Аккумуляторные батареи для солнечных панелей

11.05.2017

       Постоянный рост тарифов, увеличение дефицита основных энергоносителей (нефти, угля, газа), ухудшение экологической обстановки – все это приводит к тому, что все больше людей начинает задумываться о возможности использования практически неисчерпаемых запасов так называемой альтернативной энергии. Значительным потенциалом для использования наиболее доступного вида энергии – солнечной – обладают не только жители сельской местности, в распоряжении которых могут быть огромные территории, но и жители больших городов, поскольку в нашей стране практически никак не используются значительные площади на крышах домов. Вместе с тем, установка солнечных панелей на наиболее освещенной части крыш либо же выполнение в многоэтажных домах стенных панелей из полупрозрачного стекла с фоточувствительным покрытием могло бы значительно снизить энергозависимость зданий от внешней сети, а в южных районах – и полностью отказаться от него.

       Конечно, наличия только фотопанелей недостаточно, чтобы решить проблему энергонезависимости, ведь любая солнечная станция содержит в себе несколько ключевых элементов – это собственно фоточувствительные панели, генерирующие электрический ток под действием солнечной энергии; контроллер электрического заряда, обеспечивающий нормирование заряда от солнечной батареи; инвертор, преобразующий полученный постоянный электрический ток малого напряжения в переменный ток высокого напряжения промышленной частоты; аккумулятор, обеспечивающий хранение накопленной электрической энергии.

       Как правило, любая «бытовая» солнечная электростанция работает в двух режимах. В светлое время суток, когда хватает солнечной энергии, питание приборов в доме осуществляется напрямую от фотоэлектрических панелей, установленной мощности которых должно хватать и на снабжение дома, и на заряд аккумуляторов. Когда по какой-либо причине потребление энергии превышает энергогенерирующую способность фотопанелей, это часть электричества отбирается от аккумуляторов. При уменьшении внешней освещенности система переходит на работу во втором режиме – все приборы снабжаются электроэнергией только от аккумуляторов. Таким образом, аккумуляторы выполняют необычайно важную роль, обеспечивая энергоснабжение дома в темное время суток и выполняя роль своеобразного энергетического буфера при недостаточной освещенности.

       Исходя из сказанного, аккумуляторы для солнечной электростанции должны удовлетворять следующим требованиям. «Дневные» аккумуляторы работают в условиях постоянного подзаряда, лишь изредка сглаживая значительное энергопотребление при включении наиболее мощных устройств. «Ночные» аккумуляторы, напротив, обеспечивают электропитание в циклических условиях «заряд днем – глубокий разряд ночью», при этом ночью, как правило, не целесообразно включать энергоемкие устройства. Поскольку иногда заряд аккумуляторов от фотопанелей становится невозможным по объективным причинам – ухудшение погодных условий, сокращение светового дня или поломка какой-либо части фотогенерирующей системы, это необходимо учесть при выборе аккумуляторов, которые должны обеспечить сохранность накопленного заряда и его передачу в нужный момент потребителю.

       Выбор аккумулятора для солнечной электростанции необходимо осуществлять, начиная с ознакомления с типами присутствующих на рынке аккумуляторов и их конструктивными особенностями, а также с такими характеристиками, как удельная энергия, выходное напряжение и значение саморазряда.

       Емкость батареи определяется количеством заряда, которое можно использовать для питания внутренних потребителей и которое определяет продолжительность работы всей системы от аккумулятора.

       Удельная энергия учитывает общее количество энергии, распределенной на единицу объема (или массы) батареи. Этот параметр используется для сравнения эффективности конструктивных особенностей различных моделей и позволяет подобрать место для установки аккумуляторов, которые для увеличения запаса энергии набираются в батареи.

       Понятие саморазряда используется для анализа потери полученного заряда в отсутствие заряда и позволяет оценить сохранность накопленной электрики, когда долгое время отсутствует возможность заряжать аккумуляторы.

       Если говорить о типах существующих на рынке аккумуляторов, то это свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-железные, никель-метал-гидридные, литий-ионные и литий-полимерные. Последние два типа, несмотря на высокие удельные характеристики при малом весе и высокое напряжение на одном элементе (около 3,7 В), имеют наибольшую стоимость, поэтому аккумуляторы такого типа целесообразно применять только для мобильных устройств. Также аккумуляторы такого типа не обладают достаточной мощностью и могут выйти из строя при разряде большими токами.

       Никель-содержащие аккумуляторы, несмотря на то, что имеют достаточно высокие удельные характеристики и практически не требуют ухода, не получили значительного распространения. Причиной этого является низкое напряжение единичного элемента – около 1,2 В, т.е. необходимо соединять большое количество элементов для обеспечения необходимой мощности системы. Но главное – этим аккумуляторам свойственны так называемый «эффект памяти» – снижение емкости при регулярном недозаряде либо если заряд начинается раньше необходимого, и высокое значение саморазряда уже в первые часы после отключения от зарядного устройства.

       Таким образом, наиболее экономически и технически оправданным типом аккумуляторов являются кислотные свинцовые, которые просты в эксплуатации, имеют высокую мощность, выдерживают глубокие разряды и при достаточно низкой стоимости имеют длительный срок эксплуатации. Свинцовые аккумуляторы, в свою очередь, также бывают нескольких типов – стартерные, стационарные и тяговые. Если не вдаваться глубоко в различные технические характеристики, то их можно разделить по предназначению таким образом:

– стартерные аккумуляторы могут разряжаться большими токами, отдавая всю емкость в течение короткого времени, однако при глубоких разрядах сильно сокращается их срок службы, поэтому их применяют при условии постоянного подзаряда только для подачи кратковременных токовых сигналов – для запуска двигателей внутреннего сгорания на различном транспорте;

– стационарные аккумуляторы также работают в условиях постоянного подзаряда, но способны отдавать электричество достаточно большими токами в течение большего времени, чем стартерные, выдерживая при этом регулярные глубокие разряды. Используются в различных ответственных системах как аварийные источники энергии;

– тяговые аккумуляторы предназначены для питания энергоемких электродвигателей и способны к цикличной работе в условиях глубокого разряда. Являются одними из наиболее энергоемких и жизнестойких аккумуляторов. Применяются на различном электротранспорте, где важны не малые габариты и масса, а надежность и высокая емкость.

       Таким образом, для создания автономной домашней солнечной электростанции больше всего подходят комплекс из стационарных и тяговых аккумуляторов – стационарные будут обеспечивать сглаживание пиков энергопотребления днем, а ночью питание всех систем будет осуществляться от мощных и хорошо циклируемых тяговых аккумуляторов. 

ООО «СЛ-ЭНЕРГИЯ» © 2020