Солнечные аккумуляторы (аккумуляторы для солнечных батарей). виды

Сравнение свинцово-кислотных и литиевых батарей

Свинцовые батареи стоят дешевле, но они имеют более короткий срок службы и по современным меркам низкую плотность энергии, а некоторые из них требуют регулярного технического обслуживания, чтобы поддерживать их в рабочем состоянии. Литиевые батареи дороже, но они не требуют технического обслуживания и имеют более длительный срок службы, что соответствует их более высокой цене.

Давайте более подробно рассмотрим плюсы и минусы каждого варианта и объясним, почему вы можете выбрать один из них для своей системы.

Свинцово-кислотные с жидким электролитом

Отличительной особенностью этих батарей является то, что свинцовые пластины погружены в жидкий электролит. Их необходимо регулярно проверять и доливать каждые 1-3 месяца, чтобы они работали должным образом. Халатное отношение к обслуживанию может сократить их срок службы и аннулировать гарантию. Поскольку в ходе эксплуатации этот тип АКБ может выделять опасные газы, их необходимо устанавливать в вентилируемом помещении, чтобы позволить газам батареи выходить наружу.

Герметизированные бывают двух типов: AGM и GEL, которые имеют много схожих свойств. Они практически не требуют обслуживания и влагозащищены. Отличия заключаются в электролите – в гелевом аккумуляторе он находится в загущенном состоянии, а в AGM электролит абсорбирован в стекловолокне. Считается, что они не выделяют газы, это не совсем так, поскольку для защиты аккумуляторов предусмотрены клапаны, которые могут открываться в экстренных ситуациях.

Эти аккумуляторы являются разновидностью свинцово-кислотных аккумуляторов: OPzS – с жидким электролитом, а OPzV с электролитом в виде геля. Минусы – низкая плотность энергии и нелинейные разрядные характеристики, свойственные всем свинцовым аккумуляторам. Из плюсов можно отметить 1200-1500 циклов, при глубине разряда на 80%, что в 2-3 раза больше в сравнении с обычными свинцово-кислотными АКБ, но и более высокую цену, которая соизмерима уже со стоимостью LiFePo4 аккумуляторов.

Одним из лучших химических составов литиевых АКБ для солнечных батарей является литий-железо-фосфат LiFePO4, он же LFP, еще встречается название «Лифер». Эта технология имеет в несколько раз больший срок службы, чем у свинцовых АКБ и может использоваться при более глубоких циклах. Благодаря линейным разрядным характеристикам можно использовать меньшую емкость, при разряде большими токами. Они также не требуют обслуживания или вентиляции, в отличие от заливных свинцово-кислотных батарей. LiFePO4 это одна из разновидностей литий-ионных батарей, но в отличие от них LiFePO4 пожаро-взрывобезопасны.

Можно уверенно сказать, что это великолепные аккумуляторы и одни из лучших на данный момент и они имеют все вышеперечисленные плюсы LiFePO4 аккумуляторов, но и еще могут заряжаться просто огромнейшими токами в 10С (для сравнения «свинец» можно заряжать токами 0,1 – 0,2С) и имеют ресурс 16000 циклов. Из минусов можно отметить высокую цену и больший вес в сравнении с LiFePO4.

Имеют очень высокую плотность энергии и малый вес, благодаря чему широко применяются на электротранспорте, в том числе в Тесле, но имеют существенный недостаток – при повреждениях и при работе в нештатном режиме могут воспламеняться. У LiFePO4 и Литий-титанатных аккумуляторов отсутствует этот недостаток, поэтому они более предпочтительны для использования в автономных и бесперебойных системах.

Подводя промежуточный итог, можно отметить, что первоначальные вложения на литиевые батареи больше, но при эксплуатации стоимость владения получается значительно ниже – за время эксплуатации литиевых аккумуляторов приходится несколько раз заменить свинцовые АКБ.

Устройство и принцип работы батареи

Устройство аккумулятора

В конструктивном плане такой прибор состоит из следующих элементов:

• Электродов;
• Разделительных изоляторов.

Электроды – это решетки, выполненные из свинца. Они могут быть положительные, у которых активное вещество представлено перекисью свинца и отрицательных, для которых эта роль выполняется губчатым свинцом. Между ними располагаются сепараторы, погруженные в электролит. Это серная кислота, разведенная дистиллированной водой. Она обладает наибольшей проводимостью при комнатной температуре. Однако в северных районах используется раствор более высокой концентрации.

Работа аккумулятора для солнечных панелей заключается в накоплении энергии с последующей отдачей ее потребителю. Они являются источниками постоянного тока и могут использоваться многократно. При этом имеется возможность многократной зарядки.

Расчёт и выбор аккумулятора

Для того чтобы рассчитать необходимую ёмкость аккумуляторной батареи необходимо знать мощность подключаемых потребителей и время предполагаемой работы АКБ, для обеспечения потребителей электроэнергией.

Это выражается формулой:

Емкость АКБ = 100 × время × мощность нагрузки

После того, как определена необходимая мощность АКБ, следует рассчитать количество аккумуляторов дляобеспечения нормальной работы солнечной электростанции. Для этого полученную общую емкость АКБ необходимо разделить на емкость одного аккумулятора.

Для того чтобы определить время, которое АКБ сможет обеспечивать потребителей электрической энергией, можно воспользоваться следующей формулой:

Время=суммарная ёмкость АКБ × напряжение АКБ × (КПД инвертора/мощность нагрузки)

Когда произведен расчет необходимого количества аккумуляторных батарей, выбран их тип и ёмкость, следует выбрать страну производителя и фирму, выпускающую выбранный тип АКБ.

На российском рынке аккумуляторные батареи представлены как отечественного, так и зарубежного производства, поэтому в данном вопросе советовать сложно, каждый делает свой выбор индивидуально, в зависимости от места проживания, материального достатка и личных предпочтений.

Зачем нужны аккумуляторы в системах на солнечных батареях

Поскольку солнечное излучение величина не постоянная и, если вы не подключены к центральной электросети или подключение не стабильное, недостаточно иметь просто солнечные батареи. Вам нужно где-то хранить энергию и наличие надежных аккумуляторных батарей, поможет вам сохранить электроэнергию, которую ваши солнечные панели производят в течение дня.

Аккумуляторы имеют решающее значение, чтобы использовать вашу систему в рабочем состоянии в любое время суток. С неправильно подобранным банком аккумуляторов, вы сможете воспользоваться солнечной энергией только тогда, когда солнечные батареи ее производят, а при заходе солнца аккумуляторы могут быть не способны выдать необходимую мощность. При отсутствии хороших аккумуляторных батарей вам придется бороться с недостатком энергии, особенно если в сети электроснабжения есть перебои или она попросту отсутствует.

Свинцово – кислотные, в том числе AGM и GEL и литиевые аккумуляторы, набирающие популярность, на сегодня наиболее востребованы для электроснабжения, найдем их отличия и определим преимущества или недостатки.

Какой АКБ выбрать для солнечной электростанции

Производители предлагают большой выбор солнечных батарей и аккумуляторов, запутаться в их характеристиках достаточно просто. Вначале следует определиться с ценовыми показателями, а затем выяснить точные характеристики всех вариантов.

 От количества солнечных систем зависит необходимое количество АКБ

Рейтинг лучших бюджетных вариантов

Среди недорогих, но достаточно практичных АКБ следует выделить несколько наиболее привлекательных своими характеристиками:

• Casil CA 12120 – напряжение АКБ 12 вольт, а емкость 12 ампер*часов, тип батареи AGM, а вес составляет 4 кг;
• Azbist ASAGM-12400M6 – при напряжении в 12 В емкость этой АКБ составляет 40 ампер*часов, в производстве использована технология AGM, но вес 11,8 кг, максимальный ток разряда составит 300 ампер, а заряда 12 А, при саморазряде не более 3%;
• Ventura VG 12-65 GEL – тип батареи гелевая, напряжение 12 вольт, а емкость 65 Ач, вес 22 кг, а срок службы, гарантированный производителем 15 лет или тысяча циклов;
• Pulsar HTL12-55 – гелевая система обладает напряжением 12 вольт и емкостью 55 ампер-часов, масса АКБ составит 16 кг;
• Ostar OP1270 – один из наиболее дешевых вариантов АКБ для зеленых систем, при емкости 7 Ач имеет рабочее напряжение 12 В и создан на основе AGM технологии, вес всего 2,1кг.

Приобретая самый дешевый аккумулятор для солнечной панели обязательно следует учитывать используемую нагрузку. Для большого количества электроприборов этот вариант не подойдет.

Рейтинг лучших универсальных вариантов

Самыми популярными аккумуляторами для солнечных батарей являются приборы средней ценовой категории, они обладают высокими характеристиками при достаточно приемлемой цене. Особого внимания заслуживают следующие модели:

• Challenger A12-80 – модель не на много дороже большинства образцов из низкого сегмента, но емкость уже составляет 81 Ач при напряжении 12 В, вес устройства 24 кг, а работать сможет при температурах от -20 до +60 градусов по Цельсию;
• EverExceed 8G27M-12100MG – гелевый АКБ с напряжением 12 вольт и емкостью 100ампер-часов, рассчитан на 1000 циклов, а максимально низкая температура достигает -40 С;
• Azbist ASGEL-121000M8 – сто ампер-часов и все те же 12 вольт, тип АКБ – гелевый, а максимальный ток заряда составляет 1000 ампер за 5 секунд;
• Logicpower LP-MG12V150AH – емкость увеличена до 150 Ач, а в качестве наполнения используется мультигель, вес составит 57 кг.

Универсальные батареи получится использовать в различных климатических условиях, даже при достижении низких температур.

Рейтинг лучших премиальных вариантов

Работа в экстремальных климатических условиях возможна с использованием премиум сегмента аккумуляторных батарей. Среди них наиболее интересными и мощными моделями считают:

• Siap 6PT180 – работает на жидком электролите и имеет емкость 180 Ач, с ресурсом до 1200 циклов .масса составляет 64 кг;
• B.B.Battery BP230-12/B9 – для производства используется AGM технология, а емкость составляет 230 Ач, максимальный ток разряда составит 800 ампер, а вес 72,5 кг;
• Pulsar HTL12-300 – гелевая система обладает номинальной емкостью 300 Ач, гарантированный срок эксплуатации 15 лет, а вес 80 кг;
• EverExceed ST-6400 – работает на AGM технологии, а емкость его 443 Ач. Главная особенность в удвоенном циклическом ресурсе, все 600 возможных циклов обладают глубиной разряда 100%, а минимальная рабочая температура составляет -40 градусов Цельсия, вес аккумулятора составляет всего 55 кг.

Современные технологии не стоят на месте и на рынке постоянно появляются более мощные новинки, обладающие улучшенными характеристиками.

Почему не автомобильные

Очевидным, на первый взгляд, решением становится установка на солнечную электростанцию нескольких автомобильных  аккумуляторов от грузовика – 180-250Ач.

Мощности сборки таких аккумуляторов действительно должно хватать на питание дома, да и стоимость одной такой батареи начинается с 65$ (за тюменскую батарею), однако авто аккумуляторы рассчитаны на применение в совершенно других условиях и разряд даже на 30% для них – экстремальные условия. В то же время они могут выдавать высокие пусковые токи (для запуска двигателя авто), которые в условиях жилого дома вряд ли пригодятся.

Режим использования в автомобиле отличается от применения аккумуляторов в системе солнечных электростанций. В светлое время суток контроллер в основном только заряжает батарею, а в темное – батарея «кормит» все токоприемники. В этом режиме авто аккумулятор сможет прослужить не больше года, после чего емкость будет очень быстро падать, повышается риск закипания и внезапного выхода из строя.

Правила эксплуатации

Аккумуляторные батареи должны эксплуатироваться в соответствии с правилами:

• Поверхность устройства должна быть сухой и чистой, все металлические части смазаны техническим вазелином, предотвращающим коррозию.
• Для обслуживаемых аккумуляторов необходима регулярная проверка плотности и объема электролита.
• Соблюдение правил подключения, соответствие полярности и типа соединения АКБ.
• Соблюдение специализированных требований, которые изложены в паспорте устройства. В частности, периодичности обслуживания, условий работы, температурного режима эксплуатации

Для необслуживаемых аккумуляторов правила эксплуатации сводятся к обеспечению номинального рабочего и температурного режима, что позволяет продлить срок службы и получить от батарей максимальную отдачу.

Сравнительная таблица аккумуляторов:

Исходя из всех перечисленных аргументов и проведенному сравнительному анализу, можно сделать вывод, что литиевые аккумуляторы имеют превосходство над «свинцовыми» почти по всем параметрам. Но какой из основных трех типов литиевых батарей выбрать?

На наш взгляд на текущий момент лучше выбрать к покупке литий-железо-фосфатные АКБ, они имеют великолепные технические характеристики, долгий срок службы и в отличии от обычных Li-ion полностью безопасны. Более того, их стоимость 2 раза ниже, чем у литий-титанатых аккумуляторов и не смотря, что процессе эксплуатации LTO получаются выгоднее, существует большая вероятность купить восстановленный б/у LTO аккумулятор, который был снят с электротранспорта в Китае.

Поэтому в большинстве случаев предпочтительнее будут аккумуляторы по технологии LiFePO4. 

Виды подходящих аккумуляторов

Самыми подходящими АКБ для солнечных батарей являются гелевые аккумуляторы. Как правило, к этой группе относят еще и приборы с абсорбирующим электролитом. Результат использования обоих мало чем отличается, а общие черты позволяют их применять в солнечных системах.

Главное отличие гелевых АКБ от обычных аналогов – форма электролита. Его химический состав в большинстве случаев остается таким же или незначительно изменяется, но электролит перестает быть жидким. Это достигается посредством использования различных примесей, помогающих достичь загущения и образования гелеобразной субстанции.

 Внутренняя составляющая гелевого аккумулятора

Гелевые аккумуляторы не требуют дополнительного обслуживания в течение срока эксплуатации. Достигается это посредством рекомбинации газов. Ионы водорода и кислорода, испаряясь не уходят вне прибора, а рекомбинируют в воду, что позволяет не доливать воду на протяжении всего срока службы. Такие АКБ называют необслуживаемыми.

Правила эксплуатации

При эксплуатации аккумуляторных батарей, как впрочем и любого технического устройства, необходимо соблюдать правила. В случае использования АКБ в системах солнечных станций, правила эксплуатации определены характером работы подобных систем и выражены в требованиях предъявляемым к аккумуляторам, о чем написано выше.

В связи с большой электрической нагрузкой, которую как правило подключают к системам энергоснабжения, приходится включать в работу несколько аккумуляторных батарей, объединённых в единую группу. Делается это для увеличения общей емкости и для увеличения напряжения на выходе либо для достижения обеих задач.

Используется три схемы включения группы аккумуляторов:

Последовательно. При таком включении емкость группы будет равна ёмкости одного аккумулятора, а
напряжение будет отражено в сумме напряжений всех АКБ группы.

Параллельно. При таком включении напряжение неизменно и равно номинальному напряжению одного аккумулятора, а емкость группы определяется как сумма емкостей включенных АКБ;

Комбинировано. При данной схеме включения используется последовательное и параллельное включение АКБ.

При объединении аккумуляторов в группы следует помнить, что в одной группе следует использовать АКБ:

1. Одного вида;
2. Одной емкости;
3. Одного номинального напряжения.

Желательно, чтобы аккумуляторы были одинакового времени эксплуатации и фирмы производителя.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Спасибо, что дочитали до конца!

Не забывайте ,  в ДЗЕНе

Если статья Вам понравилась!

Следите за нами в твиттере:

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Разновидности

Свинцово-кислотные

Обычные свинцово-кислотные аккумуляторы

AGM аккумулятор Один из наиболее дешевых вариантов, подходящих для систем с солнечными батареями. Из минусов – небольшой срок работы — 5-6 лет. Чувствителен к превышению напряжения заряда. Может работать, будучи заряженным не до конца, но полностью противопоказан перезаряд.

Гелевый аккумулятор Аккумулятор, в котором в качестве электролита используется кислота в форме геля.

Преимущества:

• нет необходимости менять электролиты;
• хорошо выдерживает мороз до 45 градусов;
• он более долговечен — время работы может доходить до 15 лет;
• самый экологичный вариант- устройство, не выбрасывающее вредные вещества в окружающую среду.

Гелевые аккумуляторы более дорогие, но удобнее в обслуживании.

Аккумулятор OPzV с использованием жидкого электролита Раз в год нужно проверять уровень жидкости, и при потребности – доливать. Большое количество циклов сохраняет работоспособность, срок службы больше, чем у гелевого. Повышенная устойчивость к глубокому разряду.

Используется чаще в профессиональных системах из-за своей высокой стоимости.

Щелочные

Вместо кислоты в них используется щелочь.

Их минусы:

• их нужно регулярно проверять на уровень электролита и необходимость в доливе дистиллированной воды;
• тяжелый вес и громоздкость;
• когда они заряжаются, при выкипании выделяют водород, поэтому должны стоять в проветриваемом помещении;
• очень маленькое напряжение.

Плюсы:

• лучше, чем кислотные, выдерживают глубокие разряды и цикличность работы;
• долгий срок службы – в среднем больше 15 лет.

Батареи со встроенными элементами питания

солнечной батарее для зарядки ноутбука

В работе используется литиевый аккумулятор, накапливающий солнечную энергию с помощью специальных панелей. Все вместе это заключено в пластик.

Подобные батареи замечательно подходят для походов и путешествий, позволяя технике работать без подзарядки в течение 10-12 часов. Обычно этого достаточно для комфортного использования любых гаджетов и устройств в походных условиях

Какие брать?

Фактически, аккумуляторы – главный тормоз развития альтернативной энергетики в целом, её слабая сторона. Современные технологии не сделали батареи компактнее, легче и дешевле. Применительно к системе солнечного электроснабжения используются два типа аккумуляторов:

• Кислотные;
• Гелевые.

Разница есть и в цене и во внутреннем строении, но самая большая разница заключается в эффективности. Гелевый аккумулятор гораздо лучше переносит глубокий разряд, это нормальный режим работы для него. К недостаткам гелевых батарей можно отнести низкие пусковые токи при минусовой температуре, хотя в условиях использования в системе электроснабжения дома такие токи не понадобятся. Также, гелевые аккумуляторы стоят значительно дороже.

Инструкции по подключению аккумулятора для солнечных батарей

АКБ при установке солнечных батарей имеют свое место, которое четко определено инструкцией, но следует знать, как подключить солнечную панель к аккумулятору. Соединение с самой зеленой системой выполняется через контроллер, регулирующий загрузку и разгрузку, а с другой стороны АКБ соединяется с инвертором, способным преобразовать ток.

 Схема соединения аккумуляторов для солнечной системы

Необходимый инвентарь

При самостоятельной установке и подключении зеленой системы потребуется приобрести

• панели зеленой системы или фотоэлектрические пластины;
• контроллер заряда, он обеспечит нормированный выход напряжения из аккумулятора;
• собственно, сам АКБ;
• инвертор, способный преобразовать низковольтный ток в необходимый для потребления электроприборами.

Для установки блоков аккумуляторов используют металлические настилы, покрытые полимером. Для подключения потребуется только отвертка. Предварительно следует изучить схему подключения солнечной батареи к аккумулятору с контроллером.

Схема установки

В первую очередь следует подключать контроллер и АКБ, для этого используют клеммы на первом и провода, входящие в его комплект. В первую очередь провода соединяются с контроллером, затем с аккумулятором. Для определения правильного подключения следует воспользоваться дисплеем контроллера. Все параметры сразу на нем отобразятся.

После этого приступают к подключению контроллера к самим батарея и АКБ к инвертору. Третья пара клемм на инверторе предназначена для подключения ночного освещения, в отсутствие необходимости их можно не использовать.

Выводы и полезное видео по теме

Обзор нюансов функционирования аккумуляторов разных типов для гелиосистем:

Сравнения разных типов стартерных аккумуляторов. Плюсы и минусы для альтернативной энергетики:

Опыт использования литиевых (LiFePo4) аккумуляторов. Реальный блок из автомобильных устройств, нюансы его работы:

Правильный выбор аккумуляторов по их параметрам позволит обеспечить надежную работу альтернативной энергосистемы. Не надо чрезмерно экономить на блоке хранения электроэнергии – первоначальные стартовые вложения окупятся бесперебойной работой системы на несколько лет вперед.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin