Аккумуляторы для солнечных батарей: описание панелей, особенности выбора хорошей АКБ, гелевые системы

Краткое описание

Активное использование солнечной энергии — это доступная и экономически выгодная альтернатива привычным для всех источникам энергии. Современные технологии позволяют всем желающим использовать солнечные панели для освещения улиц, домов, а также для отопления. В наше время все чаще встречаются такие агрегаты на загородных участках, где они обеспечивают все хозяйство электроэнергией.

Само устройство панели представлено в виде универсальных преобразователей фотоэлектрического типа, которые соединены в единую систему. Для работы такой установки необходимо наличие солнечных лучей, энергия которых постепенно преобразовывается в электричество. Специалисты рекомендуют устанавливать аккумуляторные батареи для солнечных панелей в тех регионах, где чаще всего наблюдаются солнечные дни. Отдельное внимание нужно обратить на тот факт, что на итоговую эффективность солнечных батарей влияют географические данные. Ведь все знают, что чем дальше от полюса, тем жарче.

На сегодняшний день специалисты различают три наиболее востребованные категории АКБ:

• Профессиональные тонкопленочные.
• Универсальные поликристаллические.
• Оригинальные монокристаллические.

Наиболее востребованными считаются именно поликристаллические устройства, так как их кристаллы направлены в разные стороны, что снижает уровень зависимости от прямых солнечных лучей. Универсальность и эффективность таких батарей широко используется для освещения частных домов и больших зданий. Даже в средней полосе России такие устройства используются для снижения количества потребляемой электроэнергии из общей сети, а в летнее время пользователи могут даже зарабатывать на продаже лишней энергии.

Эксплуатационные параметры

Прежде чем приобрести аккумулятор для солнечных панелей, нужно ознакомиться со всеми эксплуатационными нюансами. Это связано с тем, что только правильно подобранная батарея может обеспечить надёжную работу всей системы. Главными показателями считаются:

• Уровень плотности энергии.
• Ёмкость АКБ.
• Тип.
• Температурный режим.
• Способность к саморазряду.

Специалисты определяют ёмкость батареи по величине заряда, который замеряют в процессе отдачи энергии конечным потребителям. Международная система единиц широко используется для технических измерений. А вот в странах СНГ уже давно сложилась традиция определять ёмкость аккумулятора в амперах за час. Чтобы максимально точно сравнить имеющиеся конструктивные особенности разных агрегатов, используется плотность энергии. В этом случае обязательно учитывается общее количество энергии, которая распределяется в единице объёма аккумулятора.

Что касается саморазряда, эта функция используется для проведения точного анализа потерь заряда, когда система работает на холостом ходу. Впервые этот термин был введён специалистами для оценки качества работы определённой установки, когда нужно было добиться длительного хранения энергии. Всегда нужно помнить, что если аккумулятор хранится в помещении, где температура воздуха превышает отметку +40 ˚С, то уже через несколько месяцев наступит потеря ёмкости на 40—50%.

Гелиосистема

Как можно значительно сократить расход любого топлива (газа, электричества и др.) при нагреве горячей воды для дома, бассейна и обеспечения теплом частного жилища? Эту задачу успешно решакл солнечные системы, которые преобразуют лучистую энергию в тепловую.

Главный элемент системы — коллектор. Он поглощает солнечную энергию и преобразовывает ее в высокую температуру теплоносителя. Другие агрегаты — вспомогательные, но их наличие обязательно. Бак-накопитель служит местом теплообмена между теплоносителем и водой из системы горячего водоснабжения. Гидравлический контур состоит из трубопроводов, клапанов, фильтров, расширительных баков, насосного оборудования. Система авторегулировки управляет процессами теплопередачи. Монтажный комплект — это детали крепления бака, коллектора и остальных элементов системы.

Сколько и каких коллекторов нужно?

Не углубляясь в технологические дебри, отметим, что коллекторы бывают плоскими и трубчатыми.
Первые дешевле и менее капризны в обслуживании, вторые — более производительны и многофункциональны, но требуют большего внимания при эксплуатации.

Размер коллектора должен быть таким, чтоб прибор мог обеспечить в среднем 85-95 % горячей воды, используемой в теплом полугодии. Считается, что семье из четырех человек нужен коллектор:

• или плоский, площадью 1-1,5 м2 на человека, то есть 4-6 м2,
•  или трубчатый, площадью 0,6-0,8 м2 на человека, то есть 2,4-3,2 м2.

Поверхность коллекторов, призванных обогревать воду в бассейне, должна составлять:

• в случае крытого бассейна — около 40 % площади зеркала воды;
• в случае открытого бассейна -около 70 % площади зеркала воды.

Компании, продающие и устанавливающие солнечные коллекторы, предлагают использовать их не только для нагрева воды, но и для отопления. На самом деле это возможно только для низкотемпературных отопительных систем (например для систем обогрева пола), температура теплоносителя которых не превышает 40 °С. И в данном случае нужны коллекторы значительно большей площади, чем для нагрева воды. Этот вариант достоин внимания, но подходит только людям, готовым к большим затратам. С точки зрения экономичности вложения расходы очень велики по сравнению с прибылью, даже учитывая энергоэффективность.

Отчего зависит эффективность?

Энергозффективность коллекторов напрямую зависит от их типа и правильного расположения. Большое значение имеет и то, к какой стороне света обращено оборудование: наиболее эффективны коллекторы, «смотрящие» в южном направлении. Плоский коллектор может быть отклонен максимум на 150   в сторону востока или запада — это снизит его эффективность незначительно. Больший поворот нужно компенсировать увеличением поверхности прибора.

Если дом имеет неопределенную ориентацию по сторонам света, лучше использовать трубчатые коллекторы, которые позволяют варьировать положение абсорбера. Для таких установок допускается более широкий диапазон отклонений от юга, чем для плоских: угол наклона абсорбера можно регулировать для каждой трубы индивидуально.

Составляющие гелиосистемы.

Составляющие гелиосистемы: а. Коллектор   б.Бак-аккумулятор   в. Циркуляционный насос  г. Контроллер     д. Датчики температуры

При естественной циркуляции теплоносителя бак-теплообменник должен быть расположен выше верхней точки солнечного коллектора. Такое размещение вызывает сложности, особенно при монтаже коллекторов на крыше.

В системах с принудительной циркуляцией ее обеспечивает маломощный насос, работой которого управляет специальный контроллер. Потребляемая мощность насоса небольшая по сравнению с тепловой энергией, вырабатываемой системой.

Используя коллекторы, можно на 10-15 % уменьшить расходы на отопление и до 70 % — на горячее водоснабжение.

Основные технические характеристики и правила выбора

Необходим аккумулятор для солнечных батарей, какой выбрать и по каким параметрам надо ориентироваться? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть технические характеристики АКБ. В их число входят:

• емкость;
• скорость заряда и разряда;
• размеры (длина-ширина-высота) и масса аккумулятора;
• оптимальный режим работы;
• продолжительность службы устройства.

Понятно, что емкость и скорость заряда/разряда должны быть максимальными, как и срок службы, тогда как габариты желательно иметь минимальными.

При выборе необходимо учитывать требования к АКБ:

• возможность зарядки большими токами;
• малые значения саморазряда;
• максимальное количество рабочих циклов;
• простота обслуживания;
• способность выполнять свои функции в сложных температурных условиях.

Руководствуясь этими требованиями, выбирают оптимальный вариант аккумуляторов. Не следует гнаться за низкой ценой, так как экономия в данном случае обернется сокращением срока службы и необходимостью постоянного обслуживания устройств, создания для них определенных условий и вентиляционной системы. В результате окажется, что вместо сокращения расходов получено их увеличение в виде как прямых денежных вложений, так и в форме затрат труда на обслуживание.

Расчёт и выбор лучшего АКБ

Расчет АКБ представляет собой определение емкости батареи. Формула (в упрощенном виде) выглядит следующим образом: емкость АКБ = 100 × время × величина нагрузки.

Зная общую емкость, можно вычислить количество аккумуляторов. Для этого следует разделить полученное значение на емкость одного устройства. Если целое число не получается, округлять результат необходимо только в сторону увеличения.

Упрощенная формула определения времени работы (длительность цикла) выглядит так: время = суммарная ёмкость АКБ × напряжение АКБ × (КПД инвертора/мощность нагрузки).

Полученные данные позволяют определиться с параметрами отдельных устройств, подходящих для данной системы. Выбор производится исходя из потребностей и возможностей пользователя. Современный рынок предлагает массу вариантов, которые позволяют получить качественную и долговечную аккумуляторную батарею, состоящую из необходимого количества отдельных устройств.

Необходимо ознакомиться с технической документацией и паспортом устройства, в случае появления сомнений надо попросить показать сертификаты. Если товар качественный, сертификат на него всегда имеется у продавца. Если с этим возникают проблемы, нужный аккумулятор следует поискать в другом магазине.

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

В настоящей момент разработаны и выпускаются различные по конструкции, принципу действия и условиям работы аккумуляторные батареи (АКБ), поэтому всегда есть возможность выбрать интересующую модель по предъявляемым к ней требованиям. Рассмотрим существующие виды АКБ, используемые в составе солнечных электростанций.

Автомобильные аккумуляторы (WET)

Как правило, аккумуляторы данного вида используют при самостоятельной разработке систем независимого
автономного электроснабжения, для солнечных батарей небольшой мощности и непродолжительного времени использования. Использование АКБ данного вида значительно снижает стоимость всей создаваемой системы электроснабжения. Однако, в связи с режимом работы, который отличается от режима при запуске автомобильного двигателя, при работе в данной системе автомобильные аккумуляторы изнашиваются и выходят из строя, часто подлежат замене.

Гелевые

Этот вид получил свое название по причине того, что электролит этих аккумуляторов содержится в небольшом объеме и представляет собой вещество гелеобразной консистенции. При этом он не растекается благодаря прослойкам из стекловолокна.

Аккумуляторы этого типа отличаются длительным сроком службы, который обусловлен большим количеством циклов перезарядки. Подобное устройство обладает стойкостью к механическим повреждениям. Незначительные деформации корпуса не повлияют на его работу.

АКБ этого типа может работать в условиях низких температур, доходящих до – 50 °C, сохраняя при этом объем емкости. Свойства прибора полностью сохраняются в отключенном режиме при длительном хранении.

Главное учитывать то, что при долгой работе под воздействием низких температур прибор следует утеплять. Очень важно следить за уровнем заряда. При его максимальном значении существует риск, что прибор может взорваться. Также аккумуляторы на основе геля обладают высокой чувствительностью к колебаниям напряжения.

Аккумуляторы AGM и GEL

Суть работы аккумуляторов данного вида аналогичен автомобильным аккумуляторам с разницей лишь в том, что электролитное вещество пребывает в связанном состоянии. В AGM устройствах электролит помещён в стекловолокно, оно пропитано электролитным составом. В GEL устройствах электролит (серная кислота) помещается в гелеобразном виде.

Аккумуляторные батареи представленного вида широко используются в системах электростанций, работающих на энергии солнца, так как режим их работы связан с небольшим разрядным током и в продолжительный период времени, такой режим для устройств этого видане критичен.

Также АКБ данного типа не боятся глубокого разряда и выдерживают многократное повторение режимов «заряд-разряд». Единственный минус, при использовании подобных аккумуляторов, это их чувствительность к условиям зарядки, перезаряд может вызвать непоправимые последствия в работе АКБ.

Стоимость AGM и GEL аккумуляторов выше, чем у автомобильных.

Щелочные аккумуляторы

Положительным качеством АКБ данного вида является способность переносить глубокий разряд токами разной величины.

К отрицательным качествам можно отнести большие размеры и наличие эффекта памяти, который обусловлен тем, что в случае неполного разряда при последующей зарядке аккумулятор теряет часть своей ёмкости.

В случае использования подобных аккумуляторов в системах солнечных электростанций периодически будут возникать ситуации, когда разряд АКБ будет неполным, вследствие чего аккумуляторы потеряют часть своей ёмкости, что в конечном счете неблагоприятно отразится на работе системы в целом.

Свинцово-кислотные

Устройство имеет несколько отсеков с электролитом в состоянии водяного раствора. В это вещество помещаются электроды из свинца с примесью других химических элементов.

Благодаря примеси различных компонентов, прибор становится устойчивым к процессу коррозии.

Следует отметить, что такие аккумуляторы имеют весьма непродолжительный срок службы, что объясняется быстрой разрядкой.

Аккумуляторы OPzS

Аккумуляторы данного вида работают на том же принципе, что и приведенные выше (свинцово-кислотные), с той лишь разницей, что анод (положительный полюс) выполнен трубчатым и именно эта особенность АКБ, позволяет увеличить количество циклов «заряд-разряд» без нарушения функционирования аккумулятора. OPzS-аккумуляторы не требуют специального обслуживания, они успешно эксплуатируются длительное время. Единственный неприятный момент – сравнительно высокая цена.

Литиевые АКБ

Литиевые аккумуляторы применяются во многих отраслях и производствах, в том числе в альтернативной энергетике.
В связи с высокой стоимостью устройств, широкого распространения в системах солнечных электростанцииаккумуляторы данного вида не получили, т. к. это значительно повышает стоимость всей системы и ее окупаемость.

К положительным свойствам литиевых АКБ можно отнести высокую энергоемкость, небольшие габариты, способность выдерживать глубокий разряд и способность к быстрому заряду.

Рассмотрим некоторые виды технологий, используемых при изготовлении аккумуляторных батарей.

Технологии GEL

В принципе действия аккумуляторной батареи подобного типа заложена суть работы кислотного аккумулятора. Различие наблюдается в том, что посредством добавления химических элементов (двуокиси кремния), электролит переведён в желеобразное (гелевое) состояние.

К преимуществам этой технологии можно отнести:

• Не требуется дополнительное обслуживание;
• При пробое корпуса электролит не вытекает;
• При зарядке отсутствует выброс ядовитых паров;
• Значительный циклический ресурс.

Технологии AGM

Принцип действия также аналогичен действию обычных кислотных аккумуляторов, отличие в том, что электролит находится в специальных пропитанных материалах (матах из стекловолокна).

К преимуществам данной технологии можно отнести:

• Возможность увеличить емкость АКБ;
• Способность работать в любом положении в пространстве, в любом помещении и с любыми системами;
• Способность выдерживать значительное количество циклов «заряд-разряд»;
• Устойчивость к глубокому разряду;
• Значительный срок службы АКБ, который может достигать 10 лет.

Технология литий (Li)

В основу данной технологии положено применение ионов лития, которые взаимодействуют с молекулами дополнительных металлов. В качестве дополнительных металлов применяются: Литий кобальт оксид (LiCoO2), Литий оксид марганца (LiMn2O4 LMO), Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC), Литий-железо-фосфатный (LiFePO4), Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2), Литий-Титанат (Li4Ti5O12).

К преимуществам данной технологии можно отнести:

• АКБ, изготовленные по данной технологии имеют меньший вес;
• Обладают способностью сохранять продолжительное время накопленный заряд;
• Обладают способностью выдерживать большое количество циклов «заряд-разряд».

Заливные никель-кадмиевые

Эти устройства относятся к аккумуляторам щелочного типа. Название характеризует принцип их обслуживания, то есть, существует необходимость в заливке их корпуса.

В отличие от аккумуляторов на основе геля, они являются более безопасными в использовании. Также следует отметить весьма доступную цену. Батареи этого типа хорошо справляются с высокими показателями мощности. Их основным преимуществом можно выделить большой ресурс циклов «заряда-разряда», который может сравниться с показателем гелевых аккумуляторов.

Среди недостатков стоит отметить короткий срок службы, который определяется большим показателем саморазряда прибора. Помимо этого, период эксплуатации сокращает и максимальный уровень зарядки.

Как выбрать аккумулятор для солнечных батарей

В первую очередь, нужно определить, в каких целях будет использоваться устройство. Единственное, что наверняка не помешает – это ударопрочность.

Критерии выбора аккумуляторных устройств:

• мощность аккумулятора;
• оптимальные температурные показатели;
• габариты и вес аккумулятора в зависимости от места их расположения и эксплуатации;
• срок эксплуатации;
• большой ток разряда;
• хорошая емкость;
• самозаряд.

При выборе аккумулятора для солнечных батарей нужно учитывать мощность, емкость

Особое внимание уделите емкости аккумулятора, ведь именно от нее зависит работа устройства без подзарядки. Номинальную емкость производители указывают в описании к каждому аккумулятору. В реальности она может отличаться в среднем на 10-15 %.

Количеством циклов заряда-разряда и определяется срок службы устройства. Когда емкость аккумулятора выше 60 %, то он больше не может использоваться.

Не менее важный критерий при выборе аккумулятора – самозаряд, когда устройство постепенно и непроизвольно теряет энергию. Лучше выбирать устройство с меньшим самозарядом. Чтобы его уменьшить, нужно контролировать температуру воздуха, где работает аккумулятор. Она не должна превышать +20° C.

Если назрел вопрос, какой аккумулятор лучше выбрать – обратите внимание на вышеуказанные критерии и ориентируйтесь на цели, для которых покупается устройство.

Батареи с гелиосистемами

Специалисты всегда акцентируют своё внимание на том, что АКБ для солнечных батарей должна соответствовать нескольким простым требованиям. Но главное — она должна выдерживать множество циклов заряд-разряд. При этом процент саморазряда должен быть минимальным, а объем зарядного тока большим. К тому же важен широкий диапазон рабочих температур.

Современные технологии позволяют производителям выпускать универсальные изделия, которые часто называют «солнечные аккумуляторы».

Правильно укомплектованная солнечная батарея позволяет не только накапливать нужную энергию, но и хранить её с максимальной эффективностью. Использование специального инвертора помогает преобразовывать энергию для подключения бытовых приборов.

Оптимальный температурный режим

Любые батареи крайне негативно переносят резкие перепады температуры, это касается тех случаев, когда температура превышает отметку +45 ˚С или же понижается до -20 ˚С. Из-за того, что панели могут подвергаться внезапному нагреву и даже самовоспламенению, их строго запрещено держать возле открытого огня. Стоит отметить, что попадание каких-либо атмосферных осадков или обычной проточной воды на батарею просто недопустимо, так как могут возникнуть токи саморазряда, которые спровоцированы дополнительными цепями электроэнергии.

Специалисты привыкли различать аккумуляторы для солнечных панелей по типу конструкции корпуса:

• Герметические модели, использующие замкнутый цикл. Они могут быть малообслуживаемыми (требуют постоянного контроля и доливки дистиллированной воды), а также необслуживаемыми (отличаются высокой чувствительностью к перезаряду и глубокому разряду).
• Требующие постоянного контроля над уровнем электричества и его постоянного восстановления, когда происходит выкипание паров.

Подключение и функционирование аккумуляторов для солнечных батарей

Из-за разбалансировки устройств по уровню заряда, аккумулятор не способен функционировать в полном цикле, что быстрее выработает ресурс. Это возможно при использовании параллельного и комбинированного соединения аккумуляторов.

Для управления зарядом встраивается контролер, которой всегда снабжается система получения солнечной электроэнергии.

Совместная работа объеденных в единый массив аккумуляторов, может давать неравномерную зарядку и разрядку. Во избежание этого нужно применять аккумуляторы одинаковой модели.

Сегодня вполне вероятно обустроить жилье с использованием всех необходимых бытовых приборов, которые функционируют от сети в 12 или 24 Вт (холодильники, телевизоры).

В таком случае разумно разместить вблизи этих аккумуляторов инвертор, который будет преобразовывать электрическое напряжение.

Самые популярные модели

Рынок аккумуляторов для солнечных батарей радует разнообразием и хорошим ассортиментом.

На российском рынке востребованы немецкие (Bosch, Sonnenschein), китайские (Delta, Haza) и другие производители (YUASA,C&D Technoloqies, APS).

Если рассматривать конкретнее, то можно выделить пятерку самых популярных моделей:

1. Аккумуляторная батарее DELTA GX
2. AGM Delta серия HRL
3. PULSAR OPzS
4. Bosch GBA
5. Yuasa SWL2250.

Чтобы купить наилучший аккумулятор, следует тщательно проанализировать рынок. На различных форумах в сети можно прочесть полезные отзывы о тех или иных моделях.

Приобрести устройство можно и в интернет-магазинах, что сейчас популярно среди потребителей Москвы и других крупных городов РФ.

Лучше отдать предпочтение известным фирмам-производителям. Выбирать следует исходя из личных предпочтений и условий работы.

Аккумуляторы для солнечных батарей – отличный источник альтернативной энергии. Многие производители давно выпускают устройства не только для бытовых, но и промышленных целей.

Правила пользования устройством

Придерживаясь определенных правил эксплуатации, можно продлить срок службы аккумуляторов.

Придерживаясь правил можно продлить жизнь аккумулятора для солнечных батарей

Температура – одно из самых важных условий для хорошей и длительной работы устройства. Резкие перепады негативно сказываются на состоянии аккумуляторов. В среднем, устройство должно работать при температуре воздуха не выше +40° и не ниже -25° C. Необходимо исключить попадания на устройство прямых солнечных лучей.

Чтобы избежать таких неприятностей, как непреднамеренный нагрев или самовозгорание, аккумуляторы не должны находиться вблизи открытого огня. Также следите за тем, чтобы на устройства не попадала вода или атмосферные осадки, из-за чего высока вероятность возникновения тока самозаряда.

Зарядка аккумуляторов должна осуществляться строго по инструкции, которую прилагает производитель. Не лишним будет и регулярная проверка плотности электролита.

Объединение мощности и емкости аккумуляторов

В тех случаях, когда емкости аккумулятора не хватает на удовлетворение потребностей, используется их параллельная связка, дающая объединение характеристик вместимости. В общем виде, аноды всех батарей соединяются между собой. С катодами производят аналогичное действие. Получившаяся связка будет равна по объему суммарной емкости всех аккумуляторов цепочки. Такая система позволяет намного уменьшить стоимость конструкции, используя несколько более мелких батарей, взамен одной большой.

Схема присоединения

Аккумулятор подключается к контроллеру питания, который в свою очередь, через предназначенные для этого контакты к солнечной батареи и преобразующему инвертору. От последнего уже и происходит общее питание потребителей.

Замечания по эксплуатации

При использовании аккумулятора нужно помнить о токе его зарядки. Солнечные панели просто обязаны в то время, на которое приходится период их действия, выдать достаточный объем энергии, чтобы полностью зарядить батарею, попутно снабжая ей сеть с потребителями. Для расчета необходимого применяется формула: Aпанели=Ahакб/(24−8)+Ahчас. Для ранее описанного примера, это означает, что солнечная панель должна выдавать 208 А×ч/(24−8)+26 А×ч, что составит силу тока в 39 А×ч, при напряжении в 15 В. В свою очередь, переводя полученное значение в характеристики – необходимая выдаваемая мощность панели солнечных элементов должна быть не менее 39 А×ч/20 или 1.95 Ампер.

Инвертор, в свою очередь, как центральный преобразователь, обязан выдерживать прохождение тока к потребителям, поэтому его параметры также выбираются в зависимости от максимальных требований сети.