Меню

Выбираем аккумуляторы для солнечных батарей

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

Каждому хотелось бы обеспечить свое жилище электричеством, выбирая наиболее экономный и экологический вариант. Поэтому современный хозяин стал уделять больше внимания этому вопросу, рассматривая альтернативные источники энергии. Использование солнечной энергии становится все более популярным среди потребителей. Аккумуляторы для солнечных батарей, которые так необходимы в системе энергоснабжения, являются темой нашей статьи. Вы найдете подробную информацию о том, как создать систему из аккумуляторов, каких типов они бывают и чем следует руководствоваться при выборе такого прибора.

Для снабжения электричеством частного дома сооружается целая система солнечных электростанций, для которых аккумуляторы нужны, чтобы накапливать энергию в пасмурную погоду, ночью или в условиях низких температур, когда нет возможности использовать солнечные батареи. Также эти устройства помогают продлить срок службы всей системы. Объединив их в своеобразный блок, вы увеличите количество накапливаемой энергии. Выбор соответствующих аккумуляторных батарей (АКБ) позволит установить максимальный КПД электростанции.

Создание системы аккумуляторов

Создание системы аккумуляторов способно решить такую проблему как недостаток энергии. Емкость одного аккумулятора может оказаться слишком малой для обслуживания всего дома. Важно учитывать, что это возможно только при наличии достаточного количества солнечных панелей, которые смогут обеспечить вас электроэнергией, необходимой для потребления.

Объединить АКБ в блок можно такими способами:

  • параллельно;
  • последовательно;
  • сочетанием этих способов.

Схема подключения создается в соответствии с необходимыми показателями напряжения и мощности на выходе. Аккумуляторы для солнечных батарей устанавливают с учетом параметров эксплуатации, указанных в инструкции устройств, чтобы добиться максимального КПД и обеспечить наиболее длительный срок службы.

Приборы следует располагать на небольшом расстоянии друг от друга, беря во внимание схему их подключения. При размещении также нужно учитывать немалый вес изделий, который варьируется в зависимости от типа материала и емкости АКБ.

Особенности функционирования

Нужно очень тщательно выбирать схему подключения аккумуляторов. В некоторых случаях неудачно подобранная схема может спровоцировать дисбаланс приборов относительно уровней заряда. Это может значительно снизить их срок эксплуатации. Объединение аккумуляторов требует дополнительных приборов, таких как контроллер и инвертор.

Контроллер следит за уровнем заряда аккумулятора. При создании блока АКБ для выравнивания уровня заряда устанавливаются перемычки. Помимо этих элементов, для равномерных циклов зарядки и разрядки лучше всего использовать одинаковые модели аккумуляторов одного производителя.

Энергия Солнца с помощью панелей проходит процесс преобразования в ток постоянного значения. Электроприборы же потребляют мощность разной величины. Инвертор предназначен переводить постоянное значение тока в меняющуюся величину, чтобы обеспечить полноценное функционирование всех электрических приборов.

Типы аккумуляторов

Существует огромное разнообразие аккумуляторов, которые можно использовать для солнечной батареи. Принцип работы АКБ зависит от материалов изделия и типа его конструкции. Из представленных на рынке вариантов мы остановимся лишь на нескольких и опишем каждый из них.

Список представляем ниже:

Помимо этих основных видов, мы опишем аккумуляторы AGM, OPzS, заливные никель-кадмиевые, а также те, которые предназначены для автомобилей.

Гелевые

Этот вид получил свое название по причине того, что электролит этих аккумуляторов содержится в небольшом объеме и представляет собой вещество гелеобразной консистенции. При этом он не растекается благодаря прослойкам из стекловолокна.

Аккумуляторы этого типа отличаются длительным сроком службы, который обусловлен большим количеством циклов перезарядки. Подобное устройство обладает стойкостью к механическим повреждениям. Незначительные деформации корпуса не повлияют на его работу.

АКБ этого типа может работать в условиях низких температур, доходящих до – 50 °C, сохраняя при этом объем емкости. Свойства прибора полностью сохраняются в отключенном режиме при длительном хранении.

Главное учитывать то, что при долгой работе под воздействием низких температур прибор следует утеплять. Очень важно следить за уровнем заряда. При его максимальном значении существует риск, что прибор может взорваться. Также аккумуляторы на основе геля обладают высокой чувствительностью к колебаниям напряжения.

Щелочные

Электролит устройств этого вида содержится в небольшом объеме. Это объясняется тем, что конечные вещества электрохимических реакций не растворяются в электролите и между собой не взаимодействуют.

Щелочные аккумуляторы, по-другому алкалиновые, характеризуются длительным сроком эксплуатации, а также отсутствием чувствительности к колебаниям напряжений. В отличие от устройств на основе геля, могут использоваться при низких температурах длительное время.

На хранение устройство следует отправлять полностью разряженным, чтобы избежать потери объема емкости при последующей зарядке. Также этот фактор может негативно отразиться на работе всей системы солнечной электростанции.

Литиевые

Принцип действия подобных устройств заключается во взаимодействии ионов лития с молекулами металлов, которые являются дополнительными компонентами.

Литиевые приборы обладают способностью быстро заряжаться, имея при этом большой объем емкости. АКБ этого типа являются малогабаритными устройствами с небольшим весом.

Литиевые аккумуляторы имеют высокую себестоимость. По этой причине их редко используют для оборудования солнечной электростанции. Срок эксплуатации почти вдвое меньше, чем у приборов на основе геля.

Также этот срок в разы снижается, если уровень заряда будет превышать 45%. Именно этот предел является максимально эффективным и не позволяет объему емкости уменьшаться.

Эти аккумуляторные батареи работают с напряжениями узкого диапазона. Одним из основных недостатков устройств является постепенное уменьшение объема емкости, которое не зависит от соблюдения правил эксплуатации.

Свинцово-кислотные

Устройство имеет несколько отсеков с электролитом в состоянии водяного раствора. В это вещество помещаются электроды из свинца с примесью других химических элементов.

Благодаря примеси различных компонентов, прибор становится устойчивым к процессу коррозии.

Читайте также:  Джишоки с солнечной батареей

Следует отметить, что такие аккумуляторы имеют весьма непродолжительный срок службы, что объясняется быстрой разрядкой.

Аккумуляторы AGM

Эти устройства относятся к виду свинцово-кислотных, но они отличаются тем, что внутри находится материал из стекловолокна, пропитанный электролитом.

Так как кислота заполняет поры материалы, это способствует устойчивости к ее утечке с последующим нарушением работы от незначительных механических повреждений. Из этого следует, что размещать аккумулятор можно в любом положении. Помимо вышеописанного, эти АКБ имеют большой объем емкости, отличаются продолжительным сроком эксплуатации и имеют достаточный ресурс циклов «заряда-разряда».

Приборы чувствительны к току большого значения. Несоблюдение правил эксплуатации может привести к вздутию корпуса.

Аккумуляторы OPzS

Аккумуляторы данного типа относятся к свинцово-кислотным, но отличаются особенностью форм электродов. Положительный электрод имеет форму трубки, а отрицательный является утолщенным.

Такое строение позволило увеличить ресурс циклов «заряда-разряда». Благодаря наличию фильтров появилась возможность контролировать расход кислоты. Устройство имеет длительный срок эксплуатации. Не требует особых мер в обслуживании. Особым преимуществом использования является низкий показатель саморазрядов.

По причине высокой цены, которая автоматически увеличивает стоимость и окупаемость всей солнечной электростанции, их используют крайне редко.

Заливные никель-кадмиевые

Эти устройства относятся к аккумуляторам щелочного типа. Название характеризует принцип их обслуживания, то есть, существует необходимость в заливке их корпуса.

В отличие от аккумуляторов на основе геля, они являются более безопасными в использовании. Также следует отметить весьма доступную цену. Батареи этого типа хорошо справляются с высокими показателями мощности. Их основным преимуществом можно выделить большой ресурс циклов «заряда-разряда», который может сравниться с показателем гелевых аккумуляторов.

Среди недостатков стоит отметить короткий срок службы, который определяется большим показателем саморазряда прибора. Помимо этого, период эксплуатации сокращает и максимальный уровень зарядки.

Автомобильные аккумуляторы

Хорошими, в плане затрат, являются аккумуляторы, предназначенные для автомобилей. Их очень часто используют те, кто проектирует систему солнечной электростанции самостоятельно. Цена аккумуляторов автоматически снижает стоимость системы в несколько раз.

Проблема лишь в том, что автомобильные аккумуляторы рассчитаны на немного другой режим работы. Как результат, их приходится очень часто менять в связи с высоким показателем изнашиваемости и последующей поломкой. Поэтому такие устройства можно использовать только под небольшую мощность солнечных панелей и лишь короткий период времени.

Критерии выбора аккумулятора для солнечных батарей

Каждый, кто имеет цель обеспечить дом электроэнергией с помощью солнечных батарей, задается вопросом, какие аккумуляторы являются наилучшим и наиболее подходящим вариантом для создания солнечной электростанции. Мы поможем определить, какой аккумулятор выбрать в этом случае.

При выборе модели батареи необходимо руководствоваться соотношением указанных характеристик к условиям использования. Параметры, на которые следует обращать внимание при покупке, описаны ниже.

  1. Ресурс циклов «заряда-разряда». Эта характеристика позволяет предположить приблизительный срок эксплуатации батареи.
  2. Показатель скорости процесса зарядки и разряда. Этот показатель также влияет на период службы устройства.
  3. Показатель саморазряда устройства. Это также влияет на изнашиваемость аккумулятора.
  4. Объем емкости аккумулятора. Данный параметр помогает определить мощность, с которой может работать прибор.
  5. Максимальное значение тока при заряде и разряде. Значение при заряде определяет, какой ток может принять прибор. Значение при разряде определяет, какой ток может отдать устройство без ущерба для функционирования.
  6. Вес и габариты устройства. Эти параметры необходимы, чтобы составить схему подключения аккумуляторов, а также определить их местоположение.
  7. Условия использования АКБ. Это следует учитывать по причине того, что разные модели работают при разных температурных режимах.
  8. Обслуживание. В инструкции должно быть указано, каких мер по обслуживанию требует каждая конкретная модель. Но это не является основным параметром, который может повлиять на ваш выбор.

Для полноценного функционирования солнечной электростанции следует учитывать технические характеристики всех составляющих этой системы. Надеемся, что вышеизложенная информация поможет вам выбрать подходящий аккумулятор для системы энергоснабжения с помощью солнечной энергии.

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.

Читайте также:  Варианты изготовления солнечных батарей

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.
Читайте также:  Солнечные батареи пасмурный день

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