Гелиевый аккумулятор для солнечных панелей

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

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