распространенным по причине низкой стоимости является AGM тип. Более дорогой, гелевый (GEL) тип также находит свое применение в солнечных электростанциях. О том, какой аккумулятор выбрать, AGM или гелевый, читайте на нашем сайте.

  • При выборе аккумуляторной батареи для автономной системы нужно отдать предпочтение марке с максимальным числом циклов заряда/разряда для требуемой глубины разрядки. О причинах этого уже сказано выше.
  • В свою очередь, для резервных систем нужно выбирать модель с максимальным сроком службы. Соответственно, лучше отдать предпочтение моделям гелевых или AGM аккумуляторов с 10-и летним сроком службы.
  • Аккумуляторы для солнечных батарей

    Аккумуляторная батарея является накопителем энергии, вырабатываемой солнечной электростанцией при работе в дневное время и обеспечивает потребителей электроэнергией в ночное время.

    Кроме этого, аккумуляторная батарея при возникновении максимальных нагрузок подпитывает систему электроснабжения, тем самым помогая солнечным батареям справляться с обеспечением потребителей в пиковые моменты и при пасмурной погоде, когда энергии солнца не достаточно для нормального электроснабжения объекта.

    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.

    Читайте также:  Какую плитку можно использовать для потолка

    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.

    Правила эксплуатации

    При эксплуатации аккумуляторных батарей, как впрочем и любого технического устройства, необходимо соблюдать правила. В случае использования АКБ в системах солнечных станций, правила эксплуатации определены характером работы подобных систем и выражены в требованиях предъявляемым к аккумуляторам, о чем написано выше.

    В связи с большой электрической нагрузкой, которую как правило подключают к системам энергоснабжения, приходится включать в работу несколько аккумуляторных батарей, объединённых в единую группу. Делается это для увеличения общей емкости и для увеличения напряжения на выходе либо для достижения обеих задач.

    Используется три схемы включения группы аккумуляторов:

    Последовательно. При таком включении емкость группы будет равна ёмкости одного аккумулятора, а
    напряжение будет отражено в сумме напряжений всех АКБ группы.

    Параллельно. При таком включении напряжение неизменно и равно номинальному напряжению одного аккумулятора, а емкость группы определяется как сумма емкостей включенных АКБ;

    Комбинировано. При данной схеме включения используется последовательное и параллельное включение АКБ.

    При объединении аккумуляторов в группы следует помнить, что в одной группе следует использовать АКБ:

    1. Одного вида;
    2. Одной емкости;
    3. Одного номинального напряжения.

    Желательно, чтобы аккумуляторы были одинакового времени эксплуатации и фирмы производителя.

    Аккумуляторы для солнечных батарей: обзор видов подходящих батарей и их особенностей

    Системы альтернативной энергетики все чаще используют при обеспечении жилых домов электричеством. Так как режимы генерации и потребления электроэнергии различаются, то необходимо обеспечит ее накопление для последующей отдачи. Согласны?

    Для того чтобы использовать энергию в требующийся хозяину отрезок времени, в схему включают аккумуляторы для солнечных батарей. Мы расскажем, как грамотно подобрать устройства, предназначенные для работы в циклах зарядки и разрядки. Наши рекомендации помогут выбрать оптимальную модель.

    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.

    Для совершения взвешенной покупки необходимо досконально разобраться в способах создания аккумуляторного массива (блока) и в правилах 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.

    Читайте также:  Какой цемент лучше для отмостки - крепкое и надежное оформление дома

    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.

    Значит, 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 схеме 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:

    • 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, например, в отоплении на солнечных батареях, то лучше принять за расчет чуть больший интервал, такой как 30 часов.

    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

    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 для сборки систем с аккумулятором 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. Но единовременные стартовые вложения в них весьма велики, поэтому устройства других типов тоже широко распространены на рынке батарей для альтернативной энергетики.

    На отечественном рынке активно востребованы аккумуляторы следующих марок:

    Выбор аккумуляторов для солнечных батарей

    Май 2018

    Щелочные АКБ

    В отличие от кислотных, щелочные аккумуляторы отлично справляются с глубоким разрядом и способны длительное время отдавать токи примерно на 1/10 емкости батареи. Более того, щелочные батареи настоятельно рекомендуется разряжать полностью, чтобы не возникал так называемый «эффект памяти», который снижает емкость АБ на величину «невыбранного» заряда.

    В сравнении с кислотными, щелочные батареи имеют значительный — 20 лет и более — срок службы, выдают стабильное напряжение в процессе разряда, также бывают обслуживаемыми (заливными) и необслуживаемыми (герметизированными) и, кажется, просто созданы для солнечной энергетики. На самом деле нет, потому что не способны заряжаться слабыми токами, которые генерируют солнечные панели. Слабый ток свободно течет через щелочной аккумулятор, не наполняя батарею. Поэтому увы, но удел щелочных батарей в автономных энергосистемах – служить «банкой» для дизель-генераторов, где этот тип накопителей просто незаменим.

    Литий-ионные АКБ

    Батареи такого типа имеют принципиально иную «химию», чем аккумуляторы для планшетов и ноутбуков, и используют литий-железно-фосфатную реакцию (LiFePo4). Они очень быстро заряжаются, могут отдавать до 80% заряда, не теряют емкости из-за неполной зарядки или долгого хранения в разряженном состоянии. Батареи выдерживают 3000 циклов, имеют срок службы до 20 лет, производятся в том числе в России. Самые дорогие из всех, но в сравнении с, например, кислотными, имеют вдвое большую емкость на единицу веса, то есть их понадобится вдвое меньше.

    Основные технические характеристики АКБ

    Характеристики и требования к аккумуляторам определяются исходя из особенностей работы самой солнечной электростанции.

    Аккумуляторные батареи должны:

    • быть рассчитаны на большое количество циклов заряда-разряда без существенной потери емкости;
    • иметь низкий саморазряд;
    • сохранять работоспособность при низких и высоких температурах.

    Ключевыми характеристиками принято считать:

    • емкость батареи;
    • скорость полного заряда и допустимого разряда;
    • условия и срок эксплуатации;
    • весогабаритные показатели.

    Как правильно рассчитать и выбрать АКБ

    Расчеты строятся на простых формулах и допусках на потери, которые возникают в автономной системе энергоснабжения.

    Минимальный запас энергии в аккумуляторах должен обеспечивать нагрузку в темное время суток. Если от заката до рассвета общее энергопотребление составляет 3 кВт/, то и банк аккумуляторов должен иметь такой запас.

    Оптимальный запас энергии должен покрывать суточные потребности объекта. Если нагрузка составляет 10 кВт/ч, то банк с такой емкостью позволит без проблем «пересидеть» 1 пасмурный день, а в солнечную погоду не будет разряжаться более чем на 20−25%, что оптимально для кислотных аккумуляторов и не ведет к их деградации.

    Здесь мы не рассматриваем мощность солнечных батарей и принимаем за факт, что они в состоянии обеспечить такой заряд аккумуляторам. То есть, строим расчеты на потребности объекта в энергии.

    Запас энергии в 1 батарее емкостью 100Ач напряжением 12 В считается по формуле: емкость х напряжение, то есть, 100 х 12 = 1200 ватт или 1,2 кВт*ч. Следовательно, гипотетическому объекту с ночным потреблением 3 кВт/ч и суточным в 10 кВт/ч нужен минимальный банк из 3 аккумуляторов и оптимальный из 10. Но это в идеале, потому что нужно учесть допуски на потери и особенности оборудования.

    Где теряется энергия:

    50% – допустимый уровень разряда обычных кислотных батарей, поэтому если банк построен на них, то аккумуляторов должно быть вдвое больше, чем показывает простой математический расчет. Батареи, оптимизированные под глубокий разряд, можно «опустошать» на 70−80%, то есть емкость банка должна быть выше расчетной на 20−30%.

    80% – средний КПД кислотной батареи, которая в силу особенностей отдает энергии на 20% меньше, чем запасает. КПД тем ниже, чем выше токи заряда и разряда. Например, если к аккумулятору емкостью 200Ач через инвертор подключить электроутюг мощностью 2 кВт, то ток разряда составит около 250А, а КПД упадет до 40%. Что опять приводит к необходимости двукратного запаса емкости банка, построенного на кислотных аккумуляторах.

    80-90% – средний КПД инвертора, который преобразовывает постоянное напряжение в переменное 220 В для бытовой сети. С учетом потерь энергии даже в самых лучших батареях общие потери составят примерно 40%, то есть даже при использовании OPzS и тем более AGM-аккумуляторов запас емкости должен быть на 40% выше расчетного.

    80% – эффективность работы ШИМ-контроллера заряда, то есть, солнечные батареи физически не смогут передать аккумуляторам более 80% энергии, выработанной в идеальный солнечный день и при максимальной паспортной мощности. Поэтому лучше использовать более дорогие MPPT- контроллеры, которые обеспечивают отдачу солнечных батарей почти до 100%, либо увеличивать банк аккумуляторов и, соответственно, площадь солнечных батарей еще на 20%.

    Все эти факторы нужно учитывать в расчетах в зависимости от того, какие составные элементы используются в системе солнечной генерации.

    Правила эксплуатации АКБ

    Обслуживаемые аккумуляторные батареи при работе выделяют газы, поэтому ставить их в жилых помещениях запрещено и нужно оборудовать отдельную комнату с активной вентиляцией.

    Уровень электролита и глубину заряда нужно постоянно контролировать во избежание выхода АКБ из строя.

    При круглогодичной эксплуатации во избежание глубокого разряда аккумуляторов в пасмурные дни необходимо предусмотреть возможность их подзарядки от внешних источников — сети или генератора. Многие модели инверторов могут реализовать такое переключение в автоматическом режиме.

    Краткий итог

    Чтобы правильно рассчитать емкость банка аккумуляторов, нужно определить суточное потребление энергии, прибавить 40% неустранимых потерь в АКБ и инверторе и далее увеличивать расчетную мощность в зависимости от типа батарей и контроллера.

    Если солнечная генерация будет использоваться и в зимнее время, то итоговую емкость банка нужно увеличить еще на 50% и предусмотреть возможность подзарядки батарей от сторонних источников — сети или генератора, то есть высокими токами. Это также повлияет на выбор батарей с определенными характеристиками.

    Если вы затрудняетесь с самостоятельными расчетами или хотите убедиться в их правильности — обращайтесь к специалистам ООО «Энергетический центр» — это можно сделать через онлайн-чат на сайте «Со светом» либо позвонить по телефону. У нас огромный опыт по комплектации и установке систем солнечной генерации на различных объектах — от коттеджей и дачных домов до объектов производственного и сельскохозяйственного назначения.

    Производители предлагают такой широкий ассортимент оборудования, что собрать солярную электростанцию по вашим требованиям и финансовым возможностям не составит труда.

    Подбираем аккумулятор для солнечной электростанции

    Солнечные батареи вырабатывают электричество только в период светового дня. Потребление же электроэнергии происходит практически круглосуточно. Для того, чтобы пользоваться электричеством от солнца в любое время суток, к солнечным электростанциям подключают аккумуляторы.

    Почему не автомобильные

    Очевидным, на первый взгляд, решением становится установка на солнечную электростанцию нескольких автомобильных аккумуляторов от грузовика – 180-250Ач.

    Мощности сборки таких аккумуляторов действительно должно хватать на питание дома, да и стоимость одной такой батареи начинается с 65$ (за тюменскую батарею), однако авто аккумуляторы рассчитаны на применение в совершенно других условиях и разряд даже на 30% для них – экстремальные условия. В то же время они могут выдавать высокие пусковые токи (для запуска двигателя авто), которые в условиях жилого дома вряд ли пригодятся.

    Режим использования в автомобиле отличается от применения аккумуляторов в системе солнечных электростанций. В светлое время суток контроллер в основном только заряжает батарею, а в темное – батарея «кормит» все токоприемники. В этом режиме авто аккумулятор сможет прослужить не больше года, после чего емкость будет очень быстро падать, повышается риск закипания и внезапного выхода из строя.

    Емкость

    При расчете емкости устанавливаемых в систему солнечной электростанции аккумуляторов следует учитывать следующие параметры:

    Температура эксплуатации аккумулятроных батарей – от нее напрямую зависит емкость. Емкость АКБ указывается при температуре окружающей среды в 20°С, а уже при 0°С – емкость снижается до 80%. В общем, вот таблица:

    Емкость аккумулятора в зависимости от температуры

    В нижней части таблицы указывается коэффициент, на который необходимо умножить емкость в зависимости от температурных условий. Становится понятным, что аккумуляторы выгоднее хранить в отапливаемом помещении.

    Уровень допустимого разряда. Батареи нельзя разряжать на все 100% – так они очень быстро выходят из строя, поэтому остаточный ток должен составлять не менее 60-70% и чем больше этот %, тем дольше служит аккумулятор в солнечной электростанции.

    Что подключается. К сожалению, стоимость аккумуляторных батарей на данный момент такова, что полностью заменить потребление всех токоприемников с их помощью невозможна. Поэтому под аккумуляторы не подключают ни стиральные машины, ни пылесосы, ни другие мощные потребители. Подключается освещение, холодильник, компьютер/ноутбук.

    КПД инвертора. Современные преобразователи постоянного тока в переменный весьма производительны, но не превышают 96%,т.е. 4% вы будете терять гарантированно. Подключение светодиодного освещения напрямую к сети в 12В значительно снижает потери.

    При различных подходах к экономии электричества, ваши показатели в таблице могут значительно отличаться.

    Токоприемники, способные кормиться от аккумуляторов

    • Переводим потребляемую мощность в амперы 6000 Вт / 12 вольт = 500 А
    • 500 А /1,03 = 515 А (делим на коэффициент, при использовании аккумулятора при t = 25°С
    • 515 А / 0,3 = 1716 А (делим на % допустимого разряда батареи)
    • 585,73 А/ 0,96 = 1787 А (делим на КПД инвертора).

    Как видим, для обеспечения 6 кВт в сутки понадобится аккумуляторы, общей емкостью не менее 1787 А/ч

    Какие брать?

    Фактически, аккумуляторы – главный тормоз развития альтернативной энергетики в целом, её слабая сторона. Современные технологии не сделали батареи компактнее, легче и дешевле. Применительно к системе солнечного электроснабжения используются два типа аккумуляторов:

    Разница есть и в цене и во внутреннем строении, но самая большая разница заключается в эффективности. Гелевый аккумулятор гораздо лучше переносит глубокий разряд, это нормальный режим работы для него. К недостаткам гелевых батарей можно отнести низкие пусковые токи при минусовой температуре, хотя в условиях использования в системе электроснабжения дома такие токи не понадобятся. Также, гелевые аккумуляторы стоят значительно дороже.

    Стоимость

    Цена аккумуляторных батарей, вместе с их износом, делают этот элемент самым слабым звеном в цепи солнечного электроснабжения. Из рассмотренного примера видно, что для питания даже самых маломощных приборов, необходимо приобрести 8 аккумуляторов по 200 А/ч каждый. Если перевести все это в цифры, то Delta GX12-200 стоит 452,4$ x 8 = 3619$ – такая система гарантированно прослужит 15 лет.

    Видео. Как выбирать аккумулятор

    В ролике описаны основные критерии, влияющие на выбор, а также тонкости, связанные именно с применением в системе солнечной электростанции.


    Читайте также:  Все о бесшовной плитке: особенности, плюсы и минусы, тонкости выбора
    Ссылка на основную публикацию
    В системах автономного солнечного электроснабжения могут использоваться различные виды аккумуляторных батарей. Их выбор зависит от стоимости инженерного решения, наличия и функционала контроллера заряда, условий эксплуатации, назначения и других факторов.

    Виды аккумуляторов для солнечных батарей

    Все АКБ, представленные на рынке, можно разделить на 3 типа:

    Свинцово-кислотные АКБ

    По конструкции делятся на обслуживаемые (заливные) и необслуживаемые (герметизированные). Вторые в международной классификации обозначаются аббревиатурой SLA и содержат сернокислый электролит связанным в стекловолокне (AGM) или в виде геля. В сравнении с заливными имеют более высокие эксплуатационные характеристики и лучше приспособлены для использования в солнечной электроэнергетике.

    Вне зависимости от применяемых технологий все свинцово-кислотные аккумуляторы в целом плохо переносят глубокий разряд, но способны постоянно подзаряжаться малыми токами.

    Стартерные (автомобильные) обслуживаемые аккумуляторы — рассчитаны на выдачу высокого тока в течение короткого промежутка времени, имеют высокий процент саморазряда, требуют обслуживания и вентилируемого помещения, хуже всех АКБ переносят глубокий разряд, который резко сокращает срок службы. Используются в самых низкобюджетных системах (потому что любые АКБ придется менять каждый сезон) при условии постоянного контроля за уровнем и плотностью электролита. Самые дешевые.
    AGM — герметизированные батареи, которые в общем случае предназначены для использования в источниках бесперебойного питания, прекрасно работают в буферном режиме по 10−15 лет, но не предназначены для поддержания постоянной нагрузки. В системах солнечного электроснабжения целесообразно применять только в модификации VRLA — батарей глубокого разряда с толстыми пластинами и регулирующим клапаном для сброса давления газа. Относительно недорогие.
    Гелевые — герметизированные АКБ, которые дольше предыдущих выдерживают циклические режимы заряда-разряда, способны переносить сильные морозы и могут быть установлены даже на боку. Как и AGM, производятся в двух модификациях: общего назначения и для глубокого разряда (DC). DC за счет более толстых электродных пластин способны многократно восстанавливаться и чаще всего используются в солнечной энергетике. Стоят дороже AGM, но не критично.
    Гелевые с трубчатыми электродами (OPzV) — герметизированные батареи, специально разработанные для длительного отбора большой емкости и способные функционировать в таком режиме до 20 часов. В солнечной энергетике целесообразны только в системах с большой мощностью. Производятся в ЕС и США, стоят дорого, но есть хорошие китайские и украинские бренды вдвое дешевле.
    Заливные с намазными пластинами (OPzS) — обслуживаемые АКБ, которые «пришли» в солнечную энергетику из сегмента тяговых аккумуляторов для электрических машин. Позиционируются как специально разработанные для солнечных электростанций, способны переносить без повреждений много циклов заряда-разряда до 60% номинальной емкости, но требуют установки в помещении с соблюдением норм пожарной безопасности и принудительной вентиляции. Стоят дорого и поставляются по предзаказу, поэтому используются гораздо реже, чем гелевые.