Akumulatorji za sončne baterije: pregled vrst primernih baterij in njihovih značilnosti

Sisteme alternativne energije vse pogosteje uporabljajo za oskrbo stanovanjskih hiš z električno energijo. Ker se načini proizvodnje in porabe električne energije razlikujejo, je potrebno zagotoviti njeno shranjevanje za kasnejšo oddajo. Se strinjate?

Za uporabo energije v časovnem obdobju, ki ga potrebuje lastnik, se v shemo vključijo akumulatorji za sončne celice. Povedali vam bomo, kako pravilno izbrati naprave, namenjene delovanju v ciklih polnjenja in praznjenja. Naša priporočila vam bodo pomagala izbrati optimalni model.

Akumulatorji v sistemu domače sončne energije

Razumevanje načinov in odtenkov uporabe akumulatorjev pri oskrbi objekta z električno energijo iz sončnih celic bo omogočilo pravilno izbiro naprav in zagotovilo največji izkoristek sistema.

Za izvedbo premišljenega nakupa je potrebno temeljito razumeti načine izdelave akumulatorskega niza (sklopa) in pravila za izračun glavnih lastnosti.

Način združevanja naprav v enoten niz

Stanovanjski in industrijski objekti porabljajo električno obremenitev, ki presega zmogljivosti enega akumulatorja. V primeru, da je sistem sončne energije zasnovan za veliko število električnih naprav, je potrebno ustvariti niz akumulatorskih baterij po vzoru podobnega združevanja sončnih celic.

Povezava baterij v enoten sistem za shranjevanje električne energije se lahko izvede na vzporedni, zaporedni ali mešani način. Izbira je odvisna od potrebnih izhodnih vrednosti moči in napetosti.

Glede na način povezave baterij med seboj je mogoče doseči različne vrednosti izhodne napetosti, vendar se je treba izogibati ustvarjanju preveč zapletenih shem, da ne pride do izenačevalnih tokov med napravami v sistemu.

Baterije so nameščene v hiši ali drugem objektu, da se zagotovi temperatura okoliškega zraka v območju od 10 do 25 stopinj Celzija nad ničlo in prepreči vdor vode. To znatno podaljša življenjsko dobo naprav in zmanjša izgube električne energije.

Sodobne tehnologije proizvodnje baterij, namenjenih za namestitev v stanovanjskih objektih, vključujejo povečane ukrepe okoljske varnosti. Zato ni potrebe po posebnih ukrepih za intenzivno prezračevanje prostora. Vendar jih kljub temu ne bi smeli nameščati v bivalnih prostorih.

Ker imajo baterije precejšnjo težo (naprava z 12 V in 200 Ah tehta približno 70 kg), jih je treba nameščati na tla ali na trdne in varno pritrjene police.

Preprečiti je treba možnost padca baterij z višine, saj bodo v tem primeru odpovedale, sistemi s tekočim elektrolitom pa so ob izgubi tesnjenja nevarni za zdravje ljudi.

S povečanjem dolžine napajalnega kabla narašča električna upornost, kar vodi do zmanjšanja izkoristka sistema. Zato baterije nameščamo tesno skupaj, da zmanjšamo skupno dolžino vodnikov.

Regal za baterije mora prenesti veliko težo. Na primer, blok osmih 200 A baterij tehta več kot pol tone.

Značilnosti delovanja sistema

Pri vzporedni in kombinirani zaporedno-vzporedni povezavi baterij v enoten sistem je možna neuravnoteženost naprav glede na stopnjo napolnjenosti. To vodi do tega, da naprava ne bo delovala v celotnem ciklu, zato se bo njena življenjska doba hitreje izrabila.

Sistem za pridobivanje električne energije od sonca je vedno opremljen s krmilnikom, ki upravlja polnjenje baterije. V primeru ustvarjanja niza baterij je dodatno potrebna namestitev izravnalnih mostičkov za polnjenje.

Da bi se izognili težavam z neenakomernim polnjenjem in praznjenjem baterij, združenih v eno matriko, je treba uporabljati naprave istega modela, še bolje pa iste serije. To pravilo ne velja le za sisteme sončne energije.

Skoraj vsa stanovanja je mogoče opremiti z napravami, ki delujejo na omrežje 12 ali 24 V, vključno s hladilniki, televizorji itd. Vendar pa napeljava s tako napetostjo po celotni hiši ni smiselna, saj bi bil tok previsok.

To pomeni, da je pri uresničitvi takšne zamisli potreben drag kabel z velikim prerezom žil in bodo izgube zaradi električnega upora velike.

Skoraj za vse gospodinjske aparate obstajajo modeli, ki delujejo na 12-voltnem enosmernem omrežju. Če električna napeljava ni predolga, lahko uporabite sistem z nizko napetostjo.

Zato se v neposredni bližini baterij namesti razsmernik – naprava za pretvorbo električne napetosti.

Poleg tega se lahko dejanska izhodna napetost baterije nekoliko razlikuje od navedene. Tako popolnoma napolnjene priljubljene gel baterije, ki se uporabljajo v shemi s sončnimi celicami, oddajajo napetost 13–13,5 V, zato razsmernik opravlja funkcijo stabilizatorja.

Izračun potrebne kapacitete baterij

Kapaciteta baterij se izračuna na podlagi predvidenega obdobja avtonomnega delovanja brez polnjenja in skupne moči porabe električnih naprav.

Povprečno moč električne naprave v časovnem intervalu lahko izračunamo na naslednji način:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Kjer je:

• P₁ – nazivna moč naprave;
• T₁ – čas delovanja naprave;
• T₂ – skupni predvideni čas.

Skoraj na celotnem ozemlju Rusije obstajajo dolga obdobja, ko sončne celice ne bodo delovale zaradi slabega vremena.

Namestitev velikih nizov baterij, da bi jih polno obremenili le nekajkrat na leto, je nerentabilna. Zato je treba k izbiri časovnega intervala, v katerem bodo naprave delovale samo na praznjenje, pristopiti na podlagi povprečne statistične vrednosti.

Količina energije, ki jo proizvedejo sončne plošče, je odvisna od gostote oblakov. Če oblačno vreme v regiji ni redkost, je treba pomanjkanje vhodne moči upoštevati pri izračunu velikosti baterije.

Če nameravate uporabljati shranjeno energijo v enem dnevu, na primer pri ogrevanju na sončne celice, je bolje vzeti nekoliko daljši interval, na primer 30 ur.

V primeru daljšega obdobja, ko ni mogoče uporabljati sončnih kolektorjev, je treba uporabiti drug sistem za pridobivanje električne energije, ki temelji na primer na dizelskem ali plinskem generatorju.

Popolnoma napolnjena baterija lahko do popolne izpraznitve odda moč, ki jo lahko izračunamo po formuli:

P = U x I

Kjer je:

• U – napetost;
• I – jakost toka.

Tako lahko ena baterija s parametri napetosti 12 voltov in jakosti toka 200 amperov ustvari 2400 vatov (2,4 kW). Za izračun skupne moči več baterij je treba sešteti vrednosti, pridobljene za vsako izmed njih.

V prodaji so baterije z visokim kazalnikom moči, vendar so drage. Včasih je veliko ceneje kupiti več običajnih naprav v kompletu s povezovalnimi kabli.

Dobljeni rezultat je treba pomnožiti z več redukcijskimi koeficienti:

• Izkoristek razsmernika. Ob pravilnem usklajevanju napetosti in moči na vhodu v razsmernik bo dosežena največja vrednost od 0,92 do 0,96.
• Izkoristek napajalnih kablov. Minimizacija dolžine žic, ki povezujejo baterije, in razdalje do razsmernika je potrebna za zmanjšanje električnega upora. V praksi znaša vrednost kazalnika od 0,98 do 0,99.
• Minimalno dovoljeno praznjenje baterij. Za vsako baterijo obstaja spodnja meja napolnjenosti, pri kateri se življenjska doba naprave občutno zmanjša. Običajno krmilniki nastavijo minimalno vrednost napolnjenosti na 15 %, zato je koeficient približno 0,85.
• Največja dovoljena izguba zmogljivosti pred zamenjavo baterij. Sčasoma naprave starajo, njihov notranji upor se povečuje, kar vodi v nepovratno zmanjšanje njihove zmogljivosti. Uporaba naprav, katerih preostala zmogljivost je manjša od 70 %, ni rentabilna, zato je treba vrednost kazalnika vzeti kot 0,7.

V nasprotju s splošnim prepričanjem izkoristka baterije – razmerja med prejeto in oddano električno energijo – ne bi smeli vključiti v izračun. Kazalnik zmogljivosti baterije, naveden v tehnični dokumentaciji, upošteva možni volumen za oddajo.

Posledično bo vrednost integralnega koeficienta pri izračunu potrebne zmogljivosti za nove baterije približno 0,8, za stare, pred njihovo odpisom, pa 0,55.

Za oskrbo hiše z električno energijo pri trajanju cikla polnjenja – praznjenja, ki je enak 1 dnevu, bo potrebnih 12 baterij. Ko bo en blok iz 6 naprav deloval v načinu praznjenja, se bo drugi blok polnil.

Največji dovoljeni tokovi

Za vsak akumulator je v tehnični dokumentaciji naveden največji dovoljeni polnilni tok. Preseganje te vrednosti vodi do pregrevanja naprave ter do hitrega in nepovratnega zmanjšanja njenih lastnosti.

Zato je treba pri izbiri baterij za sestavljanje sistemov z akumulatorjem zagotoviti, da lahko porabijo elektriko, ki jo proizvajajo sončne celice.

Še en pomemben kazalnik je dovoljeni praznilni tok:

• Običajni praznilni tok, za delovanje pri katerem (ali nižji vrednosti) je akumulator namenjen. Delovanje vse priključene električne opreme v sistemu mora biti zagotovljeno s tem kazalnikom.
• Največji praznilni tok, ki ga lahko naprava kratkotrajno zagotovi pri konicah obremenitve. Takšne obremenitve lahko nastanejo ob vklopu določene opreme, na primer tiste, ki vsebuje kompresorje hladilnika ali klimatske naprave.

Dolgotrajno preseganje prvega kazalnika ali kratkotrajno preseganje drugega vodi do prezgodnje obrabe akumulatorja. Pri staranju naprav se ti kazalniki zmanjšajo za 20-30%, kar je prav tako treba upoštevati.

Značilnosti naprave in glavni parametri

Avtomobilski akumulatorji niso namenjeni za delo z velikim številom ciklov polnjenja in praznjenja. Za alternativno in rezervno energetiko se uporabljajo naprave drugega tipa. Ker so njihovi stroški visoki, je treba pred nakupom skrbno preučiti vse parametre.

Načini delovanja akumulatorja v avtomobilu in v sistemu alternativne energetike se tako razlikujejo, da je njegov namen naveden celo na sami napravi.

Uporabljene vrste za alternativno energijo

Skoraj vsi akumulatorji, ki se uporabljajo v alternativni energetiki in so nameščeni v stavbah, spadajo med nezahtevne tipe. Uporabnik nima možnosti izvajati fizičnih operacij, ki bi vplivale na njihovo strukturo.

To je storjeno zato, da bi zmanjšali tveganje fizičnega ali kemičnega vpliva baterij na ljudi, zrak in predmete v njihovi okolici. Zato ni potrebe po podrobnem preučevanju strukture ter fizikalno-kemijskih podrobnosti delovanja akumulatorskih baterij različnih vrst. Več pozornosti je treba nameniti razlikam v glavnih tehničnih značilnostih naprav.

Akumulatorji OPzS so izdelani podobno kot najpreprostejše svinčeno-kislinske naprave. Sprememba oblike pozitivne plošče omogoča zagotavljanje znatno večjega števila ciklov polnjenja in praznjenja kot pri avtomobilskih primerljivih napravah.

Pomanjkljivost je prisotnost tekočega elektrolita, kar je lahko nevarno ob njihovi razplinjenju. Srednja cenovna niša.

Alkalne (nikljeve) akumulatorje uporabljamo redko zaradi njihove neobčutljivosti na majhne tokove pri polnjenju in potrebe po izvedbi celotnega cikla od napolnjenega do izpraznjenega stanja. V nasprotnem primeru se bo zmogljivost baterije zmanjšala.

Prav tako imajo te naprave večjo težo in dimenzije v primerjavi s konkurenti enake kapacitete. Nevarne so ob izgubi tesnosti. Nizka cenovna niša.

Izguba tesnosti akumulatorja je možna ob notranji napaki, previsoki moči polnilnega toka, padcu z višine ali delovanju v neprimernih pogojih. Največje težave bodo pri tem povzročile naprave, ki vsebujejo tekočine, nevarne pri izhlapevanju.

V AGM akumulatorjih je elektrolit v vezanem stanju v strukturi iz steklenih vlaken. Lahko jih polnimo z majhnimi tokovi. So praktično varni in zavzemajo srednjo cenovno nišo med konkurenti.

V GE (gelskih) akumulatorjih je elektrolitu dodan silicijev dioksid, zaradi česar je v gelastem stanju. Naprave imajo visoko stopnjo varnosti in dobre lastnosti. Visoka cenovna niša.

Akumulatorjev za alternativno energijo ne prodajajo v avtomobilskih trgovinah. Lahko jih kupite v podjetjih, ki prodajajo sončne celice, vetrne elektrarne ali prek interneta.

Akumulatorske baterije na osnovi litija (na primer litij-železo-fosfatni modeli) imajo zelo dobre lastnosti, so kompaktne, imajo bistveno manjšo težo, so praktično varne. Vendar je njihova cena bistveno višja od konkurenčnih tipov naprav, celo gelskih.

Z vidika razmerja med ceno in tehničnimi lastnostmi sta gelskega in litijevega tipa akumulatorjev najbolj privlačna. Toda enkratne začetne naložbe vanje so zelo velike, zato so naprave drugih tipov prav tako široko razširjene na trgu baterij za alternativno energijo.

Na domačem trgu so aktivno iskani akumulatorji naslednjih znamk:

Predstavljeni akumulatorji se odlikujejo po odličnih obratovalnih značilnostih in dostopni ceni.

Izbira modela akumulatorja

Glavni parametri akumulatorskih baterij za sončno energetiko, na katere morate biti pozorni pri nakupu, so naslednji:

• napetost in zmogljivost, ki določata moč akumulatorja;
• globina varnega maksimalnega praznjenja, ob upoštevanju katere je možno delovanje akumulatorja v napovedanih rokih proizvajalca;
• zajamčeno število ciklov polnjenja in praznjenja ob upoštevanju vseh tehničnih pogojev;
• velikost samopraznjenja, ki označuje intenzivnost izgube električne energije v napolnjenem akumulatorju med mirovanjem;
• maksimalni polnilni tok, ki določa količino električne energije na enoto časa, ki jo akumulator lahko sprejme brez škode za nadaljnje delovanje;
• običajni praznilni tok, ki določa količino električne energije na enoto časa, ki jo akumulator dolgotrajno lahko odda brez škode za nadaljnje delovanje;
• maksimalni praznilni tok, ki določa količino električne energije na enoto časa, ki jo akumulator kratkotrajno lahko odda brez škode za nadaljnje delovanje;
• optimalna temperatura za delovanje naprave;
• velikost in masa akumulatorja, poznavanje katerih je potrebno za izbiro mesta namestitve in načina montaže.

Vsi ti parametri so opisani v tehnični dokumentaciji, ki je v elektronski obliki objavljena na spletnih straneh vseh večjih proizvajalcev.

Zaključki in koristen video na to temo

Pregled podrobnosti delovanja akumulatorjev različnih tipov za sončne sisteme:

Primerjava različnih tipov zaganjalnih akumulatorjev. Prednosti in slabosti za alternativno energetiko:

Izkušnje z uporabo litijevih (LiFePo4) akumulatorjev. Dejanski blok iz avtomobilskih naprav, podrobnosti njegovega delovanja:

Pravilna izbira akumulatorjev glede na njihove parametre bo omogočila zanesljivo delovanje alternativnega energetskega sistema. Ne varčujte pretirano pri hranilniku električne energije – začetne naložbe se bodo povrnile z neprekinjenim delovanjem sistema za več let vnaprej.

Prosimo, puščajte komentarje v spodnjem bloku, postavljajte vprašanja, objavljajte fotografije na temo članka. Povejte nam, kako ste izbirali akumulatorje za vašo podeželsko mini elektrarno iz sončnih celic. Delite informacije, ki bodo koristne obiskovalcem spletnega mesta.