Виды аккумуляторов для солнечных батарей

Подбираем 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:

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.

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 50м 2 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 20 о С плюс-минус 5 о С. 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 30 о С до плюс 70 о С. Это лучшие аккумуляторные батареи для систем альтернативного электроснабжения. В России производятся в Новосибирской области на предприятии “Лиотех”.

Аккумуляторы для солнечных батарей: где размещать?

Автономная система электропитания на солнечных батареях помимо панелей требует наличия аккумуляторов. Их задача заключается в накоплении электричества и его отдачи потребителям.

Батареи размещаются на улице для контакта с дневным светом, а АКБ нуждаются в изоляции, поскольку они чувствительны к температуре окружающей среды. При расположении в неблагоприятных условиях срок службы накопителей многократно сокращается. К их размещению нужно подойти с внимательностью.

Где устанавливать аккумулятор для солнечной батареи?

АКБ плохо переносят скачки температуры. Они нуждаются в поддержании постоянных окружающих условий без резких изменений, поэтому оптимально их размещать:

Установка аккумулятора для солнечных батарей в земле

Для подключения к батарее применяются различные виды аккумуляторов, отличающиеся по свойствам и требованиям к условиям эксплуатации. Далеко не каждое устройство накопителя подходит для закапывания в землю или размещение в погребе, где хранятся продукты. При его выборе нужно отталкиваться от места установки, чтобы предотвратить ранний выход оборудования со строя.

Вид аккумулятора

Частота обслуживания и проверки

Вентиляция

Размещение

Стартерный

Гелевый

подвал, погреб, грунт

AGM

подвал, погреб, грунт

Заливной (OPzS)

подвал, погреб, грунт

Герметичный (OPzV)

подвал, погреб, грунт

Основные требования к условиям размещения аккумуляторов

Устанавливая АКБ солнечной панели, требуется позаботиться о создании условий:

• постоянная температура;
• оптимальная влажность;
• хорошая вентиляция;
• пространство для удобного обслуживания.

Постоянная температура

Для большинства накопителей оптимальной является температура +5…+10 °С . Заливные АКБ OPzS служат дольше при эксплуатации в условиях +15 °С . Естественно, поддерживать оптимальную температуру крайне сложно. Аккумуляторам для батарей более важным условием является постоянство. Главное избежать резких перепадов температуры. Она может меняться в зависимости от сезона, но изменения должны осуществляться постепенно без скачков.

Аккумуляторная батарея Источник СГГН 12-100 СОЛАР

Накопители плохо переносят как замораживание, так и перегрев. В условиях холода наблюдается ускоренный саморазряд, что в первую очередь касается стартерных автомобильных и лодочных тяговых АКБ. В жару кислотные накопители просто закипают.

Оптимальная влажность

Нельзя размещать АКБ солнечной батареи в помещениях с высокой влажностью. В результате работы накопитель нагревается, поэтому на нем может накапливаться конденсат. Он негативно сказывается на качестве контактов клемм. Может произойти окисление, что снизит эффективность передачи энергии на потребители и помешает подзарядке от панелей.

Принудительная вентиляция

Наличием принудительной вентиляции необходимо в первую очередь для стартерных накопителей. В них происходит испарение электролита, особенно при перегреве. Газ накапливается в помещении. Из АКБ выходит недостаточно газа для отравления, но он негативно сказывается на здоровье. Остальные разновидности аккумуляторов солнечных панелей не имеют или дают мало испарений, поэтому меньше нуждаются в вентиляции.

Многие устройства АКБ, применяемые для солнечных панелей, оснащаются специальным вентиляционным отверстием. В него вставляется шланг, выведенный на улицу. Это минимизирует непосредственно испарение в помещении. При отсутствии принудительной вентиляции рекомендовано выбирать накопительные батареи с отводом, чтобы обеспечить проветривания через трубку.

Требования к площади помещения

Площадь погреба или подвала для размещения аккумуляторов солнечных батарей, должна быть достаточной для обслуживания накопителей. Особенно это касается использования стартерных АКБ, в которых нужно периодически замерять плотность электролита и осуществлять его долив. При использовании гелевых АКБ надобность в большом пространстве отсутствует.

Как закапывать аккумулятор в грунт?

Далеко не всегда имеется помещение для размещения оборудования панелей. По этой причине АКБ можно закапывать в землю прямо возле панелей. Конечно, необходимо понимать, что обычная стартерная батарея для этого мало пригодна, ведь ее нужно часто обслуживать. Лучше применять необслуживаемые аккумуляторы для солнечных панелей, которые не нуждаются в принудительной вентиляции или изменения плотности электролита. После закапывания о них можно забыть до момента замены.

Естественно, накопительная батарея не должна непосредственно контактировать с грунтом. Для этого ее помещают в специальный герметичный кейс. Он позволяет:

• минимизировать колебания температуры;
• предотвратить проникновение осадочных вод;
• не допустить окисление контактов на клеммах;
• защищает от грязи.

Подбор глубины закапывания оборудования

Глубина закапывания АКБ солнечной панели в грунт должна быть ниже линии промерзания в регионе. Нужно учитывать, что выкапывать котлован необходимо с запасом. Дело в том, что после засыпания еще не уплотненный грунт промерзает гораздо быстрее, чем утрамбованный. При размещении под землей окружающая температура аккумулятора будет отличаться от идеальной, но она будет постоянной без резких перепадов. Еще одним аргументом от размещения стартерных батарей в грунте является необходимость их частого обслуживания. Зимой их очень сложно откапывать из промерзшего грунта для доливания электролита.

Аккумуляторная батарея VOLTA GST 12-150

Фактическая глубина размещения аккумулятора солнечной батареи для большинства регионов составляет 1,6 м. К примеру, для Воронежа температура на этой глубине даже в феврале составляет +5 °С , а в Москве +3,7 °C .

Желая установить солнечную панель, можно разместить ее аккумуляторы даже при отсутствии погреба или подвала. Специализированные накопители просто закапываются в грунт возле панели. Идущий от них кабель прокладывается в дом по траншее или по воздуху. В нашей компании можно купить необслуживаемые аккумуляторы для солнечной батареи, пригодные для любого типа размещения. Мы поможем подобрать оборудование под ваши солнечные панели и дадим консультацию по его размещению.