Руководство покупателя АКБ для систем электроснабжения

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 2 большие группы: автономные и резервные.

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.

К аккумуляторам для автономных систем электроснабжения применяются следующие требования

  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

  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. При отсутствии 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. Безопасность, отсутствие выделения вредных и опасных газов
  2. Возможность вторичной переработки отработавших срок службы и/или вышедших из строя аккумуляторов
  3. Устойчивость к низким и высоким температурам
  4. Отсутствие «эффекта памяти».

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 статье «Эксплуатация герметичных аккумуляторов«
  5. Сколько служат герметичные аккумуляторы? Ответ на этот вопрос в статье «Эксплуатационный ресурс герметичных АБ«
  6. «Солнечные» аккумуляторы Prosolar

Режимы работы аккумуляторов

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

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. 

Отсутствие заряда 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. 

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.

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 15-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 6435 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 68
    Сравнение литий-ионных и свинцово-кислотных аккумуляторов при работе в стационарных системах хранения энергии Greg Albright, Jake Edie, Said Al-Hallaj | AllCell Technologies LLC Перевод "Ваш Солнечный Дом". При полном или частичном копировании ссылка на источник обязательна Введение Сегодня существует широкий выбор…
  • 65
    Типы аккумуляторных батарей и области их применения В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel). Мы постараемся избегать формул и…
  • 59
    Как 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…
  • 55
    СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СВЯЗИ О. Чекстер, И. Джосан Источник: Технологии и средства связи № 2, 2004 При организации электропитания аппаратуры связи широкое применение находят аккумуляторные установки: их применяют для обеспечения бесперебойности и надлежащего качества электропитания оборудования связи, в…
  • 54
    Типы свинцово-кислотных аккумуляторов Статья является составной частью "Руководства покупателя аккумуляторных батарей для систем автономного и резервного электроснабжения" ©При цитировании ссылка на эту страницу и на "Ваш Солнечный Дом" обязательна Все статьи про аккумуляторы на нашем сайте собраны на странице Путеводитель…
  • 54
    Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г.Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…

Google рекомендует

Реклама

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *