Аккумулятор для системы 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

Аккумуляторы для накопления энергии от солнечных батарей

Человечество за последние десятилетия сделало множество шагов по пути сохранения благоприятной экологической обстановки на планете. В сущности, использование определенных видов техники людьми и вызывает ее ухудшение. Речь идет о производствах, химических фабриках и двигателях транспортных средств или генераторов энергии, которые производят выбросы вредных веществ в окружающую среду. Так вот, одним из средств исправления ситуации все больше становится использование возобновляемых источников энергии — движения воды и волн, потоков ветра и солнечного излучения.

Кроме плюса для биосферы, у экологически чистых генераторов тока есть и свои минусы, вырастающие из «детства» технологий, которые относительно недавно начали применяться человеком. К примеру, низкий коэффициент полезного действия. Ни один преобразователь энергии окружающей среды в ток не дает 100 % выдачи результата. У лучших из них, показатель находится в районе 30 %. То есть, человеку возвращается максимум треть от реального количества природного воздействия на генерирующие механизмы.

Еще одним минусом использования служит непостоянство процесса. Волны могут успокоиться в штиль, солнце всходит и заходит, а бывает и закрывается облаками, атмосферные массы могут как перемещаться, так и стоять на месте. В периоды затишья встает вопрос продолжения непрерывной подачи тока на потребляющие контуры. С такой целью в генерирующих системах используются аккумуляторы, которые пока идет выработка энергии заряжаются, а в остальное время отдают накопленное в общую сеть.

Речь, в статье пойдет об использовании аккумуляторов для солнечной электростанции. Будут рассмотрены их характеристики, типы устройства и нюансы эксплуатации.

Солнечная батарея выбрана не случайно. Для генераторов такого вида наиболее характерна прерывистость выработки тока. Она зависит от времени суток и состояния атмосферы. Ночью энергия не вырабатывается, а в облачную погоду генератор не дает максимум своей мощности. При этом, в полдень и при ясном небе, производится наибольшее количество тока.

Принцип действия накопителей энергии

Аккумулятор — устройство, позволяющее сохранять и отдавать ток. Принцип его действия построен на обратимости химических процессов. В общем случае, энергия сохраняется в положительно заряженном ионе составляющего вещества, который при подаче тока на батарею интегрируется в кристаллическую решетку графита, солей или оксидов металлов, с возникновением их химической связи.

В сущности, любой аккумулятор состоит из двух различных по материалам электродов, погруженных в электролит, облегчающий перемещение ионов с одного на другой. Направление движения тока задается свойствами самих металлов, используемых в качестве проводящих контактов. Обладающий большим удельным сопротивлением становится катодом, меньший — анодом. В техническом сленге первый называется минусом питания, второй плюсом.

При заряде батареи основа анода растворяется, с переносом ионов, содержащих два электрона на катод. При разряде происходит обратная реакция, с освобождением частиц энергии и восстановлением изначального металла анода. Конечно, цикл не бесконечен, так как в любом случае происходят потери материала в процессе химических реакций. Максимальное количество периодов заряда и разряда — одна из главных характеристик батареи, которая непосредственно зависит от использованных в ней металлов для основы электрода и катода. Важна и скорость прохождения реакции, а также побочные эффекты, происходящие в их процессе. К примеру, нагрев — чем большим током происходит заряд аккумулятора, тем быстрее идет реакция переноса, во время которой электролит нагревается, так как через него проходит большее количество заряженных частиц. Слишком большие значения токов могут вызвать закипание проводящего вещества, в результате которого произойдет выделение газов, в свою очередь, разрушающих корпус батареи.

Емкость аккумулятора, как еще одна из главных его характеристик, определяется площадью анода и катода. Чтобы увеличить ее, множество связанных пластин, выполненных из металлов обоих контактов, чередуются внутри батареи, разделяемые нейтральной прослойкой, не мешающей перемещению ионов.

Аккумуляторы по типам

Для солнечной энергетики ценность имеют емкие аккумуляторы. Количество циклов заряда также важно, от этого зависит периодичность смены вышедших из строя устройств. Оба фактора непосредственно устанавливаются используемыми технологиями и применяемыми химическими реакциями в батарее.

Существуют следующие виды в зависимости от электролитической составляющей:

• Аккумуляторы, в которых электролит находится в виде геля. Такие конструкции не требуют периодического обслуживания в процессе эксплуатации. Что касается химической основы, — это обычные свинцово-кислотные батареи. Применение геля в качестве основы электролита дополнительно дает увеличение количества циклов заряда, за счет отсутствия связывания проницаемого ионами вещества с частями материала анода. Другими словами, у таких аккумуляторов меньше падает кислотность электролита, что дает возможность отказаться от периодического поднятия его плотности в процессе использования батареи. Аккумуляторы такого типа обозначаются, как «GEL» на корпусе. Их, наверное, самый большой минус — непереносимость перезаряда или пополнения слишком высокими токами.
• Обычные AGM. Свинцово-кислотные АКБ, распространенные и зачастую используемые в транспорте. В аккумуляторах этого типа основой реакции служит связка химического обмена ионами между контактами свинца с преобразованием его в оксид металла. Электролитом служит раствор серной кислоты. Как раз последний фактор и обеспечивает минус у таких батарей — жидкость, кроме того, что может закипеть, еще и постоянно теряет свою кислотность из-за оседающих в ней остатков от химических реакций обмена. Такие аккумуляторы требуют периодического повышения плотности в процессе эксплуатации. Уровень электролита в одном положении, относительно пластин электродов, поддерживается пропиткой им специальных матов из стекловолокна.
• Аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется щелочная основа. Материал, применяющийся для пластин электродов — водородный металлогидридный сплав никеля с лантаном или литием в качестве анода, и оксид никеля для катода. Электролитом служит сильнощелочной раствор гидроксида калия (KOH). Маркируются такие аккумуляторы, как NiMH. Плюс подобной батареи — отсутствие «эффекта памяти», что позволяет заряжать ее полностью, вне зависимости от текущего уровня запасенной энергии. Кроме того, они абсолютно безопасны для экологии. Минус — ограниченный срок службы и малое количество циклов.

Также аккумуляторы для солнечных панелей различают по металлам, используемым в качестве основы анода и катода. Среди них:

• Уже упомянутые свинцово-кислотные батареи, основа которых — свинец (Pl), что обязательно бывает отмечено на корпусе накопителя;
• Никель-кадмиевые, в которых анод изготавливается из гидрата закиси кадмия Cd(OH)2 или его металлического варианта Cd. Применяемый электролит состоит из смеси гидроксидов лития (LiOH) и кадмия (KOH). Катод выполнен путем соединения графитового порошка с гидратом закиси никеля Ni(OH)2. Обычно батареи такого типа маркируются, как NiCd. Характерным минусом служит долгое время заряда и относительно невысокая емкость АКБ, которая еще и уменьшается в процессе эксплуатации из-за сильно выраженного «эффекта памяти» никель-кадмиевых накопителей. Плюсом служит — низкая цена в соотношении с аналогами и малый нагрев при зарядке.
• Литий ионные с пометкой Li-ion на корпусе. Анод в них выполнен на основе графита, нанесенного на алюминиевую фольгу, а катод с использованием кобальтита лития (LiCoO2) на тонкой медной поверхности. Литиевые аккумуляторы характеризуются низким уровнем саморазряда и быстрым набором энергии. К сожалению, взрывоопасны при неправильном использовании. Еще один минус — они дороги.

Применяются и другие виды по структуре и составу аккумуляторные батареи, но частота их использования с солнечными панелями практически равна нулю.

Где купить

Приобрести аккумуляторы можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых комплектующих есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Работа в составе оборудования гелио станции

Аккумулятор для солнечных батарей применяются в целях поддержания постоянного напряжения в исходящей сети, вне зависимости от функционирования самой генерирующей части. В сущности, работа гелио станции сильно зависит от времени суток и погодных условий. Когда производится достаточное количество электричества для поддержания всех устройств нагрузки, одновременно осуществляется подзарядка аккумуляторной батареи. Когда выработка падает, или становится ниже требуемой, накопитель начинает подпитывать сеть, возмещая недостаток из накопленных запасов. Особенно его использование актуально на ночной период времени, когда генерации энергии нет.

Требуемые характеристики для использования с солнечными батареями

Расчет емкости АКБ для солнечных батарей выполняется от потребляемого суточного максимума по нагрузке и штатного напряжения самого устройства. Здесь необходимо сделать ремарку про процесс заряда. Сами солнечные панели объединяются электрически с целью подгонки вырабатываемого напряжения штатным характеристикам аккумулятора. Последние бывают, как на 12 вольт, так и на 24. Подключаются они к сети потребления через инвертор, а между ним и батареей в гелио станции размещается контроллер, который не допускает перезаряда накопителя. Именно к нему на входы идет подача тока от солнечных панелей.

Необходимая емкость аккумулятора в ампер-часах рассчитывается в зависимости от суточного тока потребления всех устройств нагрузки с поправкой на дневное время, когда питание осуществляется от солнечных батарей. Примером может послужить использование гелио станции для снабжения энергией небольшого дома. Экспериментально было выявлено суточное потребление всех электрических приборов, используемых в быту для такого жилья. Оно составило приблизительно 7.5 Квт/сутки, с учетом потерь в преобразующем оборудовании (высчитывается умножением общего расхода дома на коэффициент 1.2). Для расчета оно обозначается переменной T. Вольтаж аккумулятора — V. Итоговой формулой требуемой выдачи энергии по отношению к часу станет Ahчас=T/V/24. В приведенном примере, для батареи 12 В это 7500/12/24=26 А×ч. Далее нужно учесть ночное время, в которое солнечные панели совсем не дают энергии и все питание сети происходит от АКБ. Необходимая емкость рассчитывается от этого времени — Ahакб=Ahчас×8. Для приведенного примера, наилучшим выбором станет батарея 208 А×ч.

Использование какого-либо конкретного типа аккумулятора в зависимости от технологии сохранения энергии или вида применяемых химических веществ, — зависит только от желания владельца гелио станции и его возможностей по периодическому обслуживанию батареи.

Замечания по эксплуатации

При использовании аккумулятора нужно помнить о токе его зарядки. Солнечные панели просто обязаны в то время, на которое приходится период их действия, выдать достаточный объем энергии, чтобы полностью зарядить батарею, попутно снабжая ей сеть с потребителями. Для расчета необходимого применяется формула: Aпанели=Ahакб/(24−8)+Ahчас. Для ранее описанного примера, это означает, что солнечная панель должна выдавать 208 А×ч/(24−8)+26 А×ч, что составит силу тока в 39 А×ч, при напряжении в 15 В. В свою очередь, переводя полученное значение в характеристики – необходимая выдаваемая мощность панели солнечных элементов должна быть не менее 39 А×ч/20 или 1.95 Ампер.

Инвертор, в свою очередь, как центральный преобразователь, обязан выдерживать прохождение тока к потребителям, поэтому его параметры также выбираются в зависимости от максимальных требований сети.

Схема присоединения

Аккумулятор подключается к контроллеру питания, который в свою очередь, через предназначенные для этого контакты к солнечной батареи и преобразующему инвертору. От последнего уже и происходит общее питание потребителей.

Объединение мощности и емкости аккумуляторов

В тех случаях, когда емкости аккумулятора не хватает на удовлетворение потребностей, используется их параллельная связка, дающая объединение характеристик вместимости. В общем виде, аноды всех батарей соединяются между собой. С катодами производят аналогичное действие. Получившаяся связка будет равна по объему суммарной емкости всех аккумуляторов цепочки. Такая система позволяет намного уменьшить стоимость конструкции, используя несколько более мелких батарей, взамен одной большой.

Рекомендации по выбору аккумулятора

Лучшая батарея для гелио станции выбирается в первую очередь от ее объема, он должен быть достаточным для обеспечения всего требуемого количества питания. На второй позиции, всегда остаются отзывы и рейтинги конкретных изготовителей, которые можно узнать из СМИ и интернета. Ну и третьим фактором выступает цена на представленные в продаже накопительные устройства. К примеру, гелиевые аккумуляторы для солнечных панелей, дороже чем AGM, но в свою очередь, дешевле литий-ионных батарей. Здесь важно соблюсти баланс между желаемыми возможностями накопителя, обязательностью его обслуживания и ценой на конкретную продукцию.

Еще одним из стимулов, влияющих на выбор конкретной модели, может стать ее экологическая и эксплуатационная безопасность. В некоторых случаях лучше использовать менее емкие, но более надежные литиевые аккумуляторы. Они не вызывают вопросов у сэс, слабо греются и продаются дешевле прочих.

Видео по теме

Источник