Есть солнечные батареи есть аккумулятор

Расчет солнечной батареи и аккумуляторов, комплекта солнечной электростанции

Очень часто при обращении за подбором оборудования или при выборе солнечной электростанции клиенты задают вопрос: Как рассчитать мощность и количество солнечных батарей и аккумуляторов и какой мощности выбрать солнечную электростанцию. В этой статье мы попробуем разобраться с этим вопросом, и я постараюсь простым языком, без углубления в детали объяснить как это сделать.

В первую очередь нужно узнать сколько электроэнергии вы потребляете в сутки, это можно сделать взяв средние ежемесячные показания счетчика электроэнергии и разделить на 30 дней. Так мы получим среднее потребление в сутки. Например соц норма в РО на двух чел составляет 234кВт, что около 8кВт.ч электроэнергии в сутки. Соответственно нам необходимо чтобы солнечные батареи вырабатывали такое же количество энергии в день.

Расчет количества солнечных батарей и их мощности

Так как солнечные панели вырабатывают электрическую энергию только в светлое время суток, то это необходимо учесть в первую очередь, так же стоит понимать, что выработка в пасмурные дни и зимой очень сильно снижается, и может составлять 10-30 процентов от мощности панелей. Для простоты и удобства мы будем делать расчет с апреля по октябрь, по времени суток основная выработка идет с 9 до 17 часов, т.е. 7-8 часов в день. В летнее время интервалы конечно будут больше, с восхода до заката, но в эти часы выработка будет значительно меньше номинала, поэтому мы усредняем.

Итак 4 солнечные батареи мощностью 250Вт. (всего 1000Вт). За день выработают 8кВт.ч энергии, т.е. в месяц это 240кВт.ч. Но это идеальный расчет, как мы говорили выше, в пасмурные дни выработка будет меньше, поэтому можно лучше взять 70% от выработки, 240 * 0,7 = 168 кВт.ч. Это усредненный расчет без потерь в инверторе и аккумуляторных батареях. Так же это значение можно применить для рассчета сетевой солнечной электростанции где не используются аккумуляторные батареи.

Расчет аккумуляторов для солнечной электростанции

Далее перейдем к расчёту ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей. Их количестов и емкость должна быть такой, чтобы энергии которая в них запасается хватило на темное время суток, стоит учесть что ночью потребление электроэнергии минимально, по сравнению с дневной активностью.

Аккумулятор на 100А.ч. запасает примерно 100А * 12В = 1200Вт. (лампочка на 100Вт. проработает от такого акб 12 часов). Так если за ночь вы потребляете 2,4кВт.ч. электричества, то вам необходимо установить 2 АКБ по 100А.ч. (12В), но тут стоит учитывать что аккумуляторы нежелательно разряжать на 100%, а лучше не более 70%-50%. Исходя из этого получаем, что 2 АКБ по 100А.ч. будут запасать 2400 * 0,7 = 1700Вт.ч. Это верно при разряде не большими токами, при подключении мощных потребителей происходит просадка напряжения и емкость по факту уменьшается.

Если вы хотите рассчитать, какая емкость аккумулятора нужна к солнечной батари, ниже приводим таблицу соответствия (для системы 12В.):

• Солнечная батарея 50Вт. — АКБ 20-40А.ч.
• 100Вт. — 50-70А.ч.
• 150Вт. — 70-100А.ч.
• 200Вт. — 100-130А.ч.
• 300Вт. — 150-250А.ч.

Мощность инвертора и потери в нем

Теперь что касается инвертора, он тоже имеет свой КПД а это порядка 75-90%, т.е. все полученные величины выработки энергии и запаса можно относить к этим процентам. В итоге лучше брать двойной запас емкости для аккумуляторов, Так при потреблении 2400Вт.ч за ночь, устанавливать 4 АКБ емкостью 100А.ч. 100А*12В*4 = 4800Вт.ч. Мощность инвертора показывает номинальную нагрузку которую можно подключить к нему, т.е количество и тип бытовых приборов.

1. Солнечные батареи 4шт. по 250Вт. Выработка в месяц 170 -240кВт.ч (36тыс.руб.)
2. АКБ по 100А.ч. 4 шт. запас до 4800 Вт. (AGM аккумуляторы 50тыс.руб.)
3. Инвертор 2,4кВт номинальная мощность подключаемого оборудования (27тыс.)

Итого 113 тыс. руб. за комплект оборудования.

Мощность бытовых приборов, потребление электроэнергии

• Телевизор Led – 50-150Вт.
• Холодильник класса А – 100-300Вт. (только во время работы компрессора)
• Ноутбук – 20-50Вт
• Лампа энергосберегающая – 30Вт, Светодиодная 3-9Вт
• Котел настенный (электроника + встроенный насос) – 70-130Вт.
• Роутер – 10-20Вт.
• Кондиционер 9 – 700-900Вт.
• Эл. Чайник – 1500Вт.
• Микроволновка – 500-700Вт.
• Стиральная машина – 600 – 900Вт.
• Видеорегистратор + 4 камеры – 30-50Вт.

Все мощности указаны в час работы прибора, стоит учитывать, что большинство приборов работают непродолжительное время, чайник подогрев – 5мин, холодильник включается раз в 2-3 часа на час для поддержания темп. Насос котла тоже работает по мере поддержания температуры теплоносителя. Так же можно рассчитать и другие приборы по этому принципу.

Источник

Какие требования предъявляются к аккумуляторам для солнечных батарей?

Во всех автономных гелиосистемах есть такие обязательные компоненты, как сами солнечные батареи, контроллер, инвертор, а также аккумулятор. Сегодня мы поговорим про аккумуляторы для солнечных батарей. В гелиосистемах они выполняют несколько функций, которые можно объединить одной фразой ─ накопление и последующая отдача электрической энергии. Аккумулятор – это один из ключевых элементов гелиосистемы. На пике производительности при ярком солнечном свете солнечные батареи преобразуют электричества значительно больше, чем необходимо. При этом ночью они простаивают. АКБ решает задачу накопления днём и расходование её ночью. То есть, основная функция аккумуляторов в гелиосистемах – это бесперебойное обеспечение электричеством потребителей. В продаже имеется множество аккумуляторов, но не все будут хорошо работать в солнечных системах. В этой статье поговорим о том, какие АКБ лучше всего подходят для работы вместе с солнечными батареями.

Особенности работы аккумуляторов в гелиосистемах

Основные задачи АКБ в гелиосистемах можно обозначить так:

• Накопление энергии в дневное время и использование её ночью;
• Поддержание питания потребителей в моменты пиковой нагрузки, когда фотоэлементы не справляются;
• Возмещение недостатка питания от солнечной батареи в пасмурную погоду.

Аккумулятор в гелиосистеме

Часто в гелиосистемах работает больше одного аккумулятора. Несколько аккумуляторов объединяются в цепь либо для увеличения ёмкости, либо для увеличения напряжения. А в некоторых случаях для достижения обеих этих целей. Поэтому используются 3 различных схемы объединения аккумуляторов:

• Последовательно. В такой схеме суммарная ёмкость будет равна значению для одного аккумулятора. Ёмкость должна быть одинаковой у всех батарей в цепи. Напряжение этой системы будет вычисляться как сумма напряжений всех аккумуляторов;
• Параллельно. В такой схеме напряжение остаётся, как у одного аккумулятора, а ёмкости суммируются;
• Комбинированно. Использует две предыдущих схемы.

Если делается последовательно-параллельное соединение, то следует установить перемычки в промежуточных точках для самовыравнивания. Чтобы происходило равномерное снятие мощности с батареи, положительный вывод подключайте с соседней АКБ, а минус с той, что по диагонали. В этом случае разбалансировка работы аккумуляторов будет значительно меньше.

Итак, какие основные требования предъявляются к аккумуляторам, работающим в составе гелиостанций.

• Должны выдерживать как можно большее число зарядов и разрядов;
• Должны заряжаться большим зарядным током;
• Низкий саморазряд;
• Простые в обслуживании;
• Работают в широком диапазоне рабочих температур.

Что учесть при выборе?

Теперь, давайте, выделим основные требования к АКБ, работающим в составе гелиосистем.

• Скорость заряда и разряда. Номинальная ёмкость аккумуляторной батареи, которую указывает производитель на своих изделиях, может не соответствовать времени зарядки АКБ в реальных условиях эксплуатации. Так, время при разряде в десяти и двадцати часовом режимах, это разные величины при одной и той же номинальной ёмкости батареи;
• Ёмкость. Является одной ключевых характеристик АКБ для солнечной системы. Величина ёмкости подбирается в зависимости от закладываемого энергопотребления из расчёта того, что батарея должна обеспечивать питанием потребителей в течение 4 часов. Помимо этого, не забудьте, что к расчётной величине следует прибавить 35 процентов от неё. Такой запас прочности нужен для того, чтобы при эксплуатации не произошёл глубокий разряд аккумулятора;
• Размеры и масса. Различные типы аккумуляторов при одинаковой ёмкости могут иметь различную массу. Если говорить в общем случае, то ёмкость батареи увеличивается пропорциональной массе. Это объясняется тем, что прибавка ёмкости достигается увеличением количества пластин;
• Условия эксплуатации. При покупке нужно выяснить интервал рабочих температур, а также необходимость периодического обслуживания и его периодичность;
• Срок эксплуатации (число циклов заряд-разряд). На будущее запомните, что чем меньше степень разряда батареи при работе, тем дольше он прослужит. Это правило справедливо не только для солнечных систем, но в других устройствах.

Различные виды аккумуляторов для солнечных батарей

Автомобильные стартерные батареи (WET)

Многие в составе небольших солнечных систем используют обычные аккумуляторы для автомобиля. Это уменьшает конечную стоимость системы и, в принципе, нет ничего смертельного в их использовании. Другое дело, что такие АКБ придётся менять чаще. Автомобильные батареи предназначены для отдачи большого тока за короткий интервал времени. А затем должен следовать заряд. А в солнечной системе они разряжаются малым током длительное время. Причём разряд может быть глубокий. Такой режим работы для них губителен и они быстро теряют свою ёмкость и работоспособность.

В гелиосистемах часто используют грузовые аккумуляторы большой ёмкости

Если всё же будете использовать автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор, то устанавливайте их в подсобных помещениях. Дело в том, что при излишней зарядке (при увеличении напряжения на клеммах более 14,4 вольта) электролит в банках «кипит». Это проходит гидролиз воды с выделением кислорода и водорода на разных электродах. Поэтому помещение с аккумуляторами должно иметь хорошую вентиляцию, чтобы пары не накапливались.

Аккумуляторы AGM и GEL

Эти батареи выпускаются по технологиям Absorptive Glass Mat и Gelled Electrolite. Они также являются свинцово─кислотными АКБ. Только электролит в них находится в связанном состоянии. В случае AGM электролитом пропитано стекловолокно, а у GEL – серная кислота переведена в гелеобразное состояние с помощью добавки оксида кремния. Этот тип аккумуляторов значительно лучше подходит для использования в солнечных системах.

Тяговый гелевый аккумулятор

Аккумуляторы OPzS

Аккумуляторные батареи OPzS выполняются по технологии свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом. Но у них в конструкции есть одна особенность. Положительная пластина выполняется трубчатой. Это значительно увеличивает число циклов заряда и разряда. В продаже встречаются аккумуляторы OPzS с ёмкостью от 50 до 3500 Aч.

Щелочные

Аккумуляторы этого типа в основном используются в качестве тяговых. Поэтому они лучше остальных типов АКБ переносят глубокий разряд. Причём большими токами.

Но и минусов у них предостаточно. В частности, у них низкая энергетическая плотность. Поэтому батарея номиналом 12 вольт будет существенно больше свинцовой. Кроме того, у этих аккумуляторов есть эффект памяти. Если их разрядить не полностью, а затем поставить на зарядку, они теряют часть ёмкости. При функционировании в составе солнечной системы нельзя гарантировать их полный разряд. А значит, они систематически будут терять ёмкость.

Но они нашли своё применение в системах, работающих от солнечной энергии. Это светильники и уличные фонари на солнечных батареях. Там используются никель─кадмиевые и никель─металлогидридные АКБ.
Вернуться к содержанию

Литиевые батареи

В сети можно найти отзывы об использовании литиевых батарей в солнечных системах. В частности, это литий-железо-фосфатные модели. Но примеры единичные и по ним нельзя оценить их эффективность при работе в связке с солнечными батареями.

Литиевые АКБ имеют более высокую энергоёмкость, чем щелочные или свинцово-кислотные. Поэтому при равной ёмкости они будут иметь меньшие размеры. Кроме того, они быстрее заряжаются и без проблем выдерживают глубокий разряд. Но высокая стоимость таких аккумуляторов перечёркивает их достоинства. Кроме того, нужно решать вопрос с их безопасным использованием, поскольку для них критичен перегрев и перезаряд. Это также приводит к удорожанию солнечной системы.

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