Akumulatory do paneli słonecznych: przegląd rodzajów odpowiednich akumulatorów i ich cech

Systemy energetyki alternatywnej są coraz częściej wykorzystywane do zasilania domów mieszkalnych energią elektryczną. Ponieważ tryby generacji i poboru energii elektrycznej różnią się, konieczne jest zapewnienie jej akumulacji do późniejszego oddawania. Czy zgadza się Pan/Pani?

Aby móc wykorzystać energię w potrzebnym właścicielowi odcinku czasu, w układ włącza się akumulatory do baterii słonecznych. Opowiemy, jak właściwie dobrać urządzenia przeznaczone do pracy w cyklach ładowania i rozładowania. Nasze zalecenia pomogą wybrać optymalny model.

Akumulatory w domowym systemie energetyki słonecznej

Zrozumienie sposobów i niuansów stosowania akumulatorów przy zasilaniu obiektu energią elektryczną z baterii słonecznych umożliwi dokonanie właściwego wyboru urządzeń i zapewni maksymalną sprawność systemu.

Aby dokonać przemyślanego zakupu, należy dokładnie poznać sposoby tworzenia zespołu akumulatorów (bloku) oraz zasady obliczania głównych parametrów.

Sposób łączenia urządzeń w jeden zespół

Obiekty mieszkalne i przemysłowe pobierają obciążenie elektryczne przewyższające możliwości pojedynczego akumulatora. W przypadku, gdy system energetyki słonecznej jest przeznaczony do zasilania dużej liczby urządzeń elektrycznych, konieczne jest utworzenie zespołu akumulatorów na wzór podobnego połączenia paneli słonecznych.

Podłączenie akumulatorów w jedną tablicę magazynującą energię elektryczną można wykonać równolegle, szeregowo lub w sposób mieszany. Wybór zależy od wymaganych parametrów wyjściowych mocy i napięcia.

W zależności od sposobu połączenia akumulatorów między sobą można uzyskać różne wartości napięcia wyjściowego, jednak nie należy tworzyć zbyt skomplikowanych schematów, aby uniknąć powstawania prądów wyrównawczych między urządzeniami w tablicy.

Akumulatory umieszcza się w domu lub innym budynku, aby zapewnić temperaturę otaczającego powietrza w zakresie od 10 do 25 stopni Celsjusza powyżej zera i zapobiec przedostawaniu się na nie wody. Znacznie wydłuża to żywotność urządzeń i zmniejsza straty energii.

Nowoczesne technologie produkcji akumulatorów przeznaczonych do umieszczania w budynkach mieszkalnych przewidują podwyższone środki bezpieczeństwa ekologicznego. Dlatego nie ma konieczności podejmowania specjalnych środków intensywnej wentylacji pomieszczenia. Jednakże nie należy umieszczać ich w pokojach mieszkalnych.

Ponieważ akumulatory mają znaczną wagę (urządzenie 12 V i 200 Ah waży około 70 kg), należy je umieszczać na podłodze lub wytrzymałych i solidnie zamocowanych regałach.

Należy zapobiec możliwości upadku akumulatorów z wysokości, ponieważ w takim przypadku ulegną one uszkodzeniu, a układy z płynnym elektrolitem są ponadto niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego w przypadku rozszczelnienia.

Wraz ze wzrostem długości kabla zasilającego wzrasta opór elektryczny, co prowadzi do zmniejszenia sprawności systemu. Dlatego praktykuje się umieszczanie akumulatorów blisko siebie, aby zminimalizować całkowitą długość przewodów.

Regał na akumulatory musi wytrzymywać duży ciężar. Na przykład blok ośmiu akumulatorów 200 Ah waży ponad pół tony.

Cechy funkcjonowania systemu

Przy równoległym i kombinowanym szeregowo-równoległym połączeniu akumulatorów w jeden zespół możliwa jest nierównowaga urządzeń pod względem poziomu naładowania. Prowadzi to do tego, że urządzenie będzie pracować nie w pełnym cyklu, a zatem jego żywotność zostanie szybciej wyczerpana.

System pozyskiwania energii elektrycznej ze słońca jest zawsze wyposażony w kontroler, który zarządza ładowaniem akumulatora. W przypadku tworzenia zestawu baterii dodatkowo konieczne jest zainstalowanie mostków wyrównujących ładowanie.

Aby uniknąć problemów nierównomiernego ładowania i rozładowywania akumulatorów połączonych w jeden zestaw, należy używać urządzeń tego samego modelu, a jeszcze lepiej – z tej samej partii. Zasada ta dotyczy nie tylko systemów energetyki słonecznej.

Obecnie praktycznie każde mieszkanie można wyposażyć w urządzenia działające na napięcie 12 lub 24 V, w tym lodówki, telewizory itp. Jednak rozprowadzanie takiego napięcia po całym domu nie ma sensu, ponieważ natężenie prądu będzie bardzo duże.

Oznacza to, że przy realizacji takiego pomysłu konieczny jest drogi kabel o dużym przekroju żył, a straty spowodowane oporem elektrycznym będą duże.

Dla praktycznie wszystkich urządzeń gospodarstwa domowego istnieją modele działające na 12-woltowej sieci prądu stałego. Jeśli rozprowadzenie kabla elektrycznego nie jest zbyt długie, można zastosować system niskiego napięcia.

Dlatego w bezpośrednim sąsiedztwie akumulatorów instaluje się inwerter – urządzenie do przekształcania napięcia elektrycznego.

Ponadto rzeczywiste napięcie wyjściowe z zestawu akumulatorów może nieco różnić się od deklarowanego. Na przykład w pełni naładowane akumulatory żelowe, popularne w układach z panelami słonecznymi, dostarczają napięcie 13–13,5 V, dlatego inwerter pełni funkcję stabilizatora.

Obliczanie wymaganej pojemności akumulatorów

Pojemność akumulatorów oblicza się na podstawie przewidywanego okresu pracy autonomicznej bez ładowania oraz całkowitego poboru mocy urządzeń elektrycznych.

Średnią moc urządzenia elektrycznego w przedziale czasu można obliczyć w następujący sposób:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Gdzie:

• P₁ – moc znamionowa urządzenia;
• T₁ – czas pracy urządzenia;
• T₂ – całkowity czas obliczeniowy.

Na praktycznie całym terytorium Rosji występują długie okresy, kiedy panele słoneczne nie będą działać z powodu złej pogody.

Instalowanie dużych zestawów akumulatorów, które będą w pełni obciążane tylko kilka razy w roku, jest nieopłacalne. Dlatego do wyboru interwału czasu, w którym urządzenia będą pracować wyłącznie na rozładowaniu, należy podejść na podstawie wartości średniostatystycznej.

Ilość energii generowanej przez panele słoneczne zależy od gęstości chmur. Jeśli pochmurna pogoda w regionie nie jest rzadkością, niedobór mocy wejściowej należy uwzględnić przy obliczaniu pojemności zestawu akumulatorów.

Jeśli planuje się wykorzystanie zgromadzonej energii w ciągu doby, na przykład w ogrzewaniu z paneli słonecznych, lepiej przyjąć do obliczeń nieco dłuższy interwał, na przykład 30 godzin.

W przypadku długiego okresu, gdy nie ma możliwości korzystania z paneli słonecznych, należy zastosować inny system pozyskiwania energii elektrycznej, oparty na przykład na generatorze diesla lub gazowym.

Akumulator naładowany w 100% może do całkowitego rozładowania dostarczyć moc, którą można obliczyć według wzoru:

P = U x I

Gdzie:

• U – napięcie;
• I – natężenie prądu.

Tak więc jeden akumulator o parametrach napięcia 12 woltów i natężenia prądu 200 amperów może wygenerować 2400 watów (2,4 kW). Aby obliczyć całkowitą moc kilku akumulatorów, należy zsumować wartości uzyskane dla każdego z nich.

W sprzedaży dostępne są akumulatory o dużej mocy, ale są drogie. Czasami znacznie taniej jest kupić kilka zwykłych urządzeń w zestawie z kablami łączącymi.

Uzyskany wynik należy pomnożyć przez kilka współczynników redukcyjnych:

• Sprawność falownika. Przy prawidłowym dopasowaniu napięcia i mocy na wejściu falownika osiągnięta zostanie maksymalna wartość od 0,92 do 0,96.
• Sprawność kabli zasilających. Minimalizacja długości przewodów łączących akumulatory oraz odległości do falownika jest konieczna w celu zmniejszenia oporu elektrycznego. W praktyce wartość wskaźnika wynosi od 0,98 do 0,99.
• Minimalne dopuszczalne rozładowanie akumulatorów. Dla każdego akumulatora istnieje dolny limit naładowania, po przekroczeniu którego żywotność urządzenia znacznie spada. Zazwyczaj regulatory ustawiają minimalną wartość naładowania na 15%, więc współczynnik wynosi około 0,85.
• Maksymalna dopuszczalna utrata pojemności przed wymianą akumulatorów. Z czasem następuje starzenie się urządzeń, wzrost ich rezystancji wewnętrznej, co prowadzi do nieodwracalnego zmniejszenia ich pojemności. Używanie urządzeń, których pozostała pojemność jest mniejsza niż 70%, jest nieopłacalne, dlatego wartość wskaźnika należy przyjąć jako 0,7.

Wbrew powszechnej opinii, sprawności akumulatora – stosunku otrzymanej i oddanej energii elektrycznej – nie należy uwzględniać w obliczeniach. Wskazany w dokumentacji technicznej wskaźnik pojemności akumulatora uwzględnia możliwą ilość do oddania.

Ostatecznie wartość całkowitego współczynnika przy obliczaniu wymaganej pojemności dla nowych akumulatorów będzie wynosić około 0,8, a dla starych, przed ich wycofaniem – 0,55.

Aby zapewnić domowi energię elektryczną przy długości cyklu ładowania – rozładowania równej 1 dobie, potrzeba 12 akumulatorów. Gdy jeden blok z 6 urządzeń będzie pracować na rozładowaniu, drugi blok będzie się ładować.

Maksymalne dopuszczalne prądy

Dla każdego akumulatora w dokumentacji technicznej określony jest maksymalny dopuszczalny prąd ładowania. Przekroczenie tej wartości prowadzi do przegrzania urządzenia oraz gwałtownego i nieodwracalnego spadku jego parametrów.

Dlatego przy wyborze baterii do montażu systemów z akumulatorem należy upewnić się, że są one w stanie zapewnić pobór energii elektrycznej wytwarzanej przez panele słoneczne.

Kolejnym ważnym wskaźnikiem jest dopuszczalny prąd rozładowania:

• Znamionowy prąd rozładowania, dla którego (lub wartości mniejszej) przeznaczony jest akumulator. Praca całego podłączonego do systemu sprzętu elektrycznego powinna być zapewniona przez ten wskaźnik.
• Maksymalny prąd rozładowania, jaki urządzenie może krótkotrwale dostarczyć przy obciążeniach szczytowych. Takie obciążenia mogą wystąpić podczas włączania niektórych urządzeń, np. zawierających sprężarki lodówki lub klimatyzatora.

Przekraczanie przez dłuższy czas pierwszego wskaźnika lub krótkotrwale drugiego prowadzi do przedwczesnego zużycia akumulatora. Wraz ze starzeniem się urządzeń wskaźniki te spadają o 20-30%, co również należy uwzględnić.

Cechy urządzenia i podstawowe parametry

Akumulatory samochodowe nie są przeznaczone do pracy z dużą liczbą cykli ładowania i rozładowania. Do energetyki alternatywnej i rezerwowej stosuje się urządzenia innego typu. Ponieważ ich koszt jest wysoki, należy dokładnie przeanalizować wszystkie parametry przed zakupem.

Tryby pracy akumulatora w samochodzie i w systemie energetyki alternatywnej różnią się tak bardzo, że jego przeznaczenie jest nawet wskazane na samym urządzeniu.

Stosowane typy w energetyce alternatywnej

Praktycznie wszystkie akumulatory stosowane w energetyce alternatywnej i instalowane w budynkach należą do typu bezobsługowych. Użytkownik nie ma możliwości przeprowadzania na nich operacji fizycznych, które wpływałyby na ich strukturę.

Ma to na celu zminimalizowanie ryzyka fizycznego lub chemicznego oddziaływania baterii na ludzi, powietrze i otaczające je przedmioty. Dlatego nie ma potrzeby szczegółowego badania struktury oraz fizykochemicznych niuansów działania akumulatorów różnych typów. Większą uwagę należy zwrócić na różnice w podstawowych parametrach technicznych urządzeń.

Akumulatory OPzS wykonane są podobnie do najprostszych urządzeń kwasowo-ołowiowych. Zmiana kształtu płyty dodatniej pozwala na zapewnienie znacznie większej liczby cykli ładowania i rozładowania niż w przypadku odpowiedników samochodowych.

Wadą jest obecność ciekłego elektrolitu, co może być niebezpieczne w przypadku ich rozszczelnienia. Średnia nisza cenowa.

Akumulatory alkaliczne (niklowe) są rzadko stosowane ze względu na ich niewrażliwość na małe prądy podczas ładowania oraz konieczność przejścia pełnego cyklu od stanu naładowanego do rozładowanego. W przeciwnym razie nastąpi zmniejszenie pojemności baterii.

Ponadto urządzenia te mają większą wagę i wymiary w porównaniu z konkurencją o tej samej pojemności. Są niebezpieczne przy rozhermetyzacji. Niska półka cenowa.

Rozhermetyzacja akumulatora jest możliwa w przypadku wewnętrznej wady, nadmiernej mocy prądu ładowania, upadku z wysokości lub pracy w nieodpowiednich warunkach. Największe problemy spowodują wtedy urządzenia zawierające niebezpieczne przy parowaniu ciecze.

W akumulatorach AGM elektrolit znajduje się w stanie związanym w strukturze z włókna szklanego. Można je ładować małymi prądami. Są praktycznie bezpieczne i zajmują średnią półkę cenową wśród konkurencji.

W akumulatorach GE (żelowych) do elektrolitu dodano tlenek krzemu, w wyniku czego znajduje się on w stanie żelowym. Urządzenia charakteryzują się wysokim stopniem bezpieczeństwa i dobrymi parametrami. Wysoka półka cenowa.

Akumulatorów do energetyki alternatywnej nie sprzedaje się w sklepach motoryzacyjnych. Można je nabyć w firmach sprzedających panele słoneczne, elektrownie wiatrowe lub przez internet.

Akumulatory litowe (np. modele litowo-żelazowo-fosforanowe) mają bardzo dobre parametry, są kompaktowe, mają znacznie mniejszą wagę, są praktycznie bezpieczne. Jednak ich koszt jest znacznie wyższy niż w przypadku konkurencyjnych typów urządzeń, nawet żelowych.

Z punktu widzenia stosunku ceny do parametrów technicznych akumulatory żelowe i litowe są najbardziej atrakcyjne. Jednak jednorazowe nakłady początkowe na nie są bardzo duże, dlatego urządzenia innych typów są również szeroko rozpowszechnione na rynku baterii do energetyki alternatywnej.

Na rynku krajowym aktywnie poszukiwane są akumulatory następujących marek:

Prezentowane akumulatory charakteryzują się doskonałymi parametrami eksploatacyjnymi oraz przystępną ceną.

Wybór modelu akumulatora

Podstawowe parametry akumulatorów do energetyki słonecznej, na które należy zwrócić uwagę przy zakupie, są następujące:

• napięcie i pojemność, które określają moc akumulatora;
• głębokość bezpiecznego maksymalnego rozładowania, przy zachowaniu której możliwe jest działanie akumulatora przez okres deklarowany przez producenta;
• gwarantowana liczba cykli ładowania i rozładowania przy przestrzeganiu wszystkich warunków technicznych;
• wielkość samorozładowania, charakteryzująca intensywność utraty energii w naładowanym akumulatorze podczas postoju;
• maksymalny prąd ładowania, określający ilość energii na jednostkę czasu, którą akumulator może przyjąć bez ryzyka dla dalszego działania;
• znamionowy prąd rozładowania, określający ilość energii na jednostkę czasu, którą akumulator może długotrwale oddawać bez ryzyka dla dalszego działania;
• maksymalny prąd rozładowania, określający ilość energii na jednostkę czasu, którą akumulator może krótkotrwale oddać bez ryzyka dla dalszego działania;
• optymalna temperatura pracy urządzenia;
• rozmiar i masa akumulatora, których znajomość jest niezbędna do wyboru miejsca ich umieszczenia i sposobu montażu.

Wszystkie te parametry są opisane w dokumentacji technicznej, która w formie elektronicznej jest zamieszczana na stronach internetowych wszystkich dużych producentów.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Przegląd niuansów działania akumulatorów różnych typów dla systemów słonecznych:

Porównanie różnych typów akumulatorów rozruchowych. Plusy i minusy dla energetyki alternatywnej:

Doświadczenie w użytkowaniu akumulatorów litowych (LiFePo4). Rzeczywisty blok z urządzeń samochodowych, niuanse jego działania:

Właściwy dobór akumulatorów pod względem ich parametrów zapewni niezawodne działanie alternatywnego systemu energetycznego. Nie należy nadmiernie oszczędzać na bloku magazynowania energii elektrycznej – początkowe inwestycje zwrócą się dzięki nieprzerwanej pracy systemu na kilka lat do przodu.

Proszę zostawiać komentarze w poniższym bloku, zadawać pytania, publikować zdjęcia związane z tematem artykułu. Proszę opowiedzieć nam, jak wybierali Państwo akumulatory do wiejskiej mini-elektrowni słonecznej. Proszę dzielić się informacjami, które będą przydatne dla odwiedzających stronę.