Аккумуляторные батареи являются неотъемлемой частью автономной или гибридной солнечной электростанции и служат для накопления и сохранения энергии, полученной от солнечных батарей в течение светового дня, либо для компенсации пиков мощности в системах без солнечных модулей или в микрогридах.
Емкость аккумуляторов рассчитывается исходя из суточной потребности в электроэнергии, но в отдельных случаях можно и вовсе обойтись без АКБ. Например, если задачи сохранения энергии не стоит, а все электричество потребляется в течение светового дня, либо отдается в общую сеть.
В остальных случаях необходимо рассчитать, какой объем энергии вам необходимо запасти. Для этого можно просуммировать энергопотребление всех бытовых электроприборов. Энергопотребление складывается из мощности каждого отдельного прибора, умноженной на среднее время его работы. Хотя иногда намного проще просто посмотреть на обычном электросчетчике, сколько электроэнергии вы расходуете в течение дня.
Типы аккумуляторов
Прежде чем выбрать аккумуляторную систему для солнечной электростанции, важно разобраться, какие именно аккумуляторные батареи для этого подходят, какая необходима емкость, и в каких случаях от них можно отказаться. Ниже мы разберем различные типы аккумуляторов – в чем их отличия, преимущества и недостатки.
Свинцово-кислотный аккумулятор
Один из самых первых и до сих достаточно распространённых типов аккумуляторов — свинцово-кислотный.
Принцип его действия очень прост и основан на взаимодействии свинца и раствора серной кислоты. Внутри закрытой системы постоянно происходит циклическая электрохимическая реакция - под действием серной кислоты, свинец окисляется до сульфата свинца, а на полюсах батареи образуется разность потенциалов, как следствие — электрический ток. При обратной последовательности, под действием электрического тока, сульфат свинца восстанавливается до свинца и серной кислоты и так по кругу.
К сожалению, этот процесс не лишен недостатков, а именно:
Все это обусловлено тем, что сульфат свинца имеет рыхлую консистенцию — белый и пушистый он отслаивается с пластин и падает на дно аккумулятора. Со временем осадок начинает твердеть и кристаллизоваться, что не позволяет сульфату преобразовываться обратно в свинец, в результате ёмкость снижается. Если же все это происходит при отрицательных температурах, то вода, превращаясь в лед, совершенно не способствует процессу восстановления сульфата свинца.
На самом деле использование обычных свинцового аккумулятора для солнечной батареи не самая лучшая альтернатива. Технология GEL и AGM позволяют уменьшить опадание сульфата свинца и существенно продлить срок их службы, в некоторых случаях до 10 лет, поэтому их использование в солнечной электростанции более оправдано.
Свинцовые аккумулятор AGM (Absorbent Glass Mat)
Принципиальная особенность этого свинцово-кислотного аккумулятора заключается в том, что пространство между его электродами заполнено пористым материалом на основе стекловолокна. Этот материал действует как губка, полностью всасывает кислоту и не дает ей растекаться.
По мере протекания химических реакций, могут выделяться газы, в основном водород и кислород. Эти газы принимают участие в циклических реакциях при подзарядке батареи, выделяясь и возвращаясь обратно в жидкий электролит, что называется рекомбинацией газов. Подобный круговой процесс не может быть эффективным на 100%, однако в аккумуляторах AGM рекомбинация достигает 95-99% эффективности, и ничтожно малое количество свободного газа не оказывает влияние на качество электролита, позволяя системе работать хорошо в течение многих лет. Кроме того, предусмотрен специальный клапан, который срабатывает при возникновении избыточного давления и выпускает лишний газ. Он же защищает батарею при возникновении внештатных ситуаций, например при резком повышении температуры, и т.п.
Отличительной особенностью аккумуляторов с технологией AMG, является их низкое внутреннее сопротивление. Это увеличивает скорость зарядки, что особенно актуально в холодное время года и в пасмурную погоду, так как быстро выводит батарею из состояния глубокой разрядки и продлевает тем самым срок ее службы.
Батареи, основанные на технологии AGM, не требуют дополнительной вентиляции или специализированного обслуживания. Работая в режиме с разряда глубиной не более 20%, они могут проработать до 10 лет. Однако при постоянной глубине разрядки до 60%-70%, срок их службы существенно сокращается (до 3-5 лет).
В любом случае их характеристики существенно превосходят обычные свинцово-кислотные АКБ — они дольше могут работать в режиме глубокого разряда и выдерживают 600 и более циклов глубокой разрядки. Кроме того, их ток саморазряда крайне мал — заряженная батарея может храниться относительно долгое время. К примеру, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора падает не более чем на 20% от первоначального уровня.
Свинцовый Гелевый аккумулятор и технология GEL (Gel Electrolite)
Электролит этого типа аккумуляторных батарей представляет собой гелеобразную субстанцию. Это достигается за счет добавления в него вещества на основе двуокиси кремния, в результате получается густая масса, по консистенции напоминающая желе.
Так как электролит находится в густом состоянии, то он не подвержен расслоению на воду и кислоту из-за чего переносит небольшие морозы без существенного снижения емкости.
Нужно отметить, что гелевые аккумуляторные батарей несколько дороже, чем аккумуляторы AMG, однако и срок их службы больше на 10%-20%. Кроме того, более высокие эксплуатационные характеристики позволяют использовать их для автономных солнечных энергосистем, в случаях, когда батареи постоянно работают в режиме глубокой разрядки, а окружающая температура часто опускается ниже нуля.
Литий ионный аккумулятор со встроенной BMS
Самые современные аккумуляторы — это литиевые аккумуляторы. АКБ на основе лития обходят свинцовые по всем важным параметрам, их отличает:
За счет допустимости глубокого разряда вплоть до 100%, литиевые аккумуляторы позволяют использовать втрое меньшую емкость по сравнению со свинцовыми.
В итоге, при, казалось бы, более высокой цене за единицу емкости, итоговая стоимость литий ионных аккумуляторов в составе системы получается ниже свинцово-кислотных.
Важно: все указанные преимущества относятся к литий-ионных аккумуляторам со встроенным BMS на базе LFP ячеек. При отсутствии BMS литий-ионные АКБ превращается в дорогую версию свинцового.
Типы Li-Ion аккумуляторов
В современном мире существует огромное число модификаций литиевых аккумуляторных батарей. На данный момент наибольшее распространение в производстве получили только некоторые из них:
LiFePO4 литий-железо-фосфатные, славящиеся износоустойчивостью, высокой термостабильностью, эксплуатационной безопасностью и длительным периодом работы. Применяются в солнечных электростанциях и промышленных системах хранения энергии, то-есть там, где есть высокая нагрузка с большими токами, а также важен длительный срок службы в 20 и более лет.
Li-Mn литий-марганцевые, чье главное преимущество заключается в умеренной удельной энергоемкости, хотя и при низком сопротивлении. Применяются - Li-Mn в медтехнике и специнструментах, а LiNiMnCoO2 – в электромобилях, электровелосипедах, телекоммуникациях, электростанциях, системах безопасности;
Li-Co литий-кобальтовые, выделяющиеся на фоне аналогов показательной удельной энергоемкостью, но малой термостабильностью и непродолжительным жизненным циклом. Применяются в основном в ноутбуках и сотовых телефонах, стоят относительно не дорого, служат всего 2-4 года (1200-2000 циклов).
г. Астана,
ул.Циолковского 11, оф. 36
г. Астана,
ул.Циолковского 11, оф. 36
