Подбираем аккумулятор для солнечной электростанции. Гелевые аккумуляторы для дома


Как выбрать аккумулятор для автономного или резервного питания? © Солнечные.RU

Основным параметром любого аккумулятора является его емкость. В зависимости от того, в какой системе он будет применяться, нужно выбирать необходимый номинал.

В случае, если аккумулятор будет применяться в системе резервного питания и соответственно разряжаться он будет довольно редко (при сбое основного источника электричества), можно рассчитывать необходимую емкость исходя из 100% цикла разряда. И хотя 100% разряд вреден для любых свинцовых аккумуляторов, особенно, если нет возможности сразу их зарядить, в случае эксплуатации резервной системы таких разрядов накопится максимум десяток за год. А любой свинцовый аккумулятор (кроме автомобильных) способен выдержать до 200 полных (на 100%) циклов разрядки. То есть, при таком режиме теоретический срок службы должен составить 200/10=20 лет, однако максимальный срок службы аккумуляторных батарей равен 10 годам. Поэтому для систем резервного питания не имеет никакого смысла приобретать избыточные емкости исходя из 30% или 50% цикла разряда.

Саму же ёмкость нужно рассчитывать исходя из количества энергии, которую необходимо запасти. Например, поставлена задача обеспечить круглосуточную работу насоса системы отопления и периодическую работу освещения:

  • мощность насоса — 50 Вт (работает 24 часа в сутки),
  • мощность нескольких энергосберегающих ламп — 100 Вт (работают в общей сложности 3 часа в сутки),
  • срок работы резервной системы — 2 суток.

Необходимо рассчитать емкость аккумуляторной батареи с учетом 100% разрядного цикла.

Расход электроэнергии за 2 суток составит 50*24*2+100*3*2=3000 Вт*час.

С учетом потерь в инверторе (возьмем для расчета — 10%), необходим запас энергии 3000+10%=3300 Вт*час.

При напряжении 12 В, необходимый номинал составит 3300/12=275 А*час, т.е. в этом случае необходимы 2 батареи емкостью по 140 А*ч.

Данный расчет приведен для случая, когда отсутствует автономный источник энергии, например в виде солнечных батарей. Если же в системе резервного питания предусмотрены солнечные батареи и допустим они выдают 500 Вт*сутки (а столько выдает одна 100 Ваттная панель в солнечную погоду), то необходимо внести соответствующую поправку в расчет, а именно:

При напряжении 12 В, необходимый номинал составит (3300-500*2)/12=192 А*час, т.е в этом случае будет достаточно 2-х батарей емкостью по 100 А*ч.

Для автономной системы желательно производить расчет исходя из 30% разрядного цикла, поскольку в этом случае срок службы аккумуляторов будет фактически определяться количеством циклов заряда/разряда, а это количество тем больше, чем меньше глубина разрядки.

Одним из важных параметров является тип аккумуляторной батареи — AGM, GEL (гелевый) или жидко-кислотный (чаще всего - автомобильный).

Для систем автономного питания применять автомобильные аккумуляторы не рекомендуется по той причине, что они не предназначены для длительной разрядки малыми токами и имеют минимальное число циклов среди прочих типов (обычно, не более 50). Их основное предназначение — отдать очень большой ток стартеру в течение нескольких секунд при старте двигателя.

Однако, существует еще один тип жидко-кислотных аккумуляторов, которые специально предназначены для разрядки малыми токами, так называемые OPzS. Этот тип имеет максимальное число циклов заряда/разряда, в большинстве случаев является обслуживаемым (т.е. требующим контроля за параметрами электролита), а кроме того имеет максимальную цену и по этой причине мало распространен.

Самым распространенным по причине низкой стоимости является AGM тип. Более дорогой, гелевый (GEL) тип также находит свое применение в солнечных электростанциях. О том, какой аккумулятор выбрать, AGM или гелевый, читайте на нашем сайте.

www.solnechnye.ru

Выбираем аккумулятор для солнечной электростанции

Солнечные батареи вырабатывают электричество только в период светового дня. Потребление же электроэнергии происходит практически круглосуточно. Для того, чтобы пользоваться электричеством от солнца в любое время суток, к солнечным электростанциям подключают аккумуляторы.

Почему не автомобильные

Очевидным, на первый взгляд, решением становится установка на солнечную электростанцию нескольких автомобильных  аккумуляторов от грузовика – 180-250Ач.

Мощности сборки таких аккумуляторов действительно должно хватать на питание дома, да и стоимость одной такой батареи начинается с 65$ (за тюменскую батарею), однако авто аккумуляторы рассчитаны на применение в совершенно других условиях и разряд даже на 30% для них – экстремальные условия. В то же время они могут выдавать высокие пусковые токи (для запуска двигателя авто), которые в условиях жилого дома вряд ли пригодятся.

Режим использования в автомобиле отличается от применения аккумуляторов в системе солнечных электростанций. В светлое время суток контроллер в основном только заряжает батарею, а в темное – батарея «кормит» все токоприемники. В этом режиме авто аккумулятор сможет прослужить не больше года, после чего емкость будет очень быстро падать, повышается риск закипания и внезапного выхода из строя.

Емкость

При расчете емкости устанавливаемых в систему солнечной электростанции аккумуляторов следует учитывать следующие параметры:

Температура эксплуатации аккумулятроных батарей – от нее напрямую зависит емкость. Емкость АКБ указывается при температуре окружающей среды в 20°С, а уже при 0°С – емкость снижается до 80%. В общем, вот таблица:

Емкость аккумулятора в зависимости от температуры

В нижней части таблицы указывается коэффициент, на который необходимо умножить емкость в зависимости от температурных условий. Становится понятным, что аккумуляторы выгоднее хранить в отапливаемом помещении.

Уровень допустимого разряда. Батареи нельзя разряжать на все 100% - так они очень быстро выходят из строя, поэтому остаточный ток должен составлять не менее 60-70% и чем больше этот %, тем дольше служит аккумулятор в солнечной электростанции.

Что подключается. К сожалению, стоимость аккумуляторных батарей на данный момент такова, что полностью заменить потребление всех токоприемников с их помощью невозможна. Поэтому под аккумуляторы не подключают ни стиральные машины, ни пылесосы, ни другие мощные потребители. Подключается освещение, холодильник, компьютер/ноутбук.

КПД инвертора. Современные преобразователи постоянного тока в переменный весьма производительны, но не превышают 96%,т.е. 4% вы будете терять гарантированно. Подключение светодиодного освещения напрямую к сети в 12В значительно снижает потери.

При различных подходах к экономии электричества, ваши показатели в таблице могут значительно отличаться.

Токоприемники, способные кормиться от аккумуляторов

  • Переводим потребляемую мощность в амперы 6000 Вт / 12 вольт = 500 А
  • 500 А /1,03 = 515 А (делим на коэффициент, при использовании аккумулятора при t = 25°С
  • 515 А / 0,3 = 1716 А (делим на % допустимого разряда батареи)
  • 585,73 А/ 0,96 = 1787 А (делим на КПД инвертора).

Как видим, для обеспечения 6 кВт в сутки понадобится аккумуляторы, общей емкостью не менее 1787 А/ч

 

Какие брать?

Фактически, аккумуляторы – главный тормоз развития альтернативной энергетики в целом, её слабая сторона. Современные технологии не сделали батареи компактнее, легче и дешевле. Применительно к системе солнечного электроснабжения используются два типа аккумуляторов:

  • Кислотные;
  • Гелевые.

Разница есть и в цене и во внутреннем строении, но самая большая разница заключается в эффективности. Гелевый аккумулятор гораздо лучше переносит глубокий разряд, это нормальный режим работы для него. К недостаткам гелевых батарей можно отнести низкие пусковые токи при минусовой температуре, хотя в условиях использования в системе электроснабжения дома такие токи не понадобятся. Также, гелевые аккумуляторы стоят значительно дороже.

Стоимость

Цена аккумуляторных батарей, вместе с их износом, делают этот элемент самым слабым звеном в цепи солнечного электроснабжения. Из рассмотренного примера видно, что для питания даже самых маломощных приборов, необходимо приобрести 8 аккумуляторов по 200 А/ч каждый. Если перевести все это в цифры, то Delta GX12-200  стоит 452,4$ x 8 = 3619$  - такая система гарантированно прослужит 15 лет.

Видео. Как выбирать аккумулятор

В ролике описаны основные критерии, влияющие на выбор, а также тонкости, связанные именно с применением в системе солнечной электростанции.

Загрузка...

Facebook

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Какие бывают контроллеры для солнечных батарей и как их выбирать Справится ли ветряк с электроснабжением частного дома Собрать своими руками солнечную батарею из подручных средств Комплект солнечных батарей для дачи поможет скомпоновать эффективную систему

electricadom.com

Гелевые аккумуляторы. Преимущества и недостатки

Где применяются гелевые аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы широко используются в различных приборах благодаря ряду существенных преимуществ по сравнению с другими видами батарей. Гелевые аккумуляторы используются:

  • в городском транспорте;
  • на железной дороге;
  • в противопожарных и охранных системах;
  • в компьютерном оборудовании;
  • в системах отопления и водоснабжения.

Основное отличие гелевых аккумуляторов

В обычных  аккумуляторах используется жидкий электролит. В состав гелевых аккумуляторов входит гель из жидкого электролита со специальным стабилизатором.  

Гелевые аккумуляторы имеют ряд преимуществ и ряд недостатков по сравнению с обычными АКБ.

Плюсы гелевых аккумуляторов:

  • не требует постоянного обслуживания;
  • могут работать в любом положении;
  • остаются работоспособными при повреждении корпуса;
  • имеют большой срок эксплуатации;
  • имеют высокий пусковой ток.

Минусы гелевых аккумуляторов:

  • боятся сильного перезаряда,
  • плохо работают при низких температурах;
  • имеют более высокую стоимость;
  • требует специальных устройств для контроля процесса заряда.

Типы гелевых аккумуляторов

Гелевые аккумуляторы производятся по двум технологиям: GEL и AGM

Аккумуляторы GEL могут работать до 10 лет и более. Они гарантированно выдерживает до 1000 циклов разрядки — зарядки. Гелевые АКБ не боятся глубокого разряда  и не требует подзарядки сразу после израсходования  энергии.

Аккумуляторы GEL имеют хорошую рекомбинацию газов в процессе работы, но малая часть газов выходит в окружающую среду. Конструктивно для получения геля  в электролитическую массу вводится двуокись кремния, которая способствует ее «загустению».

Аккумуляторы AGM имеют практически полную рекомбинацию газов в процессе работы. В ходе осуществления химической реакций выделяемые газы (водород, кислород) практически не выделяются во внешнюю среду, а остаются  в порах стекловолокна. А в процессе зарядки аккумулятора они возвращаются в электролит.  Аккумуляторы AGM могут осуществлять  до 500 циклов полной зарядки и разрядки. Конструктивно для удержания электролита в таких АКБ используются специальные впитывающие маты.

Все гелевые аккумуляторы имеют ряд особенностей при использовании, о которых необходимо знать для эффективной эксплуатации и длительной службы технических устройств.

Пять важных свойств гелевых аккумуляторов

Контроль уровня заряда геоевых АКБ

Иногда потребители считают, что закипают только обычные батареи. Однако такое происходит и с гелевыми аккумуляторами, только выглядит это по-другому. Гель, в отличие от жидкости, кипит почти без образования газа. При использовании приборов с гелевыми аккумуляторами необходимо следить, чтобы нагрузка на АКБ не превышала допустимую. В противном случае может запуститься процесс кипения. Кипение происходит в несколько этапов:

  • на металлических пластинах появляются пузырьки газа;
  • пузырьки группируются, не поднимаясь на поверхность, при этом давление внутри гелевого аккумулятора увеличивается;
  • когда давление достигает критической отметки, срабатывает защитный механизм, открывается клапан, и газ с хлопком вырывается на поверхность.

Если гелевый АКБ не снабжен защитным клапаном для выхода лишнего газа, устройство может взорваться. Поэтому требуется контролировать уровень и режим заряда.

Контроль процесса заряда гелевых АКБ

Гелевые аккумуляторы имеют повышенную чувствительность к нарушению режимов заряда. Гелевые АКБ могут быстро приходить в негодность при частом превышении силы тока или напряжения заряда. Для предотвращения быстрого износа гелевого ФКБ рекомендуется применять  зарядные устройства, которые спроектированы с учетом особенностей батарей такого вида. Существуют специальные приборы, такие как SKAT-UTTV. Этот прибор применяется для многоступенчатого заряда, тренировки и восстановления гелевых аккумуляторов.

Контроль температуры при работе гелевых АКБ

Важное свойство гелевого аккумулятора — низкая способность работать при отрицательных температурах окружающей среды, по сравнению с обычными батареями. Необходимо создавать правильный температруный режим для эффективной работы.

Электронная система защиты гелевых АКБ

Гелевые аккумуляторы часто сгорают от короткого замыкания, если на оборудование не установлена электронная защита от короткого замыкания  в сети. Источники бесперебойного питания, работающие на гелевых аккумуляторах, должны быть надежно защищены от замыканий.

Увеличение срока службы гелевых АКБ

Гелевые аккумуляторные батареи рассчитаны на больший срок эксплуатации, большее количество циклов заряда-разряда. Чтобы гелевый аккумулятор отслужил положенный срок, надо содержать и пользоваться им в соответствии с инструкцией. Важно не подвергать его загрязнениям и регулярно производить тренировку аккумулятора. Тренировку гелевых аккумуляторов лучше осуществлять на специальном оборудовании для тренировки АКБ.

volt-amper.ru

Выбор типа аккумулятора для солнечной электростанции

При построении системы альтернативного электроснабжения необходимо решить, в каком режиме она будет эксплуатироваться:

  • Полная замена электросети;
  • Частичная замена;
  • Аварийное электроснабжение.

Полная замена предполагает отключение от централизованной электросети и подключение к собственному источнику электрической энергии. Потребление энергии небольшого частного дома площадью 50м2 на освещение, нагрев воды электрическим бойлером и приготовление пищи на электроплите для семьи из 2-х человек, если не используется электрический отопительный котел, может достигать 400кВт*часов в месяц или 13,3 кВт*часа в сутки.

Если взять резерв 30%, то получается, что необходимо запасти в аккумуляторах не менее 17,3кВт*часов в сутки при условии солнечной погоды и примерно в 1,5 – 2 раза больше при пасмурной. Кроме того, аккумуляторы должны успевать полностью зарядиться за короткий зимний световой день. Таким образом, можно сформулировать следующие критерии выбора аккумуляторной батареи:

  • Аккумулятор должен иметь минимальное время заряда;
  • Должен иметь небольшой ток саморазряда;
  • Должен иметь большое количество циклов заряда – разряда.
  • Должен отдавать большую пиковую мощность.

Рассмотрим четыре основных типа аккумуляторов, обычно используемых для организации электроснабжения.

Свинцово-кислотные, тяговые

Обладают самой низкой плотностью энергии. Время полной зарядки превышает продолжительность светового дня, т.е. он просто не успеет полностью зарядиться. Этих двух минусов достаточно для того, чтобы отказаться от использования аккумуляторов данного типа.

Применять их рекомендуется только для аварийного электроснабжения. Срок службы при оптимальных условиях эксплуатации составляет 3-5 лет.

Нуждаются в периодическом обслуживании для проверки уровня электролита и добавлении дистиллированной воды. Имеют низкий ток саморазряда. Поскольку они негерметичны, то ставятся в отдельное проветриваемое помещение.

GEL – гелевый аккумулятор

Этот тип АКБ обладает более высокой плотностью энергии. Ток зарядки не должен превышать 0,2 от емкости. Это значит, что минимальное время заряда аккумулятора составит 5 часов – достаточно, чтобы полностью зарядиться в зимнее время. Количество рабочих циклов при 80% разряде и оптимальных условиях эксплуатации больше до 1000, полностью восстанавливается после глубокого разряда.

Срок службы до 12 лет. Герметичный, не нуждается в обслуживании. Хорошо переносит высокие и низкие температуры. Минимальное соотношение ”цена”/”число циклов”. Нежелательны даже кратковременные короткие замыкания. Можно использовать при условии наличия системы защиты от короткого замыкания.

Подходит для использования в системе автономного электроснабжения в жестких температурных режимах, но с небольшими токами разряда. Солнечные системы, где установлены гелевые аккумуляторы, лучше всего использовать для частичной замены электросети с отключенными потребителями большой мощности. При использовании для полной замены придется увеличить количество батарей в системе.

AGM – аккумуляторная батарея

АКБ обладает высокой плотностью энергии. Ток зарядки не должен превышать 0,3 от емкости, что приблизительно на 40% больше, чем у гелевых аккумуляторов. Минимальное время зарядки 3,5 часа. Этого с запасом хватит для зарядки аккумулятора даже зимой.

Ток разряда также больше чем у гелевых. Срок службы стандартных изделий при 80% глубине разряда составляет 500 циклов. Новейшие разработки позволили увеличить количество циклов свыше тысячи, поэтому при принятии решения, основываясь на этом параметре необходимо уточнить наличие подобных изделий в продаже.

Удовлетворительно переносит работу при низких (до -20) и высоких температурах. Обычно рекомендуется эксплуатировать при температуре 20оС  плюс-минус 5оС. Цена ниже чем у гелевых аккумуляторов, ток заряда выше. Отлично подходит для солнечных электростанций, работающих во всех режимах.

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы

Обладают коэффициентом полезного действия до 98%, самым высоким по сравнению с имеющимися типами батарей. Алгоритм заряда самый простой, неполный заряд и глубокий разряд не снижают эксплуатационные свойства и не уменьшают емкость. Токи заряда большие и, соответственно, время заряда маленькое. Обычно оно составляет 1 час. В отличие от аккумуляторов других типов долгое хранение в разряженном состоянии не вызывает выхода из строя и параметры изделия не ухудшаются. Производители гарантируют срок службы 15 лет или количество циклов до 3000 при разрядах на 80%, до 5000 при 50% разрядах, а при 30-35% до 10000 циклов! Обладают широким диапазоном рабочей температуры от минус 30оС до плюс 70оС. Это лучшие аккумуляторные батареи для систем альтернативного электроснабжения. В России производятся в Новосибирской области на предприятии “Лиотех”.

 

 

 

GEL

AGM

LiFePO4

 

Напряже

ние,В

12

12

12

12

12

12

3,2

3,2

3,2

Емкость,

Ач

77

102

225

76

100

230

200

380

700

Мощ

ность, кВт

1,02

1,30

3,18

1,01

1,33

3,05

0,68

1,28

2,37

Вес,кг

24

32

71

24

31

76

9,95

14,8

26,5

Произво

дитель

Trojan

США

Trojan

США

Trojan

США

Trojan

США

Trojan

США

Trojan

США

Лиотех

Россия

Лиотех

Россия

Лиотех

Россия

Цена, у,е.

463

592

1450

406

476

1136

259

492

907

 

Вернемся к расчету системы электроснабжения дома, о котором было сказано в самом начале. Для упрощения предположим, что солнце светит 10 часов в сутки и заряжает наши аккумуляторы, а остальные 14 часов аккумуляторы отдают энергию в систему электроснабжения дома с КПД равным 100%.

Поскольку дом расходует 17,3 кВт*часов, необходимо эту энергию запасти, то есть преобразовать солнечную энергию в электрическую и зарядить ею аккумуляторы. Определим ток заряда. Для этого 17,3 кВт*часов разделим на количество часов 10, за которое батарея должна зарядиться и на напряжение батареи 12 В. Получится 144,2 Ампера. Если напряжение батареи будет 3,2 В, то ток заряда будет 540,6 А.

Теперь надо подобрать аккумулятор, способный принять такой ток. В таблице видно, что по току заряда подходит аккумулятор LT–LYP700, у которого ток заряда может достигать 700 А. Один такой аккумулятор может сохранить 2,37 кВт мощности. Теперь определим, сколько аккумуляторов нам нужно, чтобы поместилось 17,3 кВт. Для этого 17,3 разделим на 2,37 и получим 7,3 аккумулятора. Выбираем 8 штук. Умножаем 3,2 В на 8 – получаем напряжение нашей батареи аккумуляторов. На этом процесс подбора аккумуляторов закончен.

 

allalternativeenergy.com


Смотрите также