Цикл статей "Сонячні панелі та АКБ для інверторів". Частина 1.

Сьогодні на ринку сонячних електростанцій (СЕС) представлено безліч готових рішень для домашнього або комерційного використання. Але іноді готові комплекти можуть не задовольняти побажанням покупця. І ми візьмемо на себе сміливість дати деякі поради про те, як самому підібрати комплектуючі для домашньої сонячної електростанції.

Якщо ви вирішите для свого будинку самостійно зібрати автономну або мережеву систему енергопостачання на основі сонячного інвертора та фотоелектричних модулів, вам знадобиться таке обладнання:

• Інвертор, який перетворює постійний низьковольтний струм, роблячи його відповідним вибраним стандартом, що містить контролер заряду, який потрібен для нормування вихідної напруги акумулятора, його зарядки та подачі слабкого струму. Їх ми розглянули у попередній статті.
• Фотоелектричні модулі (панелі).
• Акумулятори, які забезпечують накопичення, збереження та подачу енергії у тих випадках, коли енергоспоживання різко зростає або погодні умови, залишають бажати кращого.
• А також дроти, захисні автомати, кріплення, можливо стелаж та механізм повороту панелей, але це ми залишимо на Ваш розсуд

Схема здається простою, але ця простота оманлива – тут, як і в будь-якій системі, всі елементи повинні бути збалансовані між собою. Незбалансованість у кращому разі обернеться невиправданими витратами на невикористовуваний потенціал, а гіршому - виходом з ладу найслабшого елемента як наслідок, непрацездатністю всієї системи.

У процесі вибору обладнання необхідно враховувати два показники. Один із них – максимальна потужність навантаження, другий – номінальна потужність панелі. При цьому треба не забувати про те, що дані параметри практично не взаємопов'язані між собою.

Для визначення максимальної потужності навантаження доведеться визначити пікову миттєву потужність, а також розрахувати дві величини очікуваного добового енергоспоживання – його максимальне та середнє значення.

Пікова миттєва потужність визначається сумарною потужністю всіх енергоспоживачів, які можуть бути включені одночасно, тобто найгіршим випадком з погляду навантаження на мережу.

Очікуване добове енергоспоживання складніше. Воно залежить від того, в якому режимі планується використовувати систему електропостачання, що створюється.

Режими електропостачання, крім мережевого, зазвичай ще поділяються на 5 рівнів, що включають автономне або альтернативне живлення користувачів:

• Повне – повна заміна мережевого електропостачання на автономне.
• Комфортне – що забезпечує побут повністю, але без пральної машини, духовки тощо, які залишаються від мережі – постійно.
• Помірне –забезпечує побут без необов'язкових надмірностей – завжди, а решта від мережі.
• Базове – лише найнеобхідніше – постійно, а решта від районної електричної мережі (РЕМ).
• Аварійне – забезпечує побут без необов'язкових надмірностей, але короткий час, доки з'явиться мережа.

Також слід враховувати і інтенсивність використання. Припустимо, протягом доби акумулятори здатні заряджатися від батареї 200 Вт, яка змінюватиме кут нахилу в залежності від руху сонця. Таким чином, вдасться накопичити близько 2,5 кВт × год енергії. Цього вистачить для того, щоб витрачати їх у процесі зварювальних робіт за 30 хвилин, користуючись потужним інвертором.

Таким чином, виходячи з навантаження, Вам доведеться вибрати режим під інвертор, або інвертор під режим. До того ж потрібно не забути, що номінал потужності інвертора вказаний не для можливості заряджання від сонячних панелей, а для роботи від мережі та потенціалу заряду акумуляторів. Максимальна потужність роботи від Сонця, як правило, завжди значно нижча та визначається параметрами допустимої вхідної напруги та струму для фотоелектричних батарей.

Тому перед вибором тих чи інших пристроїв необхідно встановити, яка саме вхідна напруга, що генерується Сонцем, ляже в основу роботи системи.

Як визначитись з напругою?

Вибір вихідної напруги не викликає ні в кого питань, адже в цьому випадку існує єдиний стандарт, принаймні в країні. Це 220 В змінного струму, що має частоту 50 Гц. Із вхідним показником ситуація складніша. Пояснюється це тим, що вхідна напруга інвертора не тільки дорівнює номінальній напрузі акумуляторів, але і сонячної батареї, яка не має постійного значення. Напруга, що видається фотоелектричними модулями, залежать від погоди, просто приводиться до якогось усередненого. Модулі бувають такими:

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

Що стосується номінальної вихідної напруги панелей, потужність яких становить понад 50 Вт, то вона або перевищує 12 В, або дорівнює 24 В. Також треба помітити, що цей показник можна збільшити самостійно. Для цього з'єднання батарей має бути послідовним.

Асортимент сонячних інверторів, представлених у нас достатній, та їх ми тут докладно не розглядатимемо, це 12-, 24-, 48-вольтові моделі. Але це напруження для акумуляторів. Напруги на вході для сонячних панелей дещо інші і залежать від типу PV - контролера ( PhotoVoltaic ).

Контролер сонячної панелі – одна з найважливіших частин сонячної електростанції, від нього залежить термін служби акумуляторних батарей, кількість корисної енергії, яку ми візьмемо із сонячного модуля, і, як наслідок, КПД всієї системи. Основна функція контролера сонячної панелі – це правильне заряджання акумуляторних батарей. Давайте розглянемо види контролерів, що вбудовуються у наші інвертори:

• МРРТ контролери (що є і у більшості наших інверторів) – останнє покоління контролерів заряду з найкращою технологією відбору енергії від фотомодуля. МРРТ розшифровується як Maximum power point tracker - спостереження за точкою максимальної потужності. МРРТ контролер постійно стежить за струмом і напругою, якою заряджається АКБ, перемножує їх значення і вибирає пару "струм-напруга", при якій потужність сонячної панелі буде максимальною. Таким чином, застосовуючи МРРТ-контролери, ми одержуємо від сонячної батареї на 15-30% більше енергії, ніж від використання простого контролера. Точку максимальної потужності контролер обчислює так: він послідовно знижує напругу від холостого ходу сонячного модуля до напруги на АКБ і обчислює пару " струм × напруга". найбільша пара " струм × напруга" - це і буде точка максимальної потужності.

  МРРТ-контролер, як правило, не обмежується напругою АКБ і приймає великі струми від фотоелектричних модулів. Так, наші інвертори, оснащені ним, дозволяють максимальну напругу 150 В або 450 В при максимальних струмах 60 А або 80 А, що надходять від сонячних панелей, зібраних паралельно, послідовно або паралельно-послідовно.

  Геліосистема завдяки наявності МРРТ-контролера зберігає здатність до роботи в оптимальному режимі навіть при частковому затіненні деякої площі панелей, хмарної погоди і слабкої освітленості, а також при низькій температурі повітря та її підвищенні на поверхні фотоелементів.

• ШІМ контролери - розшифровується як широтно-імпульсна модуляція. Цей тип контролерів заряджає АКБ у кілька етапів:
  • Заряджання максимальним струмом для даної АКБ (струм часто виставляється в меню контролера і не повинен перевищувати 1/10 від ємності АКБ)
  • ШІМ заряд: коли напруга на акумуляторі досягає певного рівня контролер починає підтримувати постійну напругу за рахунок ШІМ-струму заряду. За рахунок цього запобігає нагрів та газоутворення в акумуляторі. Далі, в міру зарядки АКБ, струм поступово зменшується.
  • Підтримує заряд - коли АКБ повністю заряджена, контролер зменшує зарядну напругу та підтримує АКБ у зарядженому стані.

  Даний тип контролерів заряду краще використовувати у тих регіонах, де є висока сонячна активність. Як правило, це відносно не дорогий пристрій, який має простий алгоритм управління. Таке обладнання не потрібно встановлювати в місцях з низькою сонячною активністю. Це не раціонально та економічно не вигідно. PWM(ШІМ) контролер захищає акумулятор від перезаряду, перерозряду та втрати заряду вночі. Контролер може працювати при напрузі 12 В або 24 В та дозволяє максимальне навантаження до 30 В. Струм надходити на акумулятор від сонячної батареї і струм споживання навантаженням не повинен перевищувати 30 А.

Звідси випливає, що максимальна потужність від PV-панелей у інверторів з ШІМ-контролером буде не більше 720 ВА і в реальності з приведенням до канонічної форми дорівнює 400 Вт, що можна розглядати тільки як аварійний режим для житла або офісу, для садових будиночків може вже забезпечити помірне електропостачання, а посту охорони – комфортне, і навіть повне. А з МРРТ-контролером - розрахунковий максимум 36 кВА для інвертора з 450 В / 80 А, 12 кВА - для 150 В / 80 А і 9 кВА - для 150 В / 60 А - що є лише піковим короткочасним допуском при великій сонячній активності, але насправді потужність буде 800 Вт для 5 кВА інвертора, 1600 Вт - для 3 кВА , 3.2 кВт - для 6.3 кВА і майже 4.2 кВт для 12.5 кВА інвертора.

Вхідна напруга з сонячної батареї: Ці дані вказані у технічних характеристиках контролера. Показники повинні підходити до напруги холостого ходу сонячної батареї, плюс 20% запасу. Цей запас потрібний, оскільки деякі виробники можуть завищувати вхідну напругу, а також у разі якщо сонячна активність дуже висока.

Сумарна потужність сонячної батареї не повинна перевищувати загальну потужність системи (контролера). Напруга системи у таких випадках береться для розряджених акумуляторів. Також потрібно пам'ятати про запас — приблизно 20%, розрахований на підвищену сонячну активність.

Тепер можна розпочати вибір сонячних панелей.

Вибір панелей фотоелементів

На перший погляд, всі сонячні панелі однакові: осередки сонячних елементів з'єднані між собою шинками, а на задній стороні є два дроти: плюс та мінус.

Але є в цій справі безліч нюансів. Кожна сонячна батарея – це чотиришаровий пиріг: скло, прозора EVA-плівка, сонячний елемент, плівка, що герметизує. І ось тут кожен етап украй важливий.

Скло підходить не будь-яке, а зі спеціальною фактурою, що знижує відображення світла і заломлює світло, що падає під кутом, таким чином, щоб елементи були максимально освітлені, адже від кількості світла залежить кількість виробленої енергії.

Від прозорості плівки EVA залежить, скільки енергії потрапить на елемент і скільки енергії виробить панель. Якщо плівка виявиться бракованою і з часом помутніє, то вироблення помітно впаде.

Далі йдуть самі елементи і вони розподіляються за типами в залежності від якості: Grade A, B, C, D і далі. Звичайно, краще мати елементи якості ‘А’ та хорошу пайку, адже при поганому контакті елемент грітиметься і швидше вийде з ладу.

Ну і фінішна плівка повинна бути якісною та забезпечувати хорошу герметизацію. У разі розгерметизації панелей дуже швидко на елементи потрапить волога, почнеться корозія, і панель вийде з ладу.

Але все ж таки вибір доведеться робити не за цими характеристиками. Щоб зробити правильний вибір сонячних батарей, потрібно взяти до уваги такі параметри:

• Геометрію
• Номінальну напругу
• Різновид фотоелементів
• Максимальна потужність

Геометрія визначається конкретними умовами установки, і тут важко дати загальні рекомендації крім однієї - якщо є можливість вибору між однією великою панеллю і декількома маленькими, краще взяти більшу - більш ефективно використовується загальна площа і буде менше зовнішніх з'єднань, а отже, вища надійність. Розміри панелей зазвичай не надто великі і не перевищують півтора-два квадратні метри при потужності до 300-600 Вт. Для досягнення потрібних значень номінальної напруги та номінальної потужності панелі можна об'єднувати в послідовні зборки (1), які потім комутуються паралельно (2). В одній збірці слід використовувати лише однотипні панелі.

З напругою теж все просто - краще вибирати 24-вольтові панелі, оскільки робочі струми у них удвічі менші, ніж у 12-вольтових тієї ж потужності. Панелі однакової потужності того самого виробника, розраховані на різну напругу, зазвичай відрізняються лише внутрішньою комутацією фотоелементів. Панелі з номінальною напругою вище 24 вольт зустрічаються рідко та зазвичай збираються з низьковольтних. 12-вольтові панелі, на мій погляд, виправдані лише у двох випадках - для малопотужних систем із ШІМ-контролером, де 12 вольт є робочою напругою інвертора, а також якщо з архітектурних чи конструктивних міркувань необхідно використовувати панелі малого розміру, для яких не існує варіантів на 24 В.

До речі, реально максимальна напруга з панелей, що вказується в характеристиках зазвичай близько 18-22 В для панелей з номіналом 12 В і близько 35-42 В для панелей з номіналом 24 В, якого вони досягають при найбільш високій активності Сонця.

При самостійному складанні панелей з окремих фотоелементів не слід забувати про включення в ланцюжки захисних діодів, які попереджають протікання зворотного струму при нерівномірному засвіченні. В іншому випадку потужність, вироблена освітленими секціями панелі, замість корисного навантаження виділятиметься на тимчасово затіненому фотоелементі, а це загрожує його перегріванням і повним виходом з ладу (неосвітлений фотоелемент у цій ситуації виявиться відкритим діодом). Допустимий струм захисних діодів повинен бути більшим, ніж струм короткого замикання ланцюжка фотоелементів, що захищається, при максимальній освітленості.

Тепер потрібно вибрати тип фотоелементів. В даний час найчастіше пропонуються фотоелементи на монокристалічному або полікристалічному кремнії. Монокристалічний кремній зазвичай має ККД в районі 16-18%, а полікристалічний - 12-14%, зате він дещо дешевше. Однак у готових панелях ціна за ват (тобто в перерахунку на потужність, що виробляється) виходить майже однаковою, і монокристалічний кремній може виявитися навіть вигіднішим. За таким параметром, як ступінь та швидкість деградації, різниці між ними практично немає. У зв'язку з цим вибір на користь монокристалічного кремнію є очевидним. Крім того, найчастіше при зниженні освітленості монокристалічний кремній забезпечує номінальну напругу довше, ніж полікристалічний, а це дозволяє отримувати хоч якусь енергію навіть у похмуру погоду і в легких сутінках. Зате у полікристалічного кремнію зазвичай нижче напруга холостого ходу (у монокристалічного воно може перевищувати вдвічі номінал). Але якщо підключати панель до інвертора та акумулятора не безпосередньо, а через контролер, підвищена напруга не має суттєвого значення.

Аморфний (тонкоплівковий) тип зустрічається рідко, а тому не витрачатимемо на нього часу.

Максимальна потужність – це не класичний стабільний параметр, а значення в деяких ідеальних умовах. Сонячна батарея не може працювати цілодобово на одній потужності. По-перше, поки що сонячні батареї не працюють уночі, а по-друге, потужність, зазначена в паспортних даних, вимірюється за певних умов, які відрізняються від реальних.

Існує кілька регламентованих стандартів вимірювання параметрів панелей: STC, NOCT, LIC, NMOT, HTC, LTC, PTC. Для того, щоб порівнювати сонячні батареї між собою, виробники домовилися проводити випробування за певних умов. Щоб розраховувати кількість панелей найбільше підходить STC.

STC (Standard Test Conditions) - стандартні тестові умови, що відображають роботу сонячного модуля в ідеальних умовах, ці умови передбачають, що сонячна батарея буде висвітлюватися спалахом з інтенсивністю в 1000 Вт/м2 при температурі модуля 25˚С, спектр випромінювання повинен відповідати масі повітря 1,5 (маса повітря визначає товщину атмосфери де теж відбуваються втрати сонячної енергії), а швидкість вітру повинна дорівнювати нулю. Такі умови відтворюють реальний сонячний південь навесні або восени в безвітряну погоду, при якому сонячне світло падає на орієнтовану на південь сонячну панель, нахилену під кутом до горизонту 37°, при висоті сонця над рівнем горизонту 41.81° і при перпендикулярному розташуванні площини сонячної панелі до сонячних променів. Саме параметри STC ви побачите на наклейках зі зворотного боку сонячного модуля.

Ця потужність може бути досягнута тільки в момент, коли сонячне проміння падатиме під прямим кутом в яскраву, сонячну, але при цьому не спекотну погоду, тобто умови наближатимуться до лабораторних. У прохолодну, сонячну погоду при оптимальному куті нахилу можна домогтися номінальної потужності, зазначеної в паспорті, а взимку, при мінусових температурах в сонячну погоду можна навіть вичавити потужність більшу, ніж номінальна.

Насправді сонячні модулі виробляють 75-85% від номінальної (максимальної). Не забуваємо і про інші фактори, які впливають на продуктивність панелей, такі як бруд, затінення, втрати у проводах, електричному ланцюзі сонячної електростанції, контролерах, інверторах.

Для того, щоб досягти максимального вироблення від сонячного модуля, його необхідно постійно повертати до Сонця протягом дня. Для цього є автоматичні трекери стеження за Сонцем. Але на практиці їх застосовують не так часто, тому що це додаткові витрати на встановлення і коштує така система недешево.

І останнє. Зазвичай немає сенсу вибирати сумарну потужність панелей фотоперетворювачів більше за потужність інвертора, якщо використання не планується в повному або комфортному режимі, особливо з монокристалічними елементами. Тим не менш, таке перевищення може бути виправдане за наявності потужного постійного навантаження та потужного блоку акумуляторів або у розрахунку на тривалі періоди похмурої погоди.

До речі, зараз вже практично неможливо купити панелі потужністю менше 400 Вт, а незабаром, ймовірно, 600 Вт стане стандартом де-факто.

Сонячні установки генерації альтернативної енергії вигідні, безпечні, стабільні. Однак сонячне світло надходить на фотомодулі нерівномірно. Вдень енергії, що генерується, може бути з надлишком, а вночі станція не виробляє струм. Тому денних надходжень має вистачати на добу. Тут і виникає потреба у накопиченні електроенергії. Це завдання вирішують системи накопичення сонячної енергії. Акумуляторний модуль дозволить компенсувати дефіцит потужності. До речі, інвертори, орієнтовані на АКБ і сонячні батареї, як правило, не можуть використовувати PV -модулі без накопичувального акумулятора.

Акумуляторні батареї

Системи автономного електроживлення на основі АКБ і інвертора, що заряджає, допоможуть створити надійне сховище електроенергії, яке прослужить довгі роки. Акумулюючи електроенергію тоді, коли вона є і віддаючи її, коли вона потрібна, системи електроживлення здатні забезпечити автономне та стабільне електроживлення навіть за умови повної відсутності зовнішньої електромережі, зберігаючи власну генерацію. Що дозволяє застосовувати їх для кемпінгів, автобудинків , віддалених районів без можливості підключення до зовнішньої електромережі.

Накопичення енергії вирішує відразу кілька завдань:

• Енергетична незалежність із допомогою безперебійного живлення об'єкта силами сонячної електростанції. У режимі 24/7 буде можливе енергопостачання будинку або дачі. Вдень струм через інвертор надходитиме з сонячних батарей до точок забору. А вночі та в похмурий день енергія надходитиме з акумуляторного модуля.
• Зниження вартості утримання будівлі. Максимально можливий (з урахуванням потужності СЕС та ємності накопичувачів) обсяг електроструму буде безкоштовним для споживача. За мережеву енергію практично платити не доведеться, оскільки потреби у її використанні не буде.
• Збільшення потужності яку може забезпечити РЕМ. Якщо масштаби споживання енергії об'єкта вищі ніж можливості центральної мережі, то цю різницю можна компенсувати за рахунок резервної автономної електростанції. Докладніше про цей вид СЕС ви можете дізнатися у нашого консультанта або на сторінках сайту.

Акумулятор для сонячної станції є обов'язковим приладом, який незамінний при створенні незалежності від центральної електромережі. Для СЕС застосовуються акумулятори наступних видів:

• Гелеві. Свинцево-кислотні АКБ, що отримали назву за желеподібну консистенцію кислоти, що використовується. Моделі характеризуються низьким саморозрядом та можливістю використання при негативних температурах. До недоліків даного виду акумуляторів можна віднести велику вагу та чутливість до напруги заряду.
• AGM. Свинцево-кислотні АКБ, що мають особливу конструкцію - електроліт у приладі поміщений у спеціальні клапани, встановлені між пластинами. Акумулятор цього виду можна встановлювати під нахилом, укладати на бік. У будь-якому положенні вони будуть ефективно та безпечно працювати, у тому числі при негативних температурах. Мінуси – велика вага, чутливість до підвищення напруги заряду.
• Заливні (OPzS). Акумулятори стаціонарного типу, які працюють на основі трубчастих пластин свинцево-сурм'янистого складу. Назву отримано завдяки тому, що потрібна заливка в корпус електродів. Батареї OPzS відносяться до малообслуговуваної категорії акумуляторів і вимагають доливання води не частіше ніж 1 раз на 2-3 роки експлуатації. Такі АКБ вважають одними з найбезпечніших, тому що виключено виникнення вибуху при перезарядці. Витримують велику кількість циклів роботи, що робить їх ефективними при регулярному використанні.
• Літій-іонні. Найбільш популярні останнім часом моделі для сучасної техніки, що мають меншу вагу і більш тривалий термін експлуатації, ніж у перерахованих вище моделей. Можуть працювати у складних погодних умовах.

Про ємність та напругу акумуляторів

Коротко розберемо поширену думку – «при послідовному з'єднанні двох акумуляторів (АКБ), їх ємність не змінюється, вона залишається такою самою, як у одного акумулятора, тому час автономної роботи при такому з'єднанні буде меншим».

Але як закон збереження енергії? Так, при послідовному з'єднанні акумуляторів, формально ємність вважається як в одного акумулятора, а напруга подвоюється (або потроюється, почетверяється і т.д., залежно від кількості послідовно з'єднаних АКБ). При паралельному з'єднанні АКБ – ємність подвоюється (потроюється і тощо), а напруга залишається тією самою.

Протиріччя тут немає. Коли люди говорять про акумулятор, повідомляють його ємність, але не уточнюють вольтаж. Просто всі звикли, що акумулятори мають напругу 12 В, і мається на увазі, що згадувати про це безглуздо. Але взагалі, ємність без вказівки вольтажу не має фізичного сенсу. Існують акумулятори найрізноманітнішої ємності та на різну напругу - на 2 В, на 6 В, на 12 В, і рідко на 24 В. А, наприклад, літій-іонні мають взагалі не стандартизовані номінали. Крім того, будь-які однакові АКБ можна з'єднувати послідовно, паралельно або послідовно-паралельно одночасно.

Але варто лише вказати після величини ємності, її вольтаж, як усе стає на свої місця. Адже енергоємність у будь-якому випадку, як би ми не з'єднували акумулятори, залишиться незмінною.

Отже, якщо, наприклад, два АКБ по 200Агод.×12В , з'єднати послідовно, то вийде енергоємність 200 Агод. × 24 В. А якщо ці два АКБ з'єднати паралельно, то вийде – 400 Агод. × 12 В. Перевіримо:

200 Агод. × 24 В = 4800 Вт × год. = 400 Агод. × 12 В

Для розрахунків струмів (зазвичай, номінальним струмом заряду вважається струм 0,1 × С , де С –величина дорівнює ємності акумулятора), С беруть саме за цифрою зліва, тобто у прикладі, при послідовному з'єднанні С = 200, а при паралельному С = 400.

Легко помітити, що й потужність зарядного пристрою обох випадках буде однаковою.

Для першого випадку зарядний струм буде 0,1 × 200 = 20 А, але при напрузі 24 В. Тобто зарядна потужність Р = 20 А × 24 В = 480 Вт.

Для другого випадку зарядний струм буде 0,1 × 400 = 40 А, але при напрузі 12 В. Тобто зарядна потужність Р = 40 А × 12 В = 480 Вт.

Якщо розглядати поодинокі акумулятори, то, наприклад, один акумулятор 600 Агод. × 2, по своїй енергоємності відповідає одному акумулятору 100 Агод. × 12 В.

Щоб отримати з цих акумуляторів (600 Агод. × 2) велику акумуляторну батарею, наприклад, на 24 В, потрібно з'єднати послідовно 12 шт. таких АКБ. Загальна підсумкова ємність вийде 600 Агод. × 24 В. Ця енергоємність, якщо порівнювати її з 12-вольтовими АКБ по 200 Агод., відповідає 6-ти штук (три з'єднаних паралельно ланцюжка акумуляторів, де кожен ланцюжок складається з двох з'єднаних послідовно:

(600Агод. × 2 В) × 12 = 600Агод. × 24 В = (200 Агод. × 24 В) + (200 Агод. × 24 В) + (200 Агод. × 24 В)

Щоб акумулятор служив довго, його не можна розряджати більш ніж на 80%. Для 12- вольтового АКБ, це відповідає напрузі на його клемах приблизно 11.5 - 11.7 В. Але тут важливо яким струмом щодо ємності АКБ ми його розряджаємо.

Чим більша сила розрядного струму, тим нижче напруга, до якої може розряджатися акумулятор. Це тому, що при швидкому розряді великими струмами щодо невеликої ємності акумулятора, електроліт не встигає перемішуватися і розряджений шар накопичується навколо пластин. Напруга АКБ знижується, і навантаження автоматично знімається інвертором (у його меню допустимо встановлена нижня межа напруги АКБ, при якому ще йде споживання енергії). Однак через кілька десятків хвилин електроліт перемішується і ємність (і, відповідно, напруга акумулятора) підвищуються.

Якщо ж розряджати малим струмом щодо ємності, можна вичерпати всю енергію, що погано для довговічності АКБ. Завжди треба залишати щонайменше 20% ємності. Тому, можна встановити ту кінцеву напругу на АКБ, у якої навіть за відсутності навантаження якась ємність ще залишається (наприклад, для звичайного кислотного АКБ при напрузі 11,5 – 11,7 навіть без навантаження в АКБ ще залишається 20% ємності . А якщо буде навантаження та інвертор відключить до АКБ при 11,5 В, то ємності при цьому в АКБ залишиться ще більше - це тільки краще для довговічності АКБ). Тому вимірювати ємність через спеціальний шунт або грубіше, за напругою на АКБ – не так вже й важливо, адже в останньому випадку можливий лише запас залишкової ємності (тобто похибка йде на користь довговічності АКБ).

Зазначимо, що під час заряду, зарядний пристрій поступово підвищує напругу на АКБ, а потім, після зняття заряду, напруга зменшується, повертаючись до спокійного стану (так, на 12-вольтовому акумуляторі, залежно від типу АКБ, воно зазвичай зростає до 14.1 - 14.5 В, а після зняття заряду, навіть без навантаження, протягом півгодини повертається до нормального для 100% зарядженого АКБ 12.5 - 12.8 В).

Свинцево-кислотні акумулятори

260-600 циклів заряду.

Свинцево-кислотні акумулятори - найпоширеніші на сьогоднішній день АКБ для СЕС. Застосовується для встановлення у безперебійні блоки живлення, UPS, інвертори тощо. Однак вони мають найбільшу кількість недоліків:

1. Обмежена «корисна» ємність. Зазвичай вважається за розумне використовувати лише 30% - 50% номінальної ємності типових свинцево-кислотних акумуляторів «глибокого циклу». Це означає, що акумуляторна батарея на 600 ампер-годин на практиці забезпечує в кращому разі лише 300 ампер-годин реальної ємності. Якщо навіть час від часу розряджаєте батареї більше ніж це значення, їх термін служби різко скоротиться.
2. Обмежений життєвий цикл. Навіть якщо ви дбайливо ставитеся до своїх батарей та ніколи не розряджаєте їх дуже сильно, навіть найкращі свинцево-кислотні батареї глибокого циклу зазвичай придатні лише для 500-1000 циклів. Якщо ви часто підключаєтеся до батареї, це може означати, що батареї можуть потребувати заміни після менш ніж 2-річного використання.
3. Повільна та неефективна зарядка. Останні 20% ємності свинцево-кислотних акумуляторів не можна швидко зарядити. Перші 80% можуть бути швидко заряджені інтелектуальним триступеневим зарядним пристроєм (особливо акумулятори AGM можуть витримувати великий об'ємний зарядний струм), але потім починається фаза абсорбції, і зарядний струм різко падає.

   Це не має великого значення, якщо ви заряджаєте підключений до мережі на ніч, але це величезна проблема, якщо вам доводиться залишати свій генератор працюючим протягом декількох годин (що може бути досить галасливим та дорогим в експлуатації). І якщо ви залежите від сонячної енергії і сонце сідає до того, як буде досягнуто останні 20%, ви можете легко отримати батареї, які ніколи не будуть повністю заряджені.

   Неповна зарядка останніх кількох відсотків не була б великою проблемою на практиці, якби не той факт, що неможливість регулярної повної зарядки свинцево-кислотних акумуляторів призводить до їх передчасного старіння.

4. Витрачена даремно енергія. На додаток до втрати часу генератора свинцево-кислотні батареї страждають ще однією проблемою ефективності – вони витрачають до 15% енергії, вкладеної в них, через властиву неефективність зарядки. Таким чином, якщо ви забезпечуєте потужність 100 ампер, ви зберігаєте лише 85 ампер-годин.

   Це може бути особливо неприємно при зарядці від сонячної батареї, коли ви намагаєтеся вичавити з кожного підсилювача якнайбільше ефективності до того, як сонце сяде або не закриється хмарами.

5. Падіння напруги. Повністю заряджений свинцево-кислотний акумулятор на 12 В починає працювати з напругою близько 12.8 В, але в міру розряду напруга постійно падає. Напруга падає нижче 12 вольт, коли батарея все ще має 35% від загальної ємності, але деяка електроніка може не працювати при напрузі нижче 12 вольт. Цей ефект провисання також може призвести до затемнення світла.
6. Втрати Пойкерта. Чим швидше ви розрядите свинцево-кислотну батарею будь-якого типу, тим менше енергії ви зможете отримати від неї. Цей ефект можна розрахувати, застосувавши закон Пойкерта (названий на честь німецького вченого В. Пойкерта ), і на практиці це означає, що сильноточні навантаження, такі як кондиціонер, мікрохвильова піч або індукційна плита можуть призвести до того, що батарея свинцево-кислотних акумуляторів зможе працювати фактично доставляє лише 60% своєї нормальної ємності.

   Це величезна втрата ємності, коли вона вам потрібна найбільше.

   Батарея може забезпечити 100% своєї номінальної ємності при розрядці за 20 годин (C/20).

   При розрядженні за одну годину (C/1) акумулятор забезпечує лише 60% номінальної ємності. Це прямий наслідок втрат Пойкерта.

   Наприкінці дня, акумулятор AGM, розрахований на 100 Агод. при C / 20, забезпечить корисну ємність 30 Агод. при розрядці за годину. Як 30Aгод. = 100Aгод. × 50% DoD × 60% (втрати Пойкерта ).

7. Проблеми з розміщенням. Залиті (обслуговувані) свинцево-кислотні батареї виділяють отруйний кислотний газ під час зарядки, і вони повинні утримуватись у герметичному акумуляторному відсіку з виходом назовні. Вони також повинні зберігатися у вертикальному положенні, щоб уникнути розливу акумуляторної кислоти.

   Акумулятори GEL і AGM, будучи герметичними і не обслуговуваними, можуть бути розміщені в непровітрюваних приміщеннях - навіть усередині вашого житлового приміщення.

   Акумулятори AGM взагалі не мають вище названих обмежень і можуть працювати лежачи на боці. Це одна з причин, через які акумулятори AGM стали такими популярними серед моряків.

   Але вага будь-яких свинцево-кислотних АКБ вимагає встановлення їх або на підлозі, або на дуже міцних полицях. Причому вага та розміри GEL АКБ більше тих, що обслуговуються, а AGM – більше GEL.

8. Вимоги до технічного обслуговування. У свинцево-кислотні батареї, що обслуговуються, необхідно періодично доливати дистильовану воду, що може бути обтяжливою справою при технічному обслуговуванні, якщо до відсіків для акумуляторів важко дістатися.

   Однак AGM та GEL осередки дійсно не вимагають обслуговування. Але відсутність необхідності в обслуговуванні має і зворотний бік - батарею, що випадково перезарядилася, із заливними осередками часто можна відновити, замінивши википілу воду. Гелевий акумулятор або акумулятор AGM, перезаряджений, часто незворотно руйнується.

   І все ж таки вони у варіантах AGM і GEL дуже популярні маючи такі переваги:

   • порівняно невелика ціна в основному через простоту технології виготовлення ; якщо брати із розрахунку собівартості за 1 Вт/рік саме ці батареї є найбільш прийнятними за ціною
   • вони надійні та досить прості в обслуговуванні
   • вони мають малий саморозряд , більш низьку в порівнянні з іншими типами батарей
   • за відсутністю «ефекту пам'яті» вони найпростіші в обслуговуванні , оскільки в цьому випадку відпадає потреба у доливці електроліту
   • вони забезпечують порівняно високий струм розряду

   Слід також враховувати, що за низьких температур ємність таких акумуляторів відчутно знижується . Плюс до всього через досить низьку енергетичну щільність, свинцево-кислотні АКБ стає недоцільно використовувати для живлення різних переносних апаратів, хоча не можна сказати, що вони ніколи для цього не використовувалися.

   У нашому магазині є представлені на ілюстраціях АКБ Full Energy.

Пропонуємо ознайомитися з другою частиною циклу статей "Сонячні панелі та АКБ для інверторів". Частина 2."