Аккумуляторная батарея (АКБ)
Аккумулятор представляет собой электрическое устройство. АКБ не производят электричество, они хранят его, точно так же, как резервуар для воды хранит воду для будущего использования. Поскольку химические вещества в батарее меняются, электрическая энергия накапливается или отдается. В перезаряжаемых батареях этот процесс можно повторять многократно. Батареи не на 100% эффективны - некоторая энергия теряется как тепло при химических реакциях во время зарядке и разрядке. Например если Вы используете 1000 Вт от батареи, может потребоваться 1050 - 1250 Вт (или более), чтобы полностью зарядить его.
Знаете ли Вы, что батареи, даже с почти идентичными характеристиками, могут иметь неодинаковый срок службы и производительность.
Все батареи сделаны по-разному. Некоторые производители используют лучшие материалы, роботизированную сборку и автоматизированный контроль качества, а также исчерпывающее тестирование производительности. Другие производители делают батареи, используя ручную сборку и устаревшие материалы, которые могут поставить под угрозу производительность. Батареи с низкой ценой кажутся привлекательней, но они часто требуют дополнительного обслуживания, и при этом стоят дороже при длительном использовании.
Ампер-часы - что это такое?
Емкость всех аккумуляторов рассчитывается в ампер-часах.
Ампер-час - заряд, проходящий через поперечное сечение провода за один час, силой 1 ампер (или 10 ампер за 1/10 часа и так далее). Если у Вас есть оборудование, которое потребляет 20 ампер, и Вы используете его в течение 30 минут, в этом случае используется 20 (ампер) х 0,5 (часа) или 10Aч. Общепринятый период использования Aч для батарей, используемых в солнечных электрических и резервных энергосистемах (и почти для всех батареек с глубоким циклом), - это «20-часовой разряд». Это означает, что он разряжается до 10,5 вольт в течение 20-часового периода. Иногда 100-часовой разряд предоставляется только для того, чтобы батарея выглядела лучше, чем она есть на самом деле.
Глубина разряда и состояние заряда
Глубина разряда (DoD) является альтернативным методом для указания состояния заряда батареи (SoC). DoD является дополнением SoC: по мере того, как один увеличивается, другой уменьшается. В то время как единицы SoC являются процентными (0% = пусто, 100% = полные), DoD может использовать единицы Ah (например: 0 = полный, 50 Ah = пустой) или проценты (100% = пусто, 0% = полный), так как батарея может иметь более высокую емкость, чем ее номинал, значение DoD может превышать полное значение (например, 55 Ач или 110%), что невозможно при заряде.
По крайней мере, в некоторых батареях, таких как свинцово-кислотные AGM, существует корреляция между глубиной разряда и временем жизни батареи. Глубина разряда (DOD) определяется как: емкость в амперных часах (Ah), которая разряжается из полностью заряженной батареи, деленная на номинальную емкость аккумулятора (C20). DOD обычно отображается в процентах (%).
Например: если батарея 100 Ач разряжается в течение 15 минут при 50А, глубина разряда составляет: 50 * (15/60) / 100 х 100 = 12,5%
Типы аккумуляторных батарей
В основном АКБ применяемые в солнечных электростанциях можно разделить на 2 типа: свинцово-кислотные и литийжелезофосфатные (LiFePO4).
В свою очередь свинцово-кислотные: стартерные (обычные автомобильные - обслуживаемые) и герметизированные (AGM и GEL).
Особенности АКБ
Стартерные - не целесообразно использовать в автономных или гибридных солнечных электростанциях т.к. срок служы у них очень мал - всего 1-2 года, да и устанавливать их нужно в хороше проветриваемом или вентилируемом помещении.
AGM и GEL - дешевые, но имеют меньшее количество циклов заряд/разряд (400-800) - в зависимости от эксплуатации.
В более новом типе герметичных АКБ используется «поглощающие стекло-волоконные маты». Они расположены между свинцовыми пластинами. Эти типы батарей обладают всеми преимуществами геле-образных.
Поскольку весь электролит (кислота) содержится в стеклянных матах, он не разливаться. Это также означает, что, поскольку они неопасны, стоимость доставки ниже. Кроме того, поскольку нет жидкости для замораживания и расширения, они практически не защищены от замерзания.
Почти все батареи AGM являются «рекомбинантными» - электролит не испаряется, все реакции происходят внутри батареи. Рекомбинация обычно эффективна на 99%.
У AGM очень низкий уровень саморазряда - обычно от 1% до 3% в месяц. Это означает, что они могут находиться в хранилище в течение более длительного времени без заряда, в отличии от стандартных батарей.
Основными преимуществами аккумуляторов AGM являются отсутствие технического обслуживания, полное герметизация от паров, водород или утечка, отсутствие пролива, даже если они сломаны, и могут выдержать большинство замораживания. Не всем нужны эти функции.
Литийжелезофосфатные (LiFePO4) - имеют большее количество циклов заряд/разряд (до 6000), могут разряжаться и заряжатся большими токами (порядка 1С), стойкие к температурному влиянию. Набирают все большую популярность.
Подбор АКБ
1. Мощность инвертора
Чтобы определить мощность инвертора, мы должны рассчитать максимальную потребляемую нагрузку. Ее можно найти, суммируя мощность устройств, которые могут быть запущены одновременно. Включите все: от микроволн и источников света до компьютеров и часов.
Пример. В комнате есть две 60-ваттные лампочки и 300-ваттный настольный компьютер. Итого 60 x 2 + 300 = 420 Вт
2. Ежедневное использование энергии
Затем найдите энергию, используемую в течение дня. Выясните, как долго каждое электронное устройство будет работать в часах в течение дня. Умножьте мощность каждого устройства на время работы, чтобы получить энергию в ватт-часах в день. Добавьте все значения ватт-часов, чтобы получить общее количество для вашего дома. Эта оценка, вероятно, слишком низкая, так как будет снижаться эффективность. Чтобы получить очень приблизительное представление о реальном потреблении с потерями системы, умножьте полученный результат на 1,5.
Пример. Лампочки работают 5 часов в день. Компьютер работает 2 часа в день. 120 x 5 + 300 x 2 = 1200 ватт-часов. 1200 x 1,5 = 1800 ватт-часов
3. Дни автономии
Теперь решите, сколько дней вы хотите использовать накопленную энергию со своего банка батарей. Обычно это от двух до пяти.
4. Емкость банка батарей
Наконец, мы можем рассчитать минимальную емкость аккумулятора AH. Возьмите ватт-часы в день и умножьте их на количество дней, которые Вы определили в пункте 3. Это должно представлять собой 50% -ную глубину разряда на ваших АКБ (не более). Поэтому умножьте на 2 и преобразуйте кВт*ч в ампер-часы (AH). Это делается путем деления на напряжение аккумулятора.
Пример. Вы хотите, чтобы аккумуляторная батарея использовалась три дня без подзарядки с потреблением 1,8 кВт*ч в день. Как 1,8 х 3 х 2 = 10,8 кВт, это энергия, которая нам нужна от батарей. Преобразуя это в Aч, мы должны разделить результат на напряжение вашей системы. Это может быть 12, 24 или 48. Если мы будем использовать 48V, минимальная емкость AH составит 10800/48 = 225 AH.