Особенности аккумуляторов для солнечных батарей

Аккумуляторные батареи представляют важнейший элемент автономных солнечных электростанций. В солнечные дни такие приемные фотоэлементы вырабатывают намного больше энергии, чем требуется. Однако в ночное время их производительность падает до нулевой отметки.

Именно поэтому возникает необходимость накапливать и хранить полученную энергию для дальнейшего использования. Таким образом, аккумуляторы служат накопителем и бесперебойным источником электрической энергии.

Кроме своей основной функции АКБ гелиосистемы решают ряд важнейших задач:

1. Использование накопленной и преобразованной солнечной энергии в ночное время.
2. Перекрытие повышенных нагрузок и расхода энергии, с которыми не могут справиться фотомодули.
3. Компенсация разницы между выработкой и расходом энергии при пасмурной погоде.

Чтобы организовать полноценную энергоотдачу от солнечного излучения одного аккумулятора может быть недостаточно. Зачастую применяется сразу несколько устройств. Для повышения их общей емкости используется три способа коммутации:

1. Последовательный. При данном способе коммутации общая емкость равняется показателю одного отдельного устройства. Этот параметр должен иметь равное значение для всех аккумуляторов, а их общее напряжение должно быть равно сумме напряжений каждой батареи.
2. Параллельный. При таком способе подключения общее напряжение равняется напряжению одного устройства. Емкость каждого элемента складывается в общий показатель.
3. Последовательно-параллельный. Данный способ предусматривает сложение емкостей и напряжения всех устройств АКБ.

При подключении одного внешнего аккумулятора к другому нужно помнить о том, что к общему блоку присоединяются устройства одного типа (производителя, возраста), напряжения и емкости. Лучше, если эти устройства будут выпущены в одной партии. Для удобства их хранения можно располагать батареи на специальных металлических стеллажах.

Особенности использования АКБ разных типов подключения

При последовательной или последовательно-параллельной коммутации все аккумуляторы имеют склонность к разбалансировке. Это значит, что их общее напряжение будет равно расчетной норме цепочки для АКБ. Но при этом назначение каждого устройства будет различным. Такая особенность приводит к преждевременной перезарядке некоторых аккумуляторов и недостаточной зарядке других. Подобная работа системы нередко приводит к преждевременной выработке ресурса.

Чтобы исключить возможность такого явления используются специальные устройства балансировки и контроля зарядов (контроллеры). Кроме того, рекомендуется хотя бы раз в год проверять зарядку каждого аккумулятора.

Последовательно-параллельная коммутация предполагает установку перемычек для соединения средних точек. Такие элементы значительно облегчают выравнивание процесса накопления энергии. Для более равномерного расходования мощностей «плюс» на батарее подключается с ближайшего устройства, а «минус» с устройства по диагонали. Подобный подход позволяет без проблем использовать аккумуляторные батареи весь заявленный срок их эксплуатации.

Ключевые моменты работы АКБ гелиосистем

С учетом специфики выработки электрической энергии солнечными станциями, их аккумуляторы должны соответствовать ряду требований:

1. Небольшой саморазряд
2. Выдержка значительного количества циклов перезарядки
3. Большой зарядный ток
4. Обширный диапазон рабочих температур
5. Максимальная простота обслуживания

Современные АКБ для резервных энергетических систем или «солнечные аккумуляторы» соответствуют всем выше перечисленным требованиям. Они отличаются от других моделей низким саморазрядом и маленькой чувствительностью к циклическим зарядкам и разрядкам. При подключении солнечных батарей к солнечным системам подобного типа достигается максимальный эффект от накопления и использования выработанной солнечной энергии.

Основные критерии выбора АКБ

При подборе аккумуляторов важно обратить внимание на следующие характеристики:

1. Емкость. Самый важнейший параметр аккумулятора. Хорошие АКБ должны сохранять энергию до 4-х суток подряд. Емкость таких устройств определяется исходя из реального потребления энергии. Причем, к рассчитанной сумме прибавляется не менее 35% «запаса прочности» для того, чтоб избежать полной разрядки аккумулятора.
2. Длительность накопления и расходования энергии. Производители аккумуляторов указывают на них различные номинальные показатели. Вследствие этого их емкость и зарядка могут сильно отличаться. К примеру, емкость устройства для десятичасового интервала в два раза больше, чем указывается в номинальных показателях.
3. Габариты и вес. Один и тот же номинал батареи не означает равенства габаритов. Реальная емкость аккумулятора с большим весом превосходит показатели устройства с меньшим весом.
4. Условия эксплуатации. К ним относятся рабочие температуры, необходимость регулярной чистки, обслуживания и вентилирования помещения.
5. Количество разрядочных циклов и срок использования. Чем меньше глубина полной разрядки при эксплуатации, тем больше число циклов перезарядки может выдержать аккумулятор.

При выборе АКБ для солнечной системы сначала рассчитываются ее параметры с учетом хранения, преобразования и потери части энергии в ходе эксплуатации. Показатель эффективности солнечных станций с современными аккумуляторами составляет в среднем 85%.

Виды аккумуляторов в гелиосистемах

Некоторые пользователи пытаются использовать в гелиостстемах обычные автомобильные аккумуляторы. Но это нерациональный подход, поскольку у данных устройств совершенно иное предназначение. Автомобильные аккумуляторы не приспособлены для долгих зарядок слабым током от солнечной энергии. Они довольно быстро саморазряжаются и плохо выдерживают регулярные циклы разрядки и зарядки.

Для солнечных станций лучше всего подходят аккумуляторами никель-кадмиевые или гелевого типа. Совсем недавно стали использоваться аккумуляторы Литий Феррум Фосфатные (LiFePO4). 

AGM-  аккумуляторы

В основе таких аккумуляторов лежат абсорбирующие стекломаты. Между ними находится электролит. Эти устройства эксплуатируются в любом положении, даже в боковом. Они сравнительно недороги и обладают хорошим уровнем заряда. Средний срок эксплуатации аккумуляторов AGM достигает 5 лет.

Особенности внешних аккумуляторов типа AGM:

1. Небольшой размер
2. Возможность переноса в заряженном состоянии
3. Выдержка до 800 циклов зарядок при глубине разряда до 30%
4. Быстрый процесс накопления энергии от источника (чуть более 7 часов на полную зарядку)
5. Оптимальные рабочие температуры от 15 до 25°С. Возможность эксплуатации при низких температурах.

AGM аккумуляторы удовлетворительно реагируют на недостаточную зарядку. Однако попытки быстро перезарядить устройство приводят к поломке. Оставлять их в заряженном состоянии не следует.

Гелевые аккумуляторы

Эти устройства могут работать в любом положении благодаря желеобразной консистенции электролита внутри. В роли разделительных пластин выступает силикагель, который в своих порах содержит электролит. Силикагель полностью заполняет пространство между электродами и исключает процесс осыпания. Такие аккумуляторы никогда не замыкают.

Особенность внутреннего строения гелевых аккумуляторов позволяет им выдерживать стопроцентную разрядку длительное время. Рабочая цикличность АКБ подобного типа превосходит другие устройства в несколько раз. Их стоимость более высокая, чем у других аккумуляторов.

Гелевые аккумуляторы рациональнее, экономичнее и дороже обычных. Они не нуждаются в постоянном профилактическом обслуживании и могут находиться в состоянии стопроцентной разрядки довольно долго и без последствий для дальнейшей работы. За счет маленького саморазряда в них теряется мизерное количество энергии.

1. Небольшой размер
2. Возможность переноса в заряженном состоянии
3. Выдержка до 800 циклов зарядок при глубине разряда до 30%
4. Быстрый процесс накопления энергии от источника (чуть более 7 часов на полную зарядку)
5. Оптимальные рабочие температуры от 15 до 25°С. Возможность эксплуатации при низких температурах.

Заливные  никель-кадмиевые аккумуляторы

В данных АКБ используется только жидкий щелочной электролит. Эти аккумуляторы не нуждаются в обслуживании и контроле Количество электролита в них изменяется примерно раз в год.  Они выдерживают множественные циклы глубокой зарядки и разрядки до 5000 полных циклов. Стоимость заливных  никель-кадмиевые аккумуляторов довольно высока, поэтому они применяются в мощных солнечных батареях.

1. Гарантия производителя - 5 лет. 
2. Возможность переноса в заряженном состоянии
3. Выдержка до 5000 циклов зарядок при глубине разряда до 0%
4. Быстрый процесс накопления энергии от источника (чуть более 4 часов на полную зарядку)
5. Оптимальные рабочие температуры от - 40 до 40°С. 

Многообразие видов аккумуляторов позволяет выбирать наиболее подходящий вариант для конкретных потребностей пользователя.