Гелиевый аккумулятор для солнечных батарей

Чем гелевые аккумуляторы для солнечных батарей отличаются от стартерных, щелочных и литиевых?

Обновлено: 23 февраля 2021

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

Солнечный внешний аккумулятор (или солнечная батарея) — это общее наименование всего комплекта. Он состоит их нескольких элементов, выполняющих собственные функции. Прием солнечной энергии выполняется фотоэлементами, которые вырабатывают определенный электрический сигнал при попадании на рабочую поверхность потоков света. Для накопления энергии существуют аккумуляторы, действующие по обычному принципу.

Аккумуляторные батареи для солнечных панелей— не отдельный вид оборудования. Используются обычные модели, которые применяются повсеместно и обладают стандартным набором функций. Именно они являются источником питания приборов потребления, поскольку подключение солнечных батарей напрямую встречается крайне редко из-за непостоянства солнечного освещения.

Рассмотрим наиболее распространенные виды АКБ, которые можно использовать в связке с солнечными элементами, пауэрбанками и зарядками для телефонов, и попробуем разобраться, какие аккумуляторы лучше для солнечных батарей.

Автомобильные(WET)

Обозначение WET — сокращенный вариант, полностью оно выглядит как WET Cell Battery (батарея мокрых ячеек). Обычно пишут просто WET, и этого достаточно. Примечательно, что такая маркировка используется только на импортных батареях, отечественные модели маркируются надписью «свинцово-кислотная АКБ».

Название достаточно красноречиво говорит о конструкции аккумулятора. Это самая обычная, ставшая уже традиционной конструкция. В нее заливают электролит, смесь серной кислоты и дистиллированной воды. Все жидкостные аккумуляторы принадлежат к этой группе.

Существует два вида:

1. Обслуживаемые. В верхней части каждой ячейки имеется пробка, которую можно открутить и определить количество и плотность электролита. При необходимости его подливают, так как при заряде дистиллированная вода выкипает
2. Необслуживаемые. Корпуса таких батарей запечатаны наглухо. Выкипания электролита нет, в состав свинцовых пластин добавляется кальций и серебро. Ничего добавлять не требуется, да это и невозможно

Помещения, где хранятся обслуживаемые аккумуляторы, нуждается в создании определенных условий — температуры и усиленной вентиляции, необходимой для вывода паров серной кислоты. Этот тип батарей самый дешевый и недолговечный, подойдет в качестве АКБ для солнечных батарей относительно малой мощности.

Стартерные

Стартерные автомобильные аккумуляторы обычно имеют самую обычную WET конструкцию. Они работают в достаточно жестком режиме, так как при запуске двигателя автомобиля им приходится в короткое время выдавать большие токи в сотни ампер. После этого они так же активно заряжаются. Срок службы таких батарей довольно краток из-за жесткого рабочего режима, имеется высокий саморазряд.

Как аккумулятор для солнечной панели такую батарею использовать можно, но это нецелесообразно с экономической или технической точки зрения. Стартерные аккумуляторы быстро отдают большие токи, после чего следует медленный заряд. В составе солнечных систем им придется медленно отдавать малые токи до практически полного разряда, что создает для них неподходящий режим, ведущий к быстрому износу пластин.

Для использования стартерных аккумуляторов нужны те же условия, что и для всех обслуживаемых батарей — отдельное помещение с качественной вентиляцией. Можно применять только в низкобюджетных электростанциях в качестве временного накопителя.

AGM и GEL

И те, и другие аккумуляторы являются модифицированным типом кислотно-свинцовых батарей, наполнены жидким электролитом, созданы по современным технологиям и представляют собой АКБ для солнечных батарей нового поколения. GEL — это гелевые батареи, необслуживаемой конструкции. Их пластины намазаны специальным гелем, защищающим их от разрушения (осыпания). Газы, образованные в процессе электролиза при зарядке, с помощью одноходового крана возвращаются в электролит и вновь растворяются в нем.

Гелевые аккумуляторы для солнечных батарей не требуют никакого обслуживания, пролить электролит из них невозможно. Особенностью режима эксплуатации является необходимость зарядки при относительно небольших значениях тока и напряжения, что оптимальным образом подходит для солнечных электростанций.

Аккумуляторы AGM имеют специальные стекловолоконные разделители, выполняющие те же функции, что и гель в GEL батареях. Конструкция позволяет им работать в более жестких условиях, хотя общие свойства у обоих видов батарей близки. Особенностями АКБ является отсутствие газовыделения, быстрым временем зарядки (хватает 6-9 часов), компактными размерами.

Аккумуляторы AGM так же не допускают протечек кислоты благодаря герметичному корпусу, обладают способностью долговременной работы как в буферном, так и в циклическом режиме. Если использовать их как внешний аккумулятор, солнечная батарея получит удачный вариант накопителя энергии.

Аккумуляторы типа OPzS представляют собой заливные (обслуживаемые) батареи с трубчатыми положительными электродами. Такая особенность значительно увеличивает количество допустимых циклов зарядки/разрядки, составляя номинальный срок службы около 20 лет.

Батареи способны выдерживать без потерь весьма глубокий разряд и последующую загрузку, которые солнечные аккумуляторы испытывают на протяжении всего срока службы. Несмотря на достаточно жесткие режимы функционирования, долив электролита производится не чаще 1 раза в 2-5 лет непрерывной работы.

Основным недостатком АКБ OPzS является высокая цена, ограничивающая распространение устройств в России. При этом, в последнее время появились вполне качественные модели батарей OPzS из Китая, которые стоят почти вдвое меньше европейских аналогов.

Существуют разные виды:

• отдельная банка 2В с емкостью до 200 мА·ч;
• аккумулятор для солнечной батареи 12 вольт с емкостью от 80 мА·ч.

Приобретение АКБ несколько затруднено из-за необходимости заказывать их и ждать доставки.

Щелочные

Эти устройства используют не кислотный, а щелочной электролит, активным компонентом которого могут быть едкий калий или едкий натрий (КОН или NaOH). Основным отличием такой конструкции является отсутствие расхода и постоянная плотность электролита в процессе эксплуатации. Устройства имеют относительно малый вес и низкий саморазряд.

Щелочные АКБ способны легко переносить глубокий разряд с выдачей больших токов. Эта особенность делает их оптимальным выбором для тяговых аккумуляторов. При этом, имеется немало недостатков:

• Энергетическая плотность щелочных АКБ невысока, что заставляет увеличивать их габариты.
• Присутствует эффект памяти, при котором остаточный заряд учитывается при загрузке, уменьшающейся на эту величину. Поскольку полностью разрядить АКБ не всегда удается, емкость батарей постоянно уменьшается.
• Невысокий КПД — он составляет лишь 55%.

Дополнительной особенностью щелочных АКБ является невозможность контроля окончания зарядки по возникшему активному газообразованию. Поскольку химическая реакция, протекающая внутри устройства, иная, чем у кислотно-свинцовых батарей, газообразование возникает по собственным причинам и не свидетельствует о полном заряде.

Литиевые АКБ

Литиевые аккумуляторы для солнечных батарей обладают гораздо большей энергоемкостью, чем кислотные или щелочные аналоги. Это позволяет производителям снижать размеры. Кроме того, литиевые устройства способны быстро принимать заряд и практически полностью отдавать его без потери рабочих качеств.

Наиболее распространенный тип — литий-ионный аккумулятор для солнечных батарей. Он обладает выгодными рабочими характеристиками, высокой энергоемкостью, способностью к глубокому разряду. Не терпит перезаряда (уменьшается количество доступных циклов), считается пожароопасным (в большей степени гипотетически).

Существуют и другие виды литиевых аккумуляторов. Основная проблема состоит в значительной разнице стоимости литиевых и любых других видов батарей, что значительно ограничивает спрос и популярность устройств среди пользователей.

Основные технические характеристики и правила выбора

Необходим аккумулятор для солнечных батарей, какой выбрать и по каким параметрам надо ориентироваться? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть технические характеристики АКБ. В их число входят:

• емкость;
• скорость заряда и разряда;
• размеры (длина-ширина-высота) и масса аккумулятора;
• оптимальный режим работы;
• продолжительность службы устройства.

Понятно, что емкость и скорость заряда/разряда должны быть максимальными, как и срок службы, тогда как габариты желательно иметь минимальными.

При выборе необходимо учитывать требования к АКБ:

• возможность зарядки большими токами;
• малые значения саморазряда;
• максимальное количество рабочих циклов;
• простота обслуживания;
• способность выполнять свои функции в сложных температурных условиях.

Руководствуясь этими требованиями, выбирают оптимальный вариант аккумуляторов. Не следует гнаться за низкой ценой, так как экономия в данном случае обернется сокращением срока службы и необходимостью постоянного обслуживания устройств, создания для них определенных условий и вентиляционной системы. В результате окажется, что вместо сокращения расходов получено их увеличение в виде как прямых денежных вложений, так и в форме затрат труда на обслуживание.

Расчёт и выбор лучшего АКБ

Расчет АКБ представляет собой определение емкости батареи. Формула (в упрощенном виде) выглядит следующим образом: емкость АКБ = 100 × время × величина нагрузки.

Зная общую емкость, можно вычислить количество аккумуляторов. Для этого следует разделить полученное значение на емкость одного устройства. Если целое число не получается, округлять результат необходимо только в сторону увеличения.

Упрощенная формула определения времени работы (длительность цикла) выглядит так: время = суммарная ёмкость АКБ × напряжение АКБ × (КПД инвертора/мощность нагрузки).

Полученные данные позволяют определиться с параметрами отдельных устройств, подходящих для данной системы. Выбор производится исходя из потребностей и возможностей пользователя. Современный рынок предлагает массу вариантов, которые позволяют получить качественную и долговечную аккумуляторную батарею, состоящую из необходимого количества отдельных устройств.

Необходимо ознакомиться с технической документацией и паспортом устройства, в случае появления сомнений надо попросить показать сертификаты. Если товар качественный, сертификат на него всегда имеется у продавца. Если с этим возникают проблемы, нужный аккумулятор следует поискать в другом магазине.

Правила эксплуатации

Аккумуляторные батареи должны эксплуатироваться в соответствии с правилами:

• Поверхность устройства должна быть сухой и чистой, все металлические части смазаны техническим вазелином, предотвращающим коррозию.
• Для обслуживаемых аккумуляторов необходима регулярная проверка плотности и объема электролита.
• Соблюдение правил подключения, соответствие полярности и типа соединения АКБ.
• Соблюдение специализированных требований, которые изложены в паспорте устройства. В частности, периодичности обслуживания, условий работы, температурного режима эксплуатации

Для необслуживаемых аккумуляторов правила эксплуатации сводятся к обеспечению номинального рабочего и температурного режима, что позволяет продлить срок службы и получить от батарей максимальную отдачу.

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