Аккумулятор с контроллером солнечной батареи

Солнечная батарея на балконе: тестирование контроллера заряда

В предыдущей части была рассмотрена и проверена работа платы BMS, обеспечивающей корректный заряд литий-ионного аккумулятора. Китайская почта наконец доставила Solar charge controller, так что пора протестировать и его.

Результаты тестирования под катом.

Контроллер заряда (Solar charge controller)

Данное устройство является основным во всей системе — именно контроллер обеспечивает взаимодействие всех компонентов — солнечной панели, нагрузки и батареи (он нужен, только если мы хотим именно накапливать энергию в батарее, если отдавать энергию сразу в электросеть, нужен другой тип контроллера grid tie).

Контроллеров на небольшие токи (10-20А) на рынке довольно-таки много, но т.к. в нашем случае используется литиевая батарея вместо свинцовой, то нужно выбирать контроллер с настраиваемыми (adjustable) параметрами. Был куплен контроллер, как на фото, цена вопроса от 13$ на eBay до 20-30$ в зависимости от жадности местных продавцов. Контроллер гордо называется «Intelligent PWM Solar Panel Charge Controller», хотя по сути вся его «интеллектуальность» заключается в возможности задания порогов заряда и разряда, и конструктивно он не сильно отличается от обычного DC-DC конвертора.

Подключение контроллера весьма просто, у него всего 3 разъема — для солнечной панели, нагрузки и аккумулятора соответственно. В качестве нагрузки в моем случае была подключена светодиодная лента на 12В, аккумулятор все тот же тестовый с Hobbyking. Также на контроллере есть 2 USB-разъема, от которых можно заряжать различные устройства.

Все вместе выглядело так:

Перед тем как использовать контроллер, его надо настроить. Контроллеры этой модели продаются в разных модификациях для разных типов батарей, отличия скорее всего лишь в предустановленных параметрах. Для моей литиевой батареи c тремя ячейками (3S1P) я установил следующие значения:

Как можно видеть, напряжение отключения заряда (PV OFF) установлено на 12.5В (исходя из 4.2В на ячейку можно было поставить 12.6, но небольшой недозаряд положительно сказывается на количестве циклов батареи). Следующие 2 параметра — отключение нагрузки, в моем случае настроено на 10В, и повторное включение заряда на 10.5В. Минимальное значение можно было поставить и меньше, до 9.6В, небольшой запас был оставлен для работы самого контроллера, который питается от той же батареи.

Тестирование

С разрядом проблем ожидаемо не было. Заряда батареи хватило чтобы зарядить планшет, также горела светодиодная лента, и при пороговом напряжении в 10В, лента погасла — контроллер отключил нагрузку, чтобы не разряжать батарею ниже заданного порога.

А вот с зарядом все пошло не совсем так. Вначале все было хорошо, и максимальная мощность по ваттметру составила около 50Вт, что вполне неплохо. Но ближе к концу заряда подключенная в качестве нагрузки лента стала сильно мерцать. Причина ясна и без осциллографа — две BMS не очень дружат между собой. Как только напряжение на одной из ячеек достигает порога, BMS отключает батарею, из-за чего отключается и нагрузка и контроллер, затем процесс повторяется. Да и учитывая что пороговые напряжения уже заданы в контроллере, вторая плата защиты по сути и не нужна.

Пришлось вернуться к плану «Б» — поставить на батарею только плату балансировки, оставив контроллеру управление зарядом. Плата 3S balance board выглядит так:

Бонус этого балансира еще и в том, что он в 2 раза дешевле.

Конструкция получилась даже проще и красивее — балансир занял свое «законное» место на балансировочном разъеме батареи, к контроллеру батарея подключена через силовой разъем.
Все вместе выглядит примерно так:

Больше никаких неожиданностей не было. Когда напряжение на батарее поднялось до 12.5В, потребляемая от панелей мощность упала практически до нуля а напряжение увеличилось до максимума «холостого хода» (22В), т.е. заряд больше не идет.

Напряжение на 3х ячейках батареи в конце заряда составило 4.16В, 4.16В и 4.16В, что дает в сумме 12.48В, к контролю заряда, как и к балансиру претензий нет.

Заключение

Система работает, почти как и ожидалось. Днем электроэнергия может накапливаться, вечером ее можно использовать. В финальной версии батарея будет заменена на блок из элементов 18650, которые уже описывались в предыдущей части. Емкость батареи можно увеличить до 20Ач, больше для балконной системы уже избыточно. Если же приобрести другой балансир, можно использовать и LiFePo4-аккумуляторы, достаточно установить нужные пороги напряжений в контроллере. Однако в моем случае, смысла в этом скорее всего нет — стоимость LiFePo4 на 10-20Ач составляет 80-100$, что уже сопоставимо со стоимостью Grid Tie контроллера, который я собираюсь протестировать в дальнейшем.

Еще исключительно для тестов (понятно что экономического смысла в этом нет) была заказана батарея ионисторов на 12В, благо цены падают и сейчас они относительно дешевые. Будет интересно проверить, на сколько хватит их заряда. Stay tuned.

Примечание: показанная на фото батарея от Hobbyking была поставлена исключительно для теста. Эти батареи не тестировались для постоянного использования в подобных системах, также их не рекомендуется оставлять без присмотра.

Более-менее окончательная версия батареи выглядит вот так:

Это 12 ячеек 18650, соединенных в группы параллельно по 4. Примерная емкость батареи около 12ач, этого хватает для зарядки разных гаджетов и для вечернего освещения комнаты светодиодной лентой. В батарее используются элементы Panasonic, те же что и в автомобилях Tesla S, надежность данных ячеек можно считать вполне хорошей.

Для желающих посмотреть видео-версию, ролик выложен в youtube.

Источник

Контроллер заряда солнечной батареи: основные типы и нужен ли он?

Контроллер заряда для солнечной батареи

Альтернативные источники энергии с каждым годом становятся популярными, проникая во все сферы нашей жизни. Однако при кажущейся простоте внедрения инновационных способов получения недорогой энергии, реализация любого проекта потребует немалых сил. Проекты, разработанные для внедрения альтернативных методов обеспечения энергией жилых домов, оправданны, и уже очень скоро после начала работы начинают приносить результаты.

Такое устройство, как контроллер для солнечной батареи позволяет без особых усилий использовать для обеспечения электрических приспособлений бесплатные ресурсы Солнца. Оно контролирует зарядку аккумулятора (АКБ), назначением которой является генерация энергии геопанелей, с целью организовать рациональное использование генерируемого тока.

Функции контроллера

Чип, отслеживающий работу прибора, отвечающий за процесс зарядки АКБ, остается главным его компонентом. Основные функции заключается в следующем:

· если заряд достигает наибольшего значения, аппарат ограничивает в автоматическом режиме подачу тока, обеспечивая ее необходимым количеством энергии;

· если же аккумулятор разряжен, контроллер в автоматическом режиме ограничивает все входящие нагрузки.

Функции данного агрегата можно разделить на несколько пунктов:

· автоматическая регулировка процесса включения и отключения батареи в режиме зарядки/разряда аккумулятора;

· автоматическое подключение фотоэлементов для зарядки;

Контроллер играет важную роль, его функции позволяют существенно увеличить сроки службы аккумулятора, генерирующего энергию солнечных панелей.

Если Солнце отсутствует, приспособление находится в «спящем режиме». С появлением первых лучей оно продолжает оставаться в состоянии покоя. Лишь достигнув заряда в 10В, контроллер включается автоматически. Напряжение, достигнув этого показателя, после включения начинает передавать электрический ток к аккумуляторной батарее, пока уровень зарядки не достигнет значения в 14V. Достигнув этой отметки, в схеме работы происходят изменения, что прекращает подачу тока для заряда АКБ. Как только она разряжается, схема в течение трех секунд переходит в рабочий режим.

Параметры контроллера

Важным фактором, который обязательно нужно учитывать, планируя строительство системы солнечных панелей, является показатель суммарной мощности. Это означает, что мощность панелей не должна быть выше, чем показатель, определяемый путем умножения коэффициента напряжения системы на размер входного тока. Здесь обязательно нужно помнить, что контроллер солнечных панелей должен подбираться с учетом данных полностью разряженной АКБ. Не менее важно предусмотреть случаи повышенной энергии Солнца и заложить в расчеты запас для напряжения не менее 20 процентов.

Основные типы

Для обеспечения надежной защиты солнечных панелей от перезаряда используются контроллеры. Сегодня эти устройства выпускаются нескольких видов.

1. Приборы «On-Off». Они простые и обходятся пользователям относительно недорого. Главной задачей, которую выполняют такие устройства, является автоматическое прекращение подачи тока и защита аккумуляторной батареи от перегрева при полной зарядке.

2. PWM-контроллеры. Эти приборы представляют более совершенные модели типа «On-Off». Модернизация заключается в использовании более современной ШИМ-функции, которая позволяет в случае, когда достигнут максимальный показатель напряжения, не отключать полностью подачу тока, а только снизить его силу. Это позволило добиться стопроцентной зарядки аккумулятора. Однако его отличает упрощенный подход к процессу управления. Пользователю перед покупкой контроллера заряда АКБ нужно определиться, каким должен быть оптимальный показатель тока, а также позаботиться о том, чтобы устройство имело определенный запас.

3. Прибор МРРТ на сегодня является наиболее продвинутым. Его работа построена на определении точного значения максимальной величины напряжения для конкретной модели аккумулятора. Он обеспечивает непрерывный контроль тока и напряжения в системе. Получая данные и обрабатывая их, агрегат поддерживает постоянные значения, которые являются оптимальными для создания максимальной мощности системы. Эффективность такого прибора, в среднем, на 20-30 процентов выше, в сравнении с другими моделями.

Способы подключения

Для каждого конкретного аппарата важно выбирать контроллер, показатели которого рассчитаны на работу с серией устройств. Перед подключением аппарата важно определить его место установки. Тут учитываются следующие правила:

· помещение должно быть сухим и хорошо проветриваемым, с невысоким уровнем влажности;

· запрещено размещать прибор в непосредственной близости от легковоспламеняющихся предметов, материалов;

· агрегат должен быть защищен от попадания прямых солнечных лучей, атмосферных осадков.

Подключения моделей PWM

Для установки всех видов PWM-контроллеров важно соблюдать определенную последовательность:

· подключение периферийных приборов производится в строгом соответствии с теми обозначениями, которые нанесены производителем на клеммы;

· при соединении проводов аккумулятора с клеммами контроллера также соблюдается полярность;

· включается защитный предохранитель, установленный в точке контакта положительного провода;

· проводники, выходящие из солнечной батареи, крепятся на контакторах прибора с соблюдением полярности;

· подключается контрольная лампа, напряжение которой составляет 12-24В.

Указанную последовательность нарушать нельзя.

Можно ли использовать солнечные панели без установки контроллера

Главной функцией этого устройства является управление уровнем заряда, аккумулирующего энергию, поступающую от солнечных панелей. Если прибор для контроля заряда АКБ не устанавливать, пользователь не сможет контролировать этот процесс, который будет длиться без остановки, вплоть до закипания электролита. Поэтому обойтись без него нельзя.

Однако контроллер для солнечной батареи можно заменить таким устройством, как вольтметр. Пользователь сможет при обнаружении максимальных значений напряжения и заряда АКБ самостоятельно управлять процессом, отключая ее блок. В сравнении с использованием контроллеров, такой способ неудобен, поскольку за работой системы приходится постоянно следить, рассчитывать на автоматический контроль не приходится.

Советы профессионала

С вопросом, какой контроллер выбрать , сталкиваются многие пользователи, выбирающие альтернативные источники энергии. Сегодня на рынке представлены панели, номинальный коэффициент напряжения которых составляет 12 или 24 Вольт. Такие показатели позволяют выполнять зарядку аккумуляторов, отказавшись от дополнительного преобразования напряжения. АКБ, которые используются намного дольше, чем солнечные батареи, также имеют показатель номинального напряжения в 12-24V. Выбирая прибор, в зависимости от типа используемого аккумулятора, важно учитывать, что АКБ используют различные программы зарядки, что связано с химическим составом.

Источник

Солнечные батареи своими руками. Подбор оборудования для солнечных электростанций

О том, что такое солнечные батареи, как рассчитывать количество фотоэлектрических элементов и какие разновидности полупроводниковых ячеек можно использовать при строительстве солнечных электростанций, мы рассказывали в первой части данной статьи. Сегодня же мы поговорим о том, какое еще оборудование должно входить в комплект домашней автономной системы электроснабжения и как выбирать оптимальный для вашего дома солнечный инвертор, аккумулятор и контроллер.

Выбор контроллера

Солнечный контроллер, подключенный к солнечным батареям и аккумулятору, обеспечивает своевременную подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ), защищает ее от преждевременной деградации и выполняет следующие функции:

• Автоматическое подключение АКБ к фотоэлектрическим модулям для подзарядки.
• Автоматическое отключение аккумулятора от фотоэлектрических панелей (ФЭП) при достижении максимального уровня зарядки (защита аккумулятора от перезаряда).
• Автоматическое отсоединение АКБ от потребителей электроэнергии при достижении недопустимого уровня разряда (защита аккумулятора от глубокого разряда).
• Повторное подключение нагрузки к аккумулятору при восполнении уровня его заряда.

Контроллер способен автоматически отключать нагрузку, подключаемую на выход «Load» устройства. К этому выходу подключаются маломощные потребители постоянного тока (светодиодные лампы).

Все потребители переменного тока (бытовые электроприборы, электроинструмент и т. д.) не имеют прямого подключения ни контроллеру, ни к солнечным панелям. Они через инвертор подключаются к аккумуляторной батарее.

При такой схеме подключения от глубокого разряда аккумулятор защищается не контроллером, а инвертором. К вопросам переразряда АКБ и способов защиты от него с помощью солнечного инвертора мы вернемся чуть позже.

Разновидности контроллеров

Основная задача солнечного контроллера состоит в том, чтобы обеспечивать режимы зарядки аккумуляторной батареи (силу тока и уровень напряжения), соответствующие типу АКБ и ее состоянию. Простейший контроллер типа «on-off» способен выполнять лишь 2 операции: автоматически включать или отключать аккумулятор от фотоэлектрических панелей. Но простейшие устройства активно вытесняются с рынка более продвинутыми контроллерами. Наиболее популярны сегодня контроллеры двух типов: ШИМ (PWM) – устройства широтно-импульсной модуляции, и МРРТ – устройства отслеживания точки максимальной мощности. Рассмотрим особенности перечисленных контроллеров.

Контроллеры типа «on-off»

Рассмотрим рабочий цикл простейшего контроллера типа «on-off», который подключен к автомобильному аккумулятору – 12 В. Когда напряжение аккумулятора упадет ниже номинала, а напряжение СБ достигнет зарядных значений, контроллер подключит аккумулятор к солнечной батарее. В этот момент начнется процесс зарядки АКБ (накопления), который будет продолжаться, пока напряжение на аккумуляторе не вырастет до 14,4 В. Определив, что напряжение на клеммах АКБ достигло указанного значения, контроллер отключит аккумулятор от солнечных батарей. Затем цикл повторится. Контроллер типа «on-off» не позволяет полностью зарядить аккумуляторную батарею, ведь для полного заряда на ее клеммы необходимо подавать напряжение – 14,4 В, в течение нескольких часов (этот период называется стадией абсорбции). Максимальный уровень зарядки при таком цикле не превысит 60–70%, а регулярный недозаряд приведет к значительному сокращению срока службы АКБ. Как видим, недостатки контроллеров типа «on-off» – налицо.

Контроллеры ШИМ

Контроллеры ШИМ позволяют заряжать АКБ на 100% благодаря оптимизированному рабочему циклу, который подразделяется на 4 стадии.

1. На начальной стадии зарядки аккумулятор получает всю мощность, генерируемую фотоэлектрическими панелями.
2. Стадия накопления характеризуется постепенным ростом напряжения на клеммах АКБ. Накопление заряда осуществляется при постоянной силе тока.
3. Когда напряжение на клеммах АКБ достигнет своего максимального значения, контроллер переведет зарядные параметры в режим абсорбции. Подаваемое напряжение на этой стадии остается постоянным, а зарядный ток постепенно уменьшается. Это позволяет аккумулятору накопить максимальное количество энергии, избежав перегрева и закипания.
4. Уравновешивающий заряд (режим float). На этой стадии аккумулятор поддерживается в заряженном состоянии.

Параметры зарядного тока и напряжения устанавливаются контроллером автоматически.

У контроллеров отключение нагрузки происходит при 11,2 В, повторное подключение – 12,5 В. Заряд идет до 14,4 В максимальным током, потом начинается ограничение на этом напряжении ШИМ. После стадии насыщения напряжение снижается до 13,7 В (стадия поддержки float).

ШИМ контроллеры рекомендуется использовать в системах с небольшой мощностью солнечных батарей (ориентировочно: от 100 Вт до 500 Вт). Это условие вполне соответствует параметрам домашних фотоэлектрических панелей. Контроллеры ШИМ постепенно вытесняются с рынка более совершенными устройствами МРРТ, изначально создаваемыми для мощных солнечных батарей.

MPPT при мощностях СБ менее 500 Вт применять не всегда имеет смысл (хотя, это вопрос спорный: бывают случаи когда это можно и нужно делать). Тенденции развития контроллеров таковы, что скоро ШИМ контроллеры будут вытеснены MPPT даже на малых мощностях.

Контроллеры МРРТ

Алгоритм работы контроллеров МРРТ следующий: устройство в реальном времени отслеживает параметры электрического тока на выходе из солнечной батареи, определяя значения в паре ток-напряжение, при которых мощность, получаемая от фотоэлектрических панелей, будет максимальна. Одновременно контроллер отслеживает стадию зарядки аккумулятора и подает на его клеммы ток с необходимыми параметрами.

Автоматическое определение точки максимальной эффективности заряда помогает увеличить коэффициент использования солнечной энергии на 20-30%. Контроллеры МРРТ позволяют подключать к системе солнечные батареи, номинальное напряжение которых значительно выше напряжения АКБ. Это гарантирует, что даже в пасмурную погоду напряжение СБ будет превышать зарядное напряжение аккумулятора. То есть в солнечный день контроллер будет автоматически понижать высокое входное напряжение, а при недостатке света солнца АКБ будет заряжаться за счет запаса по напряжению СБ.

Для того чтобы правильно выбрать контроллер для той или иной солнечной электростанции, необходимо знать характеристики источника тока и аккумулятора. Но есть по этому поводу и общие рекомендации, разработанные производителями:

• Контроллеры МРРТ, учитывая их сравнительно высокую стоимость, следует использовать при мощности солнечных батарей – от 500 Вт и выше (это будет экономически целесообразно).
• Контроллер ШИМ подойдет для солнечных батарей небольшой мощности, у которых номинальное напряжение соответствует номиналу АКБ (для 12-ти вольтовых АКБ подходят панели с номиналом 17-22 В, а для 24-ти вольтовых АКБ – панели номиналом 34-45 В).
• Контроллер МРРТ разработан для СБ, напряжение которых гораздо выше напряжения АКБ (это позволяет создавать запас напряжения и обеспечивать заряд аккумулятора даже в пасмурную погоду).

Недостаток мощности в системах, работающих на контроллерах ШИМ, можно компенсировать установкой дополнительной солнечной панели. Это может быть дешевле, чем установка более производительного контроллера МРРТ.

По поводу преимуществ MPPT перед ШИМ: не всегда и не везде они есть, но в большинстве случаев добавка к выработке будет. Нужно только смотреть – стоит ли такая добавка больше, чем разница в стоимости MPPT и ШИМ контроллера.

Выбор аккумулятора

Выбирая аккумуляторы для солнечных батарей, пользователи FORUMHOUSE руководствуются разными соображениями:

• Те, у кого есть средства и возможности, приобретают долговечные и дорогостоящие щелочные аккумуляторы – никелево-кадмиевые (НК) или никелево-железные (НЖ).
• Кто-то приобретает специализированные гелевые батареи, изготовленные по технологии GEL, которые в сравнении с привычными стартерными АКБ служат гораздо дольше, но и стоят дороже.
• Те же, кто предпочитает наиболее доступный вариант, используют стартерные автомобильные АКБ.

Учитывая, что выбор АКБ во многом зависит от реальных возможностей владельца СБ, то давать какие-либо рекомендации в этом плане очень трудно. Но перечислить преимущества и недостатки различных батарей следует.

Кислотные (автомобильные) АКБ

Стартерные АКБ – самые дешевые и доступные для большинства покупателей батареи. Несмотря на довольно внушительную емкость, эти АКБ являются буферными: они изначально рассчитаны на кратковременный неглубокий разряд и быструю подзарядку до полной емкости. Они совершенно не предназначены для работы в условиях циклического режима и глубокой разрядки. Отсюда вытекают недостатки представленных аккумуляторов.

В автомобильных АКБ буферный режим работы! Поэтому в автономке с циклическим режимом работы (неважно – есть 3-х стадийная зарядка или нет её) максимум – год работы, и хана стартерным АКБ. Я основываюсь на опыте очень большого экопоселения, в котором нет электросетей. Более сотни семей пробовали свинцовые АКБ (естественно, начиная со стартерных). Результат всегда один и тот же: при постоянном использовании батареи хватает на год, при сезонном – 2-3 года могут продержаться.

В таблице представлена зависимость напряжения холостого хода от степени разряда свинцово-кислотной батареи.

Таблица дает примерное понимание величины напряжения, при котором следует отключать нагрузку от АКБ (напряжение отсечки). Примерное оно потому, что напряжение аккумулятора, подключенного к нагрузке, всегда ниже напряжения холостого хода батареи. Параметры холостого хода замеряются, спустя несколько часов после отключения нагрузки. Устанавливая напряжение отсечки, лучше руководствоваться рекомендациями производителей АКБ и показаниями контроллера (большинство устройств показывает процент заряженности батареи).

Посмотрите паспорт на свою батарею. Я вчера смотрел информацию о том, какими токами ее можно разряжать и до каких значений.

Щелочные аккумуляторы

Щелочные АКБ рассчитаны на циклический режим работы (что оптимально для автономных систем электроснабжения): они способны постепенно отдавать свою энергию, пока не наступит их полный разряд.

И чем глубже будет разряжена такая батарея, тем большую емкость она наберет во время подзарядки (это называется эффектом памяти).

Заряжать и разряжать щелочной аккумулятор порциями нельзя – только «от и до». Зато при правильной эксплуатации (помимо зарядки/разрядки она подразумевает промывку банок и замену электролита раз в сезон) щелочные АКБ служат по 20 лет.

Существенный недостаток щелочных аккумуляторов состоит в том, что при малых токах они плохо заряжаются или не заряжаются вовсе. Решить подобную проблему можно, правильно рассчитав мощность солнечных панелей и установив подходящий контроллер.

Вывод: если есть такая возможность, то для солнечных панелей лучше приобретать щелочные аккумуляторы.

У нас тут четверть века поселок без централизованного энергоснабжения, и все жители используют аккумуляторы – 12 В. Причем всегда, всеми правдами и неправдами, добывали щелочные (НК и НЖ). У меня сейчас работают десять банок ТНЖ-250 от погрузчика, списанные еще в начале 90-х. В них примерно треть паспортной емкости, но мне этого вполне достаточно, а емкость эта уже много лет не меняется.

Гелевые аккумуляторы

Если недостатки автомобильных аккумуляторов для потребителя неприемлемы, а приобрести подходящий щелочной аккумулятор у него нет возможности, то выбор делается в пользу свинцово-кислотных гелевых батарей. По своим характеристикам они оптимально подходят для автономных систем солнечной и ветровой энергетики, не требуют обслуживания, а срок их службы составляет 10 лет. Недостаток гелевых батарей их высокая стоимость.

Существуют еще литий-железо-фосфатные АКБ (литий-ионные). Они, кстати, признаны самыми лучшими батареями для автономных систем.

Беря во внимание «заоблачную стоимость этих устройств, в самодельных системах их используют лишь единицы.

Расчет емкости аккумуляторов

Рассчитать требуемую емкость аккумуляторных батарей для автономной системы электроснабжения довольно просто. Для этого нам понадобятся следующие исходные параметры:

1. Емкость аккумуляторов (А*ч), которые планируется использовать в системе.
2. Напряжение на рабочих клеммах АКБ (В).
3. Суммарная нагрузка на аккумуляторы (Вт).

Чтобы вычислить параметры АКБ, которая понадобится для вашей системы, емкость аккумулятора и нагрузку на батарею целесообразно перевести в одну систему измерений. То есть Ампер*час нам нужно перевести в кВт*час.

Переводить емкость АКБ в количество энергии принято следующим образом: нужно умножить номинальное напряжение батареи (12 В) на ее паспортную емкость (190А*ч).

12(В) * 190(А*ч) = 2280 Вт*ч = 2,28 кВт*ч.

Расчеты показывают, что одна свинцово-кислотная автомобильная батарея емкостью 190А*ч при разряде сможет отдать примерно 1,14 кВт*ч электроэнергии, разрядившись на 50% (с учетом потерь электроэнергии это значение можно округлить до 1 кВт*ч). Щелочной аккумулятор с аналогичной емкостью (который не боится полного разряда) за один цикл сможет отдать в 2 раза больше электроэнергии.

Стартерные АКБ лучше до конца не разряжать: рекомендую только на 50% от полной емкости.

Много это или мало – все зависит от нагрузки на батарею. Если нагрузка на 12-ти вольтовый аккумулятор емкостью 190 А*ч будет равна 100 Вт, то все потребители, подключенные к батарее, смогут непрерывно работать в течение 10-ти часов. После чего аккумулятору потребуется обязательная подзарядка.

Рассчитывая параметры АКБ, следует соотносить их с техническими характеристиками солнечных панелей и инверторов. Всегда необходимо учитывать неизбежные потери электричества и природные факторы:

• Ток, потребляемый солнечным инвертором без нагрузки – зависит от КПД устройства (если инвертор, подключаемый к 12-ти вольтной АКБ, без нагрузки потребляет 2А, то за 10 часов работы он потребит 20А*ч, или 0,24 кВт).
• Сопротивление проводников.
• Естественное снижение паспортной емкости АКБ в процессе эксплуатации (когда показатель емкости снижается до 60% от первоначальной величины, ресурс батареи исчерпан).
• Потери, отражающие КПД аккумулятора (свинцово-кислотные АКБ в процессе зарядки потребляют примерно на 20% больше электроэнергии, чем потом отдают) – эти потери должны быть учтены при расчете мощности фотоэлектрических панелей.
• Неравномерное количество солнечных дней в разное время года и т. д.

Внимательного расчета требуют аккумуляторы, к которым подключаются приборы с большими пусковыми токами.

В системе с холодильником АБ должна быть емкостью не менее 200-400 А*ч. Такие АБ выдерживают, как минимум, десятки ампер без существенной просадки напряжения.

На практике для расчета емкости АКБ целесообразно использовать онлайн калькуляторы солнечной энергии, учитывающие совокупность перечисленных параметров.

Увеличить емкость можно, используя несколько аккумуляторных батарей, соединенных параллельно.

Если батарей много, то следует использовать последовательно-параллельное соединение.

Выбирая тип соединения АКБ, нельзя выпускать из вида два немаловажных параметра: выходное напряжение контроллера и входное напряжение солнечного инвертора. Они должны соответствовать суммарному напряжению аккумуляторных батарей.

Объединяя несколько аккумуляторов в одну батарею, следует придерживаться еще одного правила.

Нельзя ставить более 4-х групп в параллель, а по-хорошему – не более 3-х. Да, при просадке напряжений «умная» зарядка компенсирует «плохую» батарейку, но процесс старения АКБ во всей батарее подстёгивается: одна «паршивая овца» убивает остальные батарейки.

Раз в месяц желательно тестером проверять емкость всех аккумуляторов. Это поможет вовремя обнаружить испорченный аккумулятор и принять меры для того, чтобы избежать угрозы разбаланса.

Температура в помещении, где установлены аккумуляторы, должна соответствовать определенным значениям. Если, к примеру, щелочные никель-кадмиевые АКБ менее прихотливы (их можно использовать при температурах от -20ºС до +45ºС без потери емкости), то для эксплуатации свинцово-кислотных (СК) аккумуляторов оптимальная температура окружающей среды равна +20ºС. А повышение эксплуатационной температуры герметичных свинцово-кислотных батарей на каждые 10ºС сокращает срок службы АКБ в 2 раза (инструкция по эксплуатации свинцово-кислотных батарей п. 10.10).

Место установки АКБ – в доме, поэтому искал герметичные батареи. Сведения об условиях эксплуатации: обычно при постоянной температуре в 30ºС срок жизни СК АКБ вдвое меньше, чем при 20ºС.

Для того чтобы уберечь аккумуляторы от глубокого разряда в облачные дни, батареи можно периодически подзаряжать от другого источника (от дизельного генератора или ветрогенератора).

Системы автономного электроснабжения, работающие от солнечных панелей и генератора, принято называть гибридными. Гибридные электростанции являются самым оптимальным решением для организации автономного электроснабжения.

Выбор инвертора

Основная функция инвертора заключается в преобразовании стандартного напряжения и постоянного тока аккумуляторных батарей в бытовой переменный ток напряжением 220В. График напряжения на выходе из инвертора имеет синусоидальную форму. И в зависимости от того, какие потребители будут подключены к питанию от СБ, инвертор должен выдавать напряжение либо с правильной синусоидальной формой графика (чистый синус), либо с модифицированным синусом (меандр). Как именно ведет себя график напряжения на выходе из инвертора, зависит от особенностей устройства.

Некоторые электроприборы стабильно работают и на «модифицированном синусе»: электронагреватели, компьютеры, устройства с импульсными источниками питания (определенные модели телевизоров). Опытные пользователи нашего портала рекомендуют приобретать инверторы, дающие на выходе «чистый синус». Форма выходного сигнала указывается в характеристиках устройства.

Выбирая инвертор, следует обращать внимание не только на форму выходного сигнала, но и на мощность устройства.

• Номинальная мощность (рабочая) должна быть на 25-30% выше суммарной мощности постоянно задействованных в работу потребителей.
• Пиковая мощность инвертора должна превышать мощность возможной кратковременной нагрузки на прибор. Речь идет о нагрузке, которая возникнет в случае одновременного включения нескольких потребителей, обладающих большой пусковой мощностью (холодильник, электродвигатель насоса и т. д.).
• В характеристиках инвертора указывается еще и максимальная мощность. Она меньше пиковой, но больше номинальной. Этот параметр обозначает допускаемую кратковременную нагрузку, при которой устройство проработает в течение нескольких минут (5-10 мин) и не выйдет из строя.

Пусковой ток холодильника может не потянуть инвертор, но у меня, к счастью, мощности инвертора вполне хватает. Мощность постоянная – 2,5 кВт, пиковая – 4,8.

КПД инвертора также имеет большое значение при выборе устройства. Он определяет потери электроэнергии во время работы устройства и может варьироваться в следующих пределах: 85-95% (в зависимости от модели). Рекомендуется выбирать устройство с КПД – от 90% и выше. Ведь за инвертор мы заплатим один раз, а за его низкий КПД платить придется постоянно.

Инверторы, подключаемые напрямую к свинцово-кислотным аккумуляторам, должны защищать АКБ от глубокого разряда. В большинство современных инверторов подобная функция встроена. Порог отсечки нагрузки может быть установлен заводом-изготовителем, а может регулироваться пользователем.

Нижний порог отсечки нагрузок от АКБ – 10В-10,5В (в 12-ти вольтовых системах) стандартен По сути, это аварийная защита от глубокого разряда батареи. Теперь про регулируемые настройки: есть инверторы с регулируемыми настройками, есть – без настроек. Бюджетные модели имеют меньше функционала, дорогие – больше. Потребитель сам определяет, что ему больше нужно и по какой цене.

Помимо обычных преобразователей, в системах автономного питания часто используются гибридные и комбинированные инверторы. Комбинированные – способны совмещать функции контроллера и инвертора. Гибридные – позволяют осуществлять питание потребителей как от сети, так и от аккумуляторов.

О сечениях проводников, которые соединяют различные элементы автономной системы электроснабжения, о параметрах защитных устройств и о способах монтажа используемого оборудования вы узнаете в заключительной часте настоящей статьи.

Какими соображениями руководствуются пользователи FORUMHOUSE, выбирая кислотные или щелочные аккумуляторы для автономных систем, вы можете прочитать в соответствующем разделе. О том, как правильно выбрать подходящий контроллер или автономный инвертор для систем, работающих от солнечных батарей, можно узнать, посетив темы нашего сайта, открытые для обсуждений. А о самых популярных способах, позволяющих решить проблему отсутствия электричества, вы узнаете из статьи, основанной на опыте пользователей нашего портала.

Источник