Akumulatori saules baterijām: piemēroto bateriju veidu apskats un to īpatnības

Alternatīvās enerģētikas sistēmas aizvien biežāk izmanto dzīvojamo māju elektroapgādei. Tā kā elektroenerģijas ražošanas un patēriņa režīmi atšķiras, ir jānodrošina tās uzkrāšana vēlākai atdošanai. Vai piekrītat?

Lai izmantotu enerģiju īpašniekam nepieciešamajā laika posmā, shēmā iekļauj akumulatorus saules baterijām. Mēs pastāstīsim, kā pareizi izvēlēties ierīces, kas paredzētas darbam uzlādes un izlādes ciklos. Mūsu ieteikumi palīdzēs izvēlēties optimālo modeli.

Akumulatori mājsaimniecības gēla enerģētikas sistēmā

Izpratne par akumulatoru izmantošanas veidiem un niansēm, nodrošinot objektu ar elektroenerģiju no saules baterijām, ļaus veikt pareizu ierīču izvēli un nodrošinās maksimālo sistēmas lietderības koeficientu.

Lai veiktu pārdomātu pirkumu, ir jāizprot akumulatoru masīva (bloka) izveides veidi un galveno parametru aprēķināšanas noteikumi.

Ierīču apvienošanas veids vienotā masīvā

Dzīvojamie un rūpnieciskie objekti patērē elektrisko slodzi, kas pārsniedz viena akumulatora iespējas. Gadījumā, ja saules enerģētikas sistēma ir paredzēta lielam elektroierīču skaitam, ir jāizveido akumulatoru bateriju masīvs, līdzīgi kā saules paneļu apvienojums.

Akumulatoru pieslēgšanu vienotā elektroenerģijas uzkrāšanas masīvā var veikt paralēli, virknē vai jauktā veidā. Izvēle ir atkarīga no nepieciešamajiem izejas jaudas un sprieguma rādītājiem.

Atkarībā no akumulatoru savstarpējā pieslēguma veida var sasniegt dažādas izejas sprieguma vērtības, tomēr nevajadzētu veidot pārāk sarežģītas shēmas, lai izvairītos no izlīdzinošo strāvu veidošanās starp ierīcēm masīvā.

Akumulatoru baterijas novieto mājā vai citā ēkā, lai nodrošinātu apkārtējā gaisa temperatūru robežās no 10 līdz 25 grādiem pēc Celsija virs nulles un novērstu ūdens nokļūšanu uz tām. Tas ievērojami pagarina ierīču kalpošanas laiku un samazina elektroenerģijas zudumus.

Mūsdienu tehnoloģijas akumulatoru bateriju ražošanā, kas paredzētas izvietošanai dzīvojamās ēkās, ietver paaugstinātus vides drošības pasākumus. Tāpēc nav nepieciešams veikt īpašus pasākumus telpas intensīvai ventilācijai. Tomēr tos nevajadzētu novietot dzīvojamās istabās.

Tā kā akumulatoriem ir ievērojams svars (ierīce ar 12 voltiem un 200 Ah sver aptuveni 70 kg), tie jānovieto uz grīdas vai izturīgos un droši nostiprinātos plauktos.

Jānovērš akumulatoru nokrišanas iespējamība no augstuma, jo šādā gadījumā tie sabojāsies, un sistēmas ar šķidru elektrolītu turklāt ir bīstamas cilvēka veselībai, ja tās zaudē hermētiskumu.

Palielinoties strāvas kabeļa garumam, palielinās elektriskā pretestība, kas samazina sistēmas efektivitāti. Tāpēc akumulatorus izvieto cieši viens otram blakus, lai samazinātu kopējo vadu garumu.

Plauktam akumulatoru baterijām jāiztur liels svars. Piemēram, astoņu divsimt ampēru akumulatoru bloks sver vairāk nekā pustonnu.

Sistēmas darbības īpatnības

Paralēli un kombinētā virknes-paralēlā akumulatoru savienojumā vienotā masīvā ir iespējama ierīču nelīdzsvarotība uzlādes līmenī. Tas noved pie tā, ka ierīce nedarbosies pilnā ciklā, un tās kalpošanas laiks tiks izsmelts ātrāk.

Saules elektroenerģijas iegūšanas sistēma vienmēr ir aprīkota ar kontrolieri, kas pārvalda akumulatora uzlādi. Veidojot bateriju masīvu, papildus nepieciešama uzlādes izlīdzināšanas džemperu uzstādīšana.

Lai izvairītos no problēmām ar nevienmērīgu uzlādi un izlādi akumulatoriem, kas apvienoti vienā masīvā, ir jāizmanto viena modeļa ierīces, vēl labāk – vienas partijas. Šis noteikums ir aktuāls ne tikai saules enerģētikas sistēmām.

Pašlaik praktiski visu mājokli var nodrošināt ar ierīcēm, kas darbojas no 12 vai 24 voltu tīkla, tostarp ledusskapjiem, televizoriem utt. Tomēr vadu izvilkšana ar šādu spriegumu visā mājā nav jēgas, jo strāvas jauda būs ļoti liela.

Tātad, realizējot šādu ieceri, ir nepieciešams dārgs kabelis ar lielu dzīslu šķērsgriezumu, un būs lieli zudumi no elektriskās pretestības.

Praktiski visai sadzīves tehnikai pastāv modeļi, kas darbojas no 12 voltu līdzstrāvas tīkla. Ja elektriskā kabeļa izvilkšana nav pārāk gara, tad var izmantot sistēmu ar zemu spriegumu.

Tāpēc tiešā akumulatoru bateriju tuvumā uzstāda invertoru – ierīci elektriskā sprieguma pārveidošanai.

Turklāt reālais izejas spriegums no akumulatoru bloka var nedaudz atšķirties no deklarētā. Piemēram, pilnībā uzlādēti populārie izmantošanai shēmā ar saules baterijām gēla akumulatori izdod spriegumu 13-13,5 volti, tāpēc invertors veic stabilizatora funkcijas.

Nepieciešamās bateriju kapacitātes aprēķins

Akumulatoru bateriju jaudu aprēķina, ņemot vērā plānoto autonomās darbības periodu bez uzlādes un elektroierīču kopējo patēriņa jaudu.

Elektroierīces vidējo jaudu laika intervālā var aprēķināt šādi:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Kur:

• P₁ – ierīces nominālā jauda;
• T₁ – ierīces darbības laiks;
• T₂ – kopējais aprēķina laiks.

Praktiski visā Krievijas teritorijā ir ilgstoši periodi, kad saules baterijas nedarbosies sliktu laikapstākļu dēļ.

Uzstādīt lielus akumulatoru masīvus, lai tos pilnībā noslogotu tikai dažas reizes gadā, ir neizdevīgi. Tāpēc, izvēloties laika intervālu, kurā ierīces darbosies tikai izlādes režīmā, ir jāpieiet, ņemot vērā vidējo statistisko vērtību.

Saules paneļu radītās enerģijas daudzums ir atkarīgs no mākoņu blīvuma. Ja mākoņains laiks reģionā nav retums, tad ieejas jaudas trūkums ir jāņem vērā, aprēķinot akumulatoru bloka apjomu.

Ja plāno izmantot uzkrāto enerģiju diennakts laikā, piemēram, apkurei ar saules baterijām, tad labāk ņemt vērā nedaudz lielāku intervālu, piemēram, 30 stundas.

Ilgstoša perioda gadījumā, kad nav iespējams izmantot saules baterijas, ir jāpielieto cita elektroenerģijas iegūšanas sistēma, kas balstīta, piemēram, uz dīzeļa vai gāzes ģeneratoru.

100% uzlādēts akumulators pirms pilnīgas izlādes var nodot jaudu, ko var aprēķināt pēc formulas:

P = U x I

Kur:

• U – spriegums;
• I – strāvas stiprums.

Tā, viens akumulators ar sprieguma parametriem 12 volti un strāvas stiprumu 200 ampēri var ģenerēt 2400 vatus (2,4 kW). Lai aprēķinātu vairāku akumulatoru kopējo jaudu, nepieciešams saskaitīt vērtības, kas iegūtas katram no tiem.

Pārdošanā ir akumulatori ar lielu jaudas rādītāju, bet tie ir dārgi. Dažreiz ir daudz lētāk iegādāties vairākas parastas ierīces komplektā ar savienotājkabeļiem.

Iegūtais rezultāts ir jāreizina ar vairākiem samazinošiem koeficientiem:

• Invertora lietderības koeficients. Pareizi saskaņojot spriegumu un jaudu invertora ieejā, tiks sasniegta maksimālā vērtība no 0,92 līdz 0,96.
• Strāvas kabeļu lietderības koeficients. Lai samazinātu elektrisko pretestību, nepieciešams minimizēt vadu garumu, kas savieno akumulatorus un attālumu līdz invertoram. Praksē rādītāja vērtība ir no 0,98 līdz 0,99.
• Minimāli pieļaujamā bateriju izlāde. Katram akumulatoram ir apakšējais uzlādes limits, kuru pārkāpjot ierīces kalpošanas laiks ievērojami samazinās. Parasti kontrolleri iestata minimālo uzlādes vērtību 15%, tāpēc koeficients ir aptuveni 0,85.
• Maksimāli pieļaujamais jaudas zudums pirms akumulatoru nomaiņas. Laika gaitā notiek ierīču novecošanās, to iekšējās pretestības palielināšanās, kas noved pie neatgriezeniskas to jaudas samazināšanās. Izmantot ierīces, kuru atlikušā jauda ir mazāka par 70%, ir neizdevīgi, tāpēc rādītāja vērtība jāpieņem kā 0,7.

Pretēji izplatītam uzskatam, akumulatora lietderības koeficients – saņemtās un atdotās elektroenerģijas attiecība – nav jāiekļauj aprēķinā. Tehniskajā dokumentācijā norādītais akumulatora jaudas rādītājs ņem vērā iespējamo atdošanas apjomu.

Rezultātā integrālā koeficienta vērtība, aprēķinot nepieciešamo jaudu jauniem akumulatoriem, būs aptuveni 0,8, bet veciem, pirms to norakstīšanas – 0,55.

Lai nodrošinātu māju ar elektroenerģiju, ja uzlādes–izlādes cikla ilgums ir 1 diennakts, būs nepieciešami 12 akumulatori. Kad viens bloks no 6 ierīcēm strādās izlādes režīmā, otrs bloks tiks uzlādēts.

Maksimāli pieļaujamās strāvas

Katram akumulatoram tehniskajā dokumentācijā ir noteikta maksimāli pieļaujamā uzlādes strāva. Šīs vērtības pārsniegšana noved pie ierīces pārkaršanas, tā rādītāju krasas un neatgriezeniskas samazināšanās.

Tāpēc, izvēloties baterijas sistēmu montāžai ar akumulatoru, jāpārliecinās, ka tās spēj nodrošināt saules paneļu saražotās elektroenerģijas patēriņu.

Vēl viens svarīgs rādītājs – pieļaujamā izlādes strāva:

• Parastā izlādes strāva, kuras vērtībai (vai mazākai) akumulators ir paredzēts. Visa sistēmai pievienotā elektroaprīkojuma darbība ir jānodrošina ar šo rādītāju.
• Maksimālā izlādes strāva, ko ierīce īslaicīgi var nodrošināt pie maksimālajām slodzēm. Šādas slodzes var rasties, ieslēdzot noteiktu aprīkojumu, piemēram, tādu, kas satur ledusskapja vai gaisa kondicionētāja kompresorus.

Pirmā rādītāja ilgstoša vai otrā īslaicīga pārsniegšana noved pie priekšlaicīga akumulatora nolietojuma. Ierīcēm novecojot, šie rādītāji samazinās par 20–30%, kas arī jāņem vērā.

Ierīces uzbūves īpatnības un galvenie parametri

Automobiļu akumulatori nav paredzēti darbam ar lielu uzlādes un izlādes ciklu skaitu. Alternatīvajai un rezerves enerģētikai izmanto cita veida ierīces. Tā kā to izmaksas ir lielas, pirms iegādes rūpīgi jāizpēta visi parametri.

Akumulatora darbības režīmi automobilī un alternatīvās enerģētikas sistēmā tik ļoti atšķiras, ka tā paredzētais mērķis tiek norādīts pat uz pašas ierīces

Alternatīvajā enerģētikā izmantotie veidi

Gandrīz visi akumulatori, ko izmanto alternatīvajā enerģētikā un uzstāda ēkās, pieder pie neapkopjama tipa. Lietotājam nav iespējas veikt ar tiem fiziskas darbības, kas ietekmē to struktūru.

Tas darīts, lai samazinātu bateriju fiziskās vai ķīmiskās ietekmes risku uz cilvēkiem, gaisu un apkārtējiem priekšmetiem. Tāpēc nav nepieciešams detalizēti pētīt dažādu veidu akumulatoru bateriju struktūru un fizikāli ķīmiskās nianses. Lielāka uzmanība jāpievērš atšķirībām ierīču galvenajos tehniskajos raksturlielumos.

OPzS akumulatori izgatavoti līdzīgi vienkāršākajām svina-skābes ierīcēm. Pozitīvās plāksnes formas izmaiņa ļauj nodrošināt ievērojami lielāku uzlādes un izlādes ciklu skaitu nekā automobiļu analogiem.

Trūkums ir šķidrā elektrolīta klātbūtne, kas var būt bīstami to atgaisošanas gadījumā. Vidējā cenu niša.

Sārmu (niķeļa) akumulatori tiek izmantoti reti, jo tie nav jutīgi pret nelielām strāvām uzlādes laikā un nepieciešams veikt pilnu ciklu no uzlādēta līdz izlādētam stāvoklim. Pretējā gadījumā samazināsies baterijas ietilpība.

Arī šīm ierīcēm ir lielāks svars un izmēri salīdzinājumā ar tādas pašas ietilpības konkurentiem. Tās ir bīstamas, ja notiek hermētiskuma pārkāpums. Zema cenu niša.

Akumulatora hermētiskuma pārkāpums ir iespējams iekšēja defekta, pārmērīgas uzlādes strāvas jaudas, kritiena no augstuma vai darbības nepiemērotos apstākļos. Lielākās problēmas šādā gadījumā radīs ierīces, kas satur iztvaicējot bīstamus šķidrumus.

AGM akumulatoros elektrolīts atrodas saistītā stāvoklī stikla šķiedras struktūrā. Tos var uzlādēt ar nelielām strāvām. Tie ir praktiski droši un ieņem vidējo cenu nišu starp konkurentiem.

GE (gēla) akumulatoros elektrolītam ir pievienots silīcija oksīds, kā rezultātā tas atrodas gēlveida stāvoklī. Ierīcēm ir augsta drošības pakāpe un labi raksturlielumi. Augsta cenu niša.

Alternatīvās enerģētikas akumulatorus nepārdod automašīnu veikalos. Tos var iegādāties uzņēmumos, kas pārdod saules baterijas, vēja elektrostacijas, vai internetā.

Litija bāzes akumulatoru baterijas (piemēram, litija-dzelzs-fosfāta modeļi) piemīt ļoti labi raksturlielumi, ir kompaktas, ievērojami vieglākas un praktiski drošas. Tomēr to izmaksas ir ievērojami augstākas nekā konkurējošiem ierīču veidiem, pat gēla akumulatoriem.

No cenas un tehnisko raksturlielumu attiecības viedokļa gēla un litija tipa akumulatori ir vispievilcīgākie. Bet vienreizējie sākotnējie ieguldījumi tajos ir diezgan lieli, tāpēc citu tipu ierīces ir arī plaši izplatītas alternatīvās enerģētikas bateriju tirgū.

Vietējā tirgū ir aktīvi pieprasīti šādu zīmolu akumulatori:

Uzrādītie akumulatori izceļas ar izcilām ekspluatācijas īpašībām un pieejamu cenu.

Akumulatora modeļa izvēle

Galvenie saules enerģētikai paredzēto akumulatoru bateriju parametri, kuriem jāpievērš uzmanība, iegādājoties, ir šādi:

• spriegums un kapacitāte, kas nosaka akumulatora jaudu;
• drošās maksimālās izlādes dziļums, kuru ievērojot, akumulators var darboties ražotāja deklarētajos termiņos;
• garantētais uzlādes un izlādes ciklu skaits, ievērojot visus tehniskos nosacījumus;
• pašizlādes lielums, kas raksturo elektroenerģijas zudumu intensitāti uzlādētā akumulatorā dīkstāves laikā;
• maksimālā uzlādes strāva, kas nosaka elektroenerģijas daudzumu laika vienībā, kuru akumulators spēj uzņemt bez kaitējuma turpmākai darbībai;
• parastā izlādes strāva, kas nosaka elektroenerģijas daudzumu laika vienībā, kuru akumulators ilgstoši spēj atdot bez kaitējuma turpmākai darbībai;
• maksimālā izlādes strāva, kas nosaka elektroenerģijas daudzumu laika vienībā, kuru akumulators īslaicīgi spēj atdot bez kaitējuma turpmākai darbībai;
• optimālā temperatūra ierīces darbībai;
• akumulatora izmērs un masa, kuru zināšana ir nepieciešama, lai izvēlētos tā novietošanas vietu un uzstādīšanas veidu.

Visi šie parametri ir aprakstīti tehniskajā dokumentācijā, kuru elektroniskā veidā publicē visu lielo ražotāju vietnēs.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Dažādu tipu akumulatoru darbības nianses saules sistēmām:

Dažādu tipu starterakumulatoru salīdzinājumi. Plusi un mīnusi alternatīvajai enerģētikai:

Litija (LiFePo4) akumulatoru izmantošanas pieredze. Reāls bloks no automobiļu ierīcēm, tā darbības nianses:

Pareiza akumulatoru izvēle pēc to parametriem nodrošinās alternatīvās energosistēmas uzticamu darbību. Nav jātaupa pārmērīgi uz elektroenerģijas uzglabāšanas bloka – sākotnējie ieguldījumi atmaksāsies ar nepārtrauktu sistēmas darbību vairākus gadus uz priekšu.

Lūdzu, atstājiet komentārus zemāk esošajā blokā, uzdodiet jautājumus, publicējiet fotoattēlus par raksta tēmu. Pastāstiet mums, kā izvēlējāties akumulatorus lauku mini elektrostacijai no saules baterijām. Dalieties ar informāciju, kas būs noderīga vietnes apmeklētājiem.