Akumulatori za solarne baterije: pregled vrsta prikladnih baterija i njihovih značajki

Sustavi alternativne energije sve se češće koriste za opskrbu stambenih kuća električnom energijom. Budući da se načini proizvodnje i potrošnje električne energije razlikuju, potrebno je osigurati njezino nakupljanje za kasniju isporuku. Slažete se?

Kako bi se energija koristila u razdoblju koje odgovara vlasniku, u sustav se uključuju akumulatori za solarne baterije. Objasnit ćemo kako ispravno odabrati uređaje namijenjene radu u ciklusima punjenja i pražnjenja. Naše preporuke pomoći će vam odabrati optimalni model.

Akumulatori u sustavu kućne solarne energije

Razumijevanje načina i nijansi korištenja akumulatora prilikom opskrbe objekta električnom energijom iz solarnih baterija omogućit će pravilan odabir uređaja i osigurati maksimalnu učinkovitost sustava.

Za obavljanje uravnotežene kupnje potrebno je temeljito razumjeti načine stvaranja akumulatorskog niza (bloka) i pravila izračuna osnovnih karakteristika.

Način povezivanja uređaja u jedinstveni niz

Stambeni i industrijski objekti troše električno opterećenje koje premašuje mogućnosti jednog akumulatora. U slučaju da je sustav solarne energije predviđen za velik broj električnih uređaja, potrebno je stvoriti niz akumulatorskih baterija po uzoru na slično povezivanje solarnih panela.

Spajanje akumulatora u jedinstveni niz za pohranu električne energije može se izvesti paralelnim, serijskim ili mješovitim načinom. Izbor ovisi o potrebnim izlaznim vrijednostima snage i napona.

Ovisno o načinu međusobnog povezivanja akumulatora mogu se postići različite vrijednosti izlaznog napona, međutim ne treba stvarati previše složene sheme kako bi se izbjeglo stvaranje izjednačujućih struja između uređaja u nizu.

Akumulatorske baterije smještaju se u kući ili drugoj građevini kako bi se osigurala temperatura okolnog zraka u rasponu od 10 do 25 stupnjeva Celzija iznad nule i spriječilo dospijevanje vode na njih. Time se znatno produljuje vijek trajanja uređaja i smanjuju gubici električne energije.

Suvremene tehnologije proizvodnje akumulatorskih baterija namijenjenih smještaju u stambenim objektima predviđaju pojačane mjere ekološke sigurnosti. Stoga nije potrebno poduzimati posebne mjere za intenzivno prozračivanje prostorije. Ipak, ne bi ih trebalo smještati u stambene sobe.

Budući da akumulatori imaju značajnu težinu (uređaj od 12 V i 200 Ah teži oko 70 kg), treba ih smjestiti na pod ili na čvrste i sigurno pričvršćene police.

Potrebno je spriječiti mogućnost pada akumulatora s visine, jer bi u tom slučaju otkazali, a sustavi s tekućim elektrolitom osim toga su opasni za ljudsko zdravlje ako dođe do gubitka brtvljenja.

S povećanjem duljine energetskog kabela raste električni otpor, što dovodi do smanjenja učinkovitosti sustava. Stoga se prakticira smještanje akumulatora tijesno jedan uz drugi kako bi se smanjila ukupna duljina žica.

Polica za akumulatorske baterije mora izdržati veliku težinu. Tako blok od osam akumulatora od 200 Ah teži više od pola tone.

Specifičnosti funkcioniranja sustava

Kod paralelnog i kombiniranog serijsko-paralelnog spajanja akumulatora u jedinstveni niz može doći do neravnoteže uređaja po razini napunjenosti. To dovodi do toga da će uređaj raditi u nepotpunom ciklusu, a time će se njegov vijek trajanja brže iscrpiti.

Sustav za dobivanje električne energije od sunca uvijek je opremljen kontrolerom koji upravlja punjenjem akumulatora. U slučaju stvaranja niza baterija dodatno je potrebno ugraditi izjednačujuće nabojne premosnice.

Kako bi se izbjegli problemi neujednačenog punjenja i pražnjenja baterija spojenih u jedan niz, potrebno je koristiti uređaje istog modela, a još bolje – iste serije. Ovo pravilo vrijedi ne samo za sustave solarne energije.

Danas se gotovo svaki dom može opremiti uređajima koji rade na 12 ili 24 volta, uključujući hladnjake, televizore itd. Međutim, razvod s takvim naponom po cijeloj kući nema smisla jer će strujna snaga biti vrlo velika.

To znači da je za ostvarenje takve ideje potreban skup kabel s velikim presjekom žila, a gubici zbog električnog otpora bit će veliki.

Gotovo za sve kućanske uređaje postoje modeli koji rade na 12-voltnoj istosmjernoj mreži. Ako razvod električnog kabela nije predugačak, može se koristiti sustav s niskim naponom.

Stoga se u neposrednoj blizini baterija postavlja inverter – uređaj za pretvorbu električnog napona.

Osim toga, stvarni izlazni napon baterijskog bloka može se nešto razlikovati od deklariranog. Tako potpuno napunjene, popularne za korištenje u shemi sa solarnim panelima gel baterije daju napon od 13–13,5 volti, pa inverter obavlja funkciju stabilizatora.

Izračun potrebnog kapaciteta baterija

Kapacitet baterija izračunava se na temelju predviđenog razdoblja samostalnog rada bez punjenja i ukupne snage potrošnje električnih uređaja.

Prosječnu snagu električnog uređaja po vremenskom intervalu moguće je izračunati na sljedeći način:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Gdje:

• P₁ – nazivna snaga uređaja;
• T₁ – vrijeme rada uređaja;
• T₂ – ukupno izračunato vrijeme.

Gotovo na cijelom području Rusije postoje duga razdoblja kada solarni paneli neće raditi zbog lošeg vremena.

Postavljanje velikih nizova baterija za njihovo potpuno punjenje samo nekoliko puta godišnje nije isplativo. Stoga odabiru vremenskog intervala tijekom kojeg će uređaji raditi samo na pražnjenje treba pristupiti na temelju prosječne statističke vrijednosti.

Količina energije koju generiraju solarni paneli ovisi o gustoći oblaka. Ako oblačno vrijeme u regiji nije rijetkost, tada se nedostatak ulazne snage mora uzeti u obzir pri izračunu kapaciteta baterijskog bloka.

Ako se planira koristiti pohranjenu energiju tijekom dana, primjerice u grijanju na solarne panele, tada je bolje uzeti nešto veći interval, poput 30 sati.

U slučaju dugotrajnog razdoblja kada nije moguće koristiti solarne panele, potrebno je primijeniti drugi sustav za proizvodnju električne energije, temeljen, na primjer, na dizelskom ili plinskom generatoru.

Baterija napunjena 100% može, do potpunog pražnjenja, dati snagu koja se može izračunati prema formuli:

P = U x I

Gdje:

• U – napon;
• I – jačina struje.

Tako jedna baterija s parametrima napona od 12 volti i jačine struje od 200 ampera može generirati 2400 vata (2,4 kW). Za izračun ukupne snage više baterija potrebno je zbrojiti vrijednosti dobivene za svaku od njih.

U prodaji postoje baterije s velikim pokazateljem snage, ali su skupe. Ponekad je puno jeftinije kupiti nekoliko običnih uređaja u kompletu s priključnim kabelima.

Dobiveni rezultat potrebno je pomnožiti s nekoliko redukcijskih koeficijenata:

• Učinkovitost pretvarača. Uz pravilno usklađivanje napona i snage na ulazu u pretvarač postići će se maksimalna vrijednost od 0,92 do 0,96.
• Učinkovitost energetskih kabela. Minimizacija duljine žica koje povezuju baterije i udaljenosti do pretvarača potrebna je za smanjenje električnog otpora. U praksi vrijednost pokazatelja iznosi od 0,98 do 0,99.
• Minimalno dopušteno pražnjenje baterija. Za svaku bateriju postoji donja granica punjenja, pri čijem prelasku životni vijek uređaja značajno opada. Obično kontroleri postavljaju minimalnu vrijednost punjenja na 15%, stoga je koeficijent približno 0,85.
• Maksimalno dopušteni gubitak kapaciteta prije zamjene baterija. S vremenom dolazi do starenja uređaja, povećanja njihovog unutarnjeg otpora, što dovodi do nepovratnog smanjenja njihovog kapaciteta. Korištenje uređaja čiji je preostali kapacitet manji od 70% nije isplativo, stoga vrijednost pokazatelja treba uzeti kao 0,7.

Suprotno uvriježenom mišljenju, učinkovitost baterije – omjer primljene i predane električne energije – ne treba uključivati u izračun. Navedeni u tehničkoj dokumentaciji pokazatelj kapaciteta baterije uzima u obzir mogući volumen za predaju.

U konačnici, vrijednost integralnog koeficijenta pri izračunu potrebnog kapaciteta za nove baterije bit će približno 0,8, a za stare, prije njihovog otpisa – 0,55.

Za opskrbu kuće električnom energijom uz trajanje ciklusa punjenja – pražnjenja od 1 dana bit će potrebno 12 baterija. Kada jedan blok od 6 uređaja radi na pražnjenje, drugi blok će se puniti.

Maksimalno dopuštene struje

Za svaku bateriju u tehničkoj dokumentaciji propisana je maksimalno dopuštena struja punjenja. Prekoračenje te vrijednosti dovodi do pregrijavanja uređaja, naglog i nepovratnog smanjenja njegovih performansi.

Stoga pri odabiru baterija za sastavljanje sustava s baterijom potrebno je uvjeriti se da one mogu osigurati potrošnju električne energije koju proizvode solarni paneli.

Još jedan važan pokazatelj – dopuštena struja pražnjenja:

• Nazivna struja pražnjenja, za rad na kojoj je (ili nižoj vrijednosti) baterija namijenjena. Rad cjelokupne električne opreme priključene u sustav mora biti osiguran ovim pokazateljem.
• Maksimalna struja pražnjenja koju uređaj može kratkotrajno dati pri vršnim opterećenjima. Takva opterećenja mogu nastati pri uključivanju određene opreme, primjerice one koja sadrži kompresore hladnjaka ili klima uređaja.

Dugotrajno prekoračenje prvog pokazatelja ili kratkotrajno drugog dovodi do prijevremenog trošenja baterije. Starenjem uređaja ti se pokazatelji smanjuju za 20-30%, što također treba uzeti u obzir.

Specifičnosti uređaja i osnovni parametri

Automobilske baterije nisu namijenjene za rad s velikim brojem ciklusa punjenja i pražnjenja. Za alternativnu i pričuvnu energetiku koriste se uređaji drugog tipa. Budući da je njihova cijena visoka, potrebno je pažljivo proučiti sve parametre prije kupnje.

Načini rada baterije u automobilu i u sustavu alternativne energetike toliko se razlikuju da se njezina namjena navodi čak i na samom uređaju

Vrste koje se koriste za alternativnu energiju

Gotovo sve baterije koje se koriste u alternativnoj energetici i ugrađuju u zgrade pripadaju tipu neodržavanih. Korisnik nema mogućnosti provoditi s njima fizičke operacije koje utječu na njihovu strukturu.

To je učinjeno kako bi se minimizirao rizik fizičkog ili kemijskog djelovanja baterija na ljude, zrak i predmete oko njih. Stoga nema potrebe za detaljnim proučavanjem strukture i fizikalno-kemijskih nijansi rada baterijskih ćelija različitih tipova. Veću pozornost treba posvetiti razlikama u osnovnim tehničkim karakteristikama uređaja.

OPzS baterije izrađene su slično najjednostavnijim olovno-kiselinskim uređajima. Promjena u obliku pozitivne ploče omogućuje osiguranje znatno većeg broja ciklusa punjenja i pražnjenja nego kod automobilskih inačica.

Nedostatak je prisutnost tekućeg elektrolita, što može biti opasno pri njihovom gubitku brtvljenja. Srednja cjenovna niša.

Alkalne (niklove) baterije rijetko se koriste zbog njihove neosjetljivosti na male struje pri punjenju i potrebe za prolaskom punog ciklusa od napunjenog do ispražnjenog stanja. U protivnom će doći do smanjenja kapaciteta baterije.

Također, ovi uređaji imaju veću težinu i dimenzije u usporedbi s konkurentima istog kapaciteta. Opasni su pri dehermetizaciji. Niska cjenovna niša.

Dehermetizacija akumulatora moguća je pri unutarnjem defektu, prekomjernoj snazi struje punjenja, padu s visine ili radu u neodgovarajućim uvjetima. Najveće probleme pritom će stvoriti uređaji koji sadrže tekućine opasne pri isparavanju.

U AGM akumulatorima elektrolit se nalazi u vezanom stanju u strukturi od staklenih vlakana. Mogu se puniti malim strujama. Praktički su sigurni i zauzimaju srednju cjenovnu nišu među konkurentima.

U GE (gel) akumulatorima u elektrolit je dodan silicijev oksid, zbog čega se nalazi u gelolikom stanju. Uređaji imaju visok stupanj sigurnosti i dobre karakteristike. Visoka cjenovna niša.

Akumulatori za alternativnu energetiku ne prodaju se u automobilskim trgovinama. Mogu se nabaviti u tvrtkama koje prodaju solarne baterije, vjetroelektrična postrojenja ili putem interneta.

Akumulatorske baterije na bazi litija (na primjer, litij-željezo-fosfatni modeli) imaju vrlo dobre karakteristike, kompaktne su, imaju znatno manju težinu, praktički su sigurne. Međutim, njihova je cijena znatno viša nego kod konkurentskih tipova uređaja, čak i gelovih.

S gledišta omjera cijene i tehničkih karakteristika, gel tip i litijev tip akumulatora najatraktivniji su. Ali jednokratna početna ulaganja u njih vrlo su velika, stoga su uređaji drugih tipova također široko rasprostranjeni na tržištu baterija za alternativnu energetiku.

Na domaćem tržištu aktivno su traženi akumulatori sljedećih marki:

Prikazane baterije odlikuju se izvrsnim radnim karakteristikama i pristupačnom cijenom.

Odabir modela akumulatora

Osnovni parametri akumulatorskih baterija za solarnu energiju na koje treba obratiti pozornost pri kupnji su sljedeći:

• napon i kapacitet, koji određuju snagu baterije;
• dubina sigurnog maksimalnog pražnjenja, uz čije poštivanje je moguće funkcioniranje baterije u roku koji je naveo proizvođač;
• zajamčeni broj ciklusa punjenja i pražnjenja uz poštivanje svih tehničkih uvjeta;
• veličina samopražnjenja, koja karakterizira intenzitet gubitka električne energije u napunjenoj bateriji tijekom mirovanja;
• maksimalna struja punjenja, koja određuje količinu električne energije po jedinici vremena koju baterija može primiti bez štete za daljnje funkcioniranje;
• nominalna struja pražnjenja, koja određuje količinu električne energije po jedinici vremena koju baterija može dugotrajno odati bez štete za daljnje funkcioniranje;
• maksimalna struja pražnjenja, koja određuje količinu električne energije po jedinici vremena koju baterija može kratkotrajno odati bez štete za daljnje funkcioniranje;
• optimalna temperatura za rad uređaja;
• veličina i masa baterije, čije je poznavanje potrebno za odabir mjesta njezina postavljanja i načina ugradnje.

Svi ovi parametri opisani su u tehničkoj dokumentaciji koju u elektroničkom obliku objavljuju na web stranicama svih velikih proizvođača.

Zaključci i koristan video na temu

Pregled nijansi funkcioniranja baterija različitih tipova za solarne sustave:

Usporedba različitih tipova startnih baterija. Prednosti i nedostaci za alternativnu energiju:

Iskustvo korištenja litijskih (LiFePo4) baterija. Stvarni blok iz automobilskih uređaja, nijanse njegovog rada:

Pravilan odabir akumulatora prema njihovim parametrima omogućit će pouzdan rad alternativnog energetskog sustava. Ne treba pretjerano štedjeti na bloku za pohranu električne energije – početna ulaganja isplatit će se nesmetanim radom sustava nekoliko godina unaprijed.

Molimo Vas, ostavite komentare u bloku ispod, postavljajte pitanja, objavljujte fotografije na temu članka. Ispričajte nam kako ste birali akumulatore za vikendicu mini-elektranu na solarne ploče. Podijelite informacije koje će biti korisne posjetiteljima stranice.