Аккумуляторы

Аккумуляторы

Аккумуляторы предназначены для хранения энергии в химической форме. Для этого используются химические реакции компонентов, позволяющие запасать и отдавать энергию. 

Аккумуляторы объединяются в аккумуляторные батареи, которые хранят энергию в автономных системах альтернативных источников энергии и резервных системах энергоснабжения. В аккумуляторную батарею объединяются только одинаковые аккумуляторы: одного типа, одной емкости и лучше из той же партии. Использование в батарее разнородных аккумуляторов приводит к неправильной работе отдельно взятых аккумуляторов и их преждевременному выходу из строя.

Аккумуляторные батареи используют во всех системах автономного и резервного электропитания. Если аккумуляторы не использовать, то энергия от солнечных панелей была бы доступна только днем, от ветрогенератора при наличии ветра. Таким образом, энергия хранится в аккумуляторах, которые отдают ее в тот момент, когда это нужно потребителю. Это обеспечивает большую надежность таких систем энергообеспечения. Также это способствует максимально эффективному использованию энергии, выработанной системами альтернативных источников энергии: до 90% энергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями, используется потребителем. Например, при включенном дизельгенераторе на 3 кВт и общей мощности приборов 1,5 кВт, включенных и постоянно используемых, теряется 50% вырабатываемой энергии, и это типичная ситуация.

Характеристики аккумуляторов

1. Емкость аккумулятора.

Это количество электрической энергии, которой должен обладать полностью заряженный аккумулятор. Емкость - самый важный параметр аккумулятора. От него зависит время работы приборов без подзарядки. Единица измерения емкости - ампер-часы (А*ч). Номинальная емкость указывается на этикетке аккумулятора и (или) на корпусе аккумулятора. Стоит учитывать, что реальная емкость не всегда совпадает с номинальной. Реальная емкость аккумулятора колеблется от 80% до 110% от номинального значения в зависимости от условий эксплуатации и внешней среды.

Например, при охлаждении аккумулятора ниже минимальной температуры эксплуатации, емкость обычно ниже номинальной. При нагреве выше максимальной температуры емкость возрастает. Такие условия снижают срок службы аккумулятора. Поэтому аккумуляторы следует эксплуатировать в помещении, соответствующем указанному на аккумуляторе рабочему диапазону температур.

В процессе эксплуатации емкость аккумулятора обычно постепенно уменьшается.

Обычная емкость аккумуляторов в автономных ветряных и солнечных системах - 100 Ач и 150 Ач для мини-систем, 200 Ач и выше для малых и средних систем. В больших системах обычно используются промышленные аккумуляторные блоки.

2. Напряжение аккумулятора.

Основная характеристика энергии аккумулятора. Чаще всего аккумуляторные батареи для ветряных и солнечных систем собирают из аккумуляторов 12В. Фактическое напряжение обычно отличается от номинального.

У заряженного аккумулятора напряжение может быть 14В, в режиме эквализации (выравнивания заряда в банках аккумулятора) 14,4 и выше.

У нормально заряженного аккумулятора напряжение 13-13,5 В.

У заряженного лишь наполовину аккумулятора напряжение 12 В.

Меньше 11,5 В - характеризует критически низкий заряд аккумулятора - менее 10%. Эти цифры соответствуют температуре 20 градусов тепла для аккумулятора без нагрузки. Контроллер системы отключает нагрузку на аккумуляторы при достижении критических значений. Значения напряжения изменяются в зависимости от того, производится ли зарядка аккумулятора или наоборот разрядка во время питания энергией приборов. 

Напряжение аккумуляторной батареи должно соответствовать параметрам остальных компонентов системы: ветрогенератора, солнечных панелей, контроллера и инвертера. Обычные значения для мини систем с батареями из 1-4 аккумуляторов: 12-24 вольт, для малых и средних систем с батареями из 8 и более аккумуляторов: 48, 96, 192, 240 и более вольт.

3. Внутреннее сопротивление.

Измеряется в Ом (или мОм) и зависит от емкости элемента, числа элементов, электрохимической системы, а также от длительности и условий эксплуатации аккумулятора.

В процессе эксплуатации аккумулятора значение его внутреннего сопротивления увеличивается. Например, сопротивление, равное 500 мОм, говорит либо о большой длительности эксплуатации, либо о его неправильной эксплуатации. Повышение внутреннего сопротивления приводит к сокращению времени работы приборов.

Если аккумулятор обладает большим внутренним сопротивлением, то при резком увеличении потребляемого прибором тока напряжение на нем существенно падает (по закону Ома). При этом если напряжение падает ниже определенного значения, прибор считает, что аккумулятор полностью разряжен, и отключается. Таким образом, аккумулятор с высоким внутренним сопротивлением не выдает в нагрузку всю запасенную им энергию, вследствие чего и сокращается время работы питаемых им приборов. Пример нормального внутреннего сопротивления нового заряженного аккумулятора при температуре 20 градусов: 0,005-0,01 Ом (5-10 мОм). 

4. Саморазряд аккумулятора.

Это самопроизвольная потеря аккумулятором запасенной энергии с течением времени после того, как он был полностью заряжен. Чем ниже уровень саморазряда, тем лучше аккумулятор. Саморазряд измеряется в процентах от общей энергии аккумулятора за единицу времени (сутки, месяц). Обычно саморазряд уменьшается с уменьшением температуры окружающей среды. Именно поэтому аккумуляторы следует хранить в прохладном месте. Например, при увеличении температуры с 20 до 30 градусов саморазряд может увеличиваться почти в 2 раза. Пример нормального саморазряда аккумулятора при температуре 20 градусов за 1 месяц: 3-5%.

5. Срок службы аккумулятора.

Характеризуется параметром количество циклов заряда/разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров: емкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Также срок службы определяется временем, прошедшим со дня изготовления. Аккумулятор обычно считается непригодным после уменьшения его емкости до 60% - 70% от номинального значения. Срок службы аккумулятора зависит от различных факторов: его типа, методов заряда, глубины разряда, условий эксплуатации и обслуживания. Срок службы аккумулятора измеряется в годах или в циклах. Например, хороший гелевый аккумулятор в буферном режиме (с минимальной нагрузкой и постоянной подзарядкой) может служить 12 лет. С глубиной разряда менее 15% такой аккумулятор может выдержать свыше 1600 циклов, при систематическом использовании аккумулятора и глубине разряда до 30% - 1300 циклов, до 50% - 750 циклов, до 100% - 350 циклов. В годах это может означать, что при нормальной эксплуатации и использовании емкости аккумулятора менее 50%, он может прослужить 5-8 лет. Если же постоянно энергию аккумулятора использовать до предела, то он прослужит не более 3 лет. Чем меньше нагрузка на аккумулятор и чем чаще зарядка, тем дольше он служит. В ветро-солнечных системах основная нагрузка на аккумуляторы приходится на утро и вечер, основная зарядка производится днем от солнца и в периоды наличия ветра независимо от времени суток. Чем больше аккумуляторов в батарее и чем выше их емкость, тем меньше нагрузка на каждый из них и, соответственно, тем дольше их срок службы. Правильный расчет оптимального количества аккумуляторов в планируемой ветряной или солнечной системе может сделать специалист по данным планируемого энергопотребления в системе.

Виды аккумуляторов

Существует несколько видов аккумуляторов:

- Свинцово-кислотный аккумулятор - наиболее распространенный вид аккумуляторов, который широко используется, например, в автомобилях. Использование обычных автомобильных аккумуляторов нерационально для длительного использования ветряных или солнечных систем. Обычный срок службы (в зависимости от условий эксплуатации) - 2-4 года.

- Гелевый аккумулятор - по принципу действия схож со свинцово-кислотным, но кислота в нем находится в виде геля. Гелевые аккумуляторы часто применяются для ветряных и солнечных систем. Обычный срок службы (в зависимости от условий эксплуатации) - 5-8 лет.

- AGM аккумулятор - тоже свинцово-кислотный, но здесь кислота содержится в абсорбирующем сепараторе из стекломата, состоящего из тонких стеклянных нитей. Аккумуляторы AGM часто применяются для ветряных и солнечных систем и принципиально не отличаются от гелевых по характеристикам и срокам службы. Обычный срок службы (в зависимости от условий эксплуатации) - 5-8 лет.

- Щелочные аккумуляторы - бывают железно-никелевые и кадмиево-никелевые. Вместо кислоты в качестве электролита используется щелочь. Элементы щелочных аккумуляторов обычно характеризуются небольшим напряжением (например, 2В) и поэтому для использования в автономных системах альтернативных источников энергии их собирают в моноблоки, группы соединенных вместе элементов, которые могут служить как аккумуляторная батарея или собираться по несколько шт. в одну батарею. Щелочные аккумуляторы обычно более тяжелые и громоздкие. При зарядке они частично выкипают, выделяя водород, поэтому их следует устанавливать в вентилируемом помещении. Также такие аккумуляторы требуют обслуживания - регулярной проверки уровня электролита и добавления дистиллированной воды. С другой стороны, щелочные аккумуляторы гораздо лучше свинцовых выдерживают длительные постоянные нагрузки и глубокие разряды. Срок службы щелочных аккумуляторов обычно 15 и более лет. Наиболее рационально использовать щелочные аккумуляторы в средних и больших системах, где можно выделить для них отдельное вентилируемое помещение. 

- Литий-ионные аккумуляторы - работают на реакциях лития, отличаются дороговизной и вследствие этого редко используются в автономных системах альтернативных источников энергии. Но они незаменимы для автономных уличных фонарей, светофоров и т.п. Основное достоинство по сравнению со свинцово-кислотными: возможность работы при более частых сильных разрядах батареи и при более широком диапазоне температур без сильного сокращения срока службы. В зависимости от производителя и разновидности обычный срок службы 3-6 лет.

Задать вопрос
Яндекс.Метрика