Аккумуляторы для солнечных батарей

В солнечной энергетике особое место занимают аккумуляторные батареи, которым отводиться роль посредника в передаче получаемых электрических мощностей конечным потребителям. Объяснить это можно тем, что максимальная величина электрической энергии вырабатывается солнечной батареей при интенсивном световом облучении, которое происходит в дневное время.

Однако наибольшее ее потребление осуществляется с наступлением темноты, когда массово используется освещение с бытовыми приборами. Аккумуляторы позволяют сохранять излишки выработанной днем электроэнергии для вечернего и ночного ее использования.

Конечно, как вариант, в дневное время можно отключать в резерв часть работающих солнечных модулей, но это не решит вопрос вечернего дефицита электричества.

Принцип работы аккумуляторов

Любые электрические аккумуляторы рассматриваются как источники постоянного тока многоразового использования с возможностями выполнения обратимых химических процессов путем проведения многократных циклов заряда с пропусканием электрических токов в направлении, противоположном обратному движению элементарных частиц при разряде.

Почему выбирают свинцово-кислотные модели

Статистическими исследованиями выявлено, что работа элитных литиевых аккумуляторов производства КНР стоит около $0,4 за 1 Вт/час с длительностью ресурса 1000÷2000 циклов заряд/разряд, которого хватает на 3-6 лет.

Самые дешевые, естественно, экологически не безопасные, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи оцениваются по $0,08 с примерно таким же характеристиками, но с КПД ≈75% (теряют четверть получаемой энергии).

Эти примеры свидетельствуют об экономической нецелесообразности использования дорогих конструкций аккумуляторов в системах домашних солнечных электростанций.

Рекомеднуем также посмотреть:

Основные эксплуатационные параметры аккумуляторов

температурные и атмосферные режимы,

Емкость аккумулятора определяется величиной заряда, который замеряется при отдаче энергии потребителям от полного заряженного состояния до минимально допустимой величины выходного напряжения.

Для технических международных измерений применяется система СИ (единица измерения «Кулон»). В практической деятельности на территории стран СНГ издавна сложилась традиция определять емкость аккумуляторной батареи в ампер-часах при стандартном соотношении: 1А/час=3600Кл.

Сейчас стала использоваться еще одна подобная характеристика — энергетическая емкость, которая подразумевает величину энергии, отдаваемой потребителям от полностью заряженного аккумулятора до достижения состояния минимального выходного напряжения.

Единица ее измерения в системе СИ — «Джоуль», а на практике — ватт-час с соотношением 1Вт/час=3600Дж.

Плотность энергии учитывает общее количество энергии, распределенной в единице объема (либо веса) аккумулятора. Этот параметр используется для сравнения эффективности конструктивных особенностей разных моделей.

Саморазряд используется с целью анализа потерь полученного заряда на холостом ходу работы, когда отсутствует нагрузка. Термин введен для оценки качества работы конкретной конструкции при длительном хранении энергии.

Работоспособность свинцово-кислотных аккумуляторов по саморазряду оценивается потерей 40% емкости при годичном хранении под температурой +20 о С или 15% при — +5 о С. Эти примеры наглядно демонстрируют возрастание саморазряда при повышении температуры.

В условиях хранения +40 о С потеря 40% емкости может наступить через 4 месяца.

Температурные и атмосферные режимы

Аккумуляторы плохо переносят резкие перепады температуры, нагрев выше +40 о С и охлаждение ниже, чем -25 о С.

Их нельзя держать около открытого огня из-за возможности самовоспламенения паров или непреднамеренного нагрева. Попадание воды и атмосферных осадков на аккумуляторную батарею недопустимо по причине возникновения токов саморазряда через создаваемые дополнительно электрические цепи.

Тип аккумуляторной батареи определяется на основе конструкции корпуса:

требующего контроля за электролитом и восстановления его уровня при выкипании паров,

герметичных моделей, использующих замкнутый цикл. Они могут быть необслуживаемого исполнения с гарантией работы до 5 лет (чувствительны к глубокому разряду и перезаряду) или малообслуживаемые, требующие контроля и доливки воды два раза в год.

Процесс заряда аккумуляторов

Работа аккумулятора связана с изменением его внутренней химической энергии. Ее запас постоянно уменьшается при разряде и ведет к снижению тока и напряжения. Для ее восстановления достаточно пропустить постоянный ток большего напряжения в обратном направлении.

На практике принято выбирать его величину по соотношению: численное выражение 100% номинальной емкости в ампер/часах делят на 10 и получают значение тока в амперах. Эта эмпирическая величина не имеет научных обоснований, но широко применяется для проведения восьмичасовых циклов заряда. Однако она лучше всего подходит для NiMh и NiCd конструкций, а не свинцово-кислотных.

В солнечных электростанциях осуществляется заряд во время рабочего цикла схемы.

Устройство и принцип работы солнечной электростанции ранее был рассмотрен здесь: Солнечные электростанции для дома

Особенности эксплуатации аккумуляторов для солнечных батарей

Экономия режима работы

Алгоритмы контроллера и инвертора должны обеспечивать максимальные возможности передачи энергии от солнечных модулей к конечным потребителям без участия рабочих аккумуляторов, ресурс которых следует аккуратно использовать только для хранения и передачи ими излишков получаемой энергии.

Защита от тряски

При перемещениях и/или вибрациях корпуса возможно просачивание электролита на внешнюю поверхность, что вызывает увеличенный саморазряд. Для его профилактики требуется нейтрализовать образующиеся подтеки слабыми водными растворами пищевой соды или хозяйственного мыла в состоянии, соответствующем виду разжиженной сметаны.

Влияние температуры

Высокая температура аккумуляторной батареи ведет к испарениям воды: увеличивается плотность электролита и повышается напряжение на выходе. Этот процесс требует контроля — могут оголиться контактные пластины. Поэтому необходимо регулярно доливать до контрольного уровня дистиллированную воду.

При низких температурах увеличивается вязкость электролита: он хуже контактирует с электродами, начинает меньше отдавать зарядов, быстрее истощается.

Состояние электролита

Плотность раствора

Лучшая проводимость электролита наблюдается при комнатной температуре и плотности раствора 1,23г/м 3 . В холодных условиях эксплуатации рекомендуется увеличивать ее до значения 1,29÷1,31г/см 3 .

Заниженная до 1,10г/см 3 плотность в сильный мороз может быть причиной замерзания электролита, что проявится раздутием корпуса аккумуляторной батареи.

Отсутствие/наличие примесей

В корпус аккумуляторной батареи должны заливаться только специальная очищенная от примесей кислота и дистиллированная вода. Применение технической кислоты и/или обыкновенной воды нарушает химические процессы, ведет к увеличению сульфатации пластин (образованию диэлектрического слоя примесей), саморазряду, снижению емкости и ресурса.

Примеси полностью удалить невозможно, а эксплуатировать целую систему аккумуляторов даже с одним, имеющим глубокий саморазряд, не имеет смысла. Он все испортит.

Восстановление работоспособности аккумулятора

При физическом разрушении пластин вернуть к работе аккумулятор не получится. А предотвратить начавшуюся сульфатацию можно попытаться, но…без должной гарантии результата.

Способ использования раствора сульфата магния

Секции батареи заливают раствором и подвергают нескольким циклам разряда/заряда. Образовавшиеся сульфаты и примеси на пластинах станут осыпаться на дно. Их надо будет удалить: могут закоротить электрические цепи. Хорошо промытые банки заливают новым электролитом с номинальной плотностью и вводят в эксплуатацию.

Этот метод позволяет в определенных случаях продлить ресурс аккумулятора.

Заряд пульсирующим током

Иногда для профилактики сульфатации мастера заряжают аккумулятор выпрямленным током, получаемый срезанием одной полуволны промышленной синусоиды мощным диодом. Считается, что проводимый короткими импульсами тока заряд предотвращает образование диэлектрического слоя примесей на пластинах.

Преимущества и отличия свинцовых аккумуляторных батарей, разработанных для солнечной электростанции

Режим автомобильных батарей

Такие аккумуляторы выпускаются для надежной работы стартера в любое, даже холодное время года. Процесс прокрутки ротора двигателя с кривошипно-шатунным механизмом связан с большими механическими усилиями, требующими увеличенных токов для электродвигателя стартера на момент запуска.

Во время поездки аккумуляторная батарея постоянно подзаряжается от генератора.

Режим работы солнечной электростанции

Аккумуляторы подзаряжаются рабочими токами солнечных батарей и не испытывают огромных кратковременных нагрузок, как автомобильные аналоги.

Стационарные необслуживаемые аккумуляторы для промышленных задач компании Sonnenschein А700, А500, А400 успешно работают в режимах циклического и/или постоянного подзаряда.

Аккумуляторные батареи компании Delta в основном снабжаются клапанным регулированием давления газов внутри корпуса, работают в схемах альтернативной энергетики.

Ведущие производители аккумуляторов для солнечных батарей (солнечных аккумумляторов)

Выпуском аккумуляторов для промышленных целей занимаются популярные на российском рынке компании: Bosh (Германия), Sonnenschein (Германия), YUASA (Великобритания), C&D Technoloqies (США), Delta (Китай), Haza (Китай), APS (Тайвань).

Каждая из них имеет свои особенности. Например, батареи Haza выпускаются по технологиям AGM и HZY (гелевая) для совместной работы с солнечными модулями.

Чтобы подобрать подходящую модель аккумуляторной батареи для солнечной электростанции вначале надо хорошо продумать условия их эксплуатации и только после этого искать конкретную конструкцию по напряжению, емкости и другим описанным характеристикам.

Принцип работы контроллеров для заряда солнечных батарей, устройство, что учитывать при выборе рассмотрен здесь.

Источник

Какие аккумуляторы лучше? Актуальная информация на 2021 год

Аккумуляторы имеют решающее значение, чтобы использовать вашу систему в рабочем состоянии в любое время суток. С неправильно подобранным банком аккумуляторов, вы сможете воспользоваться солнечной энергией только тогда, когда солнечные батареи ее производят, а при заходе солнца аккумуляторы могут быть не способны выдать необходимую мощность.

Зачем нужны аккумуляторы в системах на солнечных батареях

Поскольку солнечное излучение величина не постоянная и, если вы не подключены к центральной электросети или подключение не стабильное, недостаточно иметь просто солнечные батареи. Вам нужно где-то хранить энергию и наличие надежных аккумуляторных батарей, поможет вам сохранить электроэнергию, которую ваши солнечные панели производят в течение дня.

К вопросу «какой аккумулятор выбрать для солнечных батарей» надо подойти предельно серьезно, чтобы использовать вашу систему в рабочем состоянии в любое время суток. С неправильно подобранным банком аккумуляторов, вы сможете воспользоваться солнечной энергией только тогда, когда солнечные батареи ее производят, а при заходе солнца аккумуляторы могут быть не способны выдать необходимую мощность. При отсутствии хороших аккумуляторных батарей вам придется бороться с недостатком энергии, особенно если в сети электроснабжения есть перебои или она попросту отсутствует.

Свинцово – кислотные, в том числе AGM и GEL и литиевые аккумуляторы, набирающие популярность, на сегодня наиболее востребованы для электроснабжения, найдем их отличия и определим преимущества или недостатки.

Сравнение свинцово-кислотных и литиевых батарей

Свинцовые батареи стоят дешевле, но они имеют более короткий срок службы и по современным меркам низкую плотность энергии, а некоторые из них требуют регулярного технического обслуживания, чтобы поддерживать их в рабочем состоянии. Литиевые батареи дороже, но они не требуют технического обслуживания и имеют более длительный срок службы, что соответствует их более высокой цене. Давайте более подробно рассмотрим какой лучше взять аккумулятор для солнечных электростанций, плюсы и минусы каждого варианта и объясним, почему вы можете выбрать один из них для своей системы.

Свинцово-кислотные с жидким электролитом

Отличительной особенностью этих батарей является то, что свинцовые пластины погружены в жидкий электролит. Их необходимо регулярно проверять и доливать каждые 1-3 месяца, чтобы они работали должным образом. Халатное отношение к обслуживанию может сократить их срок службы и аннулировать гарантию. Поскольку в ходе эксплуатации этот тип АКБ может выделять опасные газы, их необходимо устанавливать в вентилируемом помещении, чтобы позволить газам батареи выходить наружу.

Герметичные свинцово-кислотные

Герметизированные бывают двух типов: AGM и GEL, которые имеют много схожих свойств. Они практически не требуют обслуживания и влагозащищены. Отличия заключаются в электролите – в гелевом аккумуляторе он находится в загущенном состоянии, а в AGM электролит абсорбирован в стекловолокне. Считается, что они не выделяют газы, это не совсем так, поскольку для защиты аккумуляторов предусмотрены клапаны, которые могут открываться в экстренных ситуациях.

Панцирные OPzS и OPzV

Эти аккумуляторы являются разновидностью свинцово-кислотных аккумуляторов: OPzS – с жидким электролитом, а OPzV с электролитом в виде геля. Минусы – низкая плотность энергии и нелинейные разрядные характеристики, свойственные всем свинцовым аккумуляторам. Из плюсов можно отметить 1200-1500 циклов, при глубине разряда на 80%, что в 2-3 раза больше в сравнении с обычными свинцово-кислотными АКБ, но и более высокую цену, которая соизмерима уже со стоимостью LiFePo4 аккумуляторов.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

Одним из лучших химических составов литиевых АКБ для солнечных батарей является литий-железо-фосфат LiFePO4, он же LFP, еще встречается название «Лифер». Эта технология имеет в несколько раз больший срок службы, чем у свинцовых АКБ и может использоваться при более глубоких циклах. Благодаря линейным разрядным характеристикам можно использовать меньшую емкость, при разряде большими токами. Они также не требуют обслуживания или вентиляции, в отличие от заливных свинцово-кислотных батарей. LiFePO4 это одна из разновидностей литий-ионных батарей, но в отличие от них LiFePO4 пожаро-взрывобезопасны.

Литий-титанатные, они же LTO

Можно уверенно сказать, что это великолепные аккумуляторы и одни из лучших на данный момент и они имеют все вышеперечисленные плюсы LiFePO4 аккумуляторов, но и еще могут заряжаться просто огромнейшими токами в 10С (для сравнения «свинец» можно заряжать токами 0,1 – 0,2С) и имеют ресурс 16000 циклов. Из минусов можно отметить высокую цену и больший вес в сравнении с LiFePO4.

Литий-ионные, они же Li-ion

Имеют очень высокую плотность энергии и малый вес, благодаря чему широко применяются на электротранспорте, в том числе в Тесле, но имеют существенный недостаток — при повреждениях и при работе в нештатном режиме могут воспламеняться. У LiFePO4 и Литий-титанатных аккумуляторов отсутствует этот недостаток, поэтому они более предпочтительны для использования в автономных и бесперебойных системах.

Подводя промежуточный итог, можно отметить, что первоначальные вложения на литиевые батареи больше, но при эксплуатации стоимость владения получается значительно ниже — за время эксплуатации литиевых аккумуляторов приходится несколько раз заменить свинцовые АКБ.

Выделим основные превосходства литиевых LFP и LTO аккумуляторов над свинцово-кислотными:

1. Срок службы в несколько раз больше, чем у свинцовых АКБ;
2. Количество циклов при глубине разряда 80% составляет 2000-3500 у LFP и до 16000 у LTO, против 300-350 циклов у обычного «свинца» и до 1500 циклов у OPzS c OPzV;
3. Быстрый заряд, благодаря способности принимать большие токи заряда (зарядный ток до 2С (у LFP) и до 10C (у LTO), против 0,1-0,3С у свинцовых;
4. Линейные разрядные характеристики позволяют использовать в 2-3 раза меньшую емкость, в сравнении со «свинцом» и получать паспортную емкость независимо от разрядного тока;
5. Меньший вес, высокая плотность энергии;
6. Не выделяют вредные вещества и пожаро-взрывобезопасны.

Из минусов литиевых АКБ можно отметить, что их нельзя использовать без системы балансировки и защиты BMS (Battery Management System) и более высокие первоначальные вложения.

Сравнительная таблица аккумуляторов:

	Свинцовые автомобильные	Свинцовые AGM/GEL	Свинцовые OPzS	Свинцовые OPzV	Литий-ионные Li-ion	Литий-титанатные LTO	Литий-железо-фосфатные LiFePO4
Плюсы	Низкие первоначальные вложения.	Герметизирован-ные. Не выделяют газы	Возможность обслуживания. хорошие показатели для свинцовых АКБ.	Герметизирован-ные. Не выделяют газы. Хорошие показатели для свинцовых АКБ.	Самая высокая плотность энергии. Малый вес и объем. Большой срок службы.	Самый большой срок службы. Возможно заряжать и разряжать огромными токами. Полностью безопасны	Высока плотность энергии. Большой срок службы. Большие зарядные и разрядные токи. Полностью безопасны.
Минусы	Малый срок службы. Выделяют газы. Медленный заряд. Не способны долговременно выдавать большие токи. Нелинейные разрядные характеристики.	Малый срок службы при постоянном циклировании. Медленный заряд. Не способны выдавать большие токи. Маленькая снимаемая емкость при разряде большим	Высокая стоимость. Медленный заряд. Не способны выдавать долговременно большие токи. Маленькая снимаемая емкость при разряде большими токами.	Высокая стоимость. Медленный заряд. Не способны выдавать долговременно большие токи. Маленькая снимаемая емкость при разряде большими токами.	При повреждении или при работе в нештатном режиме опасны, обильно выделяют газы и пожароопасны. Нельзя использовать без системы балансировки и защиты.	Самые большие первоначальные вложения. Нельзя использовать без системы балансировки.	Высокие первоначальные вложения. Нельзя использовать без системы балансировки.
Номинальное напряжение 1шт, В	12	12	2	2	3,7	2,3	3,2
Количество шт последовательно, для получения 12В	1	1	6	6	4	6	4
Удельный вес, Вт*ч в 1кг	45	40	33	33	205	73	95
Цена за 1000 Вт*ч, руб (на 2019г)	7000	14000	16000	20000	14000	33000	16000
Количество циклов, при разряде 30%	750	1400	3000	5000	9000	25000	10000
Количество циклов, при разряде 70%	200	500	1700	1800	5000	20000	5000
Количество циклов, при разряде 80%	150	350	1300	1500	2000	16000	3000
Цена 1 цикла, при разряде на 30%, руб	9,3	10	5,3	4	1,6	1,3	1,6
Цена 1 цикла, при разряде на 70%, руб	35	28	9,4	11,1	2,8	1,7	3,2
Цена 1 цикла, при разряде на 80%, руб	46,7	40	12,3	13,3	7	2,1	5,3

Исходя из всех перечисленных аргументов и проведенному сравнительному анализу, можно сделать вывод, что литиевые аккумуляторы имеют превосходство над «свинцовыми» почти по всем параметрам. Но какой из основных трех типов литиевых батарей выбрать?

На наш взгляд на текущий момент для солнечной электростанции лучше купить аккумуляторы литий-железо-фосфатные, они имеют великолепные технические характеристики, долгий срок службы и в отличии от обычных Li-ion полностью безопасны. Более того, их стоимость 2 раза ниже, чем у литий-титанатых аккумуляторов и не смотря, что процессе эксплуатации LTO получаются выгоднее, существует большая вероятность купить восстановленный б/у LTO аккумулятор, который был снят с электротранспорта в Китае.

Поэтому в большинстве случаев предпочтительнее будут аккумуляторы по технологии LiFePO4.

Источник