Замечания по работе аккумуляторов в генераторно-аккумуляторной системе
Статья является частью «Руководства покупателя АКБ«
При использовании информации ссылка на источник обязательна. См. Копирайт
Аккумуляторы для работы в автономной системе электроснабжения на основе жидкотопливного генератора (дизельного, бензинового или газового) в качестве единственного источника энергии работают в тяжелых циклических режимах. Обычно система рассчитывается таким образом, чтобы генератор включался не более 1-2 раза в сутки для подзаряда аккумуляторов на 2-6 часов.
Обычно в автономных системах применяются герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы. Это связано с простотой их обслуживания. Поэтому рассмотрим особенности эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов, а затем попробуем сравнить их с альтернативными вариантами — щелочными и литий-железо-фосфатными аккумуляторами (см. ниже).
При выборе режимов работы генераторно-аккумуляторной системы важно учитывать время заряда аккумуляторов. Чем сильнее вы разряжаете аккумуляторы, тем дольше нужно их заряжать. Например, если вы разрядили аккумулятор на 50%, тогда для того, чтобы зарядить его до 75%, нужно 3 часа, а до почти 90% — 6 часов. При этом ток заряда уменьшается по мере заряда аккумулятора (см. зарядные характеристики аккумуляторов).
Рис.1. Зависимость времени заряда АБ от глубины разряда |
Рис.2.Типичные зарядные характеристики АБ |
Основными причинами выхода из строя аккумуляторов в генераторно-инверторной системе являются
- глубокий разряд
- хронический недозаряд
- длительное нахождение аккумуляторов в разряженном или частично разряженном состоянии
Мало кто из продавцов аккумуляторов или генераторов знает, какие напряжения разряда и заряда нужно устанавливать, чтобы продлить срок службы аккумуляторам в генераторной системе. Обычные рекомендации производителей инверторов даются для режима резервного электроснабжения, когда очень часто есть возможность полностью зарядить аккумуляторы и даже поддерживать их в режиме поддерживающего заряда (float charge). Даже многие установщики систем не знают, как правильно настроить блок бесперебойного питания и какие режимы разряда и заряда нужно обеспечить для того, чтобы аккумуляторы служили долго.
Это приводит к тому, что дорогие гелевые или AGM аккумуляторы при работе в автономной системе с генератором служат менее года.
Мы тоже учились правильно настраивать систему автономного электроснабжения методом проб и ошибок, а также изучали положительный зарубежный опыт.
Не всегда экономически целесообразно «гонять» генератор только для заряда аккумуляторной батареи на последней стадии заряда. В это время ток заряда минимальный, и генератор работает практически на холостом ходу. Однако очень важно при заряде свинцово-кислотных аккумуляторов регулярно заряжать их до 90-100%. Иначе происходит сульфатация пластин и необратимые отрицательные изменения в аккумуляторе.
Основными методами продлить жизнь аккумуляторов в инверторно-генераторной системе являются:
- Правильный выбор аккумуляторов. Нельзя в таких системах использовать аккумуляторы общего назначения — они рассчитаны только на работу в режиме резерва. Тем более нельзя использовать стартерные аккумуляторы, которые вообще не рассчитаны на работу в циклических режимах. Только аккумуляторы глубокого разряда обеспечат вам долгий срок службы
- Оптимальный выбор емкости аккумуляторной батареи в зависимости от среднего суточного энергопотребления
- Правильный выбор напряжений защитного отключения, запуска генератора, напряжения и времени режима насыщающего заряда
- Немедленный заряд аккумуляторов после глубокого разряда
- Регулярный заряд аккумуляторов до 100% при помощи генератора или дополнительного источника энергии. Мы в своих системах настоятельно рекомендуем при отсутствии подключения к сети добавлять солнечные батареи или ветрогенератор для обеспечения более полного заряда аккумуляторов. В таких гибридных системах аккумуляторы служат в несколько раз дольше.
- Желательно использовать в системе инвертор с зарядным устройством, который регулирует заряд и разряд аккумулятора не просто по напряжению, а по степени заряженности (state of charge). Такие ББП обычно дороже, но они позволяют существенно продлить срок службы аккумуляторам (и не только в генераторно-аккумуляторной системе). К таким ББП относятся, например, SMA Sunny Island; ББП Studer Xtender c BSP; ББП Outback Power c Flexnet DC.
Если вы эксплуатируете генераторно-аккумуляторную систему, вам нужно откорректировать свои привычки потребления энергии. Так как в начале заряда аккумуляторов, они потребляют максимальный ток, то нужно в первые 2-3 часа заряда стараться не включать мощные потребители, которые будут забирать часть мощности генератора. После 2-3 часов заряда ток заряда сильно снижается, теперь можно пользоваться любыми приборами. Более того, на период от 4 до 10 часа заряда лучше запланировать работу мощной нагрузки — например, приготовление пищи на электроплите, работу стиральной машины, обогревателей и т.п. Это нужно для того, чтобы повысить эффективность работы генератора — его КПД максимальный при его загрузке около 80% от номинальной мощности. Также, всю вышеперечисленную нагрузку лучше включать именно тогда, когда работает генератор, а не от аккумуляторов — иначе аккумуляторы будут быстро разряжаться и вам нужно будет вскоре снова запускать генератор.
Также, мы настоятельно советуем всем иметь еще один источник энергии, можно маломощный, например солнечные батареи или ветроустановки, чтобы иметь возможность регулярно дозаряжать аккумуляторы до 90-100%. Например, если у вас есть солнечные батареи, можно зарядить аккумуляторы до 70-80% генератором с утра, а потом в течение дня они будут дозаряжаться от солнечных батарей (нужно, чтобы при этом нагрузка в доме была меньше, чем вырабатывают солнечные батареи). Кроме того, солнечные батареи и ветроустановки позволяют значительно экономить на топливе и гораздо реже включать генератор (что уменьшает связанные его работой шум, выбросы вредных веществ и т.п.) и продлить время его работы между сменой масла и капитальным ремонтом. Более подробно о преимуществах гибридных систем электроснабжения читайте здесь.
Использование щелочных аккумуляторов в генераторно-аккумуляторной системе
Альтернативой свинцово-кислотным аккумуляторам являются щелочные аккумуляторы с жидким электролитом. Щелочные аккумуляторы бывают двух типов: никель-кадмиевые или никель-металгидридные (герметичные) и никель-железные с жидким электролитом (типа НЖ).
Достоинства щелочных аккумуляторов:
- Возможность глубокого (до 100%) разряда без причинения вреда аккумулятору
- Заряд относительно большими токами (до 0,25С)
- Отличная работа при пониженных температурах (до -40С)
- Менее значительное по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами снижение емкости при снижении температуры
- Стойкость к недозаряду. Щелочные даже лучше недозаряжать — дольше прослужат.
- Малый саморазряд
- Большой срок службы
- Имеют меньший удельный вес, чем свинцово-кислотные
- При понижении температуры против нормальной (+25°) емкость щелочных аккумуляторов уменьшается на 0,5% на каждый градус понижения температуры. Т.е. при -10С емкость АБ снижается на 17,5%. Это гораздо лучший показатель, чем у свинцово-кислотных — примерно -1% на каждый градус (например, у гелевых аккумуляторов при -10С емкость снижается на 30%. Нужно учитывать, что снижение нелинейное, и при низких температурах скорость снижения емкости возрастает).
Недостатки, с которыми в некоторых условиях работы можно смириться
- Невозможность заряда малыми токами ( при заряде от генератора выставить любой, и даже лучше если ток будет большой — быстрее зарядится)
- Эффект памяти. Если щелочные аккумуляторы разряжать не до конца, они теряют емкость.
- Больший диапазон рабочих напряжений — от 1В до 1,75В на элемент, что для 12В аккумулятора означает диапазон от 10 до 17,5В. Очень немногие инверторы и зарядные устройства могут работать в таком диапазоне напряжений. При этом при низких напряжениях на входе инвертора почти всегда его выходная мощность снижается.
- Более низкий КПД заряда — около 55% против 80% у свинцово-кислотных. Однако при заряде от генератора это не так важно, так как во второй части заряда ток заряда сильно уменьшается, а генератор все равно нужно оставлять работающим. Если при этом нет другой нагрузки на генератор, он работает неэффективно.
- Необходимость обслуживания. Обычно, ежегодно нужно менять электролит. Также, требуется некоторая квалификация персонала для обслуживания аккумуляторов
- В отличие от герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов, щелочные требуют специального вентилируемого помещения для хранения и работы. Мы не рассматриваем здесь герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы — они в несколько раз дороже. Тем не менее, щелочные аккумуляторы при работе выделяют меньшее количество вредных газов и испарений, чем свинцово-кислотные с жидким электролитом.
Электролитом щелочных аккумуляторов является раствор едкого калия КОН с удельным весом 1,18—1,20.
В начале заряда батареи щелочных аккумуляторов на каждый аккумулятор подают около 1,55В, затем напряжение постепенно увеличивают и доводят его в конце заряда до 1,75—1,8 В. В этом отличие от режимов заряда свинцово-кислотных аккумуляторов, которые в начале заряжаются максимальным током 0,2-0,3С, а затем при постоянном напряжении 2,4В/элемент. Соответственно, если мы имеем аккумулятор с номинальным напряжением 12В, на второй стадии заряда для щелочных аккумуляторов нужно напряжение 17,5-18В — такое напряжение обеспечивают не все зарядные устройства ББП. Поэтому обычно в системе используются щелочные аккумуляторы с пониженным напряжением — например, для 12В не 10, а 9 элементов, т.е. с номинальным напряжением 10,8В. При таком напряжении максимальная мощность инвертора снижается, следовательно, для обеспечения одинаковой мощности нужно брать инвертор на 20% мощнее, чем если бы он работал от свинцово-кислотных аккумуляторов.
Напряжение заряженного щелочного аккумулятора, отключенного от зарядного агрегата, составляет 1,25—1,3 В. Это примерно соответствует напряжению заряженного свинцово-кислотного аккумулятора.
Разряжать щелочной аккумулятор можно только до напряжения 1,0—1,1В. Если брать 10 банок для 12В аккумулятора, то обычное защитное отключение большинства инверторов 10,5В вполне подходит.
Все вышеперечисленное позволяет сделать вывод, что в отдельных случаях использовать щелочные аккумуляторы выгоднее, чем свинцово-кислотные. Таким случаем является генераторно-аккумуляторная система, в которой генератор является единственным источником энергии. При этом при применении щелочных никель-железных аккумуляторов есть следующие требования и особенности эксплуатации
- Необходимо иметь отдельное вентилируемое помещение
- Необходимо обслуживать аккумуляторы и ежегодно заменять в них электролит
- Зарядное устройство должно иметь широкий диапазон регулирования напряжения (от 9,5 до 17-18В)
- Инвертор должен иметь более широкий рабочий диапазон по входному напряжению
- Инвертор нужно выбирать с 20% запасом по номинальной мощности, т.к. от будет работать при пониженных входных напряжениях.
- Для того, чтобы обеспечить совместимость с зарядными устройствами для свинцово-кислотных аккумуляторов, нужно использовать меньшее номинальное напряжение аккумулятора (например, 10,8В против 12,5В у свинцово-кислотных).
Дополнительная информация по никель-железным аккумуляторам:
- АККУМУЛЯТОРЫ И АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ серий ТНЖ И ТНЖК
- Типы и основные параметры щелочных аккумуляторов и батарей
Использование литиевых аккумуляторов совместно с генератором
В последние годы стоимость литиевых аккумуляторов существенно снизилась. Характеристики их тоже значительно улучшились. Появился новый тип литиевых аккумуляторов — литий-железо-фосфатные, которые могут эффективно и долго работать в системах автономного электроснабжения.
Подробно о характеристиках и преимуществах литиевых аккумуляторов — в специальной статье. Здесь лишь упомянем о нескольких очень важных для работы совместно с генератором свойствах литиевых аккумуляторов. Мы разделили их на преимущества и недостатки. Вы можете сами проанализировать, какие из свойств литиевых аккумуляторов для вас важнее и сделать правильный выбор типа аккумуляторов для инверторно-генераторной системы электроснабжения.
Преимущества
- Выдерживают глубокий разряд
- До 5000-10000 циклов при разряде 80%
- Могут находиться в разряженном состоянии без потери емкости
- Быстро заряжаются — можно зарядить за 2-3 часа
- Высокий КПД по сравнению с щелочными и даже свинцово-кислотными аккумуляторами
Недостатки
- Требуют обязательного применения балансиров и системы управления работой аккумуляторами (BMS). Это повышает стоимость конечного решения
- Максимальные токи заряда и разряда определяются ограничениями электроники BMS. Т.е. если BMS рассчитана на 50А, то нельзя разряжать аккумуляторы токами больше 50А (в отличие от свинцово-кислотных, в которых максимальный ток разряда может в сотни и даже тысячи раз превышать рабочий ток
- Высокая цена (начальные затраты в несколько раз выше по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами).
В любом случае, решение в пользу применения того или иного типа аккумуляторов в генераторно-аккумуляторной системе нужно принимать только после консультации со специалистами. Мы также поможем вам правильно подобрать оборудование для работы с аккумуляторами и выбрать режимы работы, которые позволят получить все вышеперечисленные преимущества аккумуляторов и максимально нивелировать их недостатки.
Наша практика показывает, что в 90% случаев все-таки более целесообразно применять специальные свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого циклирования (см. выше).
Эта статья прочитана 14106 раз(а)!
Продолжить чтение
- 10000Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая - связано это бывает или с недостаточными знаниями…
- 10000Кроме статей по ссылкам ниже, мы также рекомендуем начать с чтения статьи "Руководство покупателя АКБ", в которой даны начальные сведения и ссылки на вложенные материалы. Раздел "Основы - Аккумулирование энергии" Раздел "Оборудование - Аккумуляторы" Свинцово-кислотные аккумуляторы Литиевые аккумуляторы Раздел "Библиотека…
- 10000Резервное электроснабжение Автономное электроснабжение Системы с солнечными батареями Библиотека См. также полную карту нашего сайта со списком всех статей. Купить готовые системы электроснабжения вы можете у нас, мы бесплатно подберем вам комплект оборудования, если вы заполните "Форму заявки" Примеры комплектации…
- 59Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Калькулятор емкости АКБ в конце статьи. Специалисты компании "Ваш Солнечный Дом" помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ…
- 58Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…
- 56Дизель-аккумуляторная система автономного электроснабжения В настоящее время подавляющее большинство домовладельцев и малых предпринимателей решает вопрос автономного электроснабжения своего дома или коммерческого объекта путем установки бензиновой или дизельной электростанции. Выбор таких электростанций огромен, можно найти недорогие генераторы от нескольких сотен ватт…