Содержание:

От чего зависит срок службы АКБ
Виды аккумуляторов
Автомобильные свинцово-кислотные стартерные аккумуляторы
Что делать чтобы автомобильный аккумулятор проработал как можно дольше
Тяговые аккумуляторы
Никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы
AGM-аккумуляторы
Гелевые аккумуляторы
Заливные (OPzS) аккумуляторы
Критерии выбора АКБ для солнечной электростанции
Важная информация!
Температурный режим эксплуатации АКБ
Что говорят производители
Полезные ссылки

Для того чтобы сделать правильный выбор из всего многообразия АКБ имеющихся на рынке нужно понимать особенности эксплуатации, представлять режим работы солнечной электростанции.

В этом нет ничего сложного, в условиях близких к идеальным, то есть когда мощности солнечных панелей (в светлое время суток конечно) достаточно для питания всей необходимой нагрузки (всех электроприборов) работающих днём, а так же достаточно энергии для полного заряда батареи аккумуляторов.

Плюс к этому ёмкость АКБ подобрана так, что её достаточно для питания электроприборов работающих в тёмное время суток происходит следующее:

В течении светового дня АКБ зарядились до 100% своей ёмкости, но тут пришел вечер, а за вечером пришла ночь, это то время когда аккумуляторы отдают энергию для питания на пример холодильника, освещения, системы вентиляции, компьютера… Батарея разряжается, а утром снова начинает заряжаться, и этот цикл происходит изо дня в день, цикл заряда-разряда аккумулятора.

От чего зависит срок службы АКБ

От чего зависит срок службы АКБ

Солнечные электростанции способны работать не одно поколение, но есть одно но, аккумуляторная батарея, это самое слабое звено в системе и по этому к выбору АКБ нужно подходить максимально осознано.

Срок службы аккумуляторной батареи напрямую зависит от количества этих самых циклов заряда-разряда, происходящие химические процессы с каждым циклом изнашивают аккумулятор.

Следующий фактор это глубина разряда АКБ не влияющая (не значительно влияющая) на снижение срока эксплуатации, то есть на сколько разряжается батарея за ночь, понятно что это зависит и от ёмкости батареи и от нагрузки. По этому при проектировании своей домашней солнечной электростанции нужно учитывать конструктивные особенности АКБ, в общем то нам достаточно знать ряд параметров:

  • ёмкость АКБ
  • количество циклов заряда-разряда
  • рекомендуемую производителем максимальную глубину разряда

Эти параметры зависят от типа аккумулятора, от его конструкции, поговорим об этом подробнее.

Виды аккумуляторов

Автомобильные свинцово-кислотные стартерные аккумуляторы

Автомобильные свинцово-кислотные стартерные аккумуляторы

Для многих этот вариант кажется самым доступным с точки зрения цены, это верно в том случае если бюджет очень сильно ограничен, нет времени ждать, нужно продержаться хотя бы сезон, Вам удалось приобрести аккумулятор от Камаза очень за дешево, или ваш любимый дядя работает на аккумуляторном заводе и шлет вам аккумуляторы к каждому празднику, в остальных случаях использование автомобильного стартерного аккумулятора не сможет сберечь деньги и доставит больше проблем чем удовольствия от работы солнечной электростанции.

Автомобильные АКБ не предназначены для использования в циклическом режиме, да еще с глубокими разрядами. В автомобиле аккумулятор даже на 20% редко разряжается, и после запуска двигателя сразу заряжается, и остается заряженным полностью даже когда автомобиль стоит в гараже.

В реальной автономной солнечной электростанции полный каждодневный заряд возможен только летом – когда солнце каждый день. А зимой в отсутствии солнца АКБ бывает что неделями прибывает в полу-разряженном состоянии (при проектировании электростанции нужно учитывать возможное количество и продолжительность пасмурных дней).

Самое губительное для стартерных аккумуляторов это глубокие разряды. У автомобильных АКБ тонкие пластины предназначенные для обеспечения большого пускового тока, но в циклическом режиме из-за расширения пластин намазка постепенно отходит от решеток и АКБ теряет емкость.

Самые дешевые АКБ даже одного полного цикла не выдерживают без потери емкости. Автомобилисты знают, что стоит забыть про включенные фары на ночь и даже после полной зарядки АКБ начинает плохо крутить стартер, а через неделю и вовсе уже не может завести двигатель и его приходится менять.

Сейчас производители в активную массу (намазку решёток) добавляют разные добавки позволяющие снизить разрушение при расширении, поэтому появились аккумуляторы устойчивые к глубокому разряду. Но всё равно обычно аккумулятор служит 2-3 года, иногда до пяти лет, и это при условии не допущения глубоких разрядов. Нормальные условия это разряд не более 10% от ёмкости и сразу же полный заряд от генератора.

Что же происходит если поставить автомобильной аккумулятор в состав солнечной электростанции? К примеру вы поставили один аккумулятор на 60а/ч, и заряжает его одна солнечная батарея на 100 ватт. Днём при солнце аккумулятор полностью заряжается, а вечером и ночью от него питается ночное освещение с потреблением 5а/ч (это 60 ватт/ч).

Так вот за ночь с 10-ти часов вечера до 6-ти часов утра освещение потребит из АКБ 40 ампер часов. То есть аккумулятор разряжается очень глубоко на 66%, и каждые сутки активная масса то расширяется (разряд) то сужается (заряд) очень сильно. Но если например на улице пасмурный день, и аккумулятор не успел за день зарядится, а ночью снова включится освещение , то в итоге аккумулятор разряжается полностью и контроллер отключает нагрузку при 10 вольт, и тогда до утра аккумулятор полностью разряжен.

Именно этот всего один раз резко снижает емкость аккумулятора. А дальше появляется солнце и аккумулятор полностью заряжается, но он уже потерял часть ёмкости из-за расширения активной массы, и ночью питая освещение он полностью разряжается так как ёмкость потеряна, и снова активная масса пластин расширятся по максимуму. Это приводит к ещё большей потери ёмкости, масса расширяется, разбухает, теряет контакт и осыпается, в итоге всего несколько циклов и аккумулятор заряжается за пять минут и не держит заряд, сам разряжается и его только на утилизацию.
Таким образом стоит один раз забрать всю ёмкость или даже половину и процесс деградации запущен.

Что делать чтобы автомобильный аккумулятор проработал как можно дольше

Что делать чтобы автомобильный аккумулятор проработал как можно дольше

Во-первых не допускать сильного разряда, максимум до 50% ёмкости, а лучше чтобы не больше 10-20% как в автомобиле. Получается что с аккумулятора нельзя брать всю ёмкость и если аккумулятор на 60а/ч, то брать не более 30а/ч, значит разряжать до напряжения не 10вольт, как установлено на контроллерах, а до 11,7вольта. Для этого нужен контроллер с возможностью ручной установки напряжения отключения нагрузки. И не разряжать аккумулятор до отключения инвертора.

Многие жалуются что именно инверторы 12/220вольт портят аккумуляторы, и это не удивительно так-как они отключаются при 10 вольт, а это 100% разряда аккумулятора.

Нужно рассчитывать аккумулятор с двух-кратным запасом ёмкости чтобы они проработали хотя-бы гарантийный срок. Например если энергии тратится за тёмное время суток скажем 50а/ч, то аккумулятор нужен емкостью как минимум 100а/ч, и контроллер чтобы выключал потребителей при падении напряжения до 11,8 вольт. Вся дешевизна автомобильных аккумуляторов перекрывается потребностями ставить АКБ в два раза большей емкости чем нужно, поэтому это совсем не экономия. А если учесть что они служат 2-3 года, то это пустая трата денег и облегчение на короткое время, а потом снова менять аккумуляторы.

К тому же автомобильные АКБ не герметичны, во время работы выделяют в атмосферу пары серной кислоты, из-за этого очень не рекомендуется ставить их в помещениях где находятся люди, а помещение между прочим должно быть теплым, все модели АКБ любят плюсовую температуру.

Подробнее можете почитать про авто-АКБ здесь Почему так быстро умирают автомобильные аккумуляторы

Тяговые аккумуляторы

Тяговые аккумуляторы

Тяговые аккумулятор это более разумный подход и более дешевый в итоге. Тяговые аккумуляторы специально предназначены для долгой отдачи энергии и глубокого разряда. Благодаря более толстым и массивным пластинам с мелкими клетками активная масса не так сильно расширяется, плюс там идут добавки способствующие лучшему контакту и меньшей деградации активной массы. В итоге аккумулятор получается примерно на треть тяжелее чем автомобильный, и дороже раза в три, но он при разряде не более чем 80% отрабатывает 800-1500 циклов разряда-заряда и 100-350 полного разряда 100%. Если аккумулятор разряжать не более чем 80%, то можно пользоваться до десяти лет, а то и белее. Но не стоит забывать про сульфатацию и не оставлять незаряженным на долгое время.

Тяговые аккумуляторы сейчас сильно шагнули вперёд, новейшие технологии типа панцирной надёжно предотвращают осыпание активной массы, и добавки предотвращают деградацию активной массы. Поэтому тяговые аккумуляторы лучших производителей могут служить до 20-ти лет по заявлению производителей, но и стоят такие АКБ больших денег. В принципе нет разницы что использовать самые дешевые автомобильные или самые дорогие тяговые. В итоге деньги теже, если правильно эксплуатировать, просто автомобильные менять чаще, но угробить автомобильный аккумулятор гораздо проще.

В любом случае нужно неукоснительно соблюдать эксплуатационные инструкции, которые пишут не просто так. Типов свинцовых аккумуляторов более десятка, и различаются они по состоянию электролита, обслуживаемые или нет, и по конструкции свинцовых пластин, сепараторов и прочего. (с)

Никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы.

Никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы.

Еще вариант это никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы. Эти аккумуляторы служат по долгу даже 20 лет для них не предел, но опять но. Оказывается щелочные аккумуляторы не принимают заряд малым током, поэтому если например пасмурный день и от СБ всего 1-2А, то в аккумуляторы вообще ничего не придет. Так-же из-за большого внутреннего сопротивления КПД щелочных аккумуляторов 55-60%, то-есть при зарядке 40% энергии будет тратится впустую – на разогрев и кипение щелочи. Долголетие и большое количество циклов заряд-разряд этих аккумуляторов большое преимущество, но вот такие потери при заряде сводят на нет их преимущество.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы.

Самый оптимальный выход это литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Сейчас этот тип аккумуляторов набирает широкую популярность, сначала у электровелосипедистов и электромобилистов, а теперь в связи с тем что значительно подешевел и у альтернативщиков

Преимущество lifepo4 аккумуляторов это, во-первых, то что им наоборот только в пользу для долголетия постоянный недозаряд и недоразряд. Так-же производители обещают как минимум 1500 полных циклов заряд-разряд с потерей емкости не более 20%, а в общем до 10000 циклов в зависимости от типа аккумуляторов и производителя. Так-же и срок эксплуатации свыше 20 лет. Еще эти аккумуляторы не нуждаются в обслуживании, и весят при той-же емкости в два раза меньше свинцово-кислотных. И из-за малого внутреннего сопротивления КПД этих аккумуляторов при заряде и разряде до 99%.

Вот некоторые цифры для сравнения. Самый дешевый свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор емкостью 1Кв стоит около 5000рублей и умирает через 3 года в ветро-солнечных системах. Специальные аккумуляторы стоят в три раза дороже, и служат 5-8 лет, качественные чуть подольше при бережной эксплуатации. Lifapo4 стоят в среднем 10000-15000рублей за 1Кв емкости, но служат гораздо дольше и в ходе эксплуатации от них можно выбирать всю емкость и делать это всегда.

Ведь в электромобилях так и делают, да и к тому-же там условия жесточайшие, огромные токи отдачи, зарядка мощными зарядными, и у них аккумуляторы служат годами. Из реальных фактов есть электромобилисты отъездившие по 6 лет и более и за это время их аккумуляторы потеряли всего 2-3% емкости, а даже специальные свинцово-кислотные теряют половину и более емкости из-за сульфатации пластин.

Производители же советуют заряжать и разряжать lifepo4 аккумуляторы небольшими токами, а так-же чем меньше цикл разряд-заряд тем больше циклов отработают аккумуляторы без существенной потери емкости. Иными словами если не высаживать аккумулятор до конца и не заряжать до конца то он отработает гораздо больше своих минимальных 1500 циклов. Так-же аккумуляторы этого типа оснащены обязательными контроллерами что можно сказать исключает быстрый выход из строя этих аккумуляторов из-за неправильной эксплуатации, или короткого замыкания.

http://solarb.ru/osobennosti-akkumulyatorov-dlya-solnechnykh-batarei

AGM-аккумуляторы.

AGM-аккумуляторы

Основу этих аккумуляторов составляют абсорбирующие стекломаты, между которыми находится электролит в связанном состоянии. Эксплуатироваться они могут в любом положении (допустим, на боку). Такие аккумуляторы очень дешевы и отличаются довольно высоким уровнем заряда. Средний срок функционирования составляет 5лет.

Кроме того, внешний аккумулятор AGM-типа имеет такие особенности, как:

  • компактность;
  • возможность транспортировки в заряженном состоянии;
  • способность выдерживать до 800 циклов при глубине разряда 30% и до 500 при глубине разрядки до 80%;
  • возможность использования в плохо вентилируемом помещении;
  • быстрая зарядка (порядка 7,5ч на полное восстановление);
  • оптимальные рабочие температуры 15-25°С. Однако такие аккумуляторы неплохо работают и при более низких температурах.

Данные АКБ удовлетворительно переносят недозаряд, перезаряд же быстро приводит к их выходу из строя. Но оставлять их в разряженном состоянии крайне не рекомендуется.

Гелевые аккумуляторы.

Гелевые аккумуляторы

Благодаря особой желеобразной консистенции электролита такие устройства также могут работать в любом положении. Роль разделителя свинцовых пластин играет силикагель, в порах которого и удерживается гелевый электролит. Поскольку силикагель полностью заполняет все пространство между электродами, их осыпание практически полностью исключено. А значит, невозможно и закорачивание.

Более того, за счет такой конструкции гелевые АКБ гораздо устойчивее к глубоким, 100%-ным, разрядкам и выдерживают значительное число циклов. В среднем рабочая цикличность данных АКБ на 50% больше AGM-батарей с аналогичными параметрами. Соответственно, и цена их несколько выше.

Таким образом, гелевые аккумуляторы дороже, но экономичнее и рациональнее в эксплуатации, а кроме того, они не нуждаются в регулярном обслуживании и могут оставаться 100%-разряженными на протяжении нескольких дней. А за счет малого саморазряда в них теряется минимум энергии.

Заливные (OPzS) аккумуляторы.

Заливные (OPzS) аккумуляторы

В этих АКБ используется жидкий электролит. Они практически не требуют обслуживания (уровень электролита контролируется, как правило, лишь раз в год). Такие устройства специально разработаны для разрядки небольшими токами и способны выдерживать очень большое количество глубоких циклов разрядки/зарядки. Однако они довольно дороги. Использовать их лучше в мощных солнечных системах.

Аккумуляторные батареи размещают в доме или ином строении для обеспечения значения температуры окружающего воздуха в диапазоне от 10 до 25 градусов Цельсия выше нуля и предотвращения попадания на них воды. Это значительно продлевает срок службы устройств и уменьшает потери электроэнергии.

Источник: http://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/akkumulyatory-dlya-solnechnyx-batarej.html

Далее три живых видео на тему выбора АКБ для автономных систем.

Критерии выбора АКБ для солнечной электростанции.

Критерии выбора АКБ для солнечной электростанции.
  • Емкость. Это один из самых важных параметров, поскольку АКБ должна держать энергию около 4-х суток. Параметр этот определяется исходя из требуемого энергопотребления. Причем к нужной расчетной емкости необходимо прибавить порядка 35% (для некоторых моделей – до 50%) «запаса прочности». Это необходимо, чтобы избежать полной разрядки аккумулятора.
  • Способность выдерживать большое количество циклов заряд-разряд
  • Рекомендуемая производителем глубина разряда
  • Максимальная глубина разряда
  • Рекомендуемые производителем токи заряда/разряда
  • Диапазон рабочей температуры
  • Необходимость вентилировать помещение
  • Необходимость обслуживания, его периодичность

На основании этих критериев таблица…. Таблицу пока создать не удалось, у многих производителей в документации не указаны нужные параметры, но по мере добычи информации все таки таблицу сделаю.

Важная информация:

 Важная информация

Ни когда не оставляйте АКБ долгое время разряженным, даже если это гелевый аккумулятор, при нахождении аккумулятора разряженным длительное время начинается процесс необратимой сульфатации (покрытие свинцовых пластин аккумулятора неразрушаемыми кристаллами PbS04 ) что приводит к значительному снижению ёмкости аккумулятора.

При эксплуатации аккумулятора берегите его от повышенной окружающей температуры (более 35ºC) и прямых солнечных лучей, несоблюдение этих правил приведёт к потере через предохранительные клапана молекул кислорода и высыханию электролита внутри аккумулятора. Высыхание электролита ниже предельной нормы приведёт к полной потере ёмкости аккумулятора.

Хранение аккумулятора: если Вы планируете сезонную эксплуатацию АКБ, то после окончания сезона необходимо зарядить аккумулятор на 100% , после этого аккумулятор может храниться без вреда для его эксплуатационных характеристик до 8-ми месяцев. Хранение разряженного аккумулятора более 1 недели – приводит к потери ёмкости на 30%-40%. Хранение разряженного аккумулятора более 1 месяца – приводит к потери ёмкости на 80%-100% (выходу из строя).

Температурный режим эксплуатации АКБ

Температурный режим эксплуатации АКБ

Часто производители в характеристиках указывают что АКБ может эксплуатироваться при температурах от -20 до +60 градусов, нужно понимать, что это предельные условия, аккумуляторная батарея работает за счет химических реакций протекающих между пластинами и электролитом.

Если вспомнить школьный курс химии то упрощенно можно сказать, что при высокой температуре скорость реакций увеличивается. Применительно к АКБ увеличится емкость, но резко снизится срок службы за счет ускорения химических процессов, при понижении температуры емкость снижается, и к тому же есть вероятность замерзания электролита, повреждения конструкции элементов, повреждение корпуса АКБ.

В любом случае, при выборе АКБ для своей системы нужно помнить или обращать внимание на то, что в характеристиках производитель указывает параметры при температуре 20-25 градусов С, в общем то это и есть оптимальный температурный режим для практически всех типов АКБ.

Что говорят производители:

 Что говорят производители

Батареи следует устанавливать таким образом что бы разница температур между отдельными блоками/банками не была больше 4 градусов Цельсия.

Рекомендованный температурный диапазон эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 22 градуса Цельсия, плюс-минус 1 градус.

Высокие температуры (более 30 градусов Цельсия) значительно сокращают срок службы АКБ. Более низкие температуры сокращают значения номинальных характеристик (емкость, ток, время разряда…).

Повышение температуры до +60 является недопустимым. Это многократно сокращает срок службы. Желательно избегать эксплуатации аккумуляторов при температуре выше 45 градусов С.

Хранение АКБ ниже температуры замерзания электролита приводит повреждению АКБ. Температура замерзания электролита у полностью заряженного АКБ составляет около -60 градусов С. По мере разряда АКБ, температура замерзания электролита повышается, при 70% уровне заряда температура замерзания составит около -25 градусов. Пребывание АКБ в разряженном состоянии при отрицательных температурах ведет к повреждению батареи.

При разряде АКБ серная кислота расходуется, в результате плотность электролита уменьшается. Любое снижение плотности электролита при отрицательных температурах может привести к образованию центров кристаллизации воды (кристаллов льда).
(с) DELTA

Аккумуляторы, большой скачок. Научно-популярно-социальный видеоролик о применении современных АКБ (в основном lifepo4) в народном хозяйстве и транспорте.

Полезные ссылки:

Полезные ссылки

Основные характеристики аккумуляторов. Очень подробная статья

СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СВЯЗИ. Очень подробная статья

О. Чекстер, И. Джосан

Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов?

http://www.solarhome.ru/basics/bas-batteries/akkumulyatory-osnovnye-parametry.htm

Если у Вас есть вопросы, пишите их в комментариях, если сможем, ответим, так же интересен Ваш опыт в этом плане, будем рады если поделитесь.