Akumuliatoriai saulės baterijoms: tinkamų akumuliatorių rūšių ir jų ypatybių apžvalga

Alternatyviosios energetikos sistemos vis dažniau naudojamos gyvenamųjų namų aprūpinimui elektra. Kadangi elektros gamybos ir vartojimo režimai skiriasi, būtina užtikrinti jos kaupimą vėlesniam atidavimui. Sutinkate?

Norint naudoti energiją savininkui reikiamu laikotarpiu, į schemą įtraukiami saulės baterijų akumuliatoriai. Papasakosime, kaip tinkamai parinkti įrenginius, skirtus veikti įkrovimo ir iškrovimo ciklais. Mūsų rekomendacijos padės išsirinkti optimalų modelį.

Akumuliatoriai buitinėje saulės energetikos sistemoje

Supratimas apie akumuliatorių naudojimo būdus ir niuansus aprūpinant objektą elektra iš saulės baterijų leis teisingai pasirinkti įrenginius ir užtikrins maksimalų sistemos efektyvumą.

Norint atlikti apgalvotą pirkimą, būtina nuodugniai išsiaiškinti akumuliatorių masyvo (bloko) sudarymo būdus ir pagrindinių charakteristikų apskaičiavimo taisykles.

Priemonių jungimo į vieną masyvą būdas

Gyvenamieji ir pramoniniai objektai vartoja didesnę elektros apkrovą, nei gali užtikrinti vienas akumuliatorius. Tuo atveju, jei saulės energetikos sistema skirta dideliam elektros prietaisų kiekiui, būtina sukurti akumuliatorių masyvą, panašiai kaip jungiama saulės baterijų.

Akumuliatorių prijungimas į vieną elektros energijos saugojimo masyvą gali būti atliekamas lygiagrečiu, nuosekliu arba mišriu būdu. Pasirinkimas priklauso nuo reikiamų išėjimo galios ir įtampos rodiklių.

Priklausomai nuo akumuliatorių tarpusavio prijungimo būdo, galima pasiekti skirtingas išėjimo įtampos vertes, tačiau nereikėtų kurti labai sudėtingų schemų, kad būtų išvengta išlyginamųjų srovių tarp masyvo įrenginių susidarymo.

Akumuliatorinės baterijos įrengiamos namuose ar kituose pastatuose, kad aplinkos oro temperatūra būtų nuo 10 iki 25 laipsnių Celsijaus virš nulio ir kad ant jų nepatektų vandens. Tai žymiai prailgina įrenginių tarnavimo laiką ir sumažina elektros energijos nuostolius.

Šiuolaikinės akumuliatorinių baterijų, skirtų įrengti gyvenamuosiuose pastatuose, gamybos technologijos numato padidintas aplinkos saugos priemones. Todėl nereikia imtis jokių specialių intensyvaus patalpos vėdinimo priemonių. Tačiau vis tiek nerekomenduojama jų dėti gyvenamosiose patalpose.

Kadangi akumuliatoriai yra gana sunkūs (12 voltų ir 200 Ah įrenginys sveria apie 70 kg), jie turi būti dedami ant grindų arba ant tvirtų ir patikimai pritvirtintų stelažų.

Būtina užkirsti kelią akumuliatorių nukritimo iš aukščio tikimybei, nes tokiu atveju jie sugenda, o sistemos su skystu elektrolitu dar ir pavojingos žmogaus sveikatai, jei jos praranda sandarumą.

Didėjant maitinimo kabelio ilgiui, didėja elektrinė varža, dėl to mažėja sistemos efektyvumas. Todėl akumuliatoriai dedami kuo arčiau vienas kito, kad būtų sumažintas bendras laidų ilgis.

Akumuliatorinių baterijų stelažas turi atlaikyti didelį svorį. Pavyzdžiui, aštuonių dviejų šimtų ampervalandžių akumuliatorių blokas sveria daugiau nei pusę tonos.

Sistemos veikimo ypatumai

Lygiagrečiai ir kombinuotai nuosekliai-lygiagrečiai jungiant akumuliatorius į vieną masyvą, galimas įrenginių disbalansas pagal įkrovos lygį. Dėl to įrenginys veiks ne visu ciklu, o tai reiškia, kad jo resursas bus išnaudotas greičiau.

Saulės elektros energijos gavimo sistema visada turi valdiklį, kuris valdo akumuliatoriaus įkrovą. Jei sukuriamas baterijų masyvas, papildomai būtina įrengti įkrovą išlyginančius trumpiklius.

Kad išvengtumėte netolygaus įkrovimo ir iškrovimo problemų, kylančių sujungus akumuliatorius į vieną masyvą, būtina naudoti to paties modelio įrenginius, o dar geriau – tos pačios partijos. Ši taisyklė aktuali ne tik saulės energetikos sistemoms.

Šiuo metu praktiškai visus būstus galima aprūpinti prietaisais, veikiančiais iš 12 ar 24 voltų tinklo, įskaitant šaldytuvus, televizorius ir pan. Tačiau tokios įtampos elektros instaliacija visame name nėra prasminga, nes srovės galia bus labai didelė.

Taigi, įgyvendinant tokią idėją, reikalingas brangus kabelis su dideliu laidų skerspjūviu, o elektros varžos nuostoliai bus dideli.

Praktiškai visi buitiniai prietaisai turi modelius, veikiančius nuo 12 voltų nuolatinės srovės tinklo. Jei elektros kabelio instaliacija nėra per ilga, galima naudoti žemos įtampos sistemą.

Todėl arti akumuliatorių baterijų įrengiamas inverteris – įtaisas elektros įtampai konvertuoti.

Be to, reali akumuliatorių bloko išėjimo įtampa gali šiek tiek skirtis nuo deklaruojamos. Pavyzdžiui, visiškai įkrauti populiarūs geliniai akumuliatoriai, naudojami schemoje su saulės baterijomis, išduoda 13–13,5 voltų įtampą, todėl inverteris atlieka stabilizatoriaus funkcijas.

Reikalingos baterijų talpos apskaičiavimas

Akumuliatorių talpa apskaičiuojama atsižvelgiant į numatomą autonominio darbo be įkrovimo laikotarpį ir bendrą elektros prietaisų suvartojamą galią.

Vidutinę elektros prietaiso galią per laiko intervalą galima apskaičiuoti taip:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Kur:

• P₁ – prietaiso vardinė galia;
• T₁ – prietaiso veikimo laikas;
• T₂ – bendras apskaičiuotas laikas.

Praktiškai visoje Rusijos teritorijoje būna ilgalaikių laikotarpių, kai saulės baterijos neveikia dėl blogų oro sąlygų.

Įrengti didelius akumuliatorių masyvus, kad jie būtų visiškai apkrauti vos kelis kartus per metus, yra nenaudinga. Todėl renkantis laiko intervalą, per kurį prietaisai veiks tik iškrovimo režimu, reikia vadovautis vidutiniais statistiniais duomenimis.

Saulės plokščių generuojamos energijos kiekis priklauso nuo debesų tankio. Jei debesuotas oras regione nėra retenybė, tuomet nepakankamą įeinantį galingumą reikia įvertinti skaičiuojant akumuliatorių bloko apimtį.

Jei planuojama sukauptą energiją naudoti per parą, pavyzdžiui, šildymui saulės baterijomis, tuomet skaičiavimams geriau pasirinkti šiek tiek didesnį intervalą, pavyzdžiui, 30 valandų.

Jei ilgą laikotarpį nėra galimybės naudoti saulės baterijų, reikia taikyti kitą elektros energijos gavimo sistemą, pagrįstą, pavyzdžiui, dyzeliniu arba dujų generatoriumi.

100 % įkrautas akumuliatorius prieš visišką išsikrovimą gali atiduoti galią, kurią galima apskaičiuoti pagal formulę:

P = U x I

Kur:

• U – įtampa;
• I – srovės stipris.

Taigi vienas akumuliatorius, kurio įtampa yra 12 voltų, o srovės stipris – 200 amperų, gali pagaminti 2400 vatų (2,4 kW). Norint apskaičiuoti bendrą kelių akumuliatorių galią, reikia susumuoti kiekvieno iš jų gautas vertes.

Parduodami didelės galios akumuliatoriai, tačiau jie yra brangūs. Kartais daug pigiau įsigyti kelis įprastinius įrenginius su jungiamaisiais kabeliais.

Gautą rezultatą būtina padauginti iš kelių mažinimo koeficientų:

• Inverterio naudingumo koeficientas. Tinkamai suderinus įtampą ir galią inverterio įėjime, pasiekiama maksimali reikšmė nuo 0,92 iki 0,96.
• Maitinimo kabelių naudingumo koeficientas. Siekiant sumažinti elektrinę varžą, būtina minimizuoti akumuliatorius jungiančių laidų ilgį ir atstumą iki inverterio. Praktiškai šio rodiklio reikšmė yra nuo 0,98 iki 0,99.
• Minimaliai leistinas baterijų išsikrovimas. Bet kuriam akumuliatoriui yra žemiausia įkrovimo riba, kurią peržengus įrenginio tarnavimo laikas smarkiai sutrumpėja. Paprastai valdikliai nustato minimalią įkrovimo vertę 15 %, todėl koeficientas yra maždaug 0,85.
• Maksimaliai leistinas talpos praradimas prieš keičiant akumuliatorius. Laikui bėgant įrenginiai sensta, didėja jų vidinė varža, o tai lemia negrįžtamą talpos mažėjimą. Naudoti įrenginius, kurių liekamoji talpa mažesnė nei 70 %, yra nenaudinga, todėl šį rodiklį reikia imti 0,7.

Priešingai populiariai nuomonei, akumuliatoriaus naudingumo koeficiento – gautos ir atiduotos elektros energijos santykio – į skaičiavimus įtraukti nereikia. Techninėje dokumentacijoje nurodyta akumuliatoriaus talpos vertė jau atsižvelgia į galimą atiduodamą kiekį.

Galutinė integralinio koeficiento vertė, skaičiuojant reikiamą talpą naujiems akumuliatoriams, bus maždaug 0,8, o seniems, prieš jų nurašymą – 0,55.

Norint aprūpinti namą elektros energija, kai įkrovimo-iškrovimo ciklo trukmė yra 1 para, reikės 12 akumuliatorių. Kai vienas blokas iš 6 įrenginių veiks iškrovimo režimu, antrasis blokas bus įkraunamas.

Maksimalios leistinos srovės

Kiekvienam akumuliatoriui techninėje dokumentacijoje yra nurodyta maksimali leistina įkrovimo srovė. Šios vertės viršijimas sukelia įrenginio perkaitimą, staigų ir negrįžtamą jo rodiklių sumažėjimą.

Todėl renkantis baterijas sistemų su akumuliatoriumi surinkimui būtina įsitikinti, kad jos gali užtikrinti saulės baterijų gaminamos elektros energijos suvartojimą.

Dar vienas svarbus rodiklis – leistina iškrovimo srovė:

• Norminė iškrovimo srovė, kurios dydžiui (arba mažesnei vertei) akumuliatorius yra skirtas. Visos prie sistemos prijungtos elektros įrangos veikimas turi būti užtikrintas šiuo rodikliu.
• Maksimali iškrovimo srovė, kurią įrenginys gali trumpai tiekti esant didžiausioms apkrovoms. Tokios apkrovos gali atsirasti įjungus tam tikrą įrangą, pavyzdžiui, turinčią šaldytuvo ar kondicionieriaus kompresorius.

Pirmojo rodiklio viršijimas ilgą laiką arba antrojo – trumpalaikis – lemia priešlaikinį akumuliatoriaus nusidėvėjimą. Įrenginiams senstant šie rodikliai sumažėja 20-30%, į ką taip pat būtina atsižvelgti.

Įrenginio ypatumai ir pagrindiniai parametrai

Automobiliniai akumuliatoriai nėra skirti darbui su dideliu įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičiumi. Alternatyviajai ir rezervinei energetikai naudojami kitokio tipo įrenginiai. Kadangi jų kaina yra didelė, prieš įsigyjant būtina atidžiai išstudijuoti visus parametrus.

Akumuliatoriaus darbo režimai automobilyje ir alternatyviosios energetikos sistemoje taip skiriasi, kad jo paskirtis nurodoma net ant paties įrenginio.

Alternatyviajai energetikai naudojami tipai

Beveik visi akumuliatoriai, naudojami alternatyviojoje energetikoje ir montuojami pastatuose, priklauso priežiūros nereikalaujančiam tipui. Vartotojas neturi galimybės atlikti su jais fizinių operacijų, kurios paveiktų jų struktūrą.

Tai padaryta siekiant sumažinti baterijų fizinio ar cheminio poveikio žmonėms, orui ir juos supantiems daiktams riziką. Todėl nėra būtinybės išsamiai studijuoti skirtingų tipų akumuliatorių baterijų struktūros ir fizikinių-cheminių darbo niuansų. Daugiau dėmesio reikia skirti įrenginių pagrindinių techninių charakteristikų skirtumams.

OPzS akumuliatoriai yra pagaminti panašiai kaip paprasčiausi švino-rūgšties įrenginiai. Teigiamos plokštelės formos pakeitimas leidžia užtikrinti žymiai didesnį įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičių nei automobiliniai analogai.

Trūkumas yra skysto elektrolito buvimas, kuris gali būti pavojingas juos sandarumui praradus. Vidutinė kainų niša.

Šarminiai (nikeliniai) akumuliatoriai naudojami retai dėl jų nejautrumo mažoms srovėms įkrovimo metu ir būtinybės atlikti pilną ciklą nuo įkrautos iki iškrautos būsenos. Priešingu atveju sumažės baterijos talpa.

Taip pat šie įrenginiai turi didesnį svorį ir matmenis, palyginti su tos pačios talpos konkurentais. Pavojingi, kai pažeidžiamas sandarumas. Žema kainų niša.

Akumuliatoriaus sandarumo pažeidimas galimas dėl vidinio defekto, per didelės įkrovimo srovės, kritimo iš aukščio arba eksploatavimo netinkamomis sąlygomis. Didžiausias problemas sukels įrenginiai, turintys skysčių, pavojingų garuojant.

AGM akumuliatoriuose elektrolitas yra surištas stiklo pluošto struktūroje. Juos galima įkrauti mažomis srovėmis. Praktiškai saugūs ir užima vidutinę kainų nišą tarp konkurentų.

GE (geliniuose) akumuliatoriuose į elektrolitą pridėta silicio oksido, todėl jis yra gelio pavidalo. Įrenginiai pasižymi dideliu saugumu ir geromis charakteristikomis. Aukšta kainų niša.

Alternatyviosios energetikos akumuliatoriai neparduodami automobilių parduotuvėse. Juos galima įsigyti įmonėse, prekiaujančiose saulės baterijomis, vėjo elektrinėmis, arba internetu.

Ličio pagrindo akumuliatoriai (pavyzdžiui, ličio geležies fosfato modeliai) pasižymi labai geromis charakteristikomis, yra kompaktiški, turi žymiai mažesnį svorį, praktiškai saugūs. Tačiau jų kaina yra žymiai didesnė nei konkuruojančių tipų, net gelinių.

Kainos ir techninių charakteristikų požiūriu geliniai ir ličio akumuliatoriai yra patraukliausi. Tačiau vienkartinės pradinės investicijos į juos yra labai didelės, todėl kitų tipų įrenginiai taip pat plačiai paplitę alternatyviosios energetikos akumuliatorių rinkoje.

Vidaus rinkoje aktyviai paklausūs šių prekių ženklų akumuliatoriai:

Pateikti akumuliatoriai pasižymi puikiomis eksploatacinėmis savybėmis ir prieinama kaina.

Akumuliatoriaus modelio pasirinkimas

Pagrindiniai saulės energetikos akumuliatorių parametrai, į kuriuos būtina atkreipti dėmesį perkant, yra šie:

• įtampa ir talpa, lemiančios akumuliatoriaus galią;
• saugaus maksimalaus išsikrovimo gylis, kurio laikantis akumuliatorius gali veikti gamintojo nurodytą laiką;
• garantuotas įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičius, laikantis visų techninių sąlygų;
• savaiminio išsikrovimo dydis, apibūdinantis energijos praradimo intensyvumą įkrautame akumuliatoriuje veikimo pertraukos metu;
• maksimali įkrovimo srovė, nustatanti elektros energijos kiekį per laiko vienetą, kurį akumuliatorius gali priimti nepažeisdamas tolesnio veikimo;
• normali iškrovimo srovė, nustatanti elektros energijos kiekį per laiko vienetą, kurį akumuliatorius gali ilgai atiduoti nepažeisdamas tolesnio veikimo;
• maksimali iškrovimo srovė, nustatanti elektros energijos kiekį per laiko vienetą, kurį akumuliatorius gali trumpai atiduoti nepažeisdamas tolesnio veikimo;
• optimali įrenginio darbo temperatūra;
• akumuliatoriaus dydis ir masė, kurias būtina žinoti norint pasirinkti jo išdėstymo vietą ir montavimo būdą.

Visi šie parametrai aprašyti techninėje dokumentacijoje, kuri elektronine forma pateikiama visų didžiųjų gamintojų svetainėse.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Įvairių tipų akumuliatorių veikimo ypatumų apžvalga saulės sistemoms:

Skirtingų tipų starterinių akumuliatorių palyginimas. Privalumai ir trūkumai alternatyviajai energetikai:

Ličio (LiFePo4) akumuliatorių naudojimo patirtis. Tikras blokas iš automobilinių įrenginių, jo veikimo ypatumai:

Teisingas akumuliatorių pasirinkimas pagal jų parametrus užtikrins patikimą alternatyvios energijos sistemos darbą. Nereikia per daug taupyti elektros energijos kaupimo bloke – pradinės investicijos atsipirks nepertraukiamu sistemos darbu keleriems metams į priekį.

Prašome palikti komentarus žemiau esančiame bloke, užduoti klausimus, skelbti nuotraukas straipsnio tema. Papasakokite mums, kaip rinkotės akumuliatorius sodo mini elektrinei iš saulės baterijų. Dalinkitės informacija, kuri bus naudinga svetainės lankytojams.