Типы аккумуляторов для солнечных панелей: обзор их характеристик и особенностей

Сегодня все больше домов используют альтернативные источники энергии для обеспечения своих нужд в электричестве. Поскольку режимы выработки и потребления энергии не совпадают, необходимо иметь возможность накапливать её для последующего использования. Вы согласны?

Чтобы эффективно применять солнечную энергию в нужное время, аккумуляторы для солнечных батарей становятся незаменимыми. В этой статье мы разберем, как правильно выбирать аккумуляторы, предназначенные для циклов зарядки и разрядки, и наши советы помогут подобрать наилучший вариант.

Существует несколько распространенных типов аккумуляторов, используемых в системах солнечной энергетики. Рассмотрим их подробнее:

• Свинцово-кислотные аккумуляторы: Это наиболее распространённый и доступный тип аккумуляторов. Они дают хорошую производительность, но имеют ограниченный срок службы и низкую эффективность. Использование таких аккумуляторов оправдано для бюджетных систем.
• Литий-ионные аккумуляторы: Эти аккумуляторы отличаются высокой плотностью энергии, длительным сроком службы и низкорежимным саморасходом. Они более эффективны и удобны в эксплуатации, но и стоят дороже. Часто используются в высокотехнологичных установках.
• Никель-металлгидридные аккумуляторы: Более устойчивы к высокому и низкому температурным режимам по сравнению с литий-ионными, но имеют меньшее количество циклов зарядки/разрядки. Редко используются в солнечных системах, так как их цена также высока.
• Натрий-серные аккумуляторы: Это относительно новая технология, которая обещает высокую эффективность, однако в настоящее время они используются преимущественно в крупных промышленных системах. Их преимущества включают длительный срок службы и экологичность.

При выборе аккумулятора для солнечных панелей важно учитывать такие параметры, как емкость, глубина разряда (DoD), температура эксплуатации и совместимость с другими компонентами системы. Также следует обратить внимание на возможность масштабирования системы и гарантии производителя.

Оптимальным решением для большинства домохозяйств являются литий-ионные аккумуляторы, однако свинцово-кислотные аккумуляторы по-прежнему остаются подходящими для более простых и экономных установок. Важно тщательно проанализировать ваши потребности и выбрать аккумулятор, который будет наиболее эффективен и целесообразен для вашего конкретного случая.

Роль аккумуляторов в системе домашней солнечной энергетики

Тщательное понимание способов использования аккумуляторов для электрификации объектов с помощью солнечных панелей позволит вам правильно выбирать устройства и обеспечивать высокую эффективность системы.

Для того чтобы совершить обоснованный выбор, нужно детально изучить принципы формирования аккумуляторных массивов и правила расчета их основных параметров.

Объединение аккумуляторов в массив

Не только жилые, но и производственные объекты требуют больше электричества, чем способны обеспечить отдельные аккумуляторы. Когда система солнечной энергии предназначена для работы с множеством электроприборов, необходимо создать аккумуляторный массив аналогично объединению солнечных панелей.

Аккумулятор – это ключевая часть автономной солнечной системы, позволяющая накапливать, хранить и распределять полученную от солнца энергию в нужных объемах для устройств.

Независимо от величины, стоимости и емкости, все используемые в гелиосистемах аккумуляторы должны быть способны подавать электричество хотя бы на сутки в неблагоприятных погодных условиях.

Для того чтобы обеспечить электричеством дачные участки, хозяйственные постройки и бытовки, достаточно выбрать переносной аккумулятор малой емкости. Главное – его стойкость к большому количеству глубоких циклов зарядки и разрядки.

В зависимости от планируемых условий эксплуатации необходимо выбирать аккумуляторы, учитывая их устойчивость к различным погодным явлениям и низким температурам.

Подключение аккумуляторов в единый массив можно осуществить параллельным, последовательным или смешанным способом. Выбор схемы зависит от требуемых характеристик мощности и напряжения.

В зависимости от типа соединения можно достичь различных значений выходного напряжения, но не стоит усложнять схему, чтобы избежать уравнивающих токов между устройствами в массиве.

Аккумуляторы устанавливаются в помещении или другом строении, где температура воздуха должна поддерживаться в пределах от 10 до 25 градусов Цельсия, избегая попадания влаги на них. Это значительно увеличивает их срок службы и снижает потери энергии.

Современные технологии производства аккумуляторов для жилых помещений учитывают высокие стандарты экологической безопасности, поэтому нет необходимости в интенсивной вентиляции комнаты. Тем не менее, размещение их в жилых помещениях нежелательно.

Из-за значительного веса (например, модель на 12 В и 200 Ач весит около 70 кг) их следует устанавливать на пол или надежные стеллажи с хорошей фиксацией.

Важно предотвратить возможность падения аккумуляторов с высоты, так как они могут выйти из строя, и жидкости из аккумуляторов могут представлять опасность для здоровья при разгерметизации.

Увеличение длины силового кабеля повышает электрическое сопротивление, что приводит к снижению эффективности работы системы. Поэтому часто аккумуляторы устанавливают близко друг к другу для минимизации длины проводов.

Стеллаж для аккумуляторов должен быть прочным и выдерживать большой вес; блок из восьми аккумуляторов на 200 Ач превышает полтонны.

Работа системы в целом

При параллельном и комбинированном соединениях аккумуляторов может происходить разбалансировка по уровню заряда, что приводит к неполному циклу работы и, соответственно, снижению ресурса устройства.

Любая солнечная система также включает контроллер, который управляет зарядкой аккумуляторов. При формировании массива также нужно устанавливать выравнивающие перемычки.

Для предотвращения неравномерной зарядки и разрядки аккумуляторов в массиве стоит использовать устройства одной модели, а желательно и одной партии. Это правило актуально не только для солнечных систем.

В современном жилье можно установить множество приборов, работающих от сети на 12 или 24 В, включая холодильники и телевизоры. Однако прокладывать электропроводку с таким напряжением по всему дому нецелесообразно, так как это создает значительные потери мощности.

Для реализации такой схемы потребуются дорогие провода с большим сечением, что увеличит потери от сопротивления.

На рынке имеются устройства, работающие от 12-вольтовой сети. Если проводка не слишком длинная, можно использовать низковольтную систему.

Поэтому инвертор, преобразующий напряжение, устанавливают рядом с аккумуляторами.

Кроме того, действительное выходное напряжение от аккумуляторного блока может отличаться от указанного. Полностью заряженные гелевые аккумуляторы, популярные в солнечных системах, выдают напряжение 13-13,5 Вольт, поэтому инвертор также выполняет функции стабилизатора.

Определение необходимой емкости аккумуляторов

Емкость аккумуляторов рассчитывают исходя из желаемого времени автономной работы без подзарядки и общей мощности потребляемых приборов.

Среднее значение мощности электроприбора можно вычислить следующим образом:

• P₁ – номинальная мощность прибора;
• T₁ – время работы данного прибора;
• T₂ – общее расчетное время.

По всей территории России есть продолжительные периоды, когда солнечные батареи могут не работать из-за плохих погодных условий.

Установка больших аккумуляторных массивов для редких полных разрядок является нерациональной. Поэтому нужно подбирать временные интервалы, когда устройства будут использоваться на разряженной стадии с учетом среднестатистических значений.

Производительность солнечных панелей зависит от облачности. Если в регионе часто наблюдаются облачные дни, следует учесть недостаток энергии при расчете емкости аккумуляторов.

Если планируется использовать накопленную энергию в течение суток, например, для обогрева на солнечных батареях, целесообразно принять за расчетный период чуть больше, например, 30 часов.

В случае длительных периодов, когда солнечные панели не могут быть использованы, придется рассмотреть альтернативные источники электроэнергии, такие как дизельный или газовый генератор.

Полностью заряженный аккумулятор может выдать максимальную мощность, которую рассчитывают по формуле:

P = U x I

• U – напряжение;
• I – сила тока.

Таким образом, один аккумулятор с параметрами 12 В и 200 А может произвести 2400 ватт (2,4 кВт). Для определения общей мощности нескольких аккумуляторов просто суммируют результаты для каждого из них.

На рынке доступны аккумуляторы с высокой производимостью, но они стоят дорого. Возможно, приобретение нескольких обычных моделей с соединительными кабелями окажется выгоднее.

Результат следует умножить на несколько коэффициентов:

• КПД инвертора. При правильном согласовании параметров на входе инвертора можно достичь максимального значения от 0,92 до 0,96.
• КПД силовых кабелей. Минимизация длины проводов между аккумуляторами и инвертором необходима для снижения сопротивления. В реальности этот параметр составляет от 0,98 до 0,99.
• Минимально допустимый уровень разряда для аккумуляторов. У каждого аккумулятора есть нижний предел зарядки, при превышении которого срок его службы сокращается. Обычно контроллеры устанавливают минимальное значение зарядки около 15%, поэтому этот коэффициент будет 0,85.
• Максимально допустимое понижение емкости до замены аккумуляторов. Со временем они стареют, и их внутреннее сопротивление увеличивается, что сокращает емкость. Использовать устройства, чья остаточная емкость ниже 70%, невыгодно, поэтому этот коэффициент равно 0,7.

Несмотря на распространенные убеждения, КПД аккумулятора как отношение вырабатываемой и потребляемой электроэнергии не следует использовать в расчетах. Показатель емкости в документации учитывает возможный объем отдачи.

Таким образом, итоговое значение интегрального коэффициента для расчета необходимой емкости для новых аккумуляторов составит примерно 0,8, а для старых, перед заменой – 0,55.

Для того чтобы обеспечить дом электроэнергией, при цикле зарядки и разрядки, который составляет 24 часа, понадобится 12 аккумуляторов. В то время как одна группа из 6 аккумуляторов будет осуществлять разряд, другая группа будет в это время заряжаться.

Максимально допустимые токи

В паспорте каждого аккумулятора указаны максимально допустимые параметры зарядного тока. Превышение этого значения может привести к перегреву элемента и внезапному, необратимому снижению его производительности.

Поэтому, выбирая батареи для системы с аккумулятором, очень важно удостовериться, что они способны полностью поддерживать энергоснабжение, созданное солнечными панелями.

Кроме этого, следует обратить внимание на еще один важный параметр — максимальный разрядный ток:

• Номинальный разрядный ток, для работы с которым (или меньшим значением) разработан аккумулятор. Этот ток должен обеспечивать работу всего электрооборудования, подключенного к системе.
• Максимальный разрядный ток, который устройство может кратковременно предоставить при пиковых нагрузках. Такие нагрузки могут возникать, например, при запуске компрессоров холодильников или систем кондиционирования.

Долговременное превышение первого показателя или краткосрочное превышение второго может привести к преждевременному износу аккумулятора. Также стоит учитывать, что с течением времени эти значения могут снижаться на 20-30%.

Характеристики устройства и основные параметры

Автомобильные аккумуляторы не предназначены для многоразовых циклов зарядки и разрядки. В альтернативной энергетике используются устройства другого типа. Учитывая их высокую стоимость, важно тщательно изучить все их характеристики перед покупкой.

Условия эксплуатации аккумуляторов в автомобилях и в системах альтернативной энергетики существенно различаются, поэтому назначение элементов часто указывается непосредственно на корпусе.

Типы аккумуляторов для альтернативной энергетики

Как правило, аккумуляторы, используемые в альтернативной энергетике и устанавливаемые в зданиях, относятся к категории необслуживаемых. Пользователь не имеет возможности проводить физические манипуляции, влияющие на их конструкцию.

Такое решение направлено на снижение риска химического или физического воздействия на людей и окружающую среду. Поэтому нет необходимости углубляться в изучение структуры и физико-химических особенностей различных типов аккумуляторов. Гораздо важнее сосредоточиться на различиях в их основных технических характеристиках.

Аккумуляторы типа OPzS выполнены, как и обычные свинцово-кислотные устройства, однако конструктивные изменения в положительной пластине позволяют значительно увеличить количество циклов зарядки и разрядки по сравнению с автомобильными аналогами.

К минусам можно отнести наличие жидкого электролита, что представляет опасность в случае утечки. Они находятся в среднем ценовом сегменте.

Щелочные (никелевые) аккумуляторы применяются реже из-за их чувствительности к малым токам при зарядке и необходимости прохождения полного цикла от полностью заряженного до полностью разряженного состояния. В противном случае возможно снижение емкости устройства.

Кроме того, они имеют больший вес и габариты в сравнении с аналогами той же емкости. В случае разгерметизации представляют опасность. Средняя ценовая категория.

Разгерметизация может произойти из-за внутренних дефектов, избыточного зарядного тока, падения с высоты или эксплуатации в неблагоприятных условиях. Наибольшую опасность представляют устройства, содержащие вредные жидкости, способные к испарению.

В AGM аккумуляторах электролит содержится в связанном состоянии в структуре стекловолокна. Они могут заряжаться малыми токами и обеспечивают высокую безопасность в эксплуатации при средней ценовой категории.

В GE (гелевых) аккумуляторах электролит дополнен оксидом кремния, что приводит к образованию гелеобразной жидкости. Эти устройства отличаются высокой степенью безопасности и хорошими эксплуатационными характеристиками. Высокая ценовая категория.

Аккумуляторы, используемые в альтернативной энергетике, не реализуются в обычных автомобильных магазинах. Их можно найти в специализированных компаниях, занимающихся продажей солнечных панелей и ветрогенераторов, либо через интернет.

Литиевые аккумуляторы (например, модели литий-железо-фосфат) имеют превосходные характеристики, компактны и легки, но их стоимость заметно выше по сравнению с другими типами, включая гелевые.

С точки зрения соотношения цены и характеристик, гелевые и литиевые аккумуляторы выглядят наиболее привлекательно. Однако начальные вложения в их покупку достаточно высоки, что способствует распространению аккумуляторов других типов на рынке альтернативной энергетики.

На российском рынке особым спросом пользуются аккумуляторы следующих брендов:

Galерея изображений

Аккумуляторы SunStonePower пользуются популярностью благодаря своей доступной цене. Свинцово-кислотные батареи в данной линейке заполнены абсорбированным электролитом, а серия ML оснащена прочной свинцовой решеткой.

Китайские аккумуляторы Delta GX знаменуются стабильной работой, долговечностью и стойкостью к длительным разрядам. Они обладают улучшенными электрическими характеристиками благодаря гелеобразной форме электролита.

Свинцово-кислотные батареи MNB ММ выделяются повышенной герметизацией, а электролит абсорбируется в стекловолоконный сепаратор.

Среди всех литиевых аккумуляторов самым безопасным считается АКБ LT-LYP, который не подвержен самовоспламенению. Его вес в два раза меньше, чем у свинцовых моделей, а срок службы значительно превышает таковой для литий-ионных и свинцово-кислотных устройств.

Свинцово-кислотные аккумуляторы марки Sonnenschein производятся по технологии dryfit. Загущенный внутри корпуса электролит способствует рекомбинации водорода и кислорода. К их преимуществам можно отнести высокую токоотдачу и наличие предохранительного клапана.

Эти надежные устройства работают более десяти лет и оснащены системами, предупреждающими о уровне заряда. Конденсат отводится через специальные клапаны.

Гелевый аккумулятор Haza китайского производства содержит высокоочищенную серную кислоту. Идеальная герметизация исключает необходимость долива воды и включает регулирующий клапан.

В аккумуляторных блоках APS RBC используются свинцово-кислотные батареи от Ventura, CSB, Fiamm и BB Battery, отличающиеся высоким качеством исполнения.