Baterii pentru panouri solare: o privire de ansamblu asupra tipurilor de baterii potrivite și a caracteristicilor lor

Sistemele de energie alternativă sunt utilizate din ce în ce mai des pentru alimenarea cu electricitate a locuințelor. Întrucât regimurile de generare și consum de energie diferă, este necesar să se asigure acumularea acesteia pentru livrarea ulterioară. Sunteți de acord?

Pentru a utiliza energia în intervalul de timp necesar proprietarului, se includ acumulatoarele pentru panouri solare în circuit. Vă vom spune cum să alegeți corect dispozitivele destinate funcționării în cicluri de încărcare și descărcare. Recomandările noastre vă vor ajuta să alegeți modelul optim.

Baterii în sistemul de energie solară casnică

Înțelegerea metodelor și a nuanțelor utilizării acumulatoarelor la alimenarea unui obiect cu energie electrică de la panouri solare va permite alegea corectă a dispozitivelor și va asigura eficiența maximă a sistemului.

Pentru a face o achiziție echilibrată, este necesar să înțelegem temeinic metodele de creare a unui ansamblu de acumulatoare (bloc) și regulile de calcul a principalelor caracteristici.

Metoda de combinare a dispozitivelor într-un singur ansamblu

Obietivele rezidențiale și ind ustriale consumă o sarcină electrică ce depășește capacitățile unui singur acumulator. În cazul în care sistemul de energie solară este proiectat pentru un număr mare de aparate elect rice, este necesară crearea unui ansamblu de acumulatoare, urmând exemplul unor grupări similare de panouri solare.

Conectarea acumulatorilor într-un ansamblu unic de stocare a energiei electrice se poate realiza în mod paralel, în serie sau mixt. Alegerea depinde de parametrii necesari de putere și tensiune de ieșire.

În funcție de modul de conectare a acumulatorilor între ei, se pot obține diverse valori ale tensiunii de ieșire, însă nu trebuie create scheme foarte complexe pentru a evita formarea curenților de egalizare între dispozitivele din ansamblu.

Bateriile de acumulatori se plasează în casă sau în altă clădire pentru a asigura o temperatură a aerului ambiental în intervalul de la 10 la 25 de grade Celsius peste zero și pentru a preveni pătrunderea apei asupra lor. Acest lucru prelungește semnificativ durata de viață a dispozitivelor și reduce pierderile de energie electrică.

Tehnologiile moderne de producere a bateriilor de acumulatori destinate amplasării în clădiri rezidențiale prevăd măsuri sporite de siguranță ecologică. Prin urmare, nu este necesar să se ia măsuri speciale de ventilare intensivă a încăperii. Cu toate acestea, nu este recomandat să le amplasați în camerele de locuit.

Deoarece acumulatorii au o greutate semnificativă (un dispozitiv de 12 Volți și 200 Ah cântărește aproximativ 70 kg), aceștia trebuie plasați pe podea sau pe rafturi solide și bine fixate.

Trebuie prevenită posibilitatea căderii acumulatorilor de la înălțime, deoarece în acest caz se vor defecta, iar sistemele cu electrolit lichid sunt, de asemenea, periculoase pentru sănătatea umană în caz de desigilare.

Odată cu creșterea lungimii cablului de alimentare, rezistența electrică crește, ceea ce duce la scăderea randamentului sistemului. De aceea, se practică amplasarea acumulatorilor unul lângă altul pentru a minimiza lungimea totală a cablurilor.

Raftul pentru bateriile de acumulatori trebuie să suporte o greutate mare. Astfel, un bloc de opt acumulatori de 200 Ah cântărește mai mult de jumătate de tonă.

Particularitățile funcționării sistemului

La conectarea în paralel și mixtă serie-paralel a acumulatorilor într-un singur ansamblu, este posibilă dezechilibrarea dispozitivelor în ceea ce privește nivelul de încărcare. Aceasta duce la faptul că dispozitivul va funcționa într-un ciclu incomplet, ceea ce înseamnă că durata sa de viață va fi consumată mai repede.

Sistemul de obținere a energiei electrice de la soare este întotdeauna echipat cu un controler care gestionează încărcarea acumulatorului. În cazul creării unui ansamblu de baterii, este necesară suplimentar instalarea unor punți de egalizare a încărcării.

Pentru a evita problemele de încărcare și descărcare inegală a bateriilor unite într-un singur set, este necesar să se utilizeze dispozitive de același model, și chiar mai bine – din același lot. Această regulă este valabilă nu numai pentru sistemele de energie solară.

Aproape toate locuințele pot fi dotate cu aparate care funcționează la 12 sau 24 de volți, inclusiv frigidere, televizoare etc. Cu toate acestea, cablarea cu o astfel de tensiune în toată casa nu are sens, deoarece puterea curentului va fi foarte mare.

Așadar, la realizarea unei astfel de idei este necesar un cablu scump cu o secțiune mare a conductoarelor, iar pierderile din cauza rezistenței electrice vor fi mari.

Pentru aproape toate aparatele electrocasnice există modele care funcționează pe rețeaua de curent continuu de 12 volți. Dacă cablajul electric nu este prea lung, se poate utiliza un sistem cu tensiune joasă.

Prin urmare, în imediata apropiere a bateriilor se instalează un invertor – un dispozitiv pentru conversia tensiunii electrice.

În plus, tensiunea reală de ieșire a blocului de baterii poate diferi ușor de cea declarată. De exemplu, bateriile cu gel complet încărcate, populare pentru utilizarea în schema cu panouri solare, produc o tensiune de 13-13,5 volți, deci invertorul îndeplinește funcții de stabilizator.

Calculul capacității necesare a bateriilor

Capacitatea bateriilor se calculează în funcție de perioada preconizată de funcționare autonomă fără reîncărcare și de puterea totală de consum a aparatelor electrice.

Puterea medie a unui aparat electric pe un interval de timp se poate calcula astfel:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Unde:

• P₁ – puterea nominală a aparatului;
• T₁ – timpul de funcționare a aparatului;
• T₂ – timpul total de calcul.

Practic, pe întreg teritoriul Rusiei există perioade lungi în care panourile solare nu vor funcționa din cauza vremii nefavorabile.

Instalarea unor seturi mari de baterii pentru a fi încărcate complet doar de câteva ori pe an nu este rentabilă. De aceea, la alegerea intervalului de timp în care dispozitivele vor funcționa doar în regim de descărcare, trebuie să se pornească de la o valoare medie statistică.

Cantitatea de energie generată de panourile solare depinde de densitatea norilor. Dacă vremea înnorată nu este o raritate în regiune, atunci deficitul de putere de intrare trebuie luat în considerare la calculul capacității blocului de baterii.

Dacă se planifică utilizarea energiei acumulate pe parcursul unei zile, de exemplu, în încălzirea cu panouri solare, atunci este mai bine să se ia în calcul un interval ușor mai mare, cum ar fi 30 de ore.

În cazul unei perioade lungi în care nu este posibilă utilizarea panourilor solare, este necesar să se aplice un alt sistem de producere a energiei electrice, bazat, de exemplu, pe un generator diesel sau pe gaz.

Un acumulator încărcat la 100% poate, până la descărcarea completă, furniza o putere care poate fi calculată cu formula:

P = U x I

Unde:

• U – tensiunea;
• I – intensitatea curentului.

Astfel, un acumulator cu parametrii de tensiune de 12 volți și intensitate a curentului de 200 amperi poate genera 2400 wați (2,4 kW). Pentru calcularea puterii totale a mai multor acumulatori, este necesar să se adune valorile obținute pentru fiecare dintre aceștia.

Există în vânzare acumulatori cu un indice de putere mare, dar aceștia sunt scumpi. Uneori este mult mai ieftin să achiziționați mai multe dispozitive obișnuite împreună cu cablurile de conectare.

Rezultatul obținut trebuie înmulțit cu mai mulți coeficienți de reducere:

• Randamentul invertorului. La o corectă potrivire a tensiunii și puterii la intrarea în invertor se va atinge o valoare maximă cuprinsă între 0,92 și 0,96.
• Randamentul cablurilor de putere. Minimizarea lungimii firelor care conectează acumulatorii și a distanței până la invertor este necesară pentru reducerea rezistenței electrice. În practică, valoarea indicatorului este cuprinsă între 0,98 și 0,99.
• Descărcarea minimă admisă a bateriilor. Pentru orice acumulator există o limită inferioară de încărcare, depășirea căreia duce la reducerea semnificativă a duratei de viață a dispozitivului. De obicei, controlerele stabilesc valoarea minimă de încărcare la 15%, astfel coeficientul este de aproximativ 0,85.
• Pierderea maximă admisă a capacității înainte de înlocuirea acumulatorilor. În timp, are loc îmbătrânirea dispozitivelor, creșterea rezistenței lor interne, ceea ce duce la o reducere ireversibilă a capacității acestora. Utilizarea dispozitivelor a căror capacitate reziduală este mai mică de 70% nu este rentabilă, prin urmare valoarea indicatorului trebuie considerată 0,7.

Contrar opiniei răspândite, randamentul acumulatorului – raportul dintre energia electrică primită și cea livrată nu trebuie inclus în calcul. Indicatorul capacității acumulatorului specificat în documentația tehnică ia în considerare volumul posibil pentru livrare.

În final, valoarea coeficientului integral la calcularea capacității necesare pentru acumulatorii noi va fi de aproximativ 0,8, iar pentru cei vechi, înainte de casarea lor – 0,55.

Pentru a asigura locuința cu energie electrică, la o durată a ciclului de încărcare-descărcare de 1 zi, vor fi necesari 12 acumulatori. Când un bloc de 6 dispozitive va funcționa în regim de descărcare, al doilea bloc se va încărca.

Curenții maximi admisibili

Pentru fiecare acumulator, în documentația tehnică este specificat curentul maxim admisibil de încărcare. Depășirea acestei valori duce la supraîncălzirea dispozitivului și la o scădere bruscă și ireversibilă a performanțelor sale.

Prin urmare, la alegerea bateriilor pentru asamblarea sistemelor cu acumulator, este necesar să vă asigurați că acestea pot asigura consumul de electricitate produsă de panourile solare.

Un alt parametru important este curentul de descărcare admisibil:

• Curentul nominal de descărcare, pentru funcționarea la această valoare (sau la o valoare mai mică) este destinat acumulatorul. Funcționarea întregului echipament electric conectat în sistem trebuie asigurată de acest parametru.
• Curentul maxim de descărcare pe care dispozitivul îl poate furniza pe termen scurt la sarcinile de vârf. Astfel de sarcini pot apărea la pornirea unor echipamente, de exemplu cele care conțin compresoare de frigider sau aer condiționat.

Depășirea pe o perioadă lungă a primului parametru sau pe termen scurt a celui de-al doilea duce la uzura prematură a acumulatorului. Odată cu îmbătrânirea dispozitivelor, acești parametri scad cu 20-30%, ceea ce trebuie de asemenea luat în considerare.

Caracteristicile dispozitivului și parametrii principali

Acumulatorii auto nu sunt proiectați pentru un număr mare de cicluri de încărcare și descărcare. Pentru energia alternativă și de rezervă se utilizează dispozitive de alt tip. Deoarece costul lor este ridicat, este necesar să studiați cu atenție toți parametrii înainte de achiziționare.

Modurile de funcționare ale acumulatorului într-un automobil și într-un sistem de energie alternativă diferă atât de mult încât destinația sa este indicată chiar pe dispozitiv.

Tipurile utilizate pentru energia alternativă

Practic toți acumulatorii utilizați în energia alternativă și instalați în clădiri sunt de tipul fără întreținere. Utilizatorul nu are posibilitatea de a efectua operații fizice care să le afecteze structura.

Acest lucru este făcut pentru a minimiza riscul de impact fizic sau chimic al bateriilor asupra oamenilor, aerului și obiectelor din jur. Prin urmare, nu este necesară o studiere detaliată a structurii și a nuanțelor fizico-chimice de funcționare a acumulatoarelor de diferite tipuri. O atenție mai mare trebuie acordată diferențelor dintre caracteristicile tehnice principale ale dispozitivelor.

Acumulatorii OPzS sunt construiți asemănător celor mai simple dispozitive plumb-acid. Modificarea formei plăcii pozitive permite asigurarea unui număr semnificativ mai mare de cicluri de încărcare și descărcare decât la omologii auto.

Dezavantajul este prezența electrolitului lichid, ceea ce poate fi periculos în cazul depresurizării. O nișă de preț mediu.

Acumulatorii alcalini (cu nichel) sunt folosiți rar din cauza insensibilității lor la curenții mici în timpul încărcării și a necesității de a parcurge un ciclu complet de la starea încărcată la cea descărcată. În caz contrar, va avea loc o scădere a capacității bateriei.

De asemenea, aceste dispozitive au o greutate și dimensiuni mai mari comparativ cu concurenții de aceeași capacitate. Sunt periculoase la decomprimare. Nișă de preț scăzut.

Decomprimarea acumulatorului este posibilă în cazul unui defect intern, a unei puteri excesive a curentului de încărcare, a căderii de la înălțime sau a funcționării în condiții neadecvate. Cele mai mari probleme le vor crea dispozitivele care conțin lichide periculoase la evaporare.

În acumulatoarele AGM, electrolitul se află într-o stare legată în structura din fibră de sticlă. Acestea pot fi încărcate cu curenți mici. Sunt practic sigure și ocupă o nișă de preț mediu printre concurenți.

În acumulatoarele GE (cu gel), în electrolit se adaugă oxid de siliciu, ca urmare acesta se află într-o stare gelatinoasă. Dispozitivele au un grad ridicat de siguranță și caracteristici bune. Nișă de preț ridicat.

Acumulatoarele pentru energie alternativă nu se vând în magazinele auto. Acestea pot fi achiziționate de la firme care vând panouri solare, instalații eoliene sau prin internet.

Bateriile pe bază de litiu (de exemplu, modelele litiu-fier-fosfat) au caracteristici foarte bune, sunt compacte, au o greutate semnificativ mai mică, sunt practic sigure. Cu toate acestea, costul lor este semnificativ mai mare decât cel al tipurilor concurente de dispozitive, chiar și al celor cu gel.

Din perspectiva raportului preț-caracteristici tehnice, tipurile de acumulatoare cu gel și litiu sunt cele mai atractive. Dar investițiile inițiale unice în ele sunt foarte mari, de aceea dispozitivele de alte tipuri sunt, de asemenea, larg răspândite pe piața bateriilor pentru energie alternativă.

Pe piața autohtonă sunt căutate activ acumulatoarele următoarelor mărci:

Acumulatorii prezentați se caracterizează prin performanțe excelente și un preț accesibil.

Alegerea modelului de acumulator

Parametrii principali ai bateriilor pentru sisteme solare, la care trebuie să acordați atenție la cumpărare, sunt următorii:

• tensiunea și capacitatea, care determină puterea acumulatorului;
• adâncimea sigură maximă de descărcare, la respectarea căreia funcționarea acumulatorului este posibilă pe termenele declarate de producător;
• numărul garantat de cicluri de încărcare și descărcare, în condițiile respectării tuturor specificațiilor tehnice;
• valoarea autodescărcării, care caracterizează intensitatea pierderii de energie electrică în acumulatorul încărcat în timpul inactivității;
• curentul maxim de încărcare, care determină cantitatea de energie electrică pe unitatea de timp pe care acumulatorul o poate primi fără a afecta funcționarea ulterioară;
• curentul nominal de descărcare, care determină cantitatea de energie electrică pe unitatea de timp pe care acumulatorul o poate furniza pe termen lung fără a afecta funcționarea ulterioară;
• curentul maxim de descărcare, care determină cantitatea de energie electrică pe unitatea de timp pe care acumulatorul o poate furniza pe termen scurt fără a afecta funcționarea ulterioară;
• temperatura optimă pentru funcționarea dispozitivului;
• dimensiunile și masa acumulatorului, cunoașterea cărora este necesară pentru alegerea locului de amplasare și a metodei de instalare.

Toți acești parametri sunt descriși în documentația tehnică, care este publicată în format electronic pe site-ul tuturor producătorilor importanți.

Concluzii și material video util pe această temă

Prezentare generală a nuanțelor de funcționare a acumulatorilor de diferite tipuri pentru sisteme solare:

Compararea diferitelor tipuri de acumulatori de pornire. Avantaje și dezavantaje pentru energia alternativă:

Experiența utilizării acumulatorilor litiu (LiFePo4). Un bloc real din dispozitive auto, nuanțe ale funcționării sale:

Alegerea corectă a acumulatorilor în funcție de parametrii lor va asigura funcționarea fiabilă a sistemului energetic alternativ. Nu trebuie să economisiți excesiv la blocul de stocare a energiei electrice – investițiile inițiale se vor recupera prin funcționarea neîntreruptă a sistemului pentru câțiva ani înainte.

Vă rugăm să lăsați comentarii în blocul de mai jos, să adresați întrebări, să publicați fotografii pe tema articolului. Povestiți-ne cum ați ales acumulatorii pentru mini-centrala electrică de la cabană alimentată cu panouri solare. Împărtășiți informații care vor fi utile vizitatorilor site-ului.