Цикл статей "Солнечные панели и АКБ для инверторов". Часть 1.

Сегодня на рынке солнечных электростанций (СЭС) представлено огромное количество готовых решений для домашнего или коммерческого использования. Но иногда готовые комплекты могут не удовлетворять пожеланиям покупателя. И мы возьмём на себя смелость дать некоторые советы о том, как самому подобрать комплектующие для домашней солнечной электростанции.

Если вы решите для своего дома самостоятельно собрать автономную или сетевую систему энергоснабжения на основе солнечного инвертора и фотоэлектрических модулей, вам потребуются следующее оборудование:

• Инвертор, который преобразует постоянный низковольтный ток, делая его соответствующим выбранному стандарту, содержащий контроллер заряда, который нужен для нормирования выходного напряжения аккумулятора, его зарядки и подачи слабого тока. Их мы рассмотрели в предыдущей статье.
• Фотоэлектрические модули (панели).
• Аккумуляторы, которые обеспечивают накопление, сохранение и подачу энергии в тех случаях, когда энергопотребление резко возрастает или погодные условия, оставляют желать лучшего.
• • А также провода, защитные автоматы, крепёж, возможно стеллаж и механизм поворота панелей, но это мы оставим на Ваше усмотрение.

Схема кажется простой, но эта простота обманчива, – здесь, как и в любой системе, все элементы должны быть сбалансированы между собой. Несбалансированность в лучшем случае обернётся неоправданными затратами на неиспользуемый потенциал, а в худшем - выходом из строя самого слабого элемента и, как следствие, неработоспособностью всей системы.

В процессе выбора оборудования необходимо учитывать два показателя. Один из них – максимальная мощность нагрузки, второй – номинальная мощность панели. При этом надо не забывать про тот факт, что данные параметры практически не взаимосвязаны между собой.

Для определения максимальной мощности нагрузки придётся определить пиковую мгновенную мощность, а также рассчитать две величины ожидаемого суточного энергопотребления - его максимальное и среднее значения.

Пиковая мгновенная мощность определяется суммарной мощностью всех энергопотребителей, которые могут быть включены одновременно, то есть наихудшим случаем с точки зрения нагрузки на сеть.

Ожидаемое суточное энергопотребление сложнее. Оно зависит от того, в каком режиме планируется использовать создаваемую систему электроснабжения.

Режимы электроснабжения, кроме сетевого, обычно ещё делятся на 5 уровней, включающих автономное или альтернативное питание потребителей:

• Полное – полная замену сетевого электроснабжения на автономное.
• Комфортное – обеспечивающее быт полностью, но без стиральной машины, духовки и т.п., которые остаются от сети – постоянно.
• Умеренное – обеспечивающее быт без необязательных излишеств – постоянно, а остальное от сети.
• Базовое – только самое необходимое – постоянно, а остальное от районной электрической сети (РЭС).
• Аварийное – обеспечивающее быт без необязательных излишеств, но короткое время, пока не появится сеть.

Также нужно учитывать и интенсивность использования. Допустим, в течение суток аккумуляторы способны заряжаться от батареи в 200 Вт, которая будет менять угол наклона в зависимости от движения солнца. Таким образом удастся накопить около 2,5 кВт×ч энергии. Этого хватит для того, чтобы расходовать их в процессе сварочных работ за 30 минут, пользуясь мощным инвертором.

Таким образом, исходя из нагрузки, Вам придётся либо выбрать режим под инвертор, либо инвертор под режим. К тому же нужно не забыть, что номинал мощности инвертора указан не для возможности зарядки от солнечных панелей, а для работы от сети и потенциала заряда аккумуляторов. Максимальная мощность работы от Солнца, как правило, всегда значительно ниже и определяется параметрами допустимого входного напряжения и тока для фотоэлектрических батарей.

Поэтому перед выбором тех или иных устройств, необходимо установить, какое именно входное напряжение, генерируемое Солнцем, ляжет в основу работы системы.

Как определиться с напряжением?

Выбор выходного напряжения не вызовет ни у кого вопросов, ведь в данном случае существует единый стандарт, по крайней мере в стране. Это 220В переменного тока, имеющего частоту в 50 Гц. С входным показателем ситуация более сложная. Объясняется это тем, что входное напряжение инвертора не только равное номинальному напряжению аккумуляторов, но и солнечной батареи, которое не имеет постоянного значения. Напряжение, выдаваемое фотоэлектрическими модулями, зависящие от погоды, просто приводится к некоему усреднённому. Модули бывают следующими:

• 24-вольтовыми;
• 18-вольтовыми;
• 12-вольтовыми;
• 6-вольтовыми;
• 2-вольтовыми.

Что касается номинального выходного напряжения панелей, мощность которых составляет более 50 Вт, то оно или превышает 12 В, или равно 24 В. Также надо заметить, что этого показатель можно увеличить самостоятельно. Для этого соединение батарей должно быть последовательным.

Ассортимент солнечных инверторов, представленных у нас достаточен, и их мы здесь подробно рассматривать не будем, это 12-, 24-, 48-вольтовые модели. Но это напряжения для аккумуляторов. Напряжения на входе для солнечных панелей несколько другие и зависят от типа PV-контроллера (PhotoVoltaic).

Контроллер солнечной панели – одна из самых важных частей солнечной электростанции, от него зависит срок службы аккумуляторных батарей, количество полезной энергии, которую мы возьмем из солнечного модуля, и, как следствие, КПД всей системы. Основная функция контроллера солнечной панели – это правильная зарядка аккумуляторных батарей. Давайте рассмотрим виды контроллеров, встраиваемых в наши инверторы:

• МРРТ контроллеры (имеющиеся у большинства наших инверторов) - последнее поколение контроллеров заряда с наилучшей технологией отбора энергии от фотомодуля. МРТ расшифровывается как (Maximum powerpoint tracker) - наблюдение за точкой максимальной мощности. МРРТ контроллер постоянно следит за током и напряжением, которым заряжается АКБ, перемножает их значения и выбирает пару "ток-напряжение", при котором мощность солнечной панели будет максимальной. Таким образом, применяя МРРТ-контроллеры, мы получаем от солнечной батареи на 15-30% больше энергии, чем от использования простого контроллера. Точку максимальной мощности контроллер вычисляет так: он последовательно снижает напряжение от холостого хода солнечного модуля до напряжения на АКБ и вычисляет пару "ток × напряжение". самая большая пара "ток × напряжение" - это и будет точка максимальной мощности.

  МРРТ-контроллер, как правило не ограничивается напряжением АКБ и принимает большие токи от фотоэлектрических модулей. Так наши инверторы, оснащённые им, позволяют максимальное напряжение 150 или 450В при максимальных токах 60 или 80А, поступающие от солнечных панелей, собранных параллельно, последовательно или параллельно-последовательно.

  Гелиосистема, благодаря наличию МРРТ-контроллера, сохраняет способность к работе в оптимальном режиме даже при частичном затенении некоторой площади панелей, облачной погоде и слабой освещенности, а также при низкой температуре воздуха и ее повышении на поверхности фотоэлементов.

• ШИМ контроллеры - расшифровывается как широтно-импульсная модуляция. Этот тип контроллеров заряжает АКБ в несколько этапов:
  • Зарядка максимальным током для данной АКБ (ток часто выставляется в меню контроллера и не должен превышать 1/10 от емкости АКБ)
  • 2. ШИМ заряд: когда напряжение на аккумуляторе достигает определенного уровня контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ-тока заряда. За счет этого предотвращает нагрев и газообразование в аккумуляторе. Далее, по мере зарядки АКБ, ток постепенно уменьшается.
  • 3. Поддерживает заряд - когда АКБ полностью заряжена, контроллер уменьшает напряжение заряда и поддерживает АКБ в заряженном состоянии.

  Данный тип контроллеров заряда лучше использовать в тех регионах, где имеется высокая солнечная активность. Как правило это относительно не дорогое устройство, которое имеет простой алгоритм управления. Такое оборудование не целесообразно устанавливать в местах с низкой солнечной активностью. Это не рационально и экономически не выгодно. PWM (ШИМ) контроллер защищает аккумулятор от перезаряда, переразряда и потери заряда ночью. Контроллер может работать при напряжении 12В или 24В и позволяет максимальную напряжение до 30В. Ток, поступающий на аккумулятор от солнечной батареи, и ток, потребляемый нагрузкой, не должны превышать 30А.

Отсюда следует, что максимальная мощность от PV-панелей у инверторов с ШИМ-контроллером будет не более 720ВА и в реальности с приведением к канонической форме равна 400Вт, что можно рассматривать только, как аварийный режим для жилища или офиса, для садовых домиков может уже обеспечить умеренное электроснабжение, а для поста охраны – комфортное, или даже полное. А с МРРТ-контроллером – расчётный максимум 36кВА для инвертора с 450В/80А, 12кВА – для 150В/80А и 9кВА – для 150В/60А – что является лишь пиковым кратковременным допуском при большой солнечной активности, но в реальности мощность системы будет 800Вт для 1,5 кВА инвертора, 1600Вт – для 3 кВА, 3,2кВт – для 6,3 кВА и почти 4,2кВт для 12,5 кВА инвертора.

Входное напряжение с солнечной батареи: эти данные указаны в технических характеристиках контроллера. Показатели должны подходить к напряжению холостого хода солнечной батареи, плюс 20% запаса. Этот запас необходим, поскольку некоторые производители могут завышать входное напряжение, а также в случае если солнечная активность очень высока.

Суммарная мощность солнечной батареи не должна превышать общей мощности системы (контроллера). Напряжение системы в таких случаях берется для разряженных аккумуляторов. Также нужно помнить про запас-примерно 20%, рассчитанный на повышенную солнечную активность.

Теперь можно приступить к выбору солнечных панелей.

Выбор панелей фотоэлементов

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус.

Но есть в этом деле масса нюансов. Каждая солнечная батарея — это четырёхслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-плёнка, солнечный элемент, герметизирующая плёнка. И вот тут каждый этап крайне важен.

Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии.

От прозрачности EVA-плёнки зависит, сколько энергии попадёт на элемент и сколько энергии выработает панель. Если плёнка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадёт.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте элемент будет греться и быстрее выйдет из строя.

Ну и финишная плёнка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей очень быстро на элементы попадёт влага, начнётся коррозия, и панель выйдет из строя.

Но всё же выбор придётся делать не по этим характеристикам. Чтобы сделать правильный выбор солнечных батарей нужно принять во внимание следующие параметры:

• Геометрию
• Номинальное напряжение
• Разновидность фотоэлементов
• Максимальная мощность

Геометрия определяется конкретными условиями установки, и здесь трудно дать общие рекомендации кроме одной - если есть возможность выбора между одной большой панелью и несколькими маленькими, лучше взять большую - более эффективно используется общая площадь и будет меньше внешних соединений, а значит, выше надёжность. Размеры панелей обычно не слишком велики и не превышают полтора-два квадратных метра при мощности до 300-600 Вт. Для достижения нужных значений номинального напряжения и номинальной мощности панели можно объединять в последовательные сборки (1), которые затем коммутируются параллельно (2). В одной сборке следует использовать только однотипные панели.

С напряжением тоже всё просто - лучше выбирать 24-вольтовые панели, поскольку рабочие токи у них вдвое меньше, чем у 12-вольтовых той же мощности. Панели одинаковой мощности одного и того же производителя, рассчитанные на разное напряжение, обычно различаются лишь внутренней коммутацией фотоэлементов. Панели с номинальным напряжением выше 24 вольт встречаются редко и обычно собираются из более низковольтных. 12-вольтовые панели, на мой взгляд, оправданы лишь в двух случаях - для маломощных систем с ШИМ-контроллером, где 12 вольт являются рабочим напряжением инвертора, а также если по архитектурным или конструктивным соображениям необходимо использовать панели малого размера, для которых не существует вариантов на 24 В.

Кстати, реально максимальное напряжение с панелей, указываемое в характеристиках обычно около 18-22В для панелей с номиналом в 12В и около 35-42В для панелей с номиналом в 24В, которого они достигают при наиболее высокой активности Солнца.

При самостоятельной сборке панелей из отдельных фотоэлементов не следует забывать о включении в цепочки защитных диодов, которые предупреждают протекание обратного тока при неравномерной засветке. В противном случае мощность, выработанная освещёнными секциями панели, вместо полезной нагрузки будет выделяться на временно затенённом фотоэлементе, а это чревато его перегревом и полным выходом из строя (неосвещённый фотоэлемент в этой ситуации окажется открытым диодом). Допустимый ток защитных диодов должен быть больше, чем ток короткого замыкания защищаемой цепочки фотоэлементов при максимальной освещённости.

Теперь, надо выбрать тип фотоэлементов. В настоящее время наиболее часто предлагаются фотоэлементы на монокристаллическом или поликристаллическом кремнии. Монокристаллический кремний обычно имеет КПД в районе 16-18%, а поликристаллический - 12-14%, зато он несколько дешевле. Однако в готовых панелях цена за ватт (т.е. в пересчёте на вырабатываемую мощность) получается почти одинаковой, и монокристаллический кремний может оказаться даже выгодней. По такому параметру, как степень и скорость деградации, разницы между ними практически нет. В связи с этим выбор в пользу монокристаллического кремния очевиден. Кроме того, зачастую при снижении освещённости монокристаллический кремний обеспечивает номинальное напряжение дольше, чем поликристаллический, а это позволяет получать хоть какую-то энергию даже в весьма пасмурную погоду и в лёгких сумерках. Зато у поликристаллического кремния обычно ниже напряжение холостого хода (у монокристаллического оно может превышать номинал вдвое). Но если подключать панель к инвертору и аккумулятору не напрямую, а через контроллер, повышенное напряжение не имеет существенного значения.

Аморфный (тонкоплёночный) тип встречается редко, а потому не будем тратить на него времени.

Максимальная мощность – это не классический стабильный параметр, а значение в некоторых идеальных условиях. Солнечная батарея не может работать круглые сутки на одной мощности. Во-первых, пока что солнечные батареи не работают ночью, а во-вторых, мощность, указанная в паспортных данных, измеряется при определённых условиях, которые отличаются от реальных.

Существует несколько регламентированных стандартов измерений параметров панелей: STC, NOCT, LIC, NMOT, HTC, LTC, PTC. Для того чтобы сравнивать солнечные батареи между собой, производители договорились проводить испытания при определённых условиях. Чтобы рассчитывать количество панелей наиболее подходит STC.

STC (Standard Test Conditions) - стандартные тестовые условия, отражают работу солнечного модуля в идеальных условиях, эти условия подразумевают, что солнечная батарея будет освещаться вспышкой с интенсивностью в 1000 Вт/м2 при температуре модуля 25˚С, спектр излучения должен соответствовать массе воздуха 1,5 (масса воздуха определяет толщину атмосферы где тоже происходят потери солнечной энергии), а скорость ветра должна быть равна нулю. Такие условия воспроизводят реальный солнечный полдень весной или осенью в безветренную погоду, при котором солнечный свет падает на ориентированную на юг солнечную панель, наклонённую под углом к горизонту 37°, при высоте солнца над уровнем горизонта 41.81° и при перпендикулярном расположении плоскости солнечной панели к солнечным лучам. Именно параметры STC вы увидите на наклейках с обратной стороны солнечного модуля.

Эта мощность может быть достигнута только в момент, когда солнечные лучи будут падать под прямым углом в яркую, солнечную, но при этом не жаркую погоду, т.е. условия будут приближаться к лабораторным. В прохладную, солнечную погоду при оптимальном угле наклона, можно добиться номинальной мощности, указанной в паспорте, а зимой, при минусовых температурах в солнечную погоду можно даже выжать мощность большую, чем номинальная.

На практике солнечные модули вырабатывают 75-85% от номинальной(максимальной). Не забываем и про другие факторы, которые влияют на производительность панелей, такие как грязь, затенение, потери в проводах, в электрической цепи солнечной электростанции, контроллерах, инверторах.

Для того чтобы добиться максимальной выработки солнечного модуля, его необходимо постоянно поворачивать к Солнцу на протяжении дня. Для этого существуют автоматические трекеры слежения за Солнцем. Но на практике их применяют не так часто, потому что это дополнительные расходы по установке и стоит такая система не дёшево.

И последнее. Обычно нет смысла выбирать суммарную мощность панелей фотопреобразователей больше мощности инвертора, если использование не планируется в полном или комфортном режиме, особенно с монокристаллическими элементами. Тем не менее, такое превышение может быть оправдано при наличии мощной постоянной нагрузки и мощного блока аккумуляторов или в расчёте на длительные периоды пасмурной погоды.

Кстати сейчас уже практически невозможно купить панели мощностью меньше 400Вт, а вскоре, вероятно, 600Вт станет стандартом де-факто.

Солнечные установки генерации альтернативной энергии выгодны, безопасны, стабильны. Однако солнечный свет поступает на фотомодули неравномерно. Днем генерируемой энергии может быть с избытком, а ночью станция не производит ток. Поэтому дневных поступлений должно хватать на сутки. Тут и возникает необходимость в накоплении электроэнергии. Эту задачу решают системы накопления солнечной энергии. Аккумуляторный модуль позволит компенсировать дефицит мощности. Кстати инверторы, ориентированные на АКБ и солнечные батареи, как правило, не могут использовать PV-модули без накопительного аккумулятора.

Аккумуляторные батареи

Системы автономного электропитания на основе АКБ и заряжающего инвертора помогут создать надежное хранилище электроэнергии, которое прослужит долгие годы. Аккумулируя электроэнергию тогда, когда она есть и отдавая ее, когда она нужна — системы электропитания способны обеспечить автономное и стабильное электропитание даже при условии полного отсутствия внешней электросети, сохраняя собственную генерацию. Что позволяет применять их для кемпингов, автодомов, удаленных районов без возможности подключения к внешней электросети.

Накопление энергии решает сразу несколько задач:

• Энергетическая независимость за счет бесперебойного питания объекта силами солнечной электростанции. В режиме 24/7 будет возможно энергоснабжение домостроения или дачи. Днем ток будет через инвертор поступать с солнечных батарей к точкам забора. А ночью и в пасмурный день энергия будет поступать из аккумуляторного модуля.
• Снижение стоимости содержания здания. Максимально возможный (с учетом мощности СЭС и емкости накопителей) объем электротока будет бесплатным для потребителя. За сетевую энергию практически платить не придется, так как необходимости в ее использовании не будет.
• Увеличение мощности которую не может обеспечить РЭС. Если масштабы потребления энергии объекта выше, чем возможности центральной сети, то эту разницу можно компенсировать за счет резервной автономной электростанции. Подробнее о данном виде СЭС вы можете узнать у нашего консультанта или на страницах сайта.

Аккумулятор для солнечной станции является обязательным комплектующим прибором, который незаменим при создании независимости от центральной электросети. Для СЭС применяются аккумуляторы следующих видов:

• Гелевые. Свинцово-кислотные АКБ, получившие название за гелеобразную консистенцию используемой кислоты. Модели характеризуются низким саморазрядом и возможностью использования при отрицательных температурах. К недостаткам данного вида аккумуляторов можно отнести большой вес и чувствительность к напряжению заряда.
• AGM. Свинцово-кислотные АКБ, имеющие особую конструкцию - электролит в приборе помещен в специальные клапаны, установленные между пластинами. Аккумуляторы этого вида можно устанавливать под наклоном, укладывать на бок. В любом положении они будут эффективно и безопасно работать, в том числе при отрицательных температурах. Минусы - большой вес, чувствительность к повышению напряжения заряда.
• Заливные (OPzS). Аккумуляторы стационарного типа, которые работают на основе трубчатых пластин свинцово-сурьмянистого состава. Название получено благодаря тому, что требуется заливка в корпус электродов. Батареи OPzS относятся к малообслуживаемой категории аккумуляторов и требуют долива воды не чаще чем 1 раз в 2-3 года эксплуатации. Такие АКБ считают одними из наиболее безопасных, так как исключено возникновение взрыва при перезарядке. Выдерживают множество циклов работы, что делает их эффективными при регулярном использовании.
• Литий-ионные. Наиболее популярные в последнее время модели для современной техники, имеющие меньший вес и более долгий срок эксплуатации, чем у вышеперечисленных моделей. Могут работать в сложных климатических условиях.

О ёмкости и напряжении аккумуляторов

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе, то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12 В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла. Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2 В, на 6 В, на 12 В, и редко на 24В. А, например, литий-ионные имеют вообще не стандартизированные номиналы. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно.

Но стоит только указать после величины ёмкости, её вольтаж, как всё встаёт на свои места. Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200Ач×12В, соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач×24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач×12В. Проверим:

200 Ач × 24 В = 4800 Вт×ч= 400 Ач × 12 В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1×С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е. в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400.

Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1×200 = 20 А, но при напряжении 24 В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20 А×24 В = 480 Вт.

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1×400 = 40 А, но при напряжении 12 В. Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600 Ач×2 В, по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100 Ач×12 В.

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600 Ач×2 В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24 В, нужно соединить последовательно 12 шт. таких АКБ. Общая итоговая ёмкость получится 600 Ач×24 В. Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200 Ач, соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух соединённых последовательно аккумуляторов):

(600Ач×2В)×12 = 600Ач×24В = (200Ач×24В) + (200Ач×24В) + (200Ач×24В)

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5 – 11,7 В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор. Это потому, что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора, электролит не успевает перемешиваться и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает, и нагрузка автоматически снимается инвертором (в его меню допустим установлена нижняя граница напряжения АКБ, при котором ещё идёт потребление энергии). Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышаются.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Поэтому, можно установить то конечное напряжение на АКБ, при котором даже при отсутствии нагрузки какая-то ёмкость ещё остаётся (например, для обычного кислотного АКБ при напряжении 11,5 – 11,7 В даже без нагрузки в АКБ ещё остаётся 20% ёмкости. А если будет нагрузка и инвертор отключит АКБ при 11,5 В, то ёмкости при этом в АКБ останется ещё больше – это только лучше для долговечности АКБ). Поэтому измерять ёмкость через специальный шунт или более грубо, по напряжению на АКБ – не столь уж важно, ведь в последнем случае возможен только запас остаточной ёмкости (т.е. погрешность идёт на пользу долговечности АКБ).

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к нормальному для 100% заряженного АКБ 12,5 – 12,8 В).

Свинцово-кислотные аккумуляторы

260-600 циклов заряда.

Свинцово-кислотные аккумуляторы – самые распространённые на сегодняшний день АКБ для СЭС. Применяется для установки в бесперебойные блоки питания, UPS, инверторы и т.п. Однако они имеют самое большое число недостатков:

1. Ограниченная «полезная» емкость. Обычно считается разумным использовать только 30% - 50% номинальной емкости типичных свинцово-кислотных аккумуляторов «глубокого цикла». Это означает, что аккумуляторная батарея на 600 ампер-часов на практике обеспечивает в лучшем случае только 300 ампер-часов реальной емкости. Если вы даже время от времени разряжаете батареи больше, чем это значение, их срок службы резко сократится. .
2. Ограниченный цикл жизни. Даже если вы бережно относитесь к своим батареям и никогда не разряжаете их слишком сильно, даже лучшие свинцово-кислотные батареи глубокого цикла обычно годны только для 500-1000 циклов. Если вы часто подключаетесь к батарее, это может означать, что ваши батареи могут нуждаться в замене после менее чем 2-летнего использования.
3. Медленная и неэффективная зарядка. Последние 20% емкости свинцово-кислотных аккумуляторов нельзя «быстро» зарядить. Первые 80% могут быть быстро заряжены интеллектуальным трехступенчатым зарядным устройством (особенно аккумуляторы AGM могут выдерживать большой объемный зарядный ток), но затем начинается фаза «абсорбции», и зарядный ток резко падает.

   Это не имеет большого значения, если вы заряжаете подключенный к сети на ночь, но это огромная проблема, если вам приходится оставлять свой генератор работающим в течение нескольких часов (что может быть довольно шумным и дорогостоящим в эксплуатации). И если вы зависите от солнечной энергии и солнце садится до того, как будут достигнуты последние 20%, вы можете легко получить батареи, которые никогда не будут полностью заряжены.

   Неполная зарядка последних нескольких процентов не была бы большой проблемой на практике, если бы не тот факт, что невозможность регулярной полной зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов приводит к их преждевременному старению.

4. Потраченная впустую энергия. В дополнение к потере времени генератора свинцово-кислотные батареи страдают еще одной проблемой эффективности - они тратят до 15% энергии, вложенной в них, из-за присущей им неэффективности зарядки. Таким образом, если вы обеспечиваете мощность 100 ампер, вы сохраняете только 85 ампер-часов.

   Это может быть особенно неприятно при зарядке от солнечной батареи, когда вы пытаетесь выжать из каждого усилителя как можно больше эффективности до того, как солнце сядет или не закроется облаками.

5. Падение напряжения. Полностью заряженный свинцово-кислотный аккумулятор на 12В начинает работать с напряжением около 12.8 В, но по мере разряда напряжение постоянно падает. Напряжение падает ниже 12 вольт, когда батарея все еще имеет оставшуюся 35% от общей емкости, но некоторая электроника может не работать при напряжении ниже 12 вольт. Этот эффект «провисания» также может привести к затемнению света.
6. Потери Пойкерта. Чем быстрее вы разрядите свинцово-кислотную батарею любого типа, тем меньше энергии вы сможете получить от нее. Этот эффект можно рассчитать, применив закон Пойкерта (названный в честь немецкого ученого В. Пойкерта), и на практике это означает, что сильноточные нагрузки, такие как кондиционер, микроволновая печь или индукционная плита, могут привести к тому, что батарея свинцово-кислотных аккумуляторов сможет работать фактически доставляет всего 60% своей нормальной емкости.

   Это огромная потеря емкости, когда она вам нужна больше всего.

   Батарея может обеспечить 100% своей номинальной емкости при разрядке за 20 часов (C / 20).

   При разрядке за один час (C / 1) аккумулятор обеспечивает только 60% номинальной емкости. Это прямое следствие потерь Пойкерта.

   В конце дня, аккмулятор AGM, рассчитанный на 100 Ач при C / 20, обеспечит полезную емкость 30 Ач при разрядке за один час как 30Aч = 100Aч × 50% DoD × 60% (потери Пойкерта)..

7. Проблемы с размещением. Залитые (обслуживаемые) свинцово-кислотные батареи выделяют ядовитый кислотный газ во время зарядки, и они должны содержаться в герметичном аккумуляторном отсеке с выходом наружу. Они также должны храниться в вертикальном положении, чтобы избежать разлива аккумуляторной кислоты.

   Аккумуляторы GEL и AGM, являясь герметичными и не обслуживаемыми могут быть размещены в непроветриваемых помещениях - даже внутри вашего жилого помещения.

   Аккумуляторы AGM вообще не имеют выше названных ограничений и могут работать лёжа на боку. Это одна из причин, по которой аккумуляторы AGM стали такими популярными среди моряков.

   Но вес любых свинцово-кислотных АКБ требует установки их либо на полу, либо на очень крепких полках. Причём вес и размеры GEL АКБ больше обслуживаемых, а AGM – больше GEL.

8. Требования к техническому обслуживанию. В обслуживаемые свинцово-кислотные батареи необходимо периодически доливать дистиллированную воду, что может быть обременительным делом при техническом обслуживании, если к отсекам для аккумуляторов трудно добраться.

   Однако AGM и GEL ячейки действительно не требуют обслуживания. Но отсутствие необходимости в обслуживании имеет и обратную сторону - случайно перезарядившуюся батарею с заливными ячейками часто можно восстановить, заменив выкипевшую воду. Гелевый аккумулятор или аккумулятор AGM, перезаряженный, часто необратимо разрушается.

   И всё же они в вариантах AGM и GEL очень популярны имея следующие преимущества:

   • сравнительно небольшая цена в основном из-за простоты технологии изготовления; если брать из расчета себестоимости за 1 Вт / ч именно эти батареи являются наиболее приемлемыми по цене
   • они надежны и достаточно просты в обслуживании
   • они имеют малую само разрядность, более низкую по сравнению с другими типами батарей
   • за отсутствием "эффекта памяти" они самые простые в обслуживании, поскольку в том случае отпадает потребность в доливке электролита
   • они обеспечивают сравнительно высокий ток разряда

   Следует также учитывать, что при низких температурах емкость таких аккумуляторов ощутимо снижается. Плюс ко всему из-за достаточно низкой энергетической плотности, свинцово-кислотные АКБ становится нецелесообразно использовать для питания различных переносных аппаратов, хотя нельзя сказать, что они никогда для этого не использовались.

   В нашем магазине есть представленные на иллюстрациях АКБ FullEnergy.

Предлагаем ознакомиться со второй частью цикла статей "Солнечные панели и АКБ для инверторов". Часть 2."