Характеристики аккумуляторов

Аккумуляторы для автономных систем

Аккумуляторы - это устройства для хранения энергии в химической форме. Для этого используются химические реакции компонентов, позволяющие запасать и отдавать энергию.

Аккумуляторная батарея - группа соединенных вместе аккумуляторов, которые хранят энергию в автономных системах альтернативных источников энергии. В аккумуляторную батарею объединяются одинаковые аккумуляторы: одного типа, одной емкости и лучше из той же партии. Использование в батарее разнородных аккумуляторов приводит к неправильной работе и ее преждевременному выходу из строя.

Во всех ветряных и солнечных системах автомного электроснабжения используются аккумуляторные батареи. Если бы аккумуляторы не использовались, то энергия от солнечных панелей была бы доступна только днем, а от ветрогенератора, когда дует ветер. На практике энергия хранится в аккумуляторах, которые отдают ее в тот момент, когда это нужно потребителю. Это обеспечивает большую надежность таких систем энергообеспечения. Также это способствует максимально эффективному использованию энергии, выработанной системами альтернативных источников энергии: до 90% энергии, выработаннойветрогенераторами и солнечными панелями используется потребителем. Для сравнения, если при включенном дизельгенераторе на 3 кВт общая мощность включенных и постоянно используемых приборов составляет в среднем 1,5 кВт, то теряется 50% вырабатываемой энергии, причем это типичная ситуация.

Возможно ли использование ветрогенераторов и солнечных панелей без аккумуляторов? Да, в том случае, если у вас есть контроллер, позволяющий отдачу электроэнергии в общую сеть. Во многих странах существуют специальные тарифы, позволяющие оплачивать эту энергию владельцу альтернативных источников энергии или вычитать эту сумму из его счета за электричество. В Германии эта мера была принята в 2000 году и сейчас Германия мировой лидер по солнечной электроэнергии, а общее число установленных фотовольтаических систем в 2010 году превысило 250 тысяч. Приобретение возобновимой электроэнергии у населения (feed-in tariff) практикуется во многих штатах США, Канады, в Великобритании (с 2010 г.), Австралии (с 2008 г.), Чехии (с 2005 г.), Испании (с 2008 г.), Украине (с 2008 г.) и т.д. В большинстве стран введение такой меры сопряжено с принятием отдельного закона, гарантирующего для физического лица, устанавливающего систему возобновимой энергии, присоединение к электросети, долгосрочность приобретения электроэнергии и фиксированные расценки на уровне или выше рыночной цены электроэнергии. В России такая инициатива существует на начальной стадии и пока не оформлена в виде закона и соответствующих нормативных актов. Возможно через 5-10 лет появится возможность установки альтернативных источников энергии без аккумуляторов.

Характеристики аккумуляторов

Емкость аккумулятора - это количество электрической энергии, которой должен обладать полностью заряженный аккумулятор. Емкость - самый важный параметр аккумулятора, ведь чем больше емкость аккумулятора - тем дольше будут работать приборы, не требуя подзарядки. Измеряется емкость в ампер-часах (А.ч). Номинальная емкость всегда указывается на этикетке аккумулятора или на самом аккумуляторе. Однако реальная емкость не всегда совпадает с номинальной. Реальная емкость аккумулятора колеблется от 80% до 110% от номинального значения в зависимости от условий эксплуатации и внешней среды. Например при охлаждении аккумулятора ниже комнатной температуры, емкость обычно ниже номинальной. Поэтому аккумуляторы следует держать в отапливаемом зимой помещении с температурой от 0 до 20 градусов тепла. При нагреве выше +20 градусов емкость возрастает, но это снижает срок службы аккумулятора. В процессе эксплуатации емкость аккумулятора обычно постепенно уменьшается.

Обычная емкость аккумуляторов в автономных ветряных и солнечных системах - 100 Ач и 150 Ач (в мини-системах), 200 Ач и выше в малых и средних системах. В больших системах обычно используются промышленные аккумуляторные блоки.

Напряжение аккумулятора - основная характеристика энергии аккумулятора. Чаще всего аккумуляторные батареи для ветряных и солнечных систем собирают из аккумуляторов 12 вольт. Фактическое напряжение обычно отличается от номинального. У хорошо заряженного аккумулятора напряжение может быть 14 В, в режиме эквализации 14,4 и выше. У нормально заряженного аккумулятора напряжение 13-13,5 В. У заряженного лишь наполовину аккумулятора напряжение 12 В. Меньше 11,5 В - характеризует критически низкий заряд аккумулятора - менее 10%. Эти цифры соответствуют температуре 20 градусов тепла для аккумулятора без нагрузки. Обычно контроллер системы отключает нагрузку на аккумуляторы при достижении критических значений. Значения напряжения изменяются в зависимости от того, производится ли зарядка аккумулятора или наоборот разрядка во время питания энергией приборов.

Напряжение аккумуляторной батареи должно соответствовать параметрам остальных компонентов системы: ветрогенератора, солнечных панелей, контроллера и инвертера. Обычные значения номинального напряжения для мини систем (дача): 12-24 вольт, для малых систем (дом): 48, 96 вольт, для средних и больших систем (группа домов): 220 и более вольт.

Внутреннее сопротивление измеряется в Омах (или миллиОмах) и зависит от емкости элемента, числа элементов, электрохимической системы, а также возраста и условий эксплуатации аккумулятора. В процессе эксплуатации аккумулятора значение его внутреннего сопротивления увеличивается. Например, сопротивление, равное 500 мОм, говорит либо о почтенном возрасте аккумулятора, либо о его неправильной эксплуатации. Повышение внутреннего сопротивления приводит к сокращению времени работы приборов. Если аккумулятор обладает большим внутренним сопротивлением, то при резком увеличении потребляемого прибором тока напряжение на нем существенно падает (по закону Ома). При этом, если напряжение падает ниже определенного значения, прибор считает, что аккумулятор полностью разряжен, и отключается. Таким образом, аккумулятор с высоким внутренним сопротивлением не выдает в нагрузку всю запасенную им энергию, вследствие чего и сокращается время работы питаемых им приборов.

Пример нормального внутреннего сопротивления нового заряженного аккумулятора при температуре 20 градусов: 0,005-0,01 Ом (5-10 миллиОм).

Саморазряд аккумулятора - это самопроизвольная потеря аккумулятором запасенной энергии с течением времени после того, как он был полностью заряжен. Чем ниже уровень саморазряда, тем лучше аккумулятор. Саморазряд измеряется в процентах от общей энергии аккумулятора за единицу времени (сутки, месяц). Обычно саморазряд уменьшается с уменьшением температуры окружающей среды. Именно поэтому аккумуляторы следует хранить в прохладном месте. Например, при увеличении температуры с 20 до 30 градусов саморазряд может увеличиваться почти в 2 раза.

Пример нормального саморазряда аккумулятора при температуре 20 градусов за 1 месяц: 3-5%.

Срок службы аккумулятора характеризуется количеством циклов заряда/разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров: емкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Также срок службы определяется временем, прошедшим со дня изготовления. Аккумулятор обычно считается непригодным после уменьшения его емкости до 60% - 70% от номинального значения. Срок службы аккумулятора зависит от различных факторов: его типа, методов заряда, глубины разряда, условий эксплуатации и обслуживания. Очень большое значение имеет выбор производителя и качество изготовления. Для ветряных и солнечных систем с жесткими условиями эксплуатации требуются аккумуляторы высокого качества, такие как, например, аккумуляторы Sacred Sun, которыми комплектуются предлагаемые нашей компанией системы.

Срок службы аккумулятора измеряется в годах или в циклах. Например, хороший гелевый аккумулятор в буферном режиме (с минимальной нагрузкой и постоянной подзарядкой) может служить 12 лет. С глубиной разряда менее 15% такой аккумулятор может выдержать свыше 1600 циклов, при систематическом использовании аккумулятора и глубине разряда до 30% - 1300 циклов, до 50% - 750 циклов, до 100% - 350 циклов. В годах это может означать, что при нормальной эксплуатации и использовании емкости аккумулятора менее 50%, он может прослужить 5-8 лет. Если же постоянно энергию аккумулятора использовать до предела, то он прослужит не более 3 лет. Чем меньше нагрузка на аккумулятор и чем чаще зарядка, тем дольше он служит. В ветро-солнечных системах основная нагрузка на аккумуляторы приходится на утро и вечер, основная зарядка производится днем от солнца и в периоды ветренной погоды независимо от времени суток. Чем больше аккумуляторов в батарее и чем выше их емкость, тем меньше нагрузка на каждый из них и, соответственно, тем дольше их срок службы. Правильный расчет оптимального количества аккумуляторов в планируемой ветряной или солнечной системе может сделать специалист по данным планируемого энергопотребления в системе.

Виды аккумуляторов

Обычный свинцово-кислотный аккумулятор - наиболее распространенный вид аккумуляторов, который широко используется, например, в автомобилях. Использование обычных автомобильных аккумуляторов нерационально для длительного использования ветряных или солнечных систем. Обычный срок службы (в зависимости от условий эксплуатации) - 2-4 года.

AGM аккумулятор - тоже свинцово-кислотный, но здесь кислота содержится в абсорбирущем сепараторе из стекломата, состоящего из тонких стеклянных нитей. Аккумуляторы AGM дороже обычных, но дешевле гелевых и поэтому обычно применяются для источников бесперебойного питания, иногда используются и для ветряных и солнечных систем. Обычный срок службы в ветряных и солнечных автономных системах (в зависимости от условий эксплуатации) - 3-6 лет.

Учитывая достаточно быстрое падение емкости компания "Свет-ДВ" не рекомендует использовать аккумуляторы AGM на длительный срок .

Гелевый аккумулятор - по принципу действия это тоже свинцово-кислотный, но кислота в нем находится в виде геля. Это позволяет более эффективную рекомбинацию образующихся при зарядке аккумулятора газов. Гелевые аккумуляторы наиболее часто применяются для ветряных и солнечных систем. Обычный срок службы (в зависимости от условий эксплуатации) - 5-8 лет.

Использование гелевых аккумуляторов хорошо для небольших систем или в случаях ограниченного бюджета. Аккумуляторы могут быть 12В и 2В. При равных показателях емкости срок службы аккумуляторов 2В на 25% больше, чем аккумуляторов 12В. В стандартных комплектах систем нашей компании используются следующие виды гелевых аккумуляторов: