Akumulátory pre solárne panely: prehľad vhodných typov batérií a ich vlastností

Systémy alternatívnej energetiky sa čoraz častejšie využívajú na zásobovanie obytných domov elektrinou. Keďže režimy výroby a spotreby elektriny sa líšia, je potrebné zabezpečiť jej akumuláciu na neskoršie dodanie. Súhlasíte?

Aby bolo možné využiť energiu v čase, ktorý vlastník potrebuje, do schémy sa zaraďujú akumulátory pre solárne batérie. Povieme Vám, ako správne vybrať zariadenia určené na prevádzku v cykloch nabíjania a vybíjania. Naše odporúčania Vám pomôžu vybrať optimálny model.

Akumulátory v systéme domácej solárnej energetiky

Pochopenie spôsobov a nuancií použitia akumulátorov pri zásobovaní objektu elektrinou zo solárnych batérií umožní správny výber zariadení a zabezpečí maximálnu účinnosť systému.

Na uskutočnenie premyslenej kúpy je potrebné dôkladne sa oboznámiť so spôsobmi vytvorenia akumulátorového poľa (bloku) a s pravidlami výpočtu základných charakteristík.

Spôsob spojenia zariadení do jednotného bloku

Obytné a priemyselné objekty spotrebúvajú elektrické zaťaženie, ktoré presahuje možnosti jedného akumulátora. V prípade, že solárny energetický systém je dimenzovaný na veľké množstvo elektrických spotrebičov, je potrebné vytvoriť pole akumulátorových batérií podľa príkladu podobného spojenia solárnych panelov.

Pripojenie akumulátorov do jednotného poľa na ukladanie elektrickej energie je možné vykonať paralelným, sériovým alebo zmiešaným spôsobom. Výber závisí od požadovaných výstupných hodnôt výkonu a napätia.

V závislosti od spôsobu pripojenia akumulátorov medzi sebou možno dosiahnuť rôzne hodnoty výstupného napätia, avšak netreba vytvárať príliš zložité schémy, aby sa predišlo vzniku vyrovnávacích prúdov medzi zariadeniami v poli.

Akumulátorové batérie sa umiestňujú v dome alebo v inej stavbe na zabezpečenie teploty okolitého vzduchu v rozsahu od 10 do 25 stupňov Celzia nad nulou a na zabránenie vniknutia vody na ne. To výrazne predlžuje životnosť zariadení a znižuje straty elektrickej energie.

Moderné technológie výroby akumulátorových batérií určených na umiestnenie v obytných budovách zahŕňajú zvýšené opatrenia ekologickej bezpečnosti. Preto nie je potrebné prijímať žiadne osobitné opatrenia na intenzívne vetranie miestnosti. Napriek tomu by sa nemali umiestňovať v obytných miestnostiach.

Keďže akumulátory majú značnú hmotnosť (zariadenie na 12 V a 200 Ah váži približne 70 kg), treba ich umiestňovať na podlahu alebo na pevné a bezpečne upevnené regály.

Je potrebné zabrániť možnosti pádu akumulátorov z výšky, pretože v takom prípade sa poškodia a systémy s kvapalným elektrolytom sú navyše nebezpečné pre ľudské zdravie pri ich odtlakovaní.

So zväčšovaním dĺžky silového kábla rastie elektrický odpor, čo vedie k zníženiu účinnosti systému. Preto sa praktizuje umiestňovanie akumulátorov tesne k sebe, aby sa minimalizovala celková dĺžka vodičov.

Regál na akumulátorové batérie musí vydržať veľkú hmotnosť. Takže blok z ôsmich dvestoampérových akumulátorov váži viac ako pol tony.

Zvláštnosti fungovania systému

Pri paralelnom a kombinovanom sériovo-paralelnom zapojení akumulátorov do jednotného poľa je možná nevyváženosť zariadení z hľadiska úrovne nabitia. To vedie k tomu, že zariadenie nebude fungovať v úplnom cykle, a teda jeho životnosť sa vyčerpá rýchlejšie.

Systém získavania elektrickej energie zo slnka je vždy vybavený regulátorom, ktorý riadi nabíjanie akumulátora. V prípade vytvorenia poľa batérií je navyše potrebná inštalácia vyrovnávacích nabíjacích prepojok.

Aby sa predišlo problémom nerovnomerného nabíjania a vybíjania batérií spojených do jedného poľa, je potrebné používať zariadenia rovnakého modelu, a ešte lepšie – rovnakej šarže. Toto pravidlo platí nielen pre systémy solárnej energetiky.

V súčasnosti je možné takmer všetky domácnosti vybaviť zariadeniami pracujúcimi na 12 alebo 24 voltov, vrátane chladničiek, televízorov atď. Avšak rozvody s takýmto napätím v celom dome nemajú zmysel, pretože prúdová sila by bola veľmi vysoká.

To znamená, že pri realizácii takéhoto nápadu je potrebný drahý kábel s veľkým prierezom žíl a veľké budú aj straty spôsobené elektrickým odporom.

Pre takmer všetky domáce spotrebiče existujú modely pracujúce na 12-voltovej sieti jednosmerného prúdu. Ak rozvody elektrického kábla nie sú príliš dlhé, možno použiť systém s nízkym napätím.

Preto sa v bezprostrednej blízkosti akumulátorových batérií inštaluje invertor – zariadenie na transformáciu elektrického napätia.

Okrem toho sa skutočné výstupné napätie z akumulátorového bloku môže mierne líšiť od deklarovaného. Napríklad plne nabité gélové akumulátory, populárne na použitie v schéme so solárnymi panelmi, poskytujú napätie 13–13,5 V, preto invertor plní funkcie stabilizátora.

Výpočet potrebnej kapacity batérií

Kapacita akumulátorových batérií sa vypočítava na základe predpokladanej doby autonómnej prevádzky bez dobíjania a celkového výkonu spotreby elektrických zariadení.

Priemerný výkon elektrického zariadenia za časový interval možno vypočítať nasledovne:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Kde:

• P₁ – menovitý výkon zariadenia;
• T₁ – doba prevádzky zariadenia;
• T₂ – celkový vypočítaný čas.

Takmer na celom území Ruska existujú dlhé obdobia, kedy solárne panely nebudú fungovať kvôli zlému počasiu.

Inštalovať veľké polia akumulátorov pre ich plné vyťaženie len niekoľkokrát do roka je nerentabilné. Preto je potrebné pristupovať k výberu časového intervalu, počas ktorého budú zariadenia pracovať len na vybíjanie, na základe priemernej štatistickej hodnoty.

Množstvo energie generovanej solárnymi panelmi závisí od hustoty oblačnosti. Ak zamračené počasie v regióne nie je výnimočné, nedostatok prichádzajúceho výkonu je potrebné zohľadniť pri výpočte objemu akumulátorového bloku.

Ak sa plánuje využívať nahromadenú energiu počas dňa, napríklad v kúrení na solárne panely, je lepšie zvoliť na výpočet o niečo dlhší interval, napríklad 30 hodín.

V prípade dlhého obdobia, keď nie je možné použiť solárne batérie, je potrebné použiť iný systém výroby elektriny, založený napríklad na dieselovom alebo plynovom generátore.

100% nabitá batéria môže do svojho úplného vybitia poskytnúť výkon, ktorý je možné vypočítať podľa vzorca:

P = U x I

Kde:

• U – napätie;
• I – sila prúdu.

Takže jedna batéria s parametrami napätia 12 voltov a sily prúdu 200 ampérov môže vygenerovať 2400 wattov (2,4 kW). Na výpočet celkového výkonu viacerých batérií je potrebné sčítať hodnoty získané pre každú z nich.

V predaji sú batérie s veľkým ukazovateľom výkonu, ale sú drahé. Niekedy je oveľa lacnejšie zakúpiť niekoľko bežných zariadení v súprave s pripojovacími káblami.

Získaný výsledok je potrebné vynásobiť niekoľkými znižujúcimi koeficientmi:

• Účinnosť invertora. Pri správnom zladení napätia a výkonu na vstupe do invertora sa dosiahne maximálna hodnota od 0,92 do 0,96.
• Účinnosť silových káblov. Minimalizácia dĺžky vodičov spájajúcich batérie a vzdialenosti k invertoru je potrebná na zníženie elektrického odporu. V praxi je hodnota ukazovateľa od 0,98 do 0,99.
• Minimálne prípustné vybitie batérií. Pre každú batériu existuje dolná hranica nabitia, pri prekročení ktorej sa životnosť zariadenia výrazne znižuje. Ovládače zvyčajne nastavujú minimálnu hodnotu nabitia na 15%, preto je koeficient približne 0,85.
• Maximálne prípustná strata kapacity pred výmenou batérií. Postupom času dochádza k starnutiu zariadení, zvýšeniu ich vnútorného odporu, čo vedie k nezvratnému zníženiu ich kapacity. Používať zariadenia, ktorých zostatková kapacita je nižšia ako 70%, je nerentabilné, preto je potrebné hodnotu ukazovateľa vziať ako 0,7.

Napriek rozšírenému názoru, účinnosť batérie – pomer získanej a odovzdanej elektrickej energie by sa nemal zahrnúť do výpočtu. Ukazovateľ kapacity batérie uvedený v technickej dokumentácii zohľadňuje možný objem na odovzdanie.

Výsledkom je, že hodnota integrálneho koeficientu pri výpočte potrebnej kapacity pre nové batérie bude približne 0,8 a pre staré batérie pred ich odpisom – 0,55.

Na zabezpečenie domu elektrickou energiou pri dĺžke cyklu nabíjania – vybíjania rovnej 1 dňu bude potrebných 12 batérií. Keď jeden blok zo 6 zariadení bude pracovať na vybíjanie, druhý blok sa bude nabíjať.

Maximálne prípustné prúdy

Pre každú batériu je v technickej dokumentácii uvedený maximálne povolený nabíjací prúd. Prekročenie tejto hodnoty vedie k prehriatiu zariadenia a prudkému a nenávratnému zníženiu jeho parametrov.

Preto pri výbere batérií pre montáž systémov s batériou je potrebné sa uistiť, že dokážu zabezpečiť spotrebu elektriny vyrobenej solárnymi panelmi.

Ďalším dôležitým ukazovateľom je povolený vybíjací prúd:

• Menovitý vybíjací prúd, na ktorého hodnote (alebo nižšej) je batéria určená na prevádzku. Prevádzka všetkých elektrických zariadení pripojených do systému musí byť zabezpečená týmto ukazovateľom.
• Maximálny vybíjací prúd, ktorý môže zariadenie krátkodobo poskytnúť pri špičkovom zaťažení. Takéto zaťaženie môže nastať pri zapínaní niektorých zariadení, napríklad tých, ktoré obsahujú kompresory chladničky alebo klimatizácie.

Dlhodobé prekračovanie prvého ukazovateľa alebo krátkodobé prekračovanie druhého vedie k predčasnému opotrebovaniu batérie. Pri starnutí zariadení sa tieto ukazovatele znižujú o 20 – 30 %, čo je tiež potrebné zohľadniť.

Vlastnosti zariadenia a základné parametre

Automobilové batérie nie sú určené na prácu s veľkým počtom nabíjacích a vybíjacích cyklov. Pre alternatívnu a záložnú energetiku sa používajú zariadenia iného typu. Keďže ich cena je vysoká, je potrebné dôkladne preštudovať všetky parametre pred kúpou.

Režimy prevádzky batérie v automobile a v systéme alternatívnej energetiky sa natoľko líšia, že jej určenie je uvedené dokonca aj na samotnom zariadení

Používané typy pre alternatívnu energetiku

Prakticky všetky batérie používané v alternatívnej energetike a inštalované v budovách patria k typu bezúdržbových. Používateľ nemá možnosť vykonávať s nimi fyzické operácie, ktoré by ovplyvňovali ich štruktúru.

Je to urobené tak, aby sa minimalizovalo riziko fyzického alebo chemického vplyvu batérií na ľudí, vzduch a okolité predmety. Preto nie je potrebné podrobné štúdium štruktúry a fyzikálno-chemických nuáns prevádzky batérií rôznych typov. Väčšiu pozornosť treba venovať rozdielom v základných technických parametroch zariadení.

OPzS batérie sú vyhotovené podobne ako najjednoduchšie oloveno-kyselinové zariadenia. Zmena tvaru kladnej dosky umožňuje zabezpečiť výrazne väčší počet nabíjacích a vybíjacích cyklov ako u automobilových analógov.

Nevýhodou je prítomnosť tekutého elektrolytu, čo môže byť nebezpečné pri ich odtlakovaní. Stredná cenová úroveň.

Alkalické (niklové) batérie sa používajú zriedka kvôli ich necitlivosti na malé prúdy pri nabíjaní a potrebe absolvovania úplného cyklu z nabitého do vybitého stavu. V opačnom prípade dôjde k zníženiu kapacity batérie.

Tieto zariadenia majú tiež väčšiu hmotnosť a rozmery v porovnaní s konkurenciou rovnakej kapacity. Pri porušení tesnosti sú nebezpečné. Nízka cenová úroveň.

Porušenie tesnosti akumulátora je možné pri vnútornej chybe, nadmernom výkone nabíjacieho prúdu, páde z výšky alebo prevádzke v nevhodných podmienkach. Najväčšie problémy pritom spôsobia zariadenia obsahujúce kvapaliny nebezpečné pri odparovaní.

V AGM akumulátoroch je elektrolyt vo viazanom stave v štruktúre zo skleného vlákna. Možno ich nabíjať malými prúdmi. Sú prakticky bezpečné a zaujímajú strednú cenovú úroveň medzi konkurenciou.

V GE (gélových) akumulátoroch je do elektrolytu pridaný oxid kremíka, v dôsledku čoho je v gélovom stave. Zariadenia majú vysoký stupeň bezpečnosti a dobré vlastnosti. Vysoká cenová úroveň.

Akumulátory pre alternatívnu energetiku nepredávajú v automobilových obchodoch. Je možné ich zakúpiť vo firmách na predaj solárnych batérií, veterných elektrických zariadení alebo cez internet.

Lítiové akumulátorové batérie (napríklad lítium-železo-fosfátové modely) majú veľmi dobré vlastnosti, sú kompaktné, majú výrazne menšiu hmotnosť, sú prakticky bezpečné. Ich cena je však výrazne vyššia ako u konkurenčných typov zariadení, dokonca aj gélových.

Z hľadiska pomeru ceny a technických vlastností sú gélový a lítiový typ akumulátorov najatraktívnejšie. Jednorazové počiatočné investície do nich sú však veľmi vysoké, preto sú zariadenia iných typov tiež široko rozšírené na trhu batérií pre alternatívnu energetiku.

Na domácom trhu sú aktívne žiadané akumulátory nasledujúcich značiek:

Prezentované akumulátory sa vyznačujú vynikajúcimi prevádzkovými vlastnosťami a dostupnou cenou.

Výber modelu akumulátora

Základné parametre akumulátorových batérií pre solárnu energetiku, na ktoré je potrebné sa zamerať pri kúpe, sú nasledovné:

• napätie a kapacita, určujúce výkon akumulátora;
• hĺbka bezpečného maximálneho vybitia, pri dodržaní ktorej je možné fungovanie akumulátora po dobu deklarovanú výrobcom;
• garantovaný počet cyklov nabíjania a vybíjania pri dodržaní všetkých technických podmienok;
• veľkosť samovybíjania, charakterizujúca intenzitu straty elektrickej energie v nabitom akumulátore počas nečinnosti;
• maximálny nabíjací prúd, určujúci množstvo elektrickej energie za jednotku času, ktoré je akumulátor schopný prijať bez poškodenia pre ďalšie fungovanie;
• menovitý vybíjací prúd, určujúci množstvo elektrickej energie za jednotku času, ktoré je akumulátor schopný dlhodobo dodávať bez poškodenia pre ďalšie fungovanie;
• maximálny vybíjací prúd, určujúci množstvo elektrickej energie za jednotku času, ktoré je akumulátor schopný krátkodobo dodávať bez poškodenia pre ďalšie fungovanie;
• optimálna teplota pre prevádzku zariadenia;
• veľkosť a hmotnosť akumulátora, ktorých znalosť je potrebná pre výber miesta ich umiestnenia a spôsobu inštalácie.

Všetky tieto parametre sú popísané v technickej dokumentácii, ktorú v elektronickej podobe umiestňujú na webovej stránke všetkých veľkých výrobcov.

Závery a užitočné video k téme

Prehľad nuancií fungovania akumulátorov rôznych typov pre solárne systémy:

Porovnanie rôznych typov štartovacích akumulátorov. Výhody a nevýhody pre alternatívnu energetiku:

Skúsenosti s používaním lítiových (LiFePo4) akumulátorov. Reálny blok z automobilových zariadení, nuansy jeho prevádzky:

Správny výber batérií podľa ich parametrov zabezpečí spoľahlivú prevádzku alternatívneho energetického systému. Netreba príliš šetriť na bloku na ukladanie elektrickej energie – počiatočné investície sa vrátia neprerušovanou prevádzkou systému na niekoľko rokov dopredu.

Ostavujte, prosím, komentáre v bloku nižšie, pýtajte sa, uverejňujte fotografie k téme článku. Povedzte nám, ako ste vyberali batérie pre záhradnú minielektráreň so solárnymi panelmi. Zdieľajte informácie, ktoré budú užitočné pre návštevníkov stránky.