Автономные аккумуляторы солнечной батареей

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

Развенчание мифа о применении стартерных (автомобильных) аккумуляторов в солнечных системах

Какие аккумуляторы выбрать при установке солнечных систем?

С этим вопросом часто встречаются люди, которые начинают изучать альтернативные источники питания.

К статье о правильном заряде аккумуляторов наша читательница написала комментарий о работе стартерных АКБ с солнечной станцией и привела ссылку на видеоролик, в котором человек показывают свою систему резервного питания, работающую от стартерных батарей.

Вот этот ролик. С 26й минуты речь идёт об аккумуляторах в системе:

С удовольствием посмотрели ролик. Хозяин и создатель солнечной системы просто и доходчиво рассказывает о своем опыте.

Только вот простота порой скрывает подводные камни, о которых стоит сказать отдельно.

Применяется стартерная аккумуляторная батарея внушительной ёмкости, которая вроде бы должна запасать огромную энергию. Но судя по нагрузкам, потребление в доме ничтожное. Для чего тогда такая ёмкость?

А вот для чего. Срок службы аккумуляторов в циклическом режиме определяется глубиной разряда. Стартерные аккумуляторы абсолютно не предназначены для глубокого разряда (такова конструкция и состав пластин), а лишь для коротких и мощных разрядов.

Чтобы не давать аккумуляторам серьезно разряжаться, ограничена глубина разряда: установлено напряжение переключения с аккумуляторов на внешнюю сеть 47 В, что в пересчёте на один аккумуляторный элемент 1,96 В/эл. Глубина разряда крайне мала (дай бог, 10%), т.е. режим разряда близок к буферному. Такую глубину разряда стартерные аккумуляторы еще как-то переносят. Попробовали бы их разрядить хотя бы до уровня 1,80 В/эл. — и после 10…20 циклов (в лучшем случае!), и этим стартерным аккумуляторам настал бы конец («в хлам», как образно выражается автор).

Но вот для гелевых и АGM аккумуляторов этот уровень напряжения — отнюдь не разряд «в хлам», а абсолютно нормальный уровень отдачи 100% номинальной ёмкости. Эти аккумуляторы как раз и предназначены для подобных режимов. У них циклический ресурс 100% глубины разряда-заряда исчисляется 150-600 циклами и даже более (зависит от модели и производителя). А это в десятки раз больше, чем у столь пропагандируемых стартерных. Для стартерных же единственный способ хоть как-то остаться в живых – неглубокий разряд. Тогда количество подобных «циклов» (хотя назвать это «циклом» язык не поворачивается) может быть достаточно большим и несколько лет отслужить такие аккумуляторы в силах.

Такой прием (повышать начальную ёмкость для снижения реальной глубины разряда) применяется и для гелевых и АGM аккумуляторов, чтобы дополнительно увеличить циклический ресурс. Но по-любому заложенные в специализированных аккумуляторах возможности в десятки раз выше.

Автор ссылается на то, что по опыту применял разные типы аккумуляторов, а результат примерно один и тот же. Думается, тут есть неточность или хитрость: скорее всего ёмкость ранее бралась в несколько раз меньше (из экономии, дорогие же аккумуляторы!), но разряжались аккумуляторы глубже. Ну и какие еще попадались ему модели/производители – тоже большой вопрос. К сожалению, на рынке много чего гуляет из так называемых «гелиевых» аккумуляторов, качество которых ниже плинтуса, а их продажа – чистой воды развод покупателей (продавцы даже не знают, что аккумуляторы должны быть «гелевыми», а отнюдь не «гелиевыми», и что все упомянутые выше типы аккумуляторов – такие же свинцово-кислотные, как и стартерные). Только заложены в них технологии, призванные увеличить достижимую глубину разряда при большом циклическом ресурсе.

Кстати, стоит сказать, что мощность и срок службы аккумуляторов далеко не всегда определяется их весом и количеством свинца внутри, хотя некоторая зависимость есть (если исключить, конечно, явные подделки, где вместо пластин фольга). Срок службы и циклический ресурс аккумуляторов при нормальной эксплуатации определяется толщиной пластин и их составом. В стартерных аккумуляторах пластины тонкие (чтобы развивать большие пусковые токи), а к свинцу добавляется кальций — для лучшей адгезии активной пастообразной массы в решетке (скелету пластины). При глубоком разряде тонкие пластины недолговечны (из-за протекания тока деформируются и осыпаются). Для повышения глубины разряда пластины делаются толще, а для повышения циклического ресурса наилучшие производители добавляют еще и олово (оно в 10 раз дороже свинца, но что поделать).

Электролит в гелевых аккумуляторах – сгущенный раствор серной кислоты (путем добавления в него силиконосодержащих добавок) становится более густым и лучше удерживает материал пластин, не давая ему отслаиваться. В аккумуляторах AGM типа электролит жидкий, но абсорбирован в стекло-капиллярном материале сепараторов, которые также поддерживают активное вещество пластин от осыпания.

Качество аккумуляторов, их отдача и срок службы определяется в значительной мере и чистотой активных материалов. У порядочных производителей AGM и гелевых батарей это всегда первичный свинец чистотой не менее 99,94%, а у прочих – переработанный (а у стартерных — только переработанный! – чтобы было подешевле…).

Стоит добавить, что и гель, и стекло-капиллярные сепараторы служат еще и процессу рекомбинации водорода и кислорода (превращению их в воду) и делая таким образом аккумуляторы необслуживаемыми и безопасными, позволяя эксплуатировать их в помещении.

Теперь о работе стартерных аккумуляторов на описываемом объекте: сравнительно небольшая нагрузка (всего-то микроволновая печь) просаживает аккумуляторы изрядной ёмкости ниже уровня переключения на сеть. У аккумуляторов с нормальной ёмкостью, да еще и 450 Ач, такого быть не может! Это свидетельствует о том, что реальная ёмкость данных аккумуляторов уже далеко не равна начальной. Может 50- 60%, а похоже, что и меньше. Между прочим, по международным критериям срок службы аккумуляторов определяется достижением остаточной ёмкости 80% от начальной, так что Ваши аккумуляторы по таким критериям уже «покойники».

Что тогда, спрашивается, дают такие большие, но стартерные аккумуляторы потребителю? Да почти ничего, кроме иллюзии пользования солнечной системой с накоплением энергии. Солнечная система еще способна дать что-то, но вот накопительная для автономности – почти ничего! Зато дешево. А в чем тогда изначальный смысл всей затеи? Взяты аккумуляторы подешевле, но большой ёмкости, а ощутимой автономности для сколь-нибудь реальной нагрузки получить нельзя. «Экономия» денег под большим вопросом, да и зачем тогда весь сыр-бор?

Конечно, не специалист может и не знать всех подробностей и нюансов по аккумуляторному оборудованию. Ссылаться на то, что в этом не очень разбираешься, можно, конечно, но тогда не стоит и проповедовать то, в чем слабо ориентируешься.

Источник