Аккумуляторы для солнечных батарей решают важную задачу – накапливают и хранят выработанную панелями электроэнергию, обеспечивая работоспособность системы в любое время суток. Именно аккумуляторы позволяют использовать солнечную энергию не только днем, когда ее вырабатывают панели, но и при отсутствии солнечного света. Поэтому выбору аккумуляторов для солнечных батарей уделяется особое внимание.
Задачи аккумуляторов
Аккумуляторы для солнечных батарей играют роль посредника между генератором энергии и конечным потребителем. Они накапливают вырабатываемую электроэнергию, хранят ее излишки и затем предоставляют потребителю. Наличие аккумуляторов позволяет:
по максимуму использовать энергию, вырабатываемую солнечной электростанцией, и оптимизировать ее работу;
накапливать энергию днем и использовать ее в вечернее и ночное время;
облегчать работу системы при пиковых нагрузках;
повышать функциональные возможности осветительных приборов и других потребителей энергии в пасмурные дни, при недостатке светового облучения.
Модуль солнечных батарей не подает электроэнергию напрямую потребителям, а заряжает накопительные аккумуляторы схемы. Именно они накапливают электроэнергию и затем передают ее конечным потребителям. Контроллер регулирует процесс заряда, а инвертор преобразует электроэнергию аккумуляторов в соответствии с параметрами потребляющего оборудования.
Характеристики аккумуляторов для солнечных батарей
Процесс заряда АКБ для солнечных батарейОсновными рабочими параметрами накопителей энергии выступают:
Емкость – величина заряда, который полностью заряженная АКБ способна отдать потребляющему оборудованию. Измеряется в ампер-часах, 1 А·ч=3600 Кл.
Напряжение. По выходному напряжению модули солнечных батарей должны соответствовать накопительным АКБ.
Энерговооруженность или энергетическая емкость – количество энергии, которую полностью заряженная АКБ способна отдать потребителям, пока ее выходное напряжение не достигнет допустимого минимума. Измеряется в ватт-часах, 1 Вт·ч=3600 Дж. Рассчитывается, как произведение емкости и напряжения.
Плотность энергии – количество энергии в единице объема или массы АКБ. По этому критерию судят об энергоэффективности разных типов аккумуляторов.
Уровень саморазряда – характеризует потери заряда при отсутствии нагрузки на АКБ, на холостом ходу. Отражает эффективность работы АКБ при длительном хранении накопленной энергии. Зависит от температуры хранения аккумуляторов. Например, саморазряд свинцово-кислотных АКБ при хранении в течение года при температуре +20 °С составляет 40%, а при +5 °С – 15% емкости.
Допустимые условия эксплуатации – температурные и атмосферные, зависят от типа используемых аккумуляторов. Как правило, АКБ чувствительны к температурным скачкам, нагреву выше +40 °С и использованию на морозе ниже -25 °С. Их необходимо беречь от нагрева и воздействия открытого огня, попадания прямых солнечных лучей, воды и атмосферных осадков.
Конструкция корпуса – бывает герметичная (необслуживаемая) или обслуживаемая, которая требует следить за уровнем электролита и доливать дистиллированную воду при испарении. Необслуживаемые устройства более удобны и безопасны в использовании, т.к. при их эксплуатации риск воздействия химических компонентов на организм человека сводится к минимуму.
Важными требованиями к накопителям энергии являются большой ресурс, малый саморазряд и широкий диапазон рабочих температур. Технические характеристики АКБ (емкость, зарядные/разрядные токи, вес, размеры, условия эксплуатации) нужно выбирать с учетом особенностей работы конкретной электростанции.
Виды аккумуляторов для солнечных батарей
По типу химии аккумуляторные батареи делятся на 2 большие группы – свинцово-кислотные и литиевые. В каждой группе есть несколько подгрупп, представители которых имеют свои особенности и преимущества. Свинцово-кислотные АКБ бывают обслуживаемые и необслуживаемые, с жидким, абсорбированным в стекловолокне (AGM) или гелевым электролитом (GEL). В группе литий-ионных батарей отдельно выделяют батареи на основе литий-железо-фосфата (LiFePO4) и литий-титаната (LTO).
В таблице приведен краткий обзор аккумуляторных батарей, используемых в составе электростанций на солнечных панелях.
Тип АКБ
Преимущества
Недостатки
Свинцово-кислотные необслуживаемые, AGM
Герметичная конструкция.
Простота и безопасность использования.
Цена.
Небольшой саморазряд.
Отличная работа в буферном режиме.
Низкая плотность энергии. Нелинейный график разряда.
Низкие зарядные токи – 0,1–0,2С.
Чувствительность к высоким напряжениям заряда.
Ресурс – до 350 циклов.
Неприспособленность для поддержания постоянной нагрузки.
Свинцово-кислотные необслуживаемые, GEL
Герметичная конструкция.
Возможность использования в наклонном положении и на боку.
Простота и безопасность использования.
Небольшой саморазряд.
Низкая плотность энергии. Нелинейный график разряда.
Низкие зарядные токи – 0,1–0,2С.
Ресурс – до 500 циклов.
Свинцово-кислотные обслуживаемые, с жидким электролитом, типа OPzS (панцирные)
Ресурс – до 1500 циклов, благодаря использованию трубчатого анода.
Высокая надежность.
Низкая плотность энергии. Нелинейный график разряда.
Риск утечки жидкого электролита.
Высокая цена.
Небольшие токи заряда – до 0,3С.
Свинцово-кислотные герметичные типа OPzV (панцирные, с электролитом в форме геля)
Герметичная необслуживаемая конструкция.
Ресурс – до 1500 циклов.
Высокая надежность.
Низкая плотность энергии. Нелинейный график разряда.
Небольшие токи заряда – до 0,3С.
Высокая цена – соизмеримая со стоимостью литий-железо-фосфатных батарей.
Li-ion
Легкий вес, высокая плотность энергии, компактность, простота и комфорт эксплуатации.
Ресурс более 1000 циклов.
Отличные рабочие параметры.
Низкий саморазряд.
При нарушении герметичности и выходе из штатного режима работы – риск воспламенения. Для исключения таких ситуаций используются BMS платы защиты и контроля.
LiFePO4
Комфорт, простота и безопасность использования.
Несклонность к возгораниям и взрывам.
Ресурс – более 3000 циклов.
Устойчивость к высоким токам и глубоким разрядам.
Линейные характеристики разряда.
Возможность использования АКБ меньшей емкости при больших токах разряда.
Способность принимать большие токи заряда – до 2С.
Незначительный саморазряд.
Широкий диапазон рабочих температур.
Высокие первоначальные вложения, но в перерасчете на стоимость 1 цикла – отличный выбор.
LTO
В дополнение ко всем преимуществам LFP аккумуляторов – огромные токи заряда (до 10С), ресурс 16000 и выше.
Высокая цена, но в перерасчете на стоимость 1 цикла – наоборот.
Большой вес (низкая удельная энергоемкость).
Щелочные АКБ (Ni-Cd, NiMH) для применения в системах солнечной электроэнергетики не подходят, т.к. не могут принимать заряд малыми токами, которые вырабатывают солнечные панели. Малые токи протекают через щелочные элементы питания, не увеличивая их емкость. Поэтому щелочные АКБ подходят для автономных энергетических систем на основе дизель-генераторов, но не для солнечных панелей.
Какие аккумуляторы лучше для солнечных батарей?
Для применения в системах солнечных электростанций подходят:
Свинцово-кислотные АКБ типа AGM, в вариации VRLA – устройства глубокого разряда, оснащенные толстыми пластинами и клапаном для сброса давления газа.
Свинцово-кислотные АКБ типа GEL в модификации DC – модели глубокого разряда, имеющие утолщенные пластины-электроды.
Гелевые СКА с трубчатыми электродами, тип OPzV – герметичные, подходят для мощных систем.
Обслуживаемые СКА типа OPzS – модели, адаптированные для применения в составе солнечных электростанций. Устанавливаются в помещениях с интенсивной вентиляционной системой и соблюдением требований пожарной безопасности.
Литий-ионные АКБ, особенно модели на основе литий-железо-фосфата. Они максимально безопасны в использовании, очень быстро заряжаются, способны отдавать до 80% заряда, не боятся глубокого разряда и неполного заряда, имеют большой циклический ресурс и высокую удельную емкость. По сравнению со свинцово-кислотными батареями, Li-ion модели той же емкости примерно в 2 раза легче и компактнее.
Лучше всего для применения в составе систем альтернативной электроэнергетики подходят Li-ion батареи типа LiFePO4. Все свинцово-кислотные батареи чувствительны к глубокому разряду, но могут в постоянном режиме подзаряжаться небольшими токами.
[products ids=’2143,2151,2146′]
Расчет энергоемкости батареи
Энергетическая емкость АКБ рассчитывается с учетом прибавок на неизбежные потери, возникающие в автономной системе электроснабжения. Как минимум, запас энергоемкости должен быть достаточным для электроснабжения потребителей в темное время суток. Но лучше, чтобы он соответствовал суточным объемам потребления. К этому значению нужно добавить 40% на неизбежные потери в АКБ и инверторе. Далее рассчитанное значение энерговооруженности стоит увеличить, учитывая тип АКБ и контроллера.
Если электростанция рассчитана на круглогодичное использование, расчетное значение энергоемкости необходимо повысить еще на 50%. Также нужно предусмотреть возможность зарядки АКБ высокими токами – от электросети или генератора. Чтобы избежать разбалансировки аккумуляторов системы и их преждевременного износа, нужно использовать аккумуляторные блоки из одинаковых элементов. Они должны быть идентичны по всем параметрам: типу химии, емкости, напряжению, даже номеру модели и дате выпуска.
Выводы
По всем критериям, кроме цены, Li-ion батареи имеют превосходство перед свинцово-кислотными моделями. И даже по цене они выигрывают, если учесть количество рабочих циклов. Если же выбирать между литий-ионными АКБ разных типов, лучшими на сегодня признаны литий-железо-фосфатные батареи. Они лидируют и по критериям безопасности, и по рабочим параметрам, и по сроку службы. Главное – купить батареи высокого качества, точно соответствующие заявленным характеристикам.
Компания VirtusTec производит высококлассные накопители энергии, включая батареи на основе литий-железо-фосфата. Наша продукция при доступной цене имеет отличные эксплуатационные характеристики, отличается надежностью и долгим сроком службы. Мы проектируем и собираем на заказ АКБ с любыми характеристиками для реализации всевозможных задач, включая эффективную работу домашних и промышленных электростанций на солнечных батареях.
https://kvnews.ru/news-feed/akkumulyator-dlya-solnechnyh-batarey
