Батареи для хранения солнечной энергии

Аккумуляторы для солнечных батарей – обзор цен на модели

Аккумулятор – обязательная часть электростанции, занимающейся преобразованием солнечной энергии в электрическую. Основной функцией аккумулятора является накопление энергии и ее последующая отдача. Дело в том, что солнечная батарея может функционировать только при поступлении солнечного света, то есть в светлое время суток.

Другими словами, энергия не будет вырабатываться в пасмурную погоду и в темное время суток. Именно в это время аккумулятор будет отдавать энергию. Срок автономной работы солнечной батареи определяется энергетической емкостью аккумулятора.

Помимо емкости, еще одним существенным параметром данного элемента солнечной электростанции является наибольшее количество циклов полного заряда и полного разряда аккумулятора, а также возможная продолжительность его эксплуатации.

С учетом некоторых особенностей работы солнечной электростанции к ее аккумуляторам предъявляются следующие требования:

1. Большой зарядный срок, то есть время, за которое аккумулятор заряжается полностью.
2. Значение саморазряда, чем оно меньше, тем лучше. Саморазряд представляет собой потери энергии, допускаемые самим аккумулятором.
3. Способность выдерживать большое количество циклов полного заряда и разряда.
4. Диапазон температур, при которых аккумулятор может функционировать без проблем. Чем выше данный показатель, тем лучше.
5. Обслуживание аккумулятора. Чем меньше мероприятий необходимо проводить при обслуживании данного элемента солнечной электростанции, тем лучше.

На сегодняшний день выпускаются специальные аккумуляторы, предназначенные именно для солнечных батарей. Подобные аккумуляторы соответствуют всем приведенным выше требованиям. В отличие от прочих аккумуляторов они отличаются низким показателем саморазряда, а также низкой чувствительностью к зарядкам и разрядкам, соответственно эффективность их работы, а также продолжительность службы высокая.

Схема подключения солнечной батареи к аккумулятору:

Виды аккумуляторов и их характеристики

Стартерные аккумуляторы

Выбирать эту разновидность стоит только в том случае, если место, где будет установлен аккумулятор, будет иметь хорошую вентиляцию. Подобная разновидность аккумуляторов, предназначенных для работы в составе солнечной электрической станции, отличается довольно высоким показателем саморазряда. Их используют в тех случаях, когда солнечная батарея вынуждена функционировать в тяжелых условиях.

Аккумуляторы с намазными пластинами

Подобные устройства можно назвать наилучшим вариантом в таких случаях, когда осуществлять постоянное обслуживание системы невозможно. Помимо этого гелевые аккумуляторы незаменимы в случае установки в плохо вентилируемом помещении. Однако подобные накопители электрической энергии нельзя назвать бюджетным вариантом. К тому же продолжительность эксплуатации подобных аккумуляторов относительно невелика. Положительными качествами подобных элементов можно назвать малые потери электрической энергии, что значительно продлит работу станции в ночные часы и пасмурную погоду.

AGM-аккумуляторы

Основой работы данных накопителей электрической энергии являются абсорбирующие стекломаты. Между стекломатами располагается электролит в связанном состоянии. Использовать по назначению аккумулятор можно в абсолютно любом положении. Стоимость подобных аккумуляторов относительно невелика, а уровень заряда достаточно высокий.

Срок продолжительности эксплуатации данного аккумулятора составляет около пяти лет. Помимо этого отличительными особенностями аккумулятора AGM-типа, являются: возможность перемещения в полностью заряженном состоянии, способность выдерживать до восьми сотен циклов полного заряда и разряда, относительно небольшие размеры, быстрая зарядка (около семи с половиной часов).

Данный аккумулятор работает в диапазоне температур от пятнадцати до двадцати пяти градусов. Однако подобные аккумуляторы плохо переносят неполный заряд.

Гелевые аккумуляторы

Электролит в данном аккумуляторе имеет консистенцию желе. Конструкция подобных аккумуляторов отличается высокой устойчивостью к заряду и разряду. Они не нуждаются в многочисленных мероприятиях по их обслуживанию. Стоимость подобного элемента относительно невысокая. Потери энергии также не существенны.

Заливные (OPzS) аккумуляторы

Электролит в данных аккумуляторах находится в жидком состоянии. Они не нуждаются в постоянном обслуживании. В большинстве случаев необходимо контролировать уровень электролита примерно раз в год. Подобные устройства, предназначенные для аккумулирования электрической энергии, разработаны для разрядки небольшими токами, а также могут выдерживать большое количество циклов полной зарядки и разрядки.

Однако стоимость подобных устройств довольно высокая, так что их целесообразно использовать в мощных электростанциях, занимающихся преобразованием солнечной энергии в электрическую.

Критерии, влияющие на выбор

При выборе аккумулятора для электрических станций, занимающихся преобразованием солнечной энергии необходимо принимать во внимание следующие критерии:

1. Значение емкости аккумулятора, которое является одним из наиболее важных параметров устройства. Дело в том, что аккумулятор должен держать энергию около четырех суток. Данный параметр определяется из требуемого энергопотребления.
2. Продолжительность зарядки и последующей разрядки. Производители устанавливают номинальные значения емкости и скорости зарядки и разрядки аккумулятора, однако далеко не всегда эти значения соответствуют реальным.
3. Габаритные размеры и вес аккумулятора. При этом стоит отметить, что аккумуляторы одного типа могут иметь разный вес. Значение емкости, как правило, выше у того устройства, которое весит больше.
4. Условия эксплуатации. Под условиями подразумевается температура, при которой устройство может работать без нарушений, периодичность проведения мероприятий по обслуживанию аккумуляторов и необходимость вентиляции помещения.
5. Срок эксплуатации и количеством циклов полной зарядки и разрядки. При этом стоит помнить, что чем меньше глубина разрядки при работе аккумулятора, тем больше циклов разрядки и зарядки он способен выдержать.

Выбирая аккумулятор для солнечных батарей и рассчитывая параметры данного устройства, обязательно нужно помнить, что при аккумулировании и в процессе преобразования, устройства теряют часть электрической энергии. Как правило, эффективность современных моделей для солнечных электрических станций составляет восемьдесят пять процентов.

Расчёт и выбор аккумулятора

Для начала необходимо рассчитать мощность ожидаемой выработки энергии. Расчеты производятся на основе мощности излучения солнца, составленных с учетом погоды в разное время года.

Помимо этого при получении результата необходимо в обязательном порядке учесть углы наклона панели солнечной батареи, причем неважно – горизонтально или вертикально она сориентирована.

Угол наклона крайне важен, поэтому его нужно выбирать правильно.

Помимо всего этого необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации на панели солнечной батареи будет скапливаться пыль, наледь и снег. Для московского региона угол наклона панели составляет семьдесят процентов с ориентацией на южную сторону. Если планируется использовать фотоэлектрическую батарею, то её можно установить на фасаде дома или на крыше, при этом угол наклона должен быть сориентированным в восточном или западном направлении.

После выбора угла наклона панели солнечной батареи нужно провести расчет возможной производительности солнечной электростанции, требуемого числа солнечных модулей, необходимых для функционирования системы в определенном режиме. Все расчеты осуществляются на примере самого худшего месяца, чаще всего этим месяцем является январь, и самого лучшего для солнечной электростанции – июль, а также для большей части года, периода с последнего месяца зимы, февраля, по последний месяц осени, ноябрь.

Именно в этот период солнце наиболее активно. Стандартный показатель инсоляции рассчитывается для площади в один квадратный метр, при этом номинальное значение мощности определяется при температуре в двадцать пять градусов стандартного потока света в один киловатт на один квадратный метр.

Принимая максимальное значение инсоляции (мощность излучения солнца, падающего на поверхность), расчет показывает, что значение вырабатываемой батареей электрической энергии относится к значению показателя инсоляции одного квадратного метра, точно также, как и вырабатываемая энергия к значению мощности солнечного излучения на поверхности земли при ясной погоде, которая приходится на один квадратный метр, то есть тысячи ватт.

Умножая значение месячной инсоляции на значение вырабатываемой мощности солнечной батареи, поделенное на максимальное значение инсоляции, можно более точно узнать возможную месячную выработку энергии солнечной батарей.

Расчет выработки солнечной панели проводится при помощи перемножения значения месячной инсоляции, выработки электрической энергии и соотношения КПД солнечной батареи и номинального значения мощности батареи.

В свою очередь, значение номинальной мощности устройства рассчитывается при помощи перемножения максимального значения мощности инсоляции и выработки электрической энергии, получаемой от солнечной электростанции, поделенных на произведение месячной инсоляции и КПД.

Обзор моделей

Выпуском аккумуляторов для солнечных электрических станций занимаются такие компании, как:

1. Немецкая фирма Bosh, занимающаяся выпуском техники бытового и промышленного назначения.
2. Немецкая фирма Sonnenschein, занимающаяся разработкой и выпуском техники.
3. Английская компания YUASA (Великобритания).
4. Американская фирма C&D Technoloqies.
5. Китайский производитель техники Delta.
6. Китайская компания Haza (Китай).
7. Тайваньская фирма APS.

Все представленные выше компании, успевшие с самой лучшей стороны зарекомендовать себя на рынке, занимаются выпуском аккумуляторов для солнечных батарей. Продукция каждой из компаний отличается своими особенностями. Например, аккумуляторы, выпускаемые фирмой Haza изготовлены с использованием технологий AGM и HZY.

Обзор цен на разные виды

Стоимость аккумуляторов для солнечных батарей во многом зависит от показателя емкости устройства.

Разберем стоимость аккумуляторов для батарей на примере гелевых аккумуляторов, выпускаемых компанией Delta:

GX12-12

Является самой дешевой моделью, который имеет емкость двенадцать ампер часов.

Стоимость 1900 рублей.

HRL12-100

Имеет емкость сто ампер часов.

Стоимость 13200 рублей.

HRL12-890W (HRL12-200)

Является одной из самых дорогих моделей аккумуляторов для солнечных батарей, емкость которого равняется двумстам ампер часам.

Источник

Какие аккумуляторы больше всего подходят для хранения солнечной энергии?

Октябрь 2018

Интерес к способам хранения энергии растет постоянно. И это относится не только к автономным системам энергоснабжения. Добавление солнечных батарей в систему резервного энергоснабжения позволяет экономить, иногда значительные средства, и при подключенной централизованной электросети. Не только экономить, но и добавлять необходимую мощность потребителям, если централизованная сеть ограничена по мощности поставщиком, или работает нестабильно при пиковых нагрузках. С общим удорожанием энергоносителей растет и стоимость электроэнергии, и вместе с этим растет интерес к способам сохранения энергии, полученной от солнца днем, или в течение действия «дешевого» тарифа централизованной сети на многотарифных планах.

Аккумуляторы в энергосистемах с солнечными батареями должны уметь работать в условиях нестабильной энергосети, регулярной цикличности (заряда и разряда) и нерегулярной полной зарядки. Создано множество типов аккумуляторов, удовлетворяющих этим условиям в различной степени. Здесь мы рассмотрим особенности каждого типа, включая их стоимость, срок службы, требования к установке и обслуживанию.

Технологии

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Этот тип аккумуляторов используется в системах автономного и резервного энергоснабжения во всем мире уже несколько десятилетий.
Стоимость: стандартные свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого разряда стоят значительно дешевле литий-ионных аккумуляторов.
Цикличность: свинцово-кислотные аккумуляторы с регулируемым клапаном (VRLA) включают в себя модели AGM, с абсорбирующим стекловолоконным сепаратором, и GEL, с электролитом сгущенным до состояния геля внутри аккумулятора. Как правило, AGM аккумуляторы дешевле своих гелевых аналогов, но они выдерживают меньшее количество циклов глубокого разряда. Хотя, в последнее время стали появляться модели AGM-аккумуляторов, не уступающих гелевым по ресурсу, что делает их еще более привлекательными для использования в системах автономного и резервного энергоснабжения.
Новый тип VRLA-аккумуляторов с добавлением нано-карбона более устойчив к сульфатированию (окислению пластин), и, со временем этот тип полностью заменит AGM и гелевые аккумуляторы. Присадки нано-карбона замедляют процесс сульфатации, позволяют заряжать аккумулятор более высоким током (а значит, быстрее), а также увеличивают количество гарантированных циклов разряд-заряда, по сравнению с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами.
Замена/обслуживание: на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов влияет множество факторов, включая их качество изготовления, конструкцию и условия хранения и эксплуатации. Поэтому предсказать, когда они потребуют замены — очень сложно. Наливные свинцово-кислотные аккумуляторы (с жидким электролитом) требуют регулярного долива воды, т.к. она испаряется из электролита во время заряда. Также, наливные аккумуляторы требуют хорошей вентиляции в помещении, где они установлены, для избежания накопления взрывоопасного водорода.
Гелевые и AGM-аккумуляторы являются рекомбинантными, это значит, что они преобразуют образующиеся внутри аккумулятора газы обратно в воду, и они не требуют никакого обслуживания. Электролит внутри этих аккумуляторов находится в связанном виде, и их можно устанавливать в любом положении, кроме перевернутого. Поскольку системы автономного энергоснабжения иногда устанавливаются в труднодоступных и удаленных районах, возможность установки аккумуляторов и их длительная эксплуатация без обслуживания являются серьезным преимуществом.
Утилизация: правильная утилизация свинцово-кислотных аккумуляторов очень важна, т.к. свинец токсичен. К счастью, сейчас технологии переработки свинца весьма развиты. Пластик, из которого изготавливают корпуса также подлежит переработке. В большинстве случаев электролит, содержащийся в аккумуляторах, очищается от примесей и используется повторно, а извлекаемые из электролита сульфаты смешиваются с другими химикатами и применяются как удобрения.

Литий-ионные аккумуляторы

На текущий момент, литий-ионные аккумуляторы являются самыми распространенными, используемыми для хранения энергии в мире. Например плоские ячейки — в смартфонах и планшетах, цилиндрические — в электроинструменте, призматические — электротранспорте. Призматические ячейки иногда имеют ребристые корпуса, для лучшего охлаждения. Именно аккумуляторы на призматических ячейках наиболее часто используются для хранения солнечной энергии.
Стоимость: аналитики оценили стоимость литий-ионного аккумулятора примерно в 500 $/кВт*ч. Частично высокая стоимость литий-ионных аккумуляторов связана с тем, что для контроля заряда, разряда и температуры каждой ячейки используется специальная плата-контроллер (BMS). Использование BMS необязательно со свинцово-кислотными аккумуляторами, т.к. процессом заряд-разряда управляет контроллер заряда инвертора или солнечных батарей.
Цикличность: литий-ионные аккумуляторы обеспечивают большее количество циклов заряда-разряда, чем свинцово-кислотные, а значит, их срок службы больше. Это делает их хорошим выбором в системах с большим количеством циклов заряд-разряда, например, в системах, служащих для сглаживания пиков потребления, поддержки частоты и напряжения. Еще одним важным преимуществом этих аккумуляторов является возможность заряжать их высоким током, а значит, значительно быстрее, чем свинцово-кислотные. А это важно при использовании солнечной энергии в качестве источника — можно сохранить всю собираемую солнечную энергию в течение дня. К приятным дополнениям к остальным преимуществам служит низкий саморазряд литий-ионных аккумуляторов, что важно для систем, используемых время от времени.
Замена/обслуживание: литий-ионные аккумуляторы гораздо легче своих свинцовых аналогов, их проще транспортировать и устанавливать, менять. Они герметичны, и не требуют обновления электролита, или какого-либо еще обслуживания.
Утилизация: в конструкции литий-ионных аккумуляторов могут использоваться органические и неорганические элементы. Аккумуляторы на органических элементах не содержат токсичных примесей. Аккумуляторы на неорганических элементах утилизировать гораздо сложнее. Неорганические литий-ионные аккумуляторы токсичны и должны утилизироваться особым образом. Отработанные литий-ионные аккумуляторы не представляют интерес для переработки, т.к. переработка подразумевает несколько сложных химических процессов, что делает переработку невыгодной — дешевле купить новый материал, чем извлечь его при утилизации.

Проточные аккумуляторы

Доля проточных аккумуляторов на рынке батарей для хранения солнечной энергии неуклонно растет уже четыре года. В большинстве проточных аккумуляторов используются две электролитные жидкости: одна с отрицательно заряженным катодом, и одна с положительно заряженным анодом. Катод и анод разделены на два резервуара специальной мембраной. Большинство случаев выхода из строя литий-ионных аккумуляторов связаны именно с выходом из строя именно их мембраны, что приводит к короткому замыканию. Но обмен заряженными частицами между электролитами в проточных аккумуляторах не приводит к разрушающему воздействию мембраны, что обеспечивает длительный срок службы и быстрое время реакции.
Стоимость: если рассматривать стоимость хранения квт*ч энергии, то проточные аккумуляторы выгоднее литий-ионных, при этом срок службы таких аккумуляторов составляет десятки лет с минимальным обслуживанием, а электролит может быть использован повторно или продан.
Цикличность: производители проточных аккумуляторов заявляют, что технология не имеет ограничений по цикличности заряд-разряда, что значит, эти аккумуляторы могут заряжаться и разряжаться полностью без сокращения срока их службы.
Замена/обслуживание: мембрана — основной элемент проточного аккумулятора, подверженный деградации. Срок, за который мембрана деградирует до нерабочего состояния может составить десятки лет, что делает проточные аккумуляторы самыми долговечными на рынке хранения солнечной энергии. Проточные аккумуляторы требуют минимального обслуживания. При использовании аккумуляторов других типов, для увеличения емкости банка аккумуляторов требуется добавлять сами аккумуляторы, в проточном нужно лишь увеличить объем электролитов.
Утилизация: хотя способ утилизации зависит от химического состава электролитов, как правило, они малотоксичны и легко утилизируются. Электролит легко очищается от примесей, что позволяет использовать его повторно.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd) существуют с начала 1900-ых годов. Хотя у них не такая плотность хранения энергии, как у других технологий, они обеспечивают высокую надежность и длительный срок службы без сложных систем управления.
Стоимость: никель-кадмиевые аккумуляторы относительно недороги, по сравнению с другими типами аккумуляторов.
Замена/обслуживание: никель-кадмиевые аккумуляторы требуют вентиляции, так как при заряде они выделяют газы. Также, заливные никель-кадмиевые аккумуляторы периодически требуют долива, хотя, последние модели этих аккумуляторов имеют конструкцию, рекомбинирующую газы. Наряду с их способностью нормально функционировать при очень низких и высоких температурах, это делает их идеальным решением для использования в системах автономного энергоснабжения в удаленных районах с суровым климатом. Есть примеры их использования в мегаваттных проектах за Полярным кругом.
Цикличность: никель-кадмиевые аккумуляторы — это надежные батареи с большим сроком службы, некоторые производители обещают срок службы до 20 лет.
Утилизация: кадмий — очень токсичный материал. Его использование в Европе стараются ограничить. Кадмий должен быть извлечен из аккумуляторов до утилизации, и может быть использован повторно, а никель извлекается и применяется в металлургии.

Выбор правильных аккумуляторов

При проектировании систем солнечной генерации емкость банка аккумуляторов очень важна (хотя и игнорируется некоторыми пользователями). Важно знать мощность потребителей энергии и время их работы. Многие производители аккумуляторов предоставляют на своих сайтах калькуляторы для расчета необходимой емкости.
Стоимость владения. При определении общей стоимости владения в течение срока службы аккумуляторов следует учитывать несколько факторов.
Цена: аккумуляторы с низкой ценой привлекательны, но если эта цена обеспечивается низким качеством или временем автономной работы, потребность в частых замене таких аккумуляторов может значительно повысить стоимость владения.
Емкость: емкость банка аккумуляторов важна, т.к. от этого зависит продолжительность автономной работы системы.
Напряжение: необходимо учитывать напряжение банка аккумуляторов, и убедиться, что оно соответствует номинальному напряжению других компонентов системы.
Срок службы или цикличность: наиболее важный параметр, показывает сколько циклов заряд-разряда сможет выдержать банк аккумуляторов, до того, как аккумуляторы начнут деградировать и терять свою эксплуатационные параметры. У большинства производителей аккумуляторы имеют схожие конструкции, вес, емкость, но используемые материалы — различаться, и это скажется на сроке службы.

Источник