Аккумуляторы для солнечных батарей

В солнечной энергетике особое место занимают аккумуляторные батареи, которым отводиться роль посредника в передаче получаемых электрических мощностей конечным потребителям. Объяснить это можно тем, что максимальная величина электрической энергии вырабатывается солнечной батареей при интенсивном световом облучении, которое происходит в дневное время.

Однако наибольшее ее потребление осуществляется с наступлением темноты, когда массово используется освещение с бытовыми приборами. Аккумуляторы позволяют сохранять излишки выработанной днем электроэнергии для вечернего и ночного ее использования.

Конечно, как вариант, в дневное время можно отключать в резерв часть работающих солнечных модулей, но это не решит вопрос вечернего дефицита электричества.

Принцип работы аккумуляторов

Любые электрические аккумуляторы рассматриваются как источники постоянного тока многоразового использования с возможностями выполнения обратимых химических процессов путем проведения многократных циклов заряда с пропусканием электрических токов в направлении, противоположном обратному движению элементарных частиц при разряде.

Почему выбирают свинцово-кислотные модели

Статистическими исследованиями выявлено, что работа элитных литиевых аккумуляторов производства КНР стоит около $0,4 за 1 Вт/час с длительностью ресурса 1000÷2000 циклов заряд/разряд, которого хватает на 3-6 лет.

Самые дешевые, естественно, экологически не безопасные, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи оцениваются по $0,08 с примерно таким же характеристиками, но с КПД ≈75% (теряют четверть получаемой энергии).

Эти примеры свидетельствуют об экономической нецелесообразности использования дорогих конструкций аккумуляторов в системах домашних солнечных электростанций.

Рекомеднуем также посмотреть:

Основные эксплуатационные параметры аккумуляторов

температурные и атмосферные режимы,

Емкость аккумулятора определяется величиной заряда, который замеряется при отдаче энергии потребителям от полного заряженного состояния до минимально допустимой величины выходного напряжения.

Для технических международных измерений применяется система СИ (единица измерения «Кулон»). В практической деятельности на территории стран СНГ издавна сложилась традиция определять емкость аккумуляторной батареи в ампер-часах при стандартном соотношении: 1А/час=3600Кл.

Сейчас стала использоваться еще одна подобная характеристика — энергетическая емкость, которая подразумевает величину энергии, отдаваемой потребителям от полностью заряженного аккумулятора до достижения состояния минимального выходного напряжения.

Единица ее измерения в системе СИ — «Джоуль», а на практике — ватт-час с соотношением 1Вт/час=3600Дж.

Плотность энергии учитывает общее количество энергии, распределенной в единице объема (либо веса) аккумулятора. Этот параметр используется для сравнения эффективности конструктивных особенностей разных моделей.

Саморазряд используется с целью анализа потерь полученного заряда на холостом ходу работы, когда отсутствует нагрузка. Термин введен для оценки качества работы конкретной конструкции при длительном хранении энергии.

Работоспособность свинцово-кислотных аккумуляторов по саморазряду оценивается потерей 40% емкости при годичном хранении под температурой +20 о С или 15% при — +5 о С. Эти примеры наглядно демонстрируют возрастание саморазряда при повышении температуры.

В условиях хранения +40 о С потеря 40% емкости может наступить через 4 месяца.

Температурные и атмосферные режимы

Аккумуляторы плохо переносят резкие перепады температуры, нагрев выше +40 о С и охлаждение ниже, чем -25 о С.

Их нельзя держать около открытого огня из-за возможности самовоспламенения паров или непреднамеренного нагрева. Попадание воды и атмосферных осадков на аккумуляторную батарею недопустимо по причине возникновения токов саморазряда через создаваемые дополнительно электрические цепи.

Тип аккумуляторной батареи определяется на основе конструкции корпуса:

требующего контроля за электролитом и восстановления его уровня при выкипании паров,

герметичных моделей, использующих замкнутый цикл. Они могут быть необслуживаемого исполнения с гарантией работы до 5 лет (чувствительны к глубокому разряду и перезаряду) или малообслуживаемые, требующие контроля и доливки воды два раза в год.

Процесс заряда аккумуляторов

Работа аккумулятора связана с изменением его внутренней химической энергии. Ее запас постоянно уменьшается при разряде и ведет к снижению тока и напряжения. Для ее восстановления достаточно пропустить постоянный ток большего напряжения в обратном направлении.

На практике принято выбирать его величину по соотношению: численное выражение 100% номинальной емкости в ампер/часах делят на 10 и получают значение тока в амперах. Эта эмпирическая величина не имеет научных обоснований, но широко применяется для проведения восьмичасовых циклов заряда. Однако она лучше всего подходит для NiMh и NiCd конструкций, а не свинцово-кислотных.

В солнечных электростанциях осуществляется заряд во время рабочего цикла схемы.

Устройство и принцип работы солнечной электростанции ранее был рассмотрен здесь: Солнечные электростанции для дома

Особенности эксплуатации аккумуляторов для солнечных батарей

Экономия режима работы

Алгоритмы контроллера и инвертора должны обеспечивать максимальные возможности передачи энергии от солнечных модулей к конечным потребителям без участия рабочих аккумуляторов, ресурс которых следует аккуратно использовать только для хранения и передачи ими излишков получаемой энергии.

Защита от тряски

При перемещениях и/или вибрациях корпуса возможно просачивание электролита на внешнюю поверхность, что вызывает увеличенный саморазряд. Для его профилактики требуется нейтрализовать образующиеся подтеки слабыми водными растворами пищевой соды или хозяйственного мыла в состоянии, соответствующем виду разжиженной сметаны.

Влияние температуры

Высокая температура аккумуляторной батареи ведет к испарениям воды: увеличивается плотность электролита и повышается напряжение на выходе. Этот процесс требует контроля — могут оголиться контактные пластины. Поэтому необходимо регулярно доливать до контрольного уровня дистиллированную воду.

При низких температурах увеличивается вязкость электролита: он хуже контактирует с электродами, начинает меньше отдавать зарядов, быстрее истощается.

Состояние электролита

Плотность раствора

Лучшая проводимость электролита наблюдается при комнатной температуре и плотности раствора 1,23г/м 3 . В холодных условиях эксплуатации рекомендуется увеличивать ее до значения 1,29÷1,31г/см 3 .

Заниженная до 1,10г/см 3 плотность в сильный мороз может быть причиной замерзания электролита, что проявится раздутием корпуса аккумуляторной батареи.

Отсутствие/наличие примесей

В корпус аккумуляторной батареи должны заливаться только специальная очищенная от примесей кислота и дистиллированная вода. Применение технической кислоты и/или обыкновенной воды нарушает химические процессы, ведет к увеличению сульфатации пластин (образованию диэлектрического слоя примесей), саморазряду, снижению емкости и ресурса.

Примеси полностью удалить невозможно, а эксплуатировать целую систему аккумуляторов даже с одним, имеющим глубокий саморазряд, не имеет смысла. Он все испортит.

Восстановление работоспособности аккумулятора

При физическом разрушении пластин вернуть к работе аккумулятор не получится. А предотвратить начавшуюся сульфатацию можно попытаться, но…без должной гарантии результата.

Способ использования раствора сульфата магния

Секции батареи заливают раствором и подвергают нескольким циклам разряда/заряда. Образовавшиеся сульфаты и примеси на пластинах станут осыпаться на дно. Их надо будет удалить: могут закоротить электрические цепи. Хорошо промытые банки заливают новым электролитом с номинальной плотностью и вводят в эксплуатацию.

Этот метод позволяет в определенных случаях продлить ресурс аккумулятора.

Заряд пульсирующим током

Иногда для профилактики сульфатации мастера заряжают аккумулятор выпрямленным током, получаемый срезанием одной полуволны промышленной синусоиды мощным диодом. Считается, что проводимый короткими импульсами тока заряд предотвращает образование диэлектрического слоя примесей на пластинах.

Преимущества и отличия свинцовых аккумуляторных батарей, разработанных для солнечной электростанции

Режим автомобильных батарей

Такие аккумуляторы выпускаются для надежной работы стартера в любое, даже холодное время года. Процесс прокрутки ротора двигателя с кривошипно-шатунным механизмом связан с большими механическими усилиями, требующими увеличенных токов для электродвигателя стартера на момент запуска.

Во время поездки аккумуляторная батарея постоянно подзаряжается от генератора.

Режим работы солнечной электростанции

Аккумуляторы подзаряжаются рабочими токами солнечных батарей и не испытывают огромных кратковременных нагрузок, как автомобильные аналоги.

Стационарные необслуживаемые аккумуляторы для промышленных задач компании Sonnenschein А700, А500, А400 успешно работают в режимах циклического и/или постоянного подзаряда.

Аккумуляторные батареи компании Delta в основном снабжаются клапанным регулированием давления газов внутри корпуса, работают в схемах альтернативной энергетики.

Ведущие производители аккумуляторов для солнечных батарей (солнечных аккумумляторов)

Выпуском аккумуляторов для промышленных целей занимаются популярные на российском рынке компании: Bosh (Германия), Sonnenschein (Германия), YUASA (Великобритания), C&D Technoloqies (США), Delta (Китай), Haza (Китай), APS (Тайвань).

Каждая из них имеет свои особенности. Например, батареи Haza выпускаются по технологиям AGM и HZY (гелевая) для совместной работы с солнечными модулями.

Чтобы подобрать подходящую модель аккумуляторной батареи для солнечной электростанции вначале надо хорошо продумать условия их эксплуатации и только после этого искать конкретную конструкцию по напряжению, емкости и другим описанным характеристикам.

Принцип работы контроллеров для заряда солнечных батарей, устройство, что учитывать при выборе рассмотрен здесь.

Источник

Подбираем аккумулятор для солнечной электростанции

Солнечные батареи вырабатывают электричество только в период светового дня. Потребление же электроэнергии происходит практически круглосуточно. Для того, чтобы пользоваться электричеством от солнца в любое время суток, к солнечным электростанциям подключают аккумуляторы.

Почему не автомобильные

Очевидным, на первый взгляд, решением становится установка на солнечную электростанцию нескольких автомобильных аккумуляторов от грузовика – 180-250Ач.

Мощности сборки таких аккумуляторов действительно должно хватать на питание дома, да и стоимость одной такой батареи начинается с 65$ (за тюменскую батарею), однако авто аккумуляторы рассчитаны на применение в совершенно других условиях и разряд даже на 30% для них – экстремальные условия. В то же время они могут выдавать высокие пусковые токи (для запуска двигателя авто), которые в условиях жилого дома вряд ли пригодятся.

Режим использования в автомобиле отличается от применения аккумуляторов в системе солнечных электростанций. В светлое время суток контроллер в основном только заряжает батарею, а в темное – батарея «кормит» все токоприемники. В этом режиме авто аккумулятор сможет прослужить не больше года, после чего емкость будет очень быстро падать, повышается риск закипания и внезапного выхода из строя.

Емкость

При расчете емкости устанавливаемых в систему солнечной электростанции аккумуляторов следует учитывать следующие параметры:

Температура эксплуатации аккумулятроных батарей – от нее напрямую зависит емкость. Емкость АКБ указывается при температуре окружающей среды в 20°С, а уже при 0°С – емкость снижается до 80%. В общем, вот таблица:

Емкость аккумулятора в зависимости от температуры

В нижней части таблицы указывается коэффициент, на который необходимо умножить емкость в зависимости от температурных условий. Становится понятным, что аккумуляторы выгоднее хранить в отапливаемом помещении.

Уровень допустимого разряда. Батареи нельзя разряжать на все 100% — так они очень быстро выходят из строя, поэтому остаточный ток должен составлять не менее 60-70% и чем больше этот %, тем дольше служит аккумулятор в солнечной электростанции.

Что подключается. К сожалению, стоимость аккумуляторных батарей на данный момент такова, что полностью заменить потребление всех токоприемников с их помощью невозможна. Поэтому под аккумуляторы не подключают ни стиральные машины, ни пылесосы, ни другие мощные потребители. Подключается освещение, холодильник, компьютер/ноутбук.

КПД инвертора. Современные преобразователи постоянного тока в переменный весьма производительны, но не превышают 96%,т.е. 4% вы будете терять гарантированно. Подключение светодиодного освещения напрямую к сети в 12В значительно снижает потери.

При различных подходах к экономии электричества, ваши показатели в таблице могут значительно отличаться.

Токоприемники, способные кормиться от аккумуляторов

• Переводим потребляемую мощность в амперы 6000 Вт / 12 вольт = 500 А
• 500 А /1,03 = 515 А (делим на коэффициент, при использовании аккумулятора при t = 25°С
• 515 А / 0,3 = 1716 А (делим на % допустимого разряда батареи)
• 585,73 А/ 0,96 = 1787 А (делим на КПД инвертора).

Как видим, для обеспечения 6 кВт в сутки понадобится аккумуляторы, общей емкостью не менее 1787 А/ч

Какие брать?

Фактически, аккумуляторы – главный тормоз развития альтернативной энергетики в целом, её слабая сторона. Современные технологии не сделали батареи компактнее, легче и дешевле. Применительно к системе солнечного электроснабжения используются два типа аккумуляторов:

Разница есть и в цене и во внутреннем строении, но самая большая разница заключается в эффективности. Гелевый аккумулятор гораздо лучше переносит глубокий разряд, это нормальный режим работы для него. К недостаткам гелевых батарей можно отнести низкие пусковые токи при минусовой температуре, хотя в условиях использования в системе электроснабжения дома такие токи не понадобятся. Также, гелевые аккумуляторы стоят значительно дороже.

Стоимость

Цена аккумуляторных батарей, вместе с их износом, делают этот элемент самым слабым звеном в цепи солнечного электроснабжения. Из рассмотренного примера видно, что для питания даже самых маломощных приборов, необходимо приобрести 8 аккумуляторов по 200 А/ч каждый. Если перевести все это в цифры, то Delta GX12-200 стоит 452,4$ x 8 = 3619$ — такая система гарантированно прослужит 15 лет.

Видео. Как выбирать аккумулятор

В ролике описаны основные критерии, влияющие на выбор, а также тонкости, связанные именно с применением в системе солнечной электростанции.

Источник