Аккумуляторы для солнечных батарей

Аккумуляторы для солнечных батарей - это буфер, обеспечивающий накопление энергии посредством обратимых химических реакций, благодаря чему гарантируется работа в циклическом режиме.

В солнечных системах используются аккумуляторные батареи герметичные и малообслуживаемые, а также Никель-солевые накопители энергии которые обладают большим ресурсом и предназначены специально для циклической работы. В настоящий момент самые востребованные свинцово-кислотные аккумуляторы для солнечных батарей , т.к это самый доступный класс накопителей энергии обладающий КПД на уровне 80% и широким температурным диапазоном.

Использование различных типов АКБ в солнечной энергетике

Аккумуляторные батареи в автономных системах электроснабжения выполняют две основные функции, сохранение вырабатываемой энергии и обеспечение стабильного выходного напряжения на нагрузках.

Электроэнергия, вырабатываемая солнечными панелями, может запасаться в АБ на длительное время (десятки дней и даже месяцы), и в любой момент может быть передана в нагрузку, при этом разрядный ток может многократно превышать ток заряда и обеспечивать питание нагрузки, мощность которой многократно превышает установленную мощность солнечной батареи.

В системах резервного электроснабжения

В системах резервного электроснабжения солнечные панели заряжают аккумуляторы при наличии сети, и аккумуляторы выдают энергию, когда сеть пропадает. Это очень важно, когда для функционирования систем жизнеобеспечения дома необходима электроэнергия -  питание циркуляционных насосов и электроники котлов, другой электроники и электрооборудованию, работающих по циклическим процессам, и резкое пропажа электросети негативно сказывается на их работоспособности в дальнейшем. Наличие системы бесперебойного электроснабжения позволить не замерзнуть при авариях в электросетях, а также исключить выход из строя дорогостоящего электрооборудования.

В системах с возможностью добавления мощности

Такие системы позволяют обеспечить кратковременно нагрузку мощностью в несколько раз превышающей подключенную мощность сети. Аккумуляторы накапливают энергии в периоды низкого электропотребления, и отдают ее в нагрузку в периоды пикового потребления. Пуск некоторого электрооборудования увеличивает нагрузку в 10 раз.

Рассмотрим  типы и технологии аккумуляторов

AGM – кислотные герметизированные аккумуляторы, в которых электролит адсорбирован стекломатами. Выдерживают примерно 250 – 400 циклов разрядов на 80%. Чувствительны к перезарядам.

Гелевые(GEL) – кислотные герметизированные аккумуляторы, в которых электролит загущён с помощью селикогеля. Выдерживают примерно 350 – 450 циклов разрядов на 80%. Более чувствительны к перезарядам (может выпариться вода). Необходимо обеспечить точное соответствие зарядных токов и напряжений c паспортными характеристиками.

Класс высококачественных кислотных аккумуляторов, построенных на решетчатой структуре пластин с трубчатыми электродами, называются панцирными. Подразделяются на герметизированные гелевые (выдерживают порядка 900 - 1000 циклов разрядов на 80%) и кислотные малообслуживаемые (выдерживают около 1500 циклов). На базе панцирной технологии выпускаются тяговые, стационарные и солнечные АКБ.

Тяговые – предназначены для использования в электроподъемниках и другой электротехнике. Стандартная маркировка – малообслуживаемые PzS (H), герметизированные гелевые – PzV.

Стационарные – применяют на промышленных объектах (там необходима повышенная долговечность и надёжность). Стандартная маркировка - малообслуживаемые в прозрачном корпусе - OPzS, герметизированные гелевые - OPzV. У них самая большая надёжность и самый большой срок службы из всех типов свинцово-кислотных аккумуляторов.

Солнечные – модификация тяговых или стационарных аккумуляторов.

NiNaCl, Никель Натрий Хлоридные - Аккумуляторные батареи, изготовленные по Ni-Солевой технологии из никеля, стали, керамики и обыкновенной поваренной соли. Применимы в таких областях как общая и альтернативная энергетика, телекоммуникации, в регионах с частыми отключениями электричества, в экстремально жарких и холодным климатических условиях (от -40°С до +60°С), при повышенной влажности (исполнение до IP65).

О проблемах эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов.

1. Степень разрядки источника тока.

Свинцовые аккумуляторы не терпят хранения в разряженном состоянии, при падении заряда ниже 20% активизируется процесс образования нерастворимых соединений серы, которые, в первую очередь сказываются на емкости АКБ. Нахождение АКБ в разряженном состоянии (более чем на 80%) в течении более чем 12 часов недопустимо.

Для восстановления сильно разряженной батареи применяется длительный ее заряд очень маленькими токами (0,01 - 0,05С), с последующим восстановительным разрядом очень большим током (0,3 - 0,5 С). И так, 5 - 10 раз. Но если сульфатация превысила некоторый предел, восстановление ёмкости АКБ станет невозможным.

2. Температурный режим

Другим определяющим фактором для времени жизни АКБ, можно назвать температуру электролита. Эксплуатация при повышенной на 10 градусов температуре ведет к сокращению срока службы вдвое (как отмечалось ранее, лучшие АКБ не столь чувствительны к этому параметру).

3. Для долголетия аккумуляторов, необходим и полный, 100% заряд, что затруднительно обеспечить, если сетевого 220В нет вообще и если для заряда использовать только мини электростанцию. Необходимо, хотя бы раз в месяц проводить 13 часовую, 100% зарядку, а в остальное время ограничиваться 80% зарядом. Аккумуляторам вреден и постоянный длительный перезаряд (заряд повышенными токами, и высокое напряжение конца заряда, и высокое напряжение буферного поддержания).

Преимущественные  особенности Ni-Солевых аккумуляторных батарей

·         Неизменные эксплуатационные характеристики в диапазоне температур от -40°С до +60°С. Длительный, практически неограниченный, срок складского хранения без потери емкости и качественных характеристик

Температура окружающей среды не оказывает существенного влияния на срок службы Ni-Солевые АКБ. Что особенно актуально для развития Альтернативной энергетики в России. Изменение емкости Ni-Солевые АКБ происходит в пределах 5%, в зависимости от температуры окружающей среды, в то время как у свинцовых изменение емкости происходит в разы, что наглядно видно из вышеприведенного графика.

·         Более 3000 циклов при глубине разряда 80%

На графике хорошо видны преимущества Ni-солевых АКБ перед другими видами АКБ. В буферном режиме  Ni-солевые АКБ, при разрядах 10-20%, могут прослужить до 100 лет.

·         Батарея способна сохранять накопленную энергию в отключенном состоянии неограниченное время

У Ni-солевых АКБ отсутствует такой эффект как саморазряд. Так, например, саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.

У других свинцово-кислотных АКБ саморазряд составляет 5 - 15% в месяц, в зависимости от условий и температур хранения АКБ.

·         Не требует кондиционирования и вентиляции воздуха, отсутствие выделения в окружающую среду вредных и взрывоопасных веществ

Из-за отсутствия жидкого электролита, отсутствуют любые газовыделения, что присуще ряду кислотных батарей. Свинцово-кислотные АКБ требуют определенных правил утилизации, из-за содержания вредных веществ.

·         Не требует обслуживания в течение всего срока службы батареи. Возможен удаленный мониторинг батареи

С Ni-солевыми АКБ действует принцип «поставил и забыл», вы про нее и не вспомните. Встроенная система мониторинга (BMS), проводит автоматическую диагностику состояния батареи, выявление проблем и отключение батареи из цепи в случае серьезной неисправности. Встроенная защита отключения батареи по низкому напряжению (LVD), а так же, дополнительная защита, обеспечиваемая независимой логической схемой, подключаемой в случае отказа модуля управления (BMS).

Еще одной отличительной особенностью Ni-солевых АКБ является отсутствие обязательной установки батарей АКБ одной партии, что является обязательным условием свинцово-кислотных АКБ. Для Ni-солевых АКБ можно устанавливать батареи разных партий и годов выпуска, что существенно ведет к снижению эксплуатационных расходов, ведь при выходе из строя одной свинцово-кислотной батареи, приходится производить замену всей системы батарей, с Ni-солевыми ситуация иная, в случае выхода одной батареи, она просто заменяется на новую.

·         При одинаковой плотности энергии никель-солевая батарея на 70% легче и на 30% меньше традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

Ni-солевых АКБ собирается из 2,58В элементов, обладающих плотностью энергии 140 Вт/час/кг и 280 Вт/час/лит.

Для сравнения:

AGM - 35 Вт/час/кг и 92 Вт/час/лит

OPzS – 85,7 Вт/час/кг и 135 Вт/час/лит

• Очень низкая совокупная стоимость владения в сравнении с другими технологиями аккумуляторов

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы с технологией AGM. Они имеют большой срок службы в буферном режиме и могут легко отдавать большие токи в течение короткого промежутка времени. Рекомендуется использовать в резервных системах электроснабжения, когда в основном батареи находятся в заряженном состоянии и периодически отдают энергию.

В автономных энергосистемах рекомендуется применять герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы с технологией GEL (гелевые), они лучше переносят циклические режимы работы, когда аккумуляторы периодически заряжаются и разряжаются.

Наиболее экономически выгодным будут аккумуляторы типа OPzV , которые имеют примерно в 3 раза больший срок службы по сравнению с обычными гелевыми аккумуляторами. Они обеспечат надежное электроснабжение в тяжелых цикличных режимах работы.

Аккумуляторы с намазанными пластинами и жидким электролитом типа OPzS намного лучше выдерживают циклические режимы и глубокий разряд. Хотя они значительно дороже, но обеспечивают большую надежность электроснабжения и больший срок службы.

Ni-Солевые аккумуляторы являются, на данный момент, лидером среди других АКБ по всех параметрам – работа в тяжелых цикличных и температурных режимах, огромный срок службы и другие положительные характеристики. Но из-за сложной технологии их изготовления Ni-Солевые аккумуляторы являются и лидером по стоимости.

Свинцово кислотные аккумуляторы для солнечных батарей - устройство и принцип работы

Аккумуляторы для солнечных систем состоят из трубчатых положительных пластин, в целом они обладают герметизированной конструкцией и относятся к классу необслуживаемых батарей. В этих пластинах велико содержание олова и низкое процентное соотношение кальция, они производятся под давлением методом литья. Пластины помещаются в высокопористые конверты, способные удерживать активную массу. В конструкции батареи присутствуют отрицательные пластины, они относятся к решётчатому намазному типу.

Есть также сепараторы, для изготовления которых применяется высокопористый материал с внутренним низким сопротивлением. Крышка и корпус АКБ изготавливаются из ABS пластика, отличающегося отличными техническими характеристиками. Стенки корпуса достаточно толстые, они способны выдержать деформацию при внешнем механическом воздействии, перепадах давления и вибрациях в ходе эксплуатации. Крышка батареи приварена к контейнеру автоматически при помощи термической сварки.

В устройстве используются клеммы, отвечающие за контакт и проводимость тока, для выводов предусмотрена особая уплотнительная система, препятствующая утечке электролита, а также разрушению клемм, под воздействием коррозии. АКБ для солнечных батарей, могут комплектоваться встроенными пламегасителями и предохранительными клапанами, обеспечивающими сброс газа при перегрузках.

Все элементы промеж собой соединяются полностью изолированными гибкими перемычками, прикрепляемыми к выводам при помощи изолированных болтов, оснащённых технологическими отверстиями, обеспечивающими проведение электрических измерений. Эта конструкция обеспечивает оптимальную работоспособность в любых условиях.