Солнечные панели могут обеспечивать питание потребителей круглосуточно, при соблюдении определенных технических условий. В первую очередь, потребуются аккумуляторы для солнечных батарей, способные накапливать заряд энергии днем и отдавать его в ночное время. Существуют различные типы этих устройств, отличающиеся параметрами и характеристиками. Для того чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать о функциях аккумуляторов в общей системе, принципах их работы, устройстве и особенностях конструкции разных моделей.
Роль аккумуляторов в гелиосистемах
Аккумуляторные батареи являются неотъемлемой частью солнечных панелей, преобразующих световой поток в электрическую энергию. Основная функция этих устройств заключается в накоплении электричества для его последующей отдачи потребителям. Накопление происходит при солнечном свете, а расход начинается с наступлением темноты. То же самое происходит и в пасмурную погоду при недостаточном освещении. Количество накопленной энергии зависит от емкости аккумулятора, которая, в свою очередь, влияет на продолжительность работы панелей в автономном режиме.
Кроме емкости, важным показателем работоспособности АКБ является максимальное количество полной зарядки и разрядки, происходящих циклично, а также возможный период нормальной эксплуатации.
Работа солнечных электростанций отличается специфическими особенностями, поэтому батареи, в том числе и литиевые аккумуляторы, используемые в этих системах должны отвечать следующим требованиям:
- Увеличенное время зарядки, в течение которого батарея получает полный заряд.
- Минимальное значение саморазряда. Любой аккумулятор постепенно разряжается, даже не находясь под нагрузкой, в том числе и литий.
- Устойчивость к максимальному количеству полных цикличных зарядов и разрядов.
- Широкий температурный диапазон. Батарея должна нормально функционировать даже при больших перепадах температур.
- Минимальное количество мероприятий по обслуживанию аккумулятора. Они должны проводиться как можно реже.
В настоящее время налажен выпуск специальных АКБ, предназначенных для целевого использования в гелиосистемах. Данные устройства обладают всеми необходимыми параметрами и полностью соответствуют перечисленным требованиям. Они намного эффективнее обычных батарей и отличаются повышенным сроком эксплуатации.
Подключение батарей и работа солнечной системы
Суммарная мощность нагрузок, подключаемых к источнику питания, значительно превышает возможности отдельной аккумуляторной батареи. При наличии большого количества электрических приборов, потребуется несколько аккумуляторов, соединенных между собой.
Соединить батареи в общий массив можно последовательно, параллельно или смешанным способом. Все зависит от того, какие параметры напряжения и мощности требуется получить на выходе.
Аккумуляторы размещаются непосредственно в доме или в отдельном строении, предусмотренном для этих целей. Основным условием является соблюдение температурного режима в 10-25 градусов и отсутствие влаги. Конструкция современных батарей отличается повышенной экологической безопасностью, поэтому устройство специальной вентиляции помещения не требуется. Тем не менее, не рекомендуется использовать под аккумуляторы жилые помещения.
Все АКБ этого типа обладают значительной массой и устанавливаются на полу или стеллажах с прочной конструкцией. Следует сразу же принять меры и предотвратить их падение с высоты. В противном случае, они выйдут из строя, а растекшийся электролит может нанести вред здоровью людей. Все аккумуляторы следует размещать вплотную друг с другом, поскольку длинный соединительный кабель приводит к увеличению электрического сопротивления и падению КПД всей системы.
В случае соединения АКБ параллельным или комбинированным способом, устройства могут разбалансироваться по уровням зарядки. Это приведет к неполному циклу функционирования, и ускоренному расходованию накопленных ресурсов. Предотвратить подобную ситуацию можно с помощью контроллера, управляющего процессами заряда. Следует дополнительно установить специальные перемычки, выравнивающие заряд.
Чтобы исключить неравномерную зарядку и разрядку, рекомендуется соединять одинаковые устройства. Идеально, когда они одной модели и из одной партии. Для снижения потерь от сопротивления кабеля и стабилизации напряжения, совместно с аккумуляторами устанавливается инвертор.
Какие аккумуляторы выбрать
Современный рынок аккумуляторов представлен большим количеством разнообразных моделей и конструкций, среди которых можно выбрать нужный вариант. Все они выполняют одну и ту же функцию накопления энергии с ее последующей отдачей в случае необходимости.
Основными эксплуатационными режимами таких АКБ являются следующие:
- В светлое время суток энергия накапливается, а ночью она отдается потребителям. То же самое происходит при пиковой нагрузке на солнечную систему.
- Расширение возможностей приборов освещения при пасмурной погоде, когда солнечные фотоэлементы не до конца выполняют свои функции.
Вопрос выбора аккумулятор, рассматривается в соответствии с условиями будущей эксплуатации, то есть определенная модель подходит для конкретного случая. Иногда бывает достаточно обычного автомобильного аккумулятора, главное, чтобы он отвечал всем требованиям и техническим условиям.
Существует несколько критериев, определяющих выбор аккумулятора для солнечных батарей той или иной модели:
- Важнейший параметр емкость аккумулятора. Выбирается в зависимости от предполагаемой нагрузки. В нормальном состоянии батарея держит заряд в течение четырех суток.
- Продолжительность зарядки и разрядки. Эти значения устанавливаются производителями и не всегда соответствуют реальным параметрам.
- Габариты и масса аккумуляторной батареи. Чем больше вес, тем выше емкость устройства.
- Заявленные условия эксплуатации. Это температурный режим, обеспечивающий устойчивую работу устройства, который нужно правильно подобрать. Сюда же включается необходимость устройства вентиляции, а также периодичность обслуживания батареи.
- Количество полных циклов зарядки и разрядки, а также общий срок службы. При меньшей глубине разрядки в процессе работы, аккумулятор способен выдержать большее количество таких циклов.
Выбирая аккумулятор для солнечной батареи, следует учитывать и такой фактор, что во время сбора и преобразования электроэнергии, какая-то ее часть непременно теряется. Самые современные модели аккумулятором для солнечных батарей обладают эффективностью до 85%.
Гелевые АКБ
Следует отдельно рассмотреть самые оптимальные гелевые аккумуляторы для солнечных батарей. Иногда технически неграмотные продавцы и сами потребители называют эти изделия гелиевыми. Однако, таких устройств просто не существует в природе, поскольку гелий это газ, а гель электролит аккумулятора, находящийся в сгущенном состоянии. Отсюда и пошло название таких аккумуляторов гелевые.
Ранее для солнечных электростанций использовался свинцово-кислотный накопитель со средним сроком эксплуатации до двух лет. Им требовалось постоянное техническое обслуживание, а по истечении срока они подлежали замене. Для обращения с этими устройствами требовались определенные знания и навыки, чтобы избежать так называемого кипения во время зарядки. Данный процесс сопровождается большим расходом воды, резким увеличением плотности электролита. Водород и кислород, выделяемые при этом, с высокой вероятностью могут взорваться.
Эти и другие недостатки полностью отсутствуют у гелевых аккумуляторов, идеально подходящих для совместной работы с домашними солнечными электростанциями. Им не требуется обслуживание, и не страшна глубокая разрядка. Эти устройства появились сравнительно недавно и уже завоевали широкую популярность у потребителей.
В отличие от обычных накопителей, заполненных водным раствором серной кислоты, гелевые аккумуляторные батареи содержат гель пористый материал, расположенный между пластинами с положительным и отрицательным зарядом. Во время работы, когда аккумулятор разряжается, гель становится твердым и препятствует выходу в атмосферу водорода и кислорода. Кроме того, он поглощает воду, образовавшуюся в результате взаимодействия этих газов. За счет этого гелевые аккумуляторы считаются совершенно безопасными с точки зрения эксплуатации и экологии.
Эксплуатационные характеристики этих устройств удалось еще более улучшить за счет использования пластин из чистого свинца, где примеси составляют не более 0,2%. Толщина этих пластин больше чем в обычных аккумуляторах, поэтому сульфитация никак не влияет на их работоспособность. Следует отметить, что гелевые устройства свободно выдерживают глубокую разрядку. От обычных моделей они отличаются долговечностью и способны проработать от 7 до 12 лет.
Общее количество циклов заряда-разряда составляет 1500, в том числе около 800 циклов протекает без потерь и снижения энергоемкости. Гелевые аккумуляторы для солнечных батарей помещаются в герметичный корпус и не требуют обслуживания, а их эксплуатация возможна в любом положении.
Другие виды аккумуляторных батарей
Во многих случаях владельцы частных домов используют в солнечных системах батареи WET обычные автомобильные аккумуляторы (рис. 1). Они гораздо дешевле и в определенных условиях вполне нормально работают. Единственным серьезным недостатком является их частая замена из-за быстрого износа, что следует учитывать, выбирая устройство.
Основная задача автомобильных АКБ заключается в быстрой отдаче большого количества тока, после чего они требуют обязательной зарядки. В таком режиме эти батареи работают недолго из-за быстрой потери емкости и работоспособности. Размещать их нужно только в отдельных вентилируемых помещениях.
Более прогрессивными считаются аккумуляторы для солнечной батареи AGM (рис. 2), выпускаемые по технологии Absorptive Glass Mat. Они также, как и автомобильные относятся к свинцово-кислотным, с той разницей, что электролит пропитывает стекловолокно и потому находится в связанном состоянии. Эти батареи не боятся последствий глубокого разряда, они способны выдержать большое количество циклов зарядки-разрядки.
Тем не менее, они обладают повышенной чувствительностью к условиям зарядки, поэтому перезаряд для них нежелателен и может нанести вред устройству. Точное завершение зарядки должно обязательно фиксироваться контроллером, как и у ионных. Единственным недостатком таких батарей, выбранных на рынке, является их высокая стоимость.
Следует отметить и аккумуляторы марки OPzS (рис. 3). В них также используется свинцово-кислотная технология, а особенностью конструкции является трубчатая положительная пластина. Благодаря ей, удалось увеличить количество циклов заряда-разряда и поднять емкость до 3500 ампер-часов.