Аккумуляторы для солнечных батарей

FAQ

23.03.2016

Аккумуляторы для солнечных батарей

Тема свинцово-кислотные аккумуляторы очень обширна и полное ее раскрытие выходит за рамки данной статьи, но мы попытается ответить на все основные вопросы касающиеся использования свинцово-кислотных аккумуляторов в системах использующих солнечные батареи для дома.

Несмотря на то что свинцово-кислотные аккумуляторы изобретены еще в далеком 1859 году, французским физиком Гастоном Планте, они до сих пор являются наиболее распространенным типом аккумуляторных батарей.

Свинцово-кислотный аккумулятор

 

Итак что такое аккумулятор или как его еще часто называют батарея?

Аккумулятор это устройство которое преобразовывает химическую энергию в электрическую и наоборот тем самым позволяя нам хранить электроэнергию какое-то время. Именно хранить а не производить, для того что-бы получить энергию из батареи ее сначала необходимо зарядить. Кол-во циклов заряд-разряд ограничено и зависит от типа аккумулятора. Следует также обратить внимание на то, что КПД батарей не 100%, то есть часть энергии теряется в процессе заряда-разряда, на нагрев, а также химических реакциях. В среднем эффективность свинцово-кислотных аккумуляторов составляет около 85 %, то есть 15% энергии полученной от солнечных батарей и затраченной на заряд аккумуляторов теряется. На пример если вы использовали 100 Вт энергии, то на заряд батареи вам потребуется уже 115 Вт.

 

Какие бывают аккумуляторы?

Чаще всего встречаются автомобильные или стартовые аккумуляторы. Их основной задачей является отдать максимальный пусковой ток для запуска машины. Для того что бы обеспечить такие большие токи, пластины стартовых аккумуляторов сделаны очень тонкими, а их площадь очень большой, что является недостатком для случаев когда необходим глубокий разряд. Автомобильные аккумуляторы являются крайне не эффективными для систем на солнечных батареях и выходят из строя уже после 15 циклов глубокого разряда.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Основными аккумуляторами для солнечной энергетики являются так называемые батареи глубокого цикла. Они спроектированы таким образом что выдерживают большое количество циклов глубокого разряда. Их срок службы также значительно выше чем у автомобильных батарей. Аккумуляторы глубокого цикла бывают двух видов: это батареи с жидким электролитом, а также герметичные аккумуляторы AGM и GEL.

 

Герметичные аккумуляторы AGM или GEL в чем разница?


Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы также называемые VRLA конструктивно построены таким образом что газы, которые есть продуктами химических реакций, полностью рекомбинируют внутри аккумулятора. Такие батареи не требуют проверки уровня электролита или долива воды на протяжении всего срока службы. На случай неправильного заряда в них вмонтирован предохранительный клапан отвечающий за сброс избыточного давления внутри аккумулятора. Как правило герметичные аккумуляторы можно размещать как горизонтально, так и вертикально (но не в перевернутом виде).

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Конструктивно AGM аккумуляторы выполнены с применением электролита на основе серной кислоты которая абсорбирована в сепараторе из стекловолокна, размещенного между пластинами, то есть электролит не жидкий. Электроды как правило  выполнены из свинцово-кальциевого сплава, они в свою очередь обеспечивают минимальный уровень саморазряда. То есть батареи можно хранить до 12 месяцев при температуре 20 – 25 C

Аккумуляторы GEL отличаются использованием электролита с добавлением вещества – селикагель, то есть электролит доведен до состояния желе-подобного вещества. Преимуществом данного типа батарей есть немного большее кол-во циклов заряд-разряд чем у AGM аккумуляторов (примерно на 20 %), так же при идеальных условиях использования от них можно ожидать более длительного срока службы. Важной особенностью гелевых аккумуляторов является необходимость заряжать их малыми токами, так как превышение зарядных токов заявленных производителем приводит к образованию полостей в гелевом электролите, что соответственно снижает емкость аккумулятора, причем безвозвратно. Максимально значение тока разряда тоже ограничено конструктивными особенностями данных аккумуляторов. Значения напряжения при заряде должны быть ниже чем у  AGM аккумуляторов и превышение этих значений может привести к преждевременному выходу аккумулятора из строя.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

В общем GEL  аккумуляторные батареи требуют более бережной эксплуатации и обладают меньшей пиковой мощностью чем AGM батареи, но при правильном обращении могут выигрывать по количеству циклов глубокого разряда.

 

Влияние температуры на аккумуляторы?

Ёмкость свинцово-кислотного аккумулятора понижается при низких температурах и повышается при высоких. Это одна из причин по которой вы не можете завести свой автомобиль холодным зимним утром. Ёмкости большинства аккумуляторов нормированы для температуры + 20 °С следовательно если температура батареи – 20 °С то и ёмкость вашего аккумулятора примерно 50% от номинальной и она может быть еще меньше при высоких токах разряда. При повышении температуры увеличение ёмкости как правило не столь значительно и редко превышает 15%

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Напряжение заряда также необходимо корректировать в зависимости от температуры, при значительных повышениях температуры, завышенные значения напряжения заряда могут привести к преждевременному выходу аккумуляторной батареи из строя. В случае с пониженными температурами необходима обратная компенсация, иначе батареи будут оставаться незаряженными, что может также негативно повлиять на срок их службы.

В общем стоит отметить что высокая температура значительно сокращает срок службы свинцовых аккумуляторов, при средней температуре в 30 °C срок службы батарей снижается на 50%.

 

Зависимость срока службы от количества циклов?

Цикл это один полный разряд, а потом заряд аккумулятора. Как правило речь идет о разряде со 100% до 20% ёмкости, так как разряд свинцового аккумулятора глубже 20% значительно сокращает срок службы батареи. Выбирая аккумулятор важно знать для какой глубины разряда указанно кол-во циклов, многие производители дают информацию о количестве циклов для 50% разряда и 30%. В английских технических описаниях глубина разряда обозначается аббревиатурой DOD (Depth of Discharge).

Глубина разряда AGM аккумлятора

Срок службы аккумуляторов на прямую зависит от глубины циклов разряда. При разряде на 50% батарея проживет в два раза дольше чем при разряде на 80%, а при разряде на 30% количество циклов умножается еще на 2. Таким образом оптимальная глубина разряда находится где-то между 30% и 50%. Это не означает что аккумулятор нельзя разряжать на 80%, но экономически целесообразнее подобрать банк батарей таким образом что-бы в основном они разряжались не глубже 50%.

 

Как заряжать аккумуляторную батарею?

Правильной является зарядка аккумулятора 3-х ступенчатым зарядным устройством, либо контроллером заряда, в таком случае процесс зарядки полностью контролируется алгоритмом который исключает превышение предельных значений напряжений или токов для аккумулятора.

Трех ступенчатый заряд

Заряд аккумулятора происходит в три этапа:

Форсированный заряд (Bulk или Boost) – заряд максимально допустимым током, происходит до тех пор пока напряжение аккумулятора не достигнет определённого предельного значения, около 14.5 В. На этом этапе батарея заряжается примерно на 80%, это самая быстрая стадия зарядки.

Поглощающий заряд (Absorbtion) – напряжение остается постоянным, а ток постепенно уменьшается, так как сопротивление аккумулятора растет, на этом этапе батарея набирает оставшиеся 20% емкости.

Поддерживающий заряд (Float) – последний из трех этапов заряда батареи, нужен для компенсации саморазряда и поддержания аккумулятора в полностью заряженном состоянии.