Элемент питания для солнечных батарей

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

Аккумулятор для солнечных батарей – как выбрать?

Каждый желает обеспечить свое жилье электричеством, причем не только экономичным, но и экологическим. Поэтому многие домовладельцы присматриваются к альтернативной энергетике – солнечной энергии. В статье пойдет речь об аккумуляторах для солнечных батарей, которые играют важную роль в системе энергоснабжения. Чтобы снабдить дом электричеством, необходимо соорудить комплексную солнечную электростанцию, которая работает на аккумуляторах. Те накапливают энергию ночью или в пасмурную погоду – тогда, когда солнечная батарея работать не может. Существует несколько видов АКБ, от выбора которых зависит КПД всей системы.

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

Эти приборы доступны в разных модификациях, а их принцип работы зависит от конструкции. Функция аккумулятора – накопление энергии, исходящей от солнца. Когда нужно – элемент отдает энергию, которая используется для освещения, отопления и других целей.

Режимы работы АКБ:

• одни аккумуляторы копят энергию днем, а отдают ее ночью или тогда, когда система работает с пиковой нагрузкой;
• другие увеличивают функционал осветительных приборов, что удобно при пасмурной погоде. Солнечные панели, сами по себе, на такое неспособны.

При подборе аккумулятора учитывают, для каких целей он будет служить.

Гелевые

В этих АКБ электролитом служит гелеобразное вещество в небольших объемах. Оно не растекается, так как внутри конструкции имеются стекловолоконные прослойки. Гелевые аккумуляторы долго служат, так как характерны большим количеством циклов перезарядки. Также они устойчивы к механическим повреждениям и, даже если корпус деформируется, это не повлияет на работу.

Если в планах использовать такую АКБ в мороз, причем в течение продолжительного времени, понадобится утепление. Также стоит постоянно фиксировать уровень заряда, ведь, если батарея будет долго находится в перезаряженном состоянии, она может взорваться. Еще один момент, который стоит учесть – гелевые АКБ чувствительны к колебаниям напряжения.

Щелочные

У этих АКБ также небольшой объем электролита, так как вещества, участвующие в электрохимической реакции, не растворяются в нем и не контактируют друг с другом. Другое название щелочных аккумуляторов – алкалиновые. На их работу не влияют колебания напряжений. Если сравнивать с гелевыми, их разрешается эксплуатировать в течение длительного времени в условиях минусовых температур.

Если такой солнечный аккумулятор отправляется на хранение, его заранее следует полностью разрядить, иначе при последующей зарядке может снизиться емкость. А это отрицательно скажется на работе гелиостанции.

Заливные никель-кадмиевые

Это один из подвидов щелочных батарей. Их корпус, состоящий из электродов и сепаратора, заливается электролитом – откуда и взялось название. В сравнении с АКБ гелевого типа они безопаснее и доступнее. Никель-кадмиемые устройства зарекомендовали себя при работе с высокими мощностями. Основное их преимущество – большое количество циклов заряда и разряда.

В ходе эксплуатации токи утечки, возникающие между электродами, влияют на саморазряд, из-за чего снижается срок службы. Чтобы такая АКБ прослужила как можно дольше, заряжать ее рекомендуется при температурах от +10 до +30 градусов. Глубокий подзаряд не рекомендован – это сократит срок эксплуатации.

AGM-аккумуляторы

Это свинцово-кислотная разновидность, где в «теле» АКБ находится впитывающий стекловидный материал. Если конкретнее, в конструкции есть сепаратор из стекловолокна, задача которого – пропитывать электролит (как итог – снижается его объем). Кислота в жидком состоянии вязнет в порах, поэтому вероятность утечки – минимальна. Эта особенность позволяет сохранить работоспособность АКБ при повреждении корпуса.

AGM-аккумуляторы плохо реагируют на высокие значения тока заряда и перезаряд. Если нарушить условия зарядки, АКБ может вспучиться. Среди достоинств этого вида – длительный срок службы, устойчивость к вибрационным нагрузкам.

Свинцово-кислотные

Такие аккумуляторы имеют пластиковый корпус, разделенный на отсеки, куда заливается электролит в виде водного раствора серной кислоты. В это вещество погружены электроды, сделанные из свинца с добавками сурьмы и мышьяка.

Вспомогательные компоненты защищают электроды от коррозии, но сурьма плохо отражается на общих характеристиках устройства: вода расходуется быстрее, растет ток отдачи. Сегодня выпускают усовершенствованную версию этих АКБ – с кальцием вместо сурьмы. В результате – для работы не требуется дистиллированная вода. Но такая разновидность прослужит недолго, если часто будет испытывать глубокий разряд.

Автомобильные

Доступный вариант, часто применяемый теми, кто собирает солнечную электростанцию своими руками. Аккумуляторы сами по себе недорогие, что в разы снижает цену на всю систему.

Но стоит учитывать, что автомобильные АКБ предназначены для работы совсем в других режимах. В итоге они быстро изнашиваются и требуют замены. Впрочем, под солнечные панели небольшой мощности эти устройства подходят, но лишь в течение короткого периода времени (из-за малого количество циклов зарядки и разрядки). Для постоянной эксплуатации не рекомендованы.

Герметичные (OPzV)

Гелевая разновидность с электродами трубчатого типа. Преимущество – АКБ герметизирована и разработана с той целью, чтобы подолгу отбирать большую емкость (в таких условиях непрерывно работает до 20 часов).

В разрезе солнечной энергетики OPzV устройства актуальны для систем большой мощности. Такие аккумуляторы, выпускаемые производителями США и ЕС – дорогие, впрочем, есть более дешевые аналоги из Украины и Китая.

Как выбрать аккумулятор

Те, кто предпочел альтернативную энергетику, интересуется, какой АКБ лучше. Недостаточно выбрать наиболее мощную модель, здесь нужно уметь соотносить характеристики с условиями работы. Рекомендации:

• количество циклов «зарядки-разрядки». Отталкиваясь от этого параметра можно прикинуть, сколько прослужит батарея;
• скорость зарядки и разряда. От этого тоже зависит «срок жизни»;
• саморазряд. Чем больше – тем быстрее изнашивается АКБ;
• емкость. От этой характеристики зависят мощности, с которыми сможет работать устройство;
• максимальный ток заряда и разряда. В первом случае определяется, какие токи принимает АКБ, во втором – какие может отдать (без ущерба для работоспособности);
• вес и размеры. Зная массу и габариты элементов проще составить схему подключения и определить для них место;
• условия работы. Каждая модель рассчитана на работу в определенных температурных режимах;
• обслуживание. Параметр не основной, но от этого зависит удобство взаимодействия с АКБ.

Подбирая аккумуляторную батарею понадобятся тщательные расчеты, которые помогут установить наиболее эффективную модель.

Для автономных систем

Необходимо отталкиваться от параметров и их соотношения каждого главного узла энергосистемы: контроллера, АКБ, преобразователя, солнечной панели. Детально изучается схема подключения, конструкция аккумулятора. Такой подход к вопросу позволяет подобрать прибор, который будет работать без потерь и простоев, обеспечивая объект питанием.

Требования при выборе АКБ для автономной электростанции:

• выдерживание высоких токов заряда;
• минимальный уровень саморазряда;
• работа в широких температурных диапазонах;
• легкость установки и обслуживания.

Расчет емкости

Для этого есть простые формулы и допуски на потери, возникающие при работе системы. Минимального количества энергии в АКБ должно хватать на ночную нагрузку. Если в течение суток расход энергии составляет 3 кВт/ч, значит и система аккумуляторов должна быть с таким запасом, не меньше.

Оптимальный запас – тот, который покрывает суточные потребности объекта. При нагрузке 10 кВт/ч и при наличии «банка» батарей аналогичной емкости – пользователю хватит энергии на 1 сутки. Если погода солнечная, то показатель разряда аккумуляторов будет не более 25%.

Например, батарея с запасом емкости 100 Ач, ее напряжение – 12 В. Формула для расчета: емкость множится на напряжение – 100 х 12 = 1,2 кВт/ч. Поэтому, для гипотетического объекта, где ночное энергопотребление составляет 3 кВт/ч, а суточное – 10 кВт/ч, понадобится связка минимум из 3 АКБ, но оптимально – из 10. Причем это «идеальный» расчет, в котором не учитываются потери и особенности приборов.

Рейтинг лучших производителей

АКБ для гелиостанций выпускают компании:

• Bosch. Немецкий производитель бытовой и промышленной техники;
• Sonnenschein (Германия);
• YUASA (Великобритания);
• C&D Technoloqies (США);
• Delta (Китай);
• Haza (Китай);
• APS (Тайвань).

Эти фирмы закрепились на рынке, так как дорожат своей репутацией и выпускают надежные аккумуляторы для солнечных батарей. Каждая продукция характерна своими особенностями. К примеру, Haza делает АКБ по технологии AGM и HZY (гелевые).

Обзор цен на аккумуляторы

Цена зависит от ряда характеристик: емкости, напряжения, уровня саморазряда, количества циклов зарядки-разрядки и так далее. Прибор, рассчитанный на долгую службу, дороже. Примеры:

• Delta GX12-12. Дешевая модель с емкостью 12 Ач – 1900 рублей;
• Delta HRL12-100. Емкость 100 Ач – 13200 рублей;
• Delta HRL12-890W. Емкость 200 Ач – 29430 рублей.

Особенности б/у аккумуляторов

Многие полагают, что нет ничего зазорного в том, чтобы купить поддержанный АКБ вместо нового. Но и здесь необходимо учитывать ряд нюансов, как минимум, чтобы элемент отвечал требованиям для работы с солнечными батареями. Из сегмента б/у рекомендованы щелочные тяговые АКБ, как наиболее долговечные и качественные.

Есть одно правило – свинцовый аккумулятор, снятый с машины год назад, который с тех пор ни раз не заряжали, точно брать не стоит. Если и выбирается автомобильный АКБ, лучше предпочесть «свежий», только снятый.

При покупке смотрят на клеммы: если на них есть кристаллообразный налет белого или рыжего цвета, лучше от такого АКБ отказаться. Такой дефект – признак того, что прибор скоро выйдет из строя.

Перед подсоединением батареи к панели, ее заряжают слабым током (на 50% слабее, чем рекомендует производитель).

Подбирая аккумулятор, учитывают как его параметры, так и всей альтернативной энергосистемы, в которой он будет работать. Экономия на АКБ не приветствуется, лучше один раз вложиться и быть уверенным, что система без проблем прослужит несколько лет.

Источник