3. Исследование зарядки аккумулятора от солнечной батареи и определение кпд регулятора заряда, аккумулятора и инвертора. Кпд аккумулятора


Аккумуляторы коэффициент полезного действия - Справочник химика 21

    Свинцовый аккумулятор отличается большим коэффициентом полезного действия, сравнительно большой электродвижущей силой, которая мало изменяется при разрядке. Свинцовый аккумулятор нашел широкое применение в различных подвижных уст ройствах — автомобилях, электрокарах, железнодорожных поездах, подводных лодках и др. [c.345]

    Железо-никелевый аккумулятор Эдисона, в противоположность свинцовому, хорошо переносит перегрузки и долгое стояние в заряженном состоянии. Благодаря этому, а также малому весу, он часто применяется вместо свинцового для обслуживания передвижных установок. Его напряжение на клеммах при разрядке составляет приблизительно 1,3 в, при зарядке 1,7 в. Вследствие значительной разницы между зарядным и разрядным напряжением он не обладает хорошим коэффициентом полезного действия поэтому для больших стационарных установок обычно пользуются свинцовым аккумулятором. [c.390]

    Расчет коэффициента полезного действия по энергии. Коэффициент полезного действия может быть рассчитан графически. Для этого строятся графики для разрядки и зарядки аккумулятора в координатах э. д. с.— время, при постоянстве силы зарядного и разрядного тока. Площадь, ограниченная осями координат и кривой, прямо пропорциональна количеству электрической энергии, затраченной соответственно при разрядке и зарядке аккумулятора. Коэффициент полезного действия по энергии равен отношению обеих площадей. [c.110]

    Недостатками щелочных аккумуляторов являются меньший коэффициент полезного действия по сравнению со свинцовыми, меньшая величина э.д.с., а также меньшая емкость. Напомним, что емкость аккумулятора выражается в ампер-часах и определяется тем наибольшим количеством электричества, которое можно получить от заряженного аккумулятора. [c.272]

    В отличие от свинцового (X 5 доп. 8), щелочной аккумулятор хорошо выдерживает перегрузку и длительное пребывание в разряженном состоянии. Благодаря этому, а также сравнительно малому весу и большей устойчивости по отношению к сотрясениям, он часто применяется для обслуживания различных передвижных установок. Основным недостатком щелочного аккумулятора является его значительно меньший коэффициент полезного действия. Поэтому для больших стационарных установок предпочтительнее свинцовый аккумулятор. [c.448]

    Любой обратимый элемент в принципе может служить аккумулятором, но технически приемлемым оказалось лишь очень ограниченное их число. Аккумуляторы должны иметь большую емкость энергии на единицу веса и объема, отличаться большим коэффициентом полезного действия и удовлетворять ряду других требований. [c.110]

    Свинцовые аккумуляторы имеют большую э. д. с. и обладают высоким коэффициентом полезного действия. [c.111]

    Целью настоящей работы является определение емкости и коэффициента полезного действия свинцового аккумулятора путем измерения напряжения и количества электричества, которое потребляется [c.111]

    Таким образом, первой и основной особенностью топливных элементов является возможность непосредственного преобразования химической энергии в электрическую с высоким коэффициентом полезного действия. Следует указать, что эта особенность, так же как и все изложенные выше термодинамические закономерности, относится не только к топливным элементам, но и к химическим источникам тока обычного типа —гальваническим элементам и аккумуляторам. В них, как это уже отмечалось ранее, также осуществляется прямое преобразование химической энергии активных веществ в электрическую энергию. Топливные элементы отличаются от обычных гальванических элементов и аккумуляторов тем, что в них компоненты реакции (топливо и окислитель) не заложены заранее в состав электродов, а непрерывно подаются к электродам в процессе работы. Поэтому они могут работать непрерывно и сколь угодно длительно, пока осуществляется подвод реагентов и отвод [c.490]

    Первой и основной особенностью топливных элементов является возможность непосредственного преобразования химической энергий в электрическую с высоким коэффициентом полезного действия. Следует указать, что эта особенность, так же как и все изложенные выше термодинамические закономерности, относится не только к топливным элементам, но и к химическим источникам тока обычного типа — гальваническим элементам и аккумуляторам. В них, как это уже отмечалось ранее, также осуществляется прямое преобразование химической энергии активных веществ в электрическую [c.547]

    При меньшем коэффициенте полезного действия и при меньшем напряжении железо-никелевые аккумуляторы имеют ряд преимуществ. Так, они требуют меньшего ухода и менее прихотливы, их способность к саморазряду весьма мала. Железо-никелевые аккумуляторы обладают также очень прочной конструкцией и выдерживают более сильную тряску и толчки, чем свинцовые аккумуляторы. Они очень легки, но мощность их не превышает 30 ватт на 1 кг веса аккумулятора. Для обслуживания транспорта железо-никелевые аккумуляторы имеют значительные преимущества. [c.406]

    Устройство, изготовленное по схеме, изображенной на рис. 188, имеет коэффициент полезного действия 24—27%. В настоящее время подобные устройства для заряда серебряно-цинковых аккумуляторов выпускаются промышленностью. [c.362]

    Данное устройство из-за сложности коммутации больших токов имеет смысл применять лишь для заряда аккумуляторов емкостью не более 5 а-ч. Коэффициент полезного действия устройства лежит в пределах 20—25%. [c.363]

    Щелочные аккумуляторы. Щелочные аккумуляторы в некоторых случаях являются более удобными, чем свинцовые. Срок службы их больше, чем у свинцовых. Они более стойки к толчкам и тряске. Разряжать их можно токами большой силы и они даже не боятся кратковременного короткого замыкания. На продолжительное время их можно оставлять в разряженном состоянии. Однако щелочные аккумуляторы имеют меньшую электродвижущую силу и меньший коэффициент полезного действия. В практике нашли применение два вида щелочных аккумуляторов кадмиево-никелевые и железоникелевые. Обычно они укомплектованы из батарей, содержащих от трех до тридцати двух банок. [c.110]

    В отношении аккумуляторов не привилось понятие коэффициент полезного действия . Общепринят термин отдача аккумулятора . Правилами Американского института инженеров-электри-ков понятие отдача трактуется следующим образом отдача аккумулятора — отношение количества энергии, отдаваемого аккумулятором, к получаемому количеству энергии, необходимому для восстановления первоначального состояния заряда при заданных температуре, токе и конечном напряжении. [c.54]

    Целью настоящей работы является определение емкости и коэффициента полезного действия свинцового аккумулятора путем [c.108]

    Одним из недостатков свинцового аккумулятора является его относительно большая тяжесть. Поэтому в ряде случаев используют более легкие аккумуляторы, например железо-никелевые, которые относятся к щелочным (электролитом является раствор щелочи, обычно КОН). Щелочные аккумуляторы в отличие от свинцовых не боятся толчков и встряхиваний, хорошо переносят длительное пребывание в разряженном состоянии. Однако щелочные аккумуляторы обладают и некоторыми недостатками у них меньший коэффициент полезного действия по сравнению со свинцовым, меньшая величина э. д. с., а также меньшая емкость. Напомним, что емкость аккумулятора выражается в ампер-часах и определяется тем наибольшим количеством электричества, которое можно получить от заряженного аккумулятора. [c.324]

    Расчет коэффициента полезного действия по току. Коэффициент полезного действия аккумулятора представляет собой отношение количества электричества, полученного при разрядке (Эх, к количеству электричества Q 2, пошедшего на зарядку [c.109]

    Если во время процессов разрядки и зарядки аккумулятора сила тока оставалась строго постоянной, то коэффициент полезного действия равен отношению времени разрядки ко времени зарядки Та [c.109]

    Щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед свинцовыми. Срок службы их больше, чем свинцовых. Они обладают высокой механической прочностью и не боятся встряхиваний и толчков, хорошо выдерживают перевозку и длительное пребывание в разряженном состоянии. Однако щелочные аккумуляторы обладают и некоторыми недостатками они имеют меньший коэффициент полезного действия по сравнению со свинцовым, меньшую величину э. д. с., и емкость их на единицу веса меньше, чем у свинцовых аккумуляторов. [c.254]

    Химическая энергия выделяется обычно в виде тепла при проведении разнообразных экзотермических реакций. Использование этой энергии имеет большое практическое значение, особенно в производстве многотоннажных химических продуктов. Тепло, выделяющееся при протекании химического процесса, может быть использовано для получения водяного пара или превращено в электроэнергию. Химическая энергия преобразуется в энергию электрическую также в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии представляют большой интерес, так как они обладают высоким коэффициентом полезного действия. [c.201]

    В первой серии испытаний проводилось непрерывное циклирование опытных аккумуляторов с определением их электрических показателей. Было установлено, что добавка сульфата кобальта уменьшает среднее зарядное напряжение, снижая в то же время емкость и коэффициент полезного действия аккумулятора. Это видно из рис. 1, где представлены опытные значения отдачи аккумулятора но току (Ат ) и по энергии (Ад), в зависимости от концентрации добавки. При этом за 100% приняты соответствующие величины, относящиеся к контрольному аккумулятору (без добавки). [c.549]

    Исследовано влияние сульфата кобальта на стойкость решеток положительных пластин свинцового аккумулятора, на его емкость, коэффициент полезного действия и на сохранность древесных сепараторов. Изучена также роль этой добавки при течении различных стадий электродного процесса как на положительной, так и на отрицательной пластинах. [c.557]

    Химическая энергия используется в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии, при дальнейшем усовершенствовании методов их производства, могут представить значительный интерес, так как по теоретическим соображениям можно рассчитывать на высокий коэффициент их полезного действия (к.п.д.), особенно в случаях обратимых реакций. Например, если бы удалось реализовать в гальванических элементах обратимое окисление угля, то к.п.д. по электроэнергии такого процесса мог бы достигнуть 65—70%. Для сравнения укажем, что к.п.д. парового двигателя с высоким перегревом пара не превышает 28—30%, а двигателя внутреннего сгорания — 35%. [c.116]

    Основным показателе.м ХИТ является разрядная кривая — зависи,мость напряжения от количества пропущенного электричества Q или, при разряде постояннее силой тока, от времени. Для акку. улятора характеристикой является и аналогичная зарядная кривая. Типичные зарядные и разрядные кривые для свинцового акку.мулятора представлены на рнс. 16.1. По мере разряда напряжение падает (общее перенапряжение элемента растет). Разряд проводят,до определенного конечного напряжения екон-Общее количество электричества, которое можно получить до достижения этого напряжения, называют разрядной е.мкостью данного ХИТ. Произведение емкости на среднее разрядное напряжение—энергозапас данного ХИТ. Основными эксплуатационными показателями ХИТ являются удельная энергия на единицу массы или объема, максимальная удельная. мощность, сохраняемость (для первичных элементов), ресурс— допустимое число зарядно-разрядных циклов, а также коэффициент полезного действия по энергии — отношение энергии, полученной прн разряде и затраченной при заряде (для аккумуляторов), срок службы, температурный интервал работоспособности, механическая прочность, невыливаемость электролита и г. д. [c.308]

    Весьма ценным может быть изотоп Се в качестве источника питания для электрогенераторов. Проблема непосредственного преобразования энергии радиоактивных излучений в электричество сейчас исследуется очень интенсивно. Задача состоит прежде всего в разработке термоэлектронных преобразователей (полупроводников) и в подборе источника радиоактивного излучения. Уже сконструирован карманный атомный генератор, вес которого 2,25 кг, ширина 11,4 см, высота 14 см. Источник питания — изотои Ро , термонреобразователь — теллурид свинца. Коэффициент полезного действия этого генератора составляет 8—10%, а мощность равна 5 вт. Он может заменять аккумуляторы весом 660 кг. Недостатком его является очень высокая цена и сильная радиоактивность Ро21 . [c.215]

    Было показано, что молекулы мышечного белка акта-миозина способны изменять свою длину непосредственно за счет химической энергии, выделяющейся при отщеплении остатка фосфорной кислоты от молекулы АТФ. т. е. этот процесс обусловливает сократительную деятельность мышц. Таким образом, система АТФ — белок играет роль аккумулятора химической энергии в орга> ннзме. Накопленная химическая энергия по мере надобности превращается при помощи белка актомиозина непосредственно в механическую энергию, без промежуточного перехода в тепловую энергию. Для этого процесса характерен весьма высокий коэффициент полезного действия (приблизительно 50%), чем мышца существенно отличается от используемых в современной технике тепловых машин. В тепловых машинах механическая работа совершается за счет химической энергии топлива через стадию перехода в тепло с соответственно более низким коэффициентом полезного действия (20—30%). [c.453]

    В настоящее время промышленностью серийно выпускается большое количество разнообразных универсальных и специализированных зарядных устройств. Наиболее распространенными устройствами, применяемыми для заряда аккумуляторных батарей, являются выпрямительные, представляющие собой диод, преобразующий переменный ток в постоянный. Преобразование обусловлено малым со-протпвлением диода в одном направлении и большим или бесконечно большим сопротивлением протеканию электрического тока в другом направлении. Такой метод выпрямления дает в результате пульсирующий ток, который может быть применен для заряда аккумуляторов без сглаживания пульсации. Полупроводниковые выпрямители имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с генераторами постоянного тока и ртутными выпрямителями отсутствие накальных цепей, бесшумность в работе, высокий коэффициент полезного действия, комплектность, длительный срок службы и т. д. Наиболее широкое применение в технике нашли селеновые, кремниевые и германиевые выпрямители. [c.121]

    Железо-никелевый (щелочной) аккумулятор Эдиссона (19(Ю) имеет меньшую разрядную э. д. с. (1,2 в) и меньший коэффициент полезного действия (50% против 80% у свинцового аккумулятора), но он очень легок, обладает большей прочностью и менее склонен к саморазряду. [c.228]

    Из большого числа веш еств, испытанных до настояш его времени в качестве ингибирующих добавок к электролиту свинцовых аккумуляторов, более или менее эффективным оказался лишь сульфат кобальта. В литературе имеются указания [1, 2] на то, что введение сульфата кобальта снижает зарядное напряжение и повышает срок службы свинцовосурьмянистых пластин, а, следовательно, срок службы свинцового аккумулятора, В то же время характер влияния Со304 на другие показатели аккумулятора или не получил почти никакого освещения, или же оценивается разными авторами различно. Так, например, нет данных о влиянии сульфата кобальта на емкость и коэффициент полезного действия свинцового аккумулятора весьма противоречивы высказывания о причинах снижения зарядного напряжения в присутствии сульфата кобальта — неизвестно, обусловлено., ли оно изменением потенциала какой-либо одной из пластин [положительной (1) или отрицательной (2)] или же является некоторым суммарным результатом. Точно так нотносительно влияния Со304 на сохранность древесных сепараторов. По данным одних авторов [1], их сохранность в присутствии сульфата кобальта в связи с уменьшением окислительного потенциала положительных пластин увеличивается. Другие авторы [2], напротив, отмечают очень быстрое разрушение сепараторов в аккумуляторах с такой добавкой. Необходимо отметить также, что механизму действия добавки сульфата кобальта уделено недостаточно внимания. [c.549]

chem21.info

КПД повербанков и схем заряда гаджетов / Блог компании Madrobots / Geektimes

Power Bank (внешний аккумулятор, портативное зарядное устройство, повербанк) — коробочка с аккумуляторами и электроникой внутри, позволяющая заряжать гаджеты там, где нет розеток.

Производители повербанков никогда не указывают реальное количество энергии, которое может выдать power bank. Всегда указывается лишь ёмкость внутренних аккумуляторов в миллиампер-часах. Многие наивно думают, что повербанк, на котором написано 10000 mAh может зарядить смартфон с аккумулятором 2500 mAh четыре раза. На самом деле это совсем не так.

Я измерил количество энергии, которые смогли выдать пять разных повербанков и количество энергии, которое потребовалось пяти разным смартфонам и планшетам, чтобы полностью зарядить аккумулятор.

Повербанки разряжались током 950 mA.

Модель mAh Wh аккумулятора Wh на выходе КПД
Miller ML-102 V7.1 2580 9,55 8,46 88,6%
Huawei AP006 4800 17,80 16,79 94,3%
Just Mobile PP-268 6000 22,20 17,47 78,7%
Gigabyte OTG G66B1 6600 24,42 21,69 88,8%
Xiaomi NDY-02-AD 10400 37,44 34,58 92,4%

По результатам измерений КПД повербанков составил от 78.7 до 94.3%.

Необходимо заметить, что у меня была возможность измерить ёмкость внутреннего аккумулятора только в случае с Miller, в остальных четырёх случаях остаётся лишь верить (или не верить) производителю. Могу предположить, что ёмкость аккумулятора в Just Mobile реально меньше, чем заявленные 6000 mAh.

Ещё замечу, что у Xiaomi на корпусе указана ёмкость аккумулятора 37,44Wh, рассчитанная исходя из номинального напряжения 3.6V (обычно ёмкость рассчитывается исходя из напряжения 3.7V).

Теперь посмотрим, сколько энергии требуется смартфонам и планшетам, чтобы полностью зарядить аккумулятор. Перед экспериментом аккумулятор устройства полностью разряжался, затем подключалась зарядка, а через минуту включалось устройство.

Модель mAh Wh аккумулятора Wh на входе Превышение
ASUS Zenfone 5 2110 7,81 10,73 37,4%
HTC Desire Eye 2400 8,88 12,71 43,1%
Huawei Ascend P7 2500 9,25 12,57 35,9%
Samsung Galaxy Note 8.0 4600 17,02 23,54 38,3%
Apple iPad Air 32,40 41,87 29,2%

Устройствам для зарядки требуется на 29.2-43.1% больше энергии, чем энергия их аккумулятора. Для большинства устройств это превышение составляет 37-38% и только iPad имеет более совершенную схему зарядки с высоким КПД, дающую превышение 29.2%.

Таким образом, если заряжать самый неэкономный в плане зарядки смартфон HTC Desire Eye (аккумулятор 2400 mAh) от повербанка Just Mobile PP-268 (аккумулятор 6000 mAh), имеющего самый низкий КПД из протестированных, повербанка хватит лишь на 1.3 полных зарядки, а совсем не на 2.5 зарядки (6000/2400).

В среднем можно считать, что КПД всей электроники при зарядке смартфона или планшета от повербанка составляет около 65%.

Поэтому при приблизительных рассчётах, сколько раз тот или иной гаджет получится зарядить от повербанка, нужно ёмкость аккумуляторов гаджета умножить на 1.5 и разделить ёмкость аккумуляторов повербанка на получившееся число.

Пример: В смартфоне стоит аккумулятор 2000 mAh, в повербанке — 6000mAh. 6000/(2000x1.5)=2. Повербанка хватит ровно на две зарядки.

p.s. Всё об ампер-часах, ватт-часах и аккумуляторах в этой статье: habrahabr.ru/post/150661.

© 2015, Алексей Надёжин.

geektimes.com

3. Исследование зарядки аккумулятора от солнечной батареи и определение кпд регулятора заряда, аккумулятора и инвертора

При зарядке аккумулятора без регулятора заряда при токе, не превышающем значения в 8% от ёмкости аккумулятора, можно говорить не о зарядке, а только о подзарядке аккумулятора. Однако, в установке содержится регулятор заряда, который имеет несколько режимов зарядки аккумулятора: 1. Заряд максимальным током: на этой стадии батарея получает весь ток, поступающий от солнечных модулей. 2. ШИМ заряд: когда напряжение на аккумуляторе достигает определенного уровня, контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ тока заряда. Это предотвращает перегрев и газообразование в аккумуляторе. Ток постепенно уменьшается по мере заряда аккумуляторной батареи. 3. Выравнивание: Многие батареи с жидким электролитом улучшают свою работу при периодическом заряде до газообразования, при этом выравниваются напряжения на различных банках АБ и происходит очищение пластин и перемешивание электролита. 4. Поддерживающий заряд: Когда АБ полностью заряжена, зарядное напряжение уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования в батарее. АБ поддерживается в заряженном состоянии.

ШИМ – широтно-импульсная модуляция, которая используется в контроллерах заряда аккумулятора для 100%-ной зарядки даже при низком значении входного тока.

В установке используется регулятор заряда Steca Solar с ШИМ. Регулятор заряда во время своей работы может изменять режим зарядки, но из-за высокой емкости батареи и низкого значения тока зарядки, требуется большое количество времени для изучения работы контроллера во всех его режимах. Поэтому изучим работу контролера в начальной стадии зарядки, когда значение тока примерно постоянно.[5]

3.1. Изучение процесса зарядки-разрядки аккумулятора. Определение КПД всей системы без солнечной батареи [6]

Исследуем КПД системы в целом, то есть системы, состоящей из солнечной батареи, регулятора заряда, аккумулятора и инвертора. Для этого разрядим аккумулятор до состояния, пока регулятор заряда автоматически не отключит нагрузку от аккумулятора. Отключение происходит при напряжении ниже 11 вольт под нагрузкой. Потом произведём зарядку аккумулятора в течение одного часа, затем подключаем нагрузку известной мощности. Зная среднюю мощность питания при зарядке, мощность потребителя, время заряда и разряда под нагрузкой, можно определить суммарный КПД. Основной принцип состоит в следующем: количество энергии, использованное потребителем от аккумулятора, равно количеству энергии потраченной на зарядку аккумулятора, умноженное на КПД всей системы.

Параметры процесса зарядки аккумулятора занесём в таблицу:

Табл. 3.1. Основные параметры на входе в регулятор заряда.

Временная зависимость изменения напряжения и тока на входе в регулятор заряда, при зарядке аккумулятора приведена в виде графиков на рис. 3.1 и рис. 3.2:

Рис. 3.1. Изменение напряжения во времени на входе в регулятор заряда.

Временная зависимость напряжения зарядки аккумулятора повторяет временную зависимость для питающего напряжения контроллера заряда, единственное отличие в том, что напряжение на аккумуляторе при зарядке ниже на 0.3-0.35 вольта, чем на контроллере заряда. По форме график изменения напряжения аккумулятора при зарядке полностью аналогичен графику на рис.3.1. Напряжение в начальный момент достаточно быстро возрастает, затем скорость роста замедляется.

Рис. 3.2. Изменение силы тока во времени на входе в регулятор заряда.

Значение тока на входе в контроллер заряда изменяется незначительно, несколько уменьшаясь от начального значения, что значит, что в начальный момент времени контроллер заряда действительно использует постоянный ток зарядки. Значения силы тока до регулятора заряда и после него во время всего процесса зарядки совпадают.

Мощность, получаемая контроллером заряда от солнечной батареи, примерно соответствует мощности для данного уровня освещённости при напряжении питания ламп в 240 вольт (см. табл. 2.4). Используем максимальное напряжение питания ламп, так как при этом получаем максимальный выход энергии с солнечной батареи, при этом лампы имеют наиболее эффективный спектральный состав.

Рис. 3.3. Процесс разрядки аккумулятора.

Зарядив аккумулятор, изучим процесс его разрядки (рис. 3.3). Потребителем служит инвертор Mobilen EP-75, к которому подсоединена энергосберегающая лампа на 11ватт. Падение напряжения на аккумуляторе при его разрядке приведено в табл. 3.2:

Табл. 3.2. Временная зависимость напряжения при разрядке аккумулятора.

Рис. 3.4. График изменения напряжения во времени при разрядке аккумулятора.

График изменения напряжения при зарядке и разрядке аккумулятора соответствует теоретической зависимости зарядки-разрядки для данного типа аккумуляторов (рис. 3.5):

Рис. 3.5. Теоретическое изменение напряжения при зарядке-разрядке.

При зарядке напряжение измерялось на входе в регулятор заряда, на самом же аккумуляторе напряжение было на 0.3-0.35 вольта ниже, следовательно, кривые зарядки и разрядки аккумулятора, полученные практически (рис. 3.1 и рис 3.2) соответствуют теоретическим, при процессе неполной зарядки.

КПД всей системы посчитаем по формуле:

(3.1)

где Wпотр, [Вт] – мощность потребителя, tпотр, [час] – время потребления энергии (разрядки) до автоматического отключения, Wзар ср, [Вт] – мощность источника зарядки аккумулятора, tзар, [час] – время зарядки аккумулятора.

Wпотр = 11 Вт,

Wзар = 2.107 Вт, (см. табл. 3.1),

tпотр = 8.5 мин = 0,1417 часа

tзар = 1 час.

η = 0.7397 = 73.97%

Суммарный КПД регулятора заряда, аккумулятора и инвертора составил 74 процента, вычислим КПД каждого из этих устройств.

3.2. Определение КПД инвертора [6]

В п. 3.1. был рассчитан суммарный КПД для всей системы. Чтобы определить КПД инвертора, исследуем процесс зарядки-разрядки без инвертора. Сравнив КПД работы системы с инвертором и без него, можно достаточно точно определить его КПД. Процесс зарядки аккумулятора полностью аналогичен процессу зарядки в п.3.1. Для разрядки аккумулятора используем лампу постоянного напряжения на 12 вольт и примерно такой же мощности, что и в предыдущем случае: Wпотр2 = 10 Вт. Изменение напряжения во времени в процессе разрядки аккумулятора приведена в табл. 3.3:

Табл. 3.3. Временная зависимость изменения напряжения при разрядке аккумулятора.

Рис. 3.5. График изменения напряжения во времени при разрядке аккумулятора.

tпотр = 10.5 мин = 0,175 часа,

tзар = 1 час,

Wпотр = 10 Вт,

Wзар = 2.107 Вт, (см. табл. 3.1).

Рассчитаем КПД регулятора заряда и аккумулятора без инвертора по формуле 3.1:

η = 0.8306 = 83.06%

Отсюда видно, что КПД системы без использования инвертора выше. КПД инвертора определим как частное при работе с инвертором и без него:

η = 0.8905 = 89.05%

КПД инвертора составил 89.05 процентов, что практически совпадает с его КПД в 90 процентов, заявленных в его заводских характеристиках.

studfiles.net

3. Исследование зарядки аккумулятора от солнечной батареи и определение кпд регулятора заряда, аккумулятора и инвертора

При зарядке аккумулятора без регулятора заряда при токе, не превышающем значения в 8% от ёмкости аккумулятора, можно говорить не о зарядке, а только о подзарядке аккумулятора. Однако, в установке содержится регулятор заряда, который имеет несколько режимов зарядки аккумулятора: 1. Заряд максимальным током: на этой стадии батарея получает весь ток, поступающий от солнечных модулей. 2. ШИМ заряд: когда напряжение на аккумуляторе достигает определенного уровня, контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ тока заряда. Это предотвращает перегрев и газообразование в аккумуляторе. Ток постепенно уменьшается по мере заряда аккумуляторной батареи. 3. Выравнивание: Многие батареи с жидким электролитом улучшают свою работу при периодическом заряде до газообразования, при этом выравниваются напряжения на различных банках АБ и происходит очищение пластин и перемешивание электролита. 4. Поддерживающий заряд: Когда АБ полностью заряжена, зарядное напряжение уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования в батарее. АБ поддерживается в заряженном состоянии.

ШИМ – широтно-импульсная модуляция, которая используется в контроллерах заряда аккумулятора для 100%-ной зарядки даже при низком значении входного тока.

В установке используется регулятор заряда Steca Solar с ШИМ. Регулятор заряда во время своей работы может изменять режим зарядки, но из-за высокой емкости батареи и низкого значения тока зарядки, требуется большое количество времени для изучения работы контроллера во всех его режимах. Поэтому изучим работу контролера в начальной стадии зарядки, когда значение тока примерно постоянно.[5]

3.1. Изучение процесса зарядки-разрядки аккумулятора. Определение КПД всей системы без солнечной батареи [6]

Исследуем КПД системы в целом, то есть системы, состоящей из солнечной батареи, регулятора заряда, аккумулятора и инвертора. Для этого разрядим аккумулятор до состояния, пока регулятор заряда автоматически не отключит нагрузку от аккумулятора. Отключение происходит при напряжении ниже 11 вольт под нагрузкой. Потом произведём зарядку аккумулятора в течение одного часа, затем подключаем нагрузку известной мощности. Зная среднюю мощность питания при зарядке, мощность потребителя, время заряда и разряда под нагрузкой, можно определить суммарный КПД. Основной принцип состоит в следующем: количество энергии, использованное потребителем от аккумулятора, равно количеству энергии потраченной на зарядку аккумулятора, умноженное на КПД всей системы.

Параметры процесса зарядки аккумулятора занесём в таблицу:

Табл. 3.1. Основные параметры на входе в регулятор заряда.

Временная зависимость изменения напряжения и тока на входе в регулятор заряда, при зарядке аккумулятора приведена в виде графиков на рис. 3.1 и рис. 3.2:

Рис. 3.1. Изменение напряжения во времени на входе в регулятор заряда.

Временная зависимость напряжения зарядки аккумулятора повторяет временную зависимость для питающего напряжения контроллера заряда, единственное отличие в том, что напряжение на аккумуляторе при зарядке ниже на 0.3-0.35 вольта, чем на контроллере заряда. По форме график изменения напряжения аккумулятора при зарядке полностью аналогичен графику на рис.3.1. Напряжение в начальный момент достаточно быстро возрастает, затем скорость роста замедляется.

Рис. 3.2. Изменение силы тока во времени на входе в регулятор заряда.

Значение тока на входе в контроллер заряда изменяется незначительно, несколько уменьшаясь от начального значения, что значит, что в начальный момент времени контроллер заряда действительно использует постоянный ток зарядки. Значения силы тока до регулятора заряда и после него во время всего процесса зарядки совпадают.

Мощность, получаемая контроллером заряда от солнечной батареи, примерно соответствует мощности для данного уровня освещённости при напряжении питания ламп в 240 вольт (см. табл. 2.4). Используем максимальное напряжение питания ламп, так как при этом получаем максимальный выход энергии с солнечной батареи, при этом лампы имеют наиболее эффективный спектральный состав.

Рис. 3.3. Процесс разрядки аккумулятора.

Зарядив аккумулятор, изучим процесс его разрядки (рис. 3.3). Потребителем служит инвертор Mobilen EP-75, к которому подсоединена энергосберегающая лампа на 11ватт. Падение напряжения на аккумуляторе при его разрядке приведено в табл. 3.2:

Табл. 3.2. Временная зависимость напряжения при разрядке аккумулятора.

Рис. 3.4. График изменения напряжения во времени при разрядке аккумулятора.

График изменения напряжения при зарядке и разрядке аккумулятора соответствует теоретической зависимости зарядки-разрядки для данного типа аккумуляторов (рис. 3.5):

Рис. 3.5. Теоретическое изменение напряжения при зарядке-разрядке.

При зарядке напряжение измерялось на входе в регулятор заряда, на самом же аккумуляторе напряжение было на 0.3-0.35 вольта ниже, следовательно, кривые зарядки и разрядки аккумулятора, полученные практически (рис. 3.1 и рис 3.2) соответствуют теоретическим, при процессе неполной зарядки.

КПД всей системы посчитаем по формуле:

(3.1)

где Wпотр, [Вт] – мощность потребителя, tпотр, [час] – время потребления энергии (разрядки) до автоматического отключения, Wзар ср, [Вт] – мощность источника зарядки аккумулятора, tзар, [час] – время зарядки аккумулятора.

Wпотр = 11 Вт,

Wзар = 2.107 Вт, (см. табл. 3.1),

tпотр = 8.5 мин = 0,1417 часа

tзар = 1 час.

η = 0.7397 = 73.97%

Суммарный КПД регулятора заряда, аккумулятора и инвертора составил 74 процента, вычислим КПД каждого из этих устройств.

3.2. Определение КПД инвертора [6]

В п. 3.1. был рассчитан суммарный КПД для всей системы. Чтобы определить КПД инвертора, исследуем процесс зарядки-разрядки без инвертора. Сравнив КПД работы системы с инвертором и без него, можно достаточно точно определить его КПД. Процесс зарядки аккумулятора полностью аналогичен процессу зарядки в п.3.1. Для разрядки аккумулятора используем лампу постоянного напряжения на 12 вольт и примерно такой же мощности, что и в предыдущем случае: Wпотр2 = 10 Вт. Изменение напряжения во времени в процессе разрядки аккумулятора приведена в табл. 3.3:

Табл. 3.3. Временная зависимость изменения напряжения при разрядке аккумулятора.

Рис. 3.5. График изменения напряжения во времени при разрядке аккумулятора.

tпотр = 10.5 мин = 0,175 часа,

tзар = 1 час,

Wпотр = 10 Вт,

Wзар = 2.107 Вт, (см. табл. 3.1).

Рассчитаем КПД регулятора заряда и аккумулятора без инвертора по формуле 3.1:

η = 0.8306 = 83.06%

Отсюда видно, что КПД системы без использования инвертора выше. КПД инвертора определим как частное при работе с инвертором и без него:

η = 0.8905 = 89.05%

КПД инвертора составил 89.05 процентов, что практически совпадает с его КПД в 90 процентов, заявленных в его заводских характеристиках.

studfiles.net


Смотрите также