Аккумуляторы 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 авторов, или с тем ассортиментом аккумуляторов, который продается на этих сайтах. Объективной и систематизированной информации по выбору АКБ практически нет. Мы постараемся заполнить этот пробел в нашем «Руководстве покупателя аккумуляторных батарей для систем автономного и резервного электроснабжения».

Как говорил незабвенный Козьма Прутков: «Нельзя объять необъятное«. Поэтому мы намеренно ограничиваем круг рассматриваемых проблем системами электроснабжения и исключаем рассмотрение вопросов по выбору и применению аккумуляторов в электронных гаджетах, электротранспорте, мобильных устройствах и т.п. Мы также будем рассматривать только электрохимические аккумуляторы, потому что другие технологии аккумулирования (например, в виде энергии сжатого воздуха, кинетической или потенциальной механической энергии и т.п. не удобны и невыгодны для применения в относительно небольших (до нескольких десятков кВт) системах электроснабжения.

Области применения аккумуляторов. Требования

Для начала мы определимся с требованиями к аккумуляторам, применяемым в системах электроснабжения. Системы электроснабжения можно условно разделить на 3 большие группы:

1. автономные,
2. резервные и
3. с максимальным использованием энергии от возобновляемых источников энергии.

Автономные системы

В автономных системах требуется сохранение энергии для питания полной нагрузки в течение определенного периода времени. Обычно емкость аккумулятора рассчитывается как минимум на несколько часов. В системах с возобновляемыми источниками энергии аккумулировать энергию нужно на период до нескольких дней — в зависимости от количества пасмурных дней подряд или дней без ветра. Если в системе электроснабжения есть резервный жидкотопливный генератор, то требования к аккумуляторам можно снизить, и рассчитывать их емкость на 12-48 часов работы нагрузки.

Аккумуляторы для автономных систем электроснабжения  — 8 основных требований:

1. Высокий КПД заряда, особенно при заряде от ВИЭ; при заряде от генератора этот параметр не  критичен, хотя всегда желательно иметь минимум потерь энергии.
2. Устойчивость к глубокому разряду (70-100%) — аккумуляторы должны позволять разряд до 80% без ухудшения характеристик и без потери емкости
3. Большое количество циклов заряд-разряд при глубоком разряде
4. Возможность быстрого заряда большими токами
5. Восприимчивость к заряду малыми токами
6. Возможность находиться в частично заряженном или разряженном состоянии без ущерба сроку службы и характеристикам, устойчивая работа в режимах с хроническим недозарядом
7. Низкая стоимость цикла заряд-разряд
8. Низкий саморазряд

Резервные системы

В резервных системах режимы работы аккумуляторов отличаются от автономных. В таких системах аккумуляторы в основном находятся в заряженном состоянии и могут периодически разряжаться с различной глубиной разряда в зависимости от мощности нагрузки и от времени аварий основного источника электроснабжения. Поэтому требования к АКБ в таких системах не такие жесткие, как в автономных.

Аккумуляторы для резервных  систем электроснабжения  — 3 основных требования:

1. Возможность работы в буферном режиме, с типично неглубокими разрядами в 5-20%
2. Восприимчивость к заряду малыми токами
3. Устойчивость к постоянному подзаряду

Системы с максимальным использованием энергии ВИЭ

В последнее время появились системы, которые не являются автономными и имеют подключение к сетям централизованного электроснабжения, но в этих системах как дополнительный источник энергии присутствуют солнечные батареи, ветрогенераторы или микроГЭС. Не всегда выгодно и/или возможно отдавать излишки энергии от ВИЭ в сеть. При отсутствии возможности использования сетей электроснабжения в качестве аккумулятора неограниченной мощности в таких системах системах появляется необходимость в сохранении энергии, вырабатываемой ВИЭ в пиковые периоды генерации (например, для солнечных батарей это полдень, для ветрогенераторов — периоды с сильным ветром) и потреблении ее в периоды пикового потребления (например, в типичном жилом доме — в вечернее и утреннее время). Также, такая схема применяется при отсутствии разрешения отдачи излишков энергии в сеть, или если цена за кВт*ч, предлагаемая сетями, ниже розничного тарифа в периоды пикового потребления.

Несмотря на то, что по режимам работы такие системы ближе к резервным, к аккумуляторам для систем максимального самопотребления энергии (в английском языке применяется термин self-consumption) выдвигаются практически такие же требования, как и для АКБ для автономных систем. Отличие только в требуемой емкости аккумуляторной батареи, в системах с самопотреблением они рассчитываются не на несколько дней, а на 0,5-1 сутки.

Общие требования к аккумуляторам систем электроснабжения

1. Экологичность — отсутствие выделения вредных и опасных газов,
2. Пожарная безопасность, взрывобезопасность
3. Возможность вторичной переработки отработавших срок службы и/или вышедших из строя аккумуляторов
4. Устойчивость к низким и высоким температурам. Возможность заряда и разряда в широком диапазоне температур без существенного ухудшения характеристик и без опасности повреждения.
5. Отсутствие «эффекта памяти», то есть когда аккумуляторы теряют емкость при неглубоком циклировании.

Типы электрохимических аккумуляторов

Какие же аккумуляторы следует выбирать для различных применений? Для ответа мы собрали и обработали обширный материал из различных информационных источников, научных трудов, рекомендаций производителей аккумуляторов, а также рекомендации разработчиков систем и устройств, использующих аккумуляторы.  Перейдите по ссылкам ниже для более подробной информации типах аккумуляторов,  об особенностях их электрохимических процессов и рекомендациях по применению.  Все эти статьи являются составной частью «Руководства покупателя по выбору аккумуляторных батарей для системы электроснабжения», мы настоятельно рекомендуем с ними ознакомиться хотя бы поверхностно, для того, чтобы понимать, на основе чего мы сделали выводы и рекомендации, приведенные ниже.

1. Типы аккумуляторных батарей — рассмотрены основные типы свинцово-кислотных, щелочных и литий-ионных аккумуляторов
2. Типы свинцово-кислотных аккумуляторов — подробно рассмотрены виды свинцово-кислотных аккумуляторов, их устройство и рекомендации по эксплуатации
3. Классификация аккумуляторов для мобильных устройств — мобильные применения — отдельная тема, вкратце мы касаемся ее в этой статье.
4. Особенности эксплуатации, хранения, заряда и разряда герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов рассмотрены в статьях «Эксплуатация герметичных аккумуляторов«, Новый аккумулятор нужно заряжать ⚡,  Аккумуляторные батареи. Ликбез,
5. Сколько служат герметичные аккумуляторы? Ответ на этот вопрос в статье «Эксплуатационный ресурс герметичных АБ«. См также Сульфатация аккумуляторов.
6. «Солнечные» аккумуляторы Prosolar

Режимы работы аккумуляторов

Особенности заряда свинцово-кислотных аккумуляторов от генератора описаны в статье «Аккумулятор+Генератор«.

Правильные режимы заряда и разряда свинцово-кислотных аккумуляторов и их характеристики приведены в статье Аккумуляторные батареи. Ликбез.

Чем опасны низкие температуры для аккумуляторов?

Почему низкие температуры представляют опасность для аккумуляторов? Ведь производители заявляют, что их аккумуляторы могут храниться при температурах до -40С.  Дело в том, что практически все аккумуляторы — как свинцово-кислотные, так и литий-ионные, не принимают заряд при низких температурах. Исключением на сегодня являются только литий-титанатные аккумуляторы.

Отсутствие заряда свинцово-кислотных аккумуляторов ведет к снижению плотности электролита, и он начинает  замерзать и кристаллизоваться. Кристаллы расширяют электролит и даже могут разорвать корпус аккумулятора. Это особенно часто происходит с чисто гелевыми аккумуляторами. У AGM аккумуляторов стекловолоконный мат играет роль своеобразного буфера, которые принимает на себя расширение электролита и не позволяет разрушить корпус аккумулятора.

У литиевых аккумуляторов есть такая же проблема — они не могут заряжаться при отрицательных температурах. Более того, заряд при отрицательных температурах приводит к их повреждению (кроме литий-титанатных и некоторых других типов аккумуляторов).

Поэтому перед зарядом аккумуляторы нужно отогреть. Также, очень важно, насколько быстро происходит кристаллизация электролита в аккумуляторе. Если аккумулятор находится в теплоизолированном корпусе, то при достаточном токе заряда он может отогреться током заряда и затем начать принимать заряд. К сожалению, в солнечных энергосистемах зимой солнечные батареи не могут обеспечить достаточного тока заряда в течение длительного времени для того, чтобы разогреть этим током аккумуляторную батарею. Солнце зимой светит недолго, и времени заряда от солнечных батарей не хватает для восстановления емкости аккумуляторов. Ведь известно, что для полного заряда свинцово-кислотного аккумулятора требуется как минимум 7 часов — зимой нет такой продолжительности солнечного сияния. Поэтому очень важно иметь возможность периодически подзаряжать АБ от другого источника энергии, — например, генератора. Если такой возможности нет, то систему нужно проектировать таким образом, чтобы аккумуляторная батарея не разряжалась более, чем на 20-30% в течение нескольких дней без солнца (обычно от 3 до 10 дней), а солнечную батарею устанавливать такой мощности, чтобы она могла дозарядить аккумуляторы в течение нескольких часов солнечного сияния. Такие расчеты требуют глубоких знаний и опыта проектировщика, и очень редко кто может сделать эти расчеты правильно (мы можем 🙂  ). 

Какая емкость аккумуляторной батареи вам нужна?

После правильного выбора типа аккумулятора, необходимо провести и правильный выбор его емкости и напряжения.

Выбора напряжения зависит от напряжения нагрузки АКБ. В большинстве случаев нагрузкой является инвертор. Рекомендации выбору напряжения инвертора мы даем в этой статье раздела «Вопросы и ответы«

Калькулятор емкости аккумуляторной батареи в зависимости от требуемого количества запасаемой энергии находится по ссылке.

Выбор производителя аккумуляторов

Кроме правильного выбора типа аккумулятора, правильного расчёта ёмкости и обеспечения требуемые температурных режимов и режимов заряда разряда, необходимо еще выбрать правильного и качественного производителя аккумуляторов. Иначе вы можете купить аккумулятор, которые не прослужит заявленных в технических спецификациях и рекламных материалах сроков и циклов заряда-разряда. Мы за много лет работы с различными поставщиками и производителями определили список надежных производителей аккумуляторов и предлагаем в нашем ассортименте только испытанные временем решения. Покупая аккумуляторы в компании «Ваш Солнечный Дом» вы можете быть уверены в том, что они вас не подведут.

Проектирование системы электроснабжения

При создании круглогодичной системы электроснабжения с солнечными батареями очень важен комплексный подход, который объединяет:

1. правильное проектирование, т.е. определение состава системы электроснабжения и параметров ее комплектующих (емкости аккумуляторов, мощности солнечных батарей, типа и модели солнечного контроллера и других элементов системы)
2. правильный выбор моделей аккумуляторов и их типа. Как мы показали выше, не все аккумуляторы одинаковы, даже если они одного типа, напряжения и емкости.
3. Правильная установка солнечных батарей, электроники и аккумуляторов. Аккумуляторы должны заряжаться полностью, даже при низких температурах. Электронные элементы (контроллеры и инверторы) не должны работать в условиях конденсации влаги. Солнечные батареи нужно не просто закрепить на крыше, но и обеспечить их самоочищение от снега.

Наша компания имеет 20-летний опыт проектирования и установки солнечных энергосистем. Обратитесь к нашим специалистам, для того, чтобы не пожалеть о бесполезно потраченных на оборудование деньгах, или, еще хуже, чтобы не понести потери от того, что ваша ответственная нагрузка не получила гарантированное электропитание в нужный момент. 

 

Эта статья прочитана 15204 раз(а)!

Продолжить чтение