Аккумуляторы для солнечных батарей: гелевые, свинцово-кислотные и др

Как выбрать аккумуляторы для солнечных батарей?

Безусловно, выбор аккумулятора для солнечных панелей зависит от конфигурации системы. Однако, есть несколько принципов, которые направят в нужную сторону. Прежде всего, в большинстве случаев не стоит отдавать предпочтение AGM аккумуляторам. Они, как правило, обладают значительно меньшим циклическим ресурсом и хуже переносят глубокие разряды, что еще больше сокращает срок службы. Однако, есть исключения. Далее, в зависимости от цикличности системы (т.е. частоты перехода на работу от аккумуляторных батарей), ее внутренних параметров, определяется экономическая целесообразность выбора в пользу той или иной технологии.

При выборе аккумуляторов следует учесть некоторые особенности: сколько должна прослужить аккумуляторная батарея, сколько мощности она должна обеспечивать. Ниже рассмотрены наиболее важные критерии, которые следует использовать для сравнения различных решений.

По какой цене можно купить аккумулятор?

В таблицах представлены несколько производителей выпускающих аккумуляторы по технологиям AGM и GEL.

Технология AGM
Произв.	Trojan	Haze	Altek	Ventura	Volta Batteries	Leoch Batteries
Страна	США	Англия	Украина	Китай	Китай	Китай
Название	Trojan 6V-AGM	HZB12-200	Altek 6FM200 AGM	Ventura GPL 12-200	Volta ST 12-200	Leoch DJM 12200
Емкость, Ач	200	200	200	200	200	200
Цена, у.е.	455	475	456	443	401	394

Технология GEL
Произв.	Trojan	Altek	ProLogix	Alva	Luxeon	Challenger
Страна	США	Украина	Китай	Китай	Китай	Китай
Название	Trojan 27-GEL	Altek 6FM100GEL	ProLogix GK-100-12-GEL	Alva AS12-100	Luxeon LX12-100G	Challenger G12-100
Емкость, Ач	91	100	100	100	100	92
Цена, у.е.	559	235	236	226	251	312

Срок службы

В большинстве случаев с домашними солнечными батареями, цикличность аккумуляторной подсистемы будет составлять одни сутки. По мере эксплуатации в таком режиме, способность аккумулятора накапливать энергию в прежнем объеме будет сокращаться. Считается, что к концу срока службы, остаточная емкость аккумулятора должна составлять 80% номинальной.

Учитывая эту особенность, достаточно просто рассчитать экономическую целесообразность выбора тех или иных аккумуляторов в системе с солнечными батареями.

Влияние глубины разряда на срок службы (циклов)

Влияние температуры на срок службы (лет)

Сравнение различных типов батарей

Свинцовые батареи стоят дешевле, но они имеют более короткий срок службы и по современным меркам низкую плотность энергии, а некоторые из них требуют регулярного технического обслуживания, чтобы поддерживать их в рабочем состоянии. Литиевые батареи дороже, но они не требуют технического обслуживания и имеют более длительный срок службы, что соответствует их более высокой цене. Давайте более подробно рассмотрим какой лучше взять аккумулятор для солнечных электростанций, плюсы и минусы каждого варианта и объясним, почему вы можете выбрать один из них для своей системы.

Свинцово-кислотные с жидким электролитом

Свинцово-кислотная АКБ с жидким электролитом

Отличительной особенностью этих батарей является то, что свинцовые пластины погружены в жидкий электролит. Их необходимо регулярно проверять и доливать каждые 1-3 месяца, чтобы они работали должным образом. Халатное отношение к обслуживанию может сократить их срок службы и аннулировать гарантию. Поскольку в ходе эксплуатации этот тип АКБ может выделять опасные газы, их необходимо устанавливать в вентилируемом помещении, чтобы позволить газам батареи выходить наружу.

Герметичные свинцово-кислотные

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор

Герметизированные бывают двух типов: AGM и GEL, которые имеют много схожих свойств. Они практически не требуют обслуживания и влагозащищены. Отличия заключаются в электролите – в гелевом аккумуляторе он находится в загущенном состоянии, а в AGM электролит абсорбирован в стекловолокне. Считается, что они не выделяют газы, это не совсем так, поскольку для защиты аккумуляторов предусмотрены клапаны, которые могут открываться в экстренных ситуациях.

Панцирные OPzS и OPzV

Панцирные аккумуляторы типов OPzS и OPzV

Эти аккумуляторы являются разновидностью свинцово-кислотных аккумуляторов: OPzS – с жидким электролитом, а OPzV с электролитом в виде геля. Минусы – низкая плотность энергии и нелинейные разрядные характеристики, свойственные всем свинцовым аккумуляторам. Из плюсов можно отметить 1200-1500 циклов, при глубине разряда на 80%, что в 2-3 раза больше в сравнении с обычными свинцово-кислотными АКБ, но и более высокую цену, которая соизмерима уже со стоимостью LiFePo4 аккумуляторов.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

Одним из лучших химических составов литиевых АКБ для солнечных батарей является литий-железо-фосфат LiFePO4, он же LFP, еще встречается название «Лифер». Эта технология имеет в несколько раз больший срок службы, чем у свинцовых АКБ и может использоваться при более глубоких циклах. Благодаря линейным разрядным характеристикам можно использовать меньшую емкость, при разряде большими токами. Они также не требуют обслуживания или вентиляции, в отличие от заливных свинцово-кислотных батарей. LiFePO4 это одна из разновидностей литий-ионных батарей, но в отличие от них LiFePO4 пожаро-взрывобезопасны.

Литий-титанатные, они же LTO

Литий-титанатная АКБ

Можно уверенно сказать, что это великолепные аккумуляторы и одни из лучших на данный момент и они имеют все вышеперечисленные плюсы LiFePO4 аккумуляторов, но и еще могут заряжаться просто огромнейшими токами в 10С (для сравнения «свинец» можно заряжать токами 0,1 – 0,2С) и имеют ресурс 16000 циклов. Из минусов можно отметить высокую цену и больший вес в сравнении с LiFePO4.

Литий-ионные, они же Li-ion

Имеют очень высокую плотность энергии и малый вес, благодаря чему широко применяются на электротранспорте, в том числе в Тесле, но имеют существенный недостаток — при повреждениях и при работе в нештатном режиме могут воспламеняться. У LiFePO4 и Литий-титанатных аккумуляторов отсутствует этот недостаток, поэтому они более предпочтительны для использования в автономных и бесперебойных системах.

Литий-ионный аккумулятор

Подводя промежуточный итог, можно отметить, что первоначальные вложения на литиевые батареи больше, но при эксплуатации стоимость владения получается значительно ниже — за время эксплуатации литиевых аккумуляторов приходится несколько раз заменить свинцовые АКБ.

Расчёт и выбор лучшего АКБ

Расчет АКБ представляет собой определение емкости батареи. Формула (в упрощенном виде) выглядит следующим образом: емкость АКБ = 100 × время × величина нагрузки.

Зная общую емкость, можно вычислить количество аккумуляторов. Для этого следует разделить полученное значение на емкость одного устройства. Если целое число не получается, округлять результат необходимо только в сторону увеличения.

Упрощенная формула определения времени работы (длительность цикла) выглядит так: время = суммарная ёмкость АКБ × напряжение АКБ × (КПД инвертора/мощность нагрузки).

Полученные данные позволяют определиться с параметрами отдельных устройств, подходящих для данной системы. Выбор производится исходя из потребностей и возможностей пользователя. Современный рынок предлагает массу вариантов, которые позволяют получить качественную и долговечную аккумуляторную батарею, состоящую из необходимого количества отдельных устройств.

Необходимо ознакомиться с технической документацией и паспортом устройства, в случае появления сомнений надо попросить показать сертификаты. Если товар качественный, сертификат на него всегда имеется у продавца. Если с этим возникают проблемы, нужный аккумулятор следует поискать в другом магазине.

Виды аккумуляторов для гелиосистем

Некоторые стремятся использовать в гелиосистемах классические автомобильные аккумуляторы. Делать этого не нужно. Прежде всего потому, что у этих устройств совершенно иное назначение. Они попросту не приспособлены для длительных разрядов малыми токами, имеют значительный саморазряд и очень плохо выдерживают постоянные и продолжительные циклы разрядки/зарядки.

Поэтому для гелиостанций лучше применять солнечные батареи с аккумулятором AGM, гелевого или заливного типа.

AGM-аккумуляторы

Основу этих аккумуляторов составляют абсорбирующие стекломаты, между которыми находится электролит в связанном состоянии. Эксплуатироваться они могут в любом положении (допустим, на боку). Такие аккумуляторы очень дешевы и отличаются довольно высоким уровнем заряда. Средний срок функционирования составляет 5лет.

Кроме того, внешний аккумулятор AGM-типа имеет такие особенности, как:

компактность;
возможность транспортировки в заряженном состоянии;
способность выдерживать до 800 циклов при глубине разряда 30% и до 500 при глубине разрядки до 80%;
возможность использования в плохо вентилируемом помещении;
быстрая зарядка (порядка 7,5ч на полное восстановление);
оптимальные рабочие температуры 15-25°С. Однако такие аккумуляторы неплохо работают и при более низких температурах.

Данные АКБ удовлетворительно переносят недозаряд, перезаряд же быстро приводит к их выходу из строя. Но оставлять их в разряженном состоянии крайне не рекомендуется.

Гелевые аккумуляторы

Благодаря особой желеобразной консистенции электролита такие устройства также могут работать в любом положении. Роль разделителя свинцовых пластин играет силикагель, в порах которого и удерживается гелевый электролит. Поскольку силикагель полностью заполняет все пространство между электродами, их осыпание практически полностью исключено. А значит, невозможно и закорачивание.

Более того, за счет такой конструкции гелевые АКБ гораздо устойчивее к глубоким, 100%-ным, разрядкам и выдерживают значительное число циклов. В среднем рабочая цикличность данных АКБ на 50% AGM-батарей с аналогичными параметрами. Соответственно, и цена их несколько выше.

Таким образом, гелевые аккумуляторы дороже, но экономичнее и рациональнее в эксплуатации, а кроме того, они не нуждаются в регулярном обслуживании и могут оставаться 100%-разряженными на протяжении нескольких дней. А за счет малого саморазряда в них теряется минимум энергии.

Заливные (OPzS) аккумуляторы

В этих АКБ используется жидкий электролит. Они практически не требуют обслуживания (уровень электролита контролируется, как правило, лишь раз в год). Такие устройства специально разработаны для разрядки небольшими токами и способны выдерживать очень большое количество глубоких циклов разрядки/зарядки. Однако они довольно дороги. Использовать их лучше в мощных солнечных системах.

Несмотря на всю ответственность выбора АКБ для солнечных систем, при наличии необходимых знаний сделать это не так уж сложно.

Солнечные батареи для дома: типичные ошибки новичков

При установке систем альтернативных источников энергии впервые, многие обращаются в компании по установке солнечных батарей. Если Вы новичок в этом вопросе, то прочтите, пожалуйста, статью до конца. И постарайтесь, научиться на чужих ошибках.

Что учесть, обращаясь в компанию по установке солнечных батарей

Ошибка первая: жадность

Самой распространенной ошибкой новичков при установке альтернативного источника энергии является желание заполучить систему определенной мощности. Ну, к примеру: чтобы хватило и на телевизор, и на холодильник и еще много на что. В этом случае, Вы заплатите не менее 150 тысяч рублей только за саму гелиосистему. Не забудьте прибавить оплату за монтаж. А прослужит такая установка не более года.

Оказывается, не стоит жадничать и торопиться. Так как система модульная, то без особых проблем можно добавлять солнечные батареи и аккумуляторы по мере необходимости и по мере роста Ваших потребностей, а не по желанию продавца. Нет никакой нужды одномоментно платить за солнечную систему максимально необходимой мощности.

Целесообразно купить солнечную батарею минимально-требуемой мощности в феврале или ранней весной. Опробовать и проверить систему на деле, набраться опыта по рациональному использованию. А уже осенью добавить необходимое количество модулей, увеличив площадь солнечных батарей (желательно эту возможность заранее предусмотреть!). Причем, выполнить работу по монтажу можно будет и самостоятельно. Тем более, что Вы уже видели как это делается. К слову, в осенне-зимний период возможны существенные скидки. Между прочим, солнечные батареи на 12 вольт легко помещаются на заднем сидении легкового автомобиля.

Ошибка вторая: неправильный выбор рабочего напряжения солнечной батареи

При установке солнечных батарей, следует грамотно подобрать рабочее напряжение и соответствующие аккумуляторы. Так, установив солнечные батареи на 24 или 48 вольт Вы испытаете ряд неудобств:

необходимость тщательного подбора одинаковых аккумуляторов (поскольку нельзя подключать последовательно АКБ разных производителей, неодинаковой емкости и даты выпуска. То есть придется приобретать аккумуляторы попарно!
приобретение энергосберегающих светодиодных ламп на 24 вольта, а тем более на 48 вольт затруднительно
придется отказаться от унифицированных электрических устройств на 12 вольт (а это: сигнализация, насосы, зарядки для телефонов, радиоприемники и т. п. приборы)

Солнечные батареи для дома: что надо знать новичкам?

Ошибка третья: надежды на инверторы

Еще одна распространенная ошибка новичков, устанавливающих солнечные батареи для дома: запитать все через инвертор, то есть одна сеть с напряжением 220 вольт. Но поскольку кпд инверторов, в реальной жизни всего 75-80%, то лучше предусмотреть гибридную проводку: 12В и 220В. Кстати, ее можно запустить в одном кабеле. И теперь, все что может работать от 12В, пусть запитывается от 12В на здоровье (а это: освещение, телевизор, спутник и многое другое). Такое решение сократит потери энергии более чем на 30 %. Тем самым снизит мощность солнечных батарей и емкость АКБ.

Ошибка четвертая: выбор АКБ

Впервые устанавливая солнечные батареи для дома стоит остерегаться, когда Вам «впихивают» всевозможные модели аккумуляторов глубокого разряда. Таких не существует, за исключением щелочных, которые устанавливали раньше на тепловозы и электрокары. Особо следует отметить гелевые аккумуляторы. Мало того, что стоят они недешево, но с учетом следующих факторов, их не следует применять в принципе, а именно:

в силу гелевого состояния электролита, такие аккумуляторы плохо вступают в электро-химический процесс
при отрицательных температурах окружающего пространства, гель переходит в состояние парафина. Сами посудите, что из этого выйдет в морозную погоду

Ошибка пятая: неверная установка солнечных батарей

Солнечные батареи для дома будут работать эффективно, если грамотно и правильно их установить. Существует ряд нюансов, не соблюдая которые никогда не получится сэкономить на использовании альтернативной энергии:

несоблюдение азимута
невыверенный угол наклона модулей
отсутствие контроля температурного режима

Установка солнечных батарей — реальная возможность сэкономить

Как рассчитать параметры аккумулятора

Аккумуляторные батареи составляют значительную часть стоимости всей солнечной системы. Прежде всего это связано с их регулярными заменами в процессе эксплуатации. Данные устройства обладают различной емкостью и сроками службы, поэтому и цена существенно отличается. Существует определенный порядок определяющий расчет солнечной батареи для дома, на основании которого каждый принимает решение о покупке той или иной модели аккумулятора.

Основными параметрами любой батареи являются емкость и количество циклов зарядки и разрядки. Показательные расчеты можно выполнить на примере обычного кислотного аккумулятора, напряжение которого составляет 12 В, а емкость – 100 А*ч. Требуется вычислить возможный объем энергии, накопленной за 1 раз и количество той же энергии, отдаваемой за 1000 циклов, составляющих срок службы батареи. Все расчеты проводятся с учетом соблюдения правил и эксплуатационных норм. Например, повышение температуры сокращает срок службы устройства, а понижение приводит к уменьшению емкости.

Итак, сколько же энергии способен выдать аккумулятор полностью заряженный, а затем полностью разряженный. Для получения результата емкость в 100 А*ч умножается на среднее значение напряжения в 12 В. Итоговой цифрой будет 1200 Вт*ч или 1,2 кВт*ч. Однако на практике полная выработка аккумулятора считается при 40-процентном остатке от начальной емкости. В этом случае показатель средней емкости за весь период эксплуатации будет не 100 А*ч, а только 70. Поэтому реальный запас электроэнергии получается: 70 А*ч х 12 В = 840 Вт*ч или 0,84 кВт*ч.

В инструкции к батарее указано, что ее нежелательно разряжать больше чем на 20% от общей емкости. То есть, в темное время суток из аккумулятора можно без последствий взять только 0,164 кВт*ч. Нормальная разрядка батареи должна происходит в течение 20 часов. Если этот процесс происходит под влиянием высокого тока, то емкость снизится еще больше. Таким образом, наиболее оптимальный ток разрядки будет 5 А, а мощность на выходе батареи – 60 Вт. Если требуется решить задачу, как рассчитать мощность с повышенным значением, в этом случае количество аккумуляторов увеличивается или изменяется режим работы имеющихся устройств.

Большое значение в обеспечении рабочего режима придается правильным настройкам контроллера зарядки и разрядки. При достижении определенного напряжения заряда производится отключение, в противном случае начнется закипание электролита и его интенсивное испарение. Точно так же отключаются потребители, при разряде батареи до 80%. Соблюдение рабочего режима и рекомендаций производителя существенно увеличивает срок службы аккумуляторных батарей.

Роль аккумуляторов в гелиосистемах

Аккумуляторные батареи являются неотъемлемой частью солнечных панелей, преобразующих световой поток в электрическую энергию. Основная функция этих устройств заключается в накоплении электричества для его последующей отдачи потребителям. Накопление происходит при солнечном свете, а расход начинается с наступлением темноты. То же самое происходит и в пасмурную погоду при недостаточном освещении. Количество накопленной энергии зависит от емкости аккумулятора, которая, в свою очередь, влияет на продолжительность работы панелей в автономном режиме.

Кроме емкости, важным показателем работоспособности АКБ является максимальное количество полной зарядки и разрядки, происходящих циклично, а также возможный период нормальной эксплуатации.
Работа солнечных электростанций отличается специфическими особенностями, поэтому батареи, в том числе и литиевые аккумуляторы, используемые в этих системах должны отвечать следующим требованиям:

Увеличенное время зарядки, в течение которого батарея получает полный заряд.
Минимальное значение саморазряда. Любой аккумулятор постепенно разряжается, даже не находясь под нагрузкой, в том числе и литий.
Устойчивость к максимальному количеству полных цикличных зарядов и разрядов.
Широкий температурный диапазон. Батарея должна нормально функционировать даже при больших перепадах температур.
Минимальное количество мероприятий по обслуживанию аккумулятора. Они должны проводиться как можно реже.

В настоящее время налажен выпуск специальных АКБ, предназначенных для целевого использования в гелиосистемах. Данные устройства обладают всеми необходимыми параметрами и полностью соответствуют перечисленным требованиям. Они намного эффективнее обычных батарей и отличаются повышенным сроком эксплуатации.

Виды аккумуляторов

Для солнечных батарей можно использовать по сути любой аккумулятор. Но главное, чтобы он работал долго. Функционирование АКБ имеет зависимость от типа изготовления и материалов.

Основные виды накопителей энергии:

Литиевые.
Свинцово-кислотные.
Щелочные.
Гелевые.
AGM
Заливные никель-кадмиевые.
OPZS.

Литиевые

Энергия появляется в них в тот момент, когда ионы лития вступают в реакцию с молекулами металлов. Металлы — это дополнительные компоненты.

Данные типы батарей способны очень быстро заряжаться при большой емкости. Весят данные АКБ мало и обладают компактным размером. Кроме этого их себестоимость достаточно высока. Из-за этого их почти не применяют в солнечные энергетики. Работают в 2 раза меньше чем гелевые. Но прослужить еще меньше если заряд превысит 45%. Именно на этой отметке они способны удерживать объем емкости на нужном уровне.

Подобные аккумуляторы функционируют в малых диапазонах напряжения. Существенный минус подобных устройств заключается в уменьшающейся со временем емкости. И это не зависит от соблюдения всех технических правил.

Свинцово-кислотные

На стадии разработки их оснастили несколькими отсеками для электролита с водяным раствором. В эту смесь погружают свинцовые электроды и различные примеси. Благодаря этому АКБ получился стойким к коррозии.

Работают такие устройства не долго. Это объясняется быстротой разряда.

Щелочные

Данные аккумуляторы имеют мало электролита. Их химические вещества не способны в нем раствориться. Они даже не реагируют между собой.

Алкалиновые (щелочные) аккумуляторы способны проработать достаточно долго. Они хорошо устойчивы к скачкам напряжения. В отличие от гелевых данные АКБ способны стабильно работать при пониженных температурах. Причем на морозе они способны проработать много времени.

Хранить их нужно разряженными на 100%. Это нужно для того, чтобы не потерять емкость при будущих зарядках. Такая особенность может серьезно нарушить функционирование солнечной электростанции.

Гелевые

Этот тип имеет такое название потому что электролит в нем представлен в виде геля. За счет решетчатой прослойке он практически не течет.

Данный аккумулятор для солнечных батарей работает долго и может быть много раз перезаряжен. Устойчив к механическим повреждениям. Разного рода трещины не нарушат его функционирование.

Он может работать при низких температурах до -50 градусов и его емкость не снижается. После длительного бездействия гелевый аккумулятор не теряет своих свойств.

Если предстоит использовать этот АКБ в холодном помещение, то его следует утеплить. Ни в коем случае нельзя превышать уровень заряда. В противном случае он может взорваться или выйти из строя. Кроме этого они сильно чувствительны к скачкам напряжения.

AGM

По сути они принадлежат к типу свинцово-кислотных. Но есть отличие — это находящееся внутри стекловолокно, находящееся в электролите. Кислота наполняет прослойки этого материала. Это дает возможность ей не растекаться. Все это говорит о том, что подобный аккумулятор для солнечных батарей можно располагать в любом положении.

Подобные батареи имеют хороший объем емкости, работают долго и могут подзаряжаться до 500 или 1000 раз. Здесь все зависит от производителя. Но несмотря на все достоинства есть существенный недостаток. Они чувствительны к повышенному току. Это может раздуть корпус.

Литые никель-кадмиевые АКБ

Относятся к щелочному типу и нуждаются в заливке электролита. В отличие от аккумуляторов с желеобразным наполнителем они более безопасны. Их стоимость не высока и мощность держат достаточно хорошо. Способны отлично выдерживать много циклов заряда и разряда.

Срок эксплуатации достаточно мал. Чем дольше им пользуешься, тем меньше становится его емкость.

Аккумуляторы для автомобиля

Эти устройства достаточно выгодны в плане экономии денежных средств. Люди, которые самостоятельно изготавливают свою солнечную электростанцию чаще всего используют их.

Минус данных АКБ заключается в быстром износе и частой замене. В результате их можно использовать на небольшой срок и под не высокую мощность солнечных модулей.

Выбор батарей: итоговые замечания

Литиевые батареи

могут обеспечивать до 5000 зарядных циклов
Наиболее длительный срок службы при разряде на 80%
Могут заряжаться за 1-2 часа
Могут работать при минусовых температурах, но заряжать нужно при плюсовых температурах
Не могут заряжаться малыми токами
Требуют обслуживания, выравнивания и специальной системы управления зарядом и разрядом
Саморазряд на уровне примерно 10% в месяц
Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Никель-металгидридные батареи

Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
Заряд происходит за 2-4 часа
Могут работать при минусовых температурах
Не могут заряжаться малыми токами, низкая устойчивость к перезаряду
Могут обеспечивать большие токи при мощности до 200Вт (для самых больших NiMh батарей)
Требуют периодического обслуживания и выравнивания (каждые 3 месяца)
Саморазряд на уровне примерно 30% в месяц
Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
Заряжаются за 8-16 часов
Могут работать при минусовых температурах
Могут заряжаться малыми токами
Не требуют обслуживания, но желательно следить за уровнем заряженности и периодически проводить тренировочные циклы
Могут обеспечить высокие разрядные токи при больших мощностях
Желательно не разряжать более, чем на 50%
Саморазряд – около 3% в месяц
Хранить при комнатной температуре и полностью заряженными
Содержат токсичные материалы и должны быть утилизированы после окончания срока службы

Подробно о видах и применении свинцово-кислотных аккумуляторов в статье Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Эта статья прочитана 27126 раз(а)!

Аккумуляторы для солнечных батарей: обзор видов подходящих батарей и их особенностей