Akumulátory pro solární panely: přehled typů vhodných baterií a jejich charakteristik

Systémy alternativní energetiky se stále častěji používají pro zásobování obytných domů elektřinou. Protože se režimy výroby a spotřeby elektřiny liší, je nutné zajistit její akumulaci pro následné použití. Souhlasíte?

Aby bylo možné využívat energii v čase, který majitel potřebuje, jsou do systému zařazeny akumulátory pro solární panely. Poradíme Vám, jak správně vybrat zařízení určená pro cykly nabíjení a vybíjení. Naše doporučení Vám pomohou vybrat optimální model.

Akumulátory v systému domácí solární energetiky

Pochopení způsobů a nuancí používání akumulátorů při zásobování objektu elektřinou ze solárních panelů umožní správně vybrat zařízení a zajistí maximální účinnost systému.

Pro provedení promyšleného nákupu je nutné důkladně porozumět způsobům vytváření akumulátorového pole (bloku) a pravidlům výpočtu hlavních parametrů.

Způsob spojení zařízení do jednotného pole

Obytné a průmyslové objekty spotřebovávají elektrickou zátěž, která přesahuje možnosti jednoho akumulátoru. V případě, že je systém solární energetiky navržen pro velký počet elektrických spotřebičů, je nutné vytvořit pole akumulátorových baterií podobně jako u solárních panelů.

Připojení akumulátorů do jednotného pole pro ukládání elektrické energie lze provést paralelním, sériovým nebo smíšeným způsobem. Volba závisí na požadovaných výstupních hodnotách výkonu a napětí.

V závislosti na způsobu vzájemného propojení akumulátorů lze dosáhnout různých hodnot výstupního napětí, avšak není vhodné vytvářet příliš složitá schémata, aby se zabránilo vzniku vyrovnávacích proudů mezi zařízeními v poli.

Akumulátorové baterie se umísťují v domě nebo jiné budově, aby byla zajištěna teplota okolního vzduchu v rozmezí 10 až 25 stupňů Celsia nad nulou a aby se zabránilo vniknutí vody. To výrazně prodlužuje životnost zařízení a snižuje ztráty elektrické energie.

Moderní technologie výroby akumulátorových baterií určených pro umístění v obytných budovách zahrnují zvýšená opatření ekologické bezpečnosti. Není proto nutné přijímat žádná zvláštní opatření k intenzivnímu větrání místnosti. Nicméně byste je neměli umisťovat v obytných místnostech.

Protože akumulátory mají značnou hmotnost (zařízení o 12 V a 200 Ah váží asi 70 kg), je třeba je umístit na podlahu nebo na pevné a spolehlivě upevněné regály.

Je nutné zabránit možnosti pádu akumulátorů z výšky, protože v takovém případě by se poškodily a systémy s kapalným elektrolytem jsou navíc při odtěsnění nebezpečné pro lidské zdraví.

S rostoucí délkou silového kabelu roste elektrický odpor, což vede ke snížení účinnosti systému. Proto se akumulátory umísťují těsně vedle sebe, aby se minimalizovala celková délka vodičů.

Regál pro akumulátorové baterie musí unést velkou hmotnost. Blok osmi dvousetampérových akumulátorů váží více než půl tuny.

Zvláštnosti fungování systému

Při paralelním a kombinovaném sériově-paralelním zapojení akumulátorů do jednoho pole je možná nevyváženost zařízení z hlediska úrovně nabití. To vede k tomu, že zařízení nebude fungovat v plném cyklu, a proto bude jeho životnost rychleji vyčerpána.

Systém získávání elektrické energie ze slunce je vždy vybaven regulátorem, který řídí nabíjení akumulátoru. V případě vytvoření pole baterií je navíc nutná instalace vyrovnávacích nabíjecích propojek.

Aby se předešlo problémům s nerovnoměrným nabíjením a vybíjením akumulátorů spojených do jedné sestavy, je nutné používat zařízení stejného modelu, a ještě lépe – stejné výrobní šarže. Toto pravidlo platí nejen pro systémy solární energetiky.

V současné době lze téměř všechny domácnosti vybavit spotřebiči pracujícími na 12 nebo 24 V, včetně ledniček, televizorů atd. Nicméně rozvod s takovým napětím po celém domě není smysluplný, protože proud by byl velmi vysoký.

To znamená, že při realizaci takového záměru je zapotřebí drahý kabel s velkým průřezem vodičů a budou velké ztráty způsobené elektrickým odporem.

Téměř pro všechny domácí spotřebiče existují modely pracující na 12 V stejnosměrné síti. Pokud není rozvod elektrického kabelu příliš dlouhý, lze použít systém s nízkým napětím.

Proto se v bezprostřední blízkosti akumulátorových baterií instaluje invertor – zařízení pro přeměnu elektrického napětí.

Kromě toho se skutečné výstupní napětí akumulátorového bloku může mírně lišit od udávaného. Plně nabité gelové akumulátory, oblíbené pro použití v zapojení se solárními panely, poskytují napětí 13–13,5 V, takže invertor plní funkci stabilizátoru.

Výpočet potřebné kapacity baterií

Kapacita akumulátorových baterií se vypočítává na základě předpokládané doby autonomního provozu bez dobíjení a celkového příkonu elektrických spotřebičů.

Průměrný výkon elektrického spotřebiče za časový interval lze vypočítat následujícím způsobem:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Kde:

• P₁ – jmenovitý výkon spotřebiče;
• T₁ – doba provozu spotřebiče;
• T₂ – celkový výpočtový čas.

Na téměř celém území Ruska existují dlouhá období, kdy solární panely nebudou fungovat kvůli špatnému počasí.

Instalovat velké sestavy akumulátorů pro jejich plné využití pouze několikrát ročně je nerentabilní. Proto je třeba k volbě časového intervalu, po který budou zařízení pracovat pouze na vybíjení, přistupovat na základě průměrných statistických hodnot.

Množství energie generované solárními panely závisí na hustotě oblačnosti. Pokud oblačné počasí v regionu není výjimkou, je nutné nedostatek příchozího výkonu zohlednit při výpočtu velikosti akumulátorového bloku.

Pokud plánujete využívat naakumulovanou energii v průběhu dne, například v topení pomocí solárních panelů, je lepší zvolit pro výpočet o něco delší interval, například 30 hodin.

V případě dlouhého období, kdy není možné používat solární panely, je nutné použít jiný systém získávání elektrické energie, založený například na dieselovém nebo plynovém generátoru.

Baterie nabitá na 100 % může před svým úplným vybitím poskytnout výkon, který lze vypočítat podle vzorce:

P = U x I

Kde:

• U – napětí;
• I – proud.

Takže jedna baterie s parametry napětí 12 voltů a proudu 200 ampérů může vygenerovat 2400 wattů (2,4 kW). Pro výpočet celkového výkonu více baterií je třeba sečíst hodnoty získané pro každou z nich.

V prodeji jsou baterie s vysokým výkonem, ale jsou drahé. Někdy je mnohem levnější pořídit několik běžných zařízení v sadě s připojovacími kabely.

Získaný výsledek je třeba vynásobit několika snižujícími koeficienty:

• Účinnost střídače. Při správném sladění napětí a výkonu na vstupu do střídače bude dosaženo maximální hodnoty od 0,92 do 0,96.
• Účinnost silových kabelů. Minimalizace délky vodičů spojujících baterie a vzdálenosti ke střídači je nezbytná pro snížení elektrického odporu. V praxi se hodnota ukazatele pohybuje od 0,98 do 0,99.
• Minimální přípustné vybití baterií. Pro každou baterii existuje dolní mez nabití, při jejímž překročení se životnost zařízení výrazně snižuje. Obvykle regulátory nastavují minimální hodnotu nabití na 15 %, proto je koeficient přibližně 0,85.
• Maximální přípustná ztráta kapacity před výměnou baterií. Časem dochází ke stárnutí zařízení, zvyšování jejich vnitřního odporu, což vede k nevratnému snižování jejich kapacity. Používat zařízení, jejichž zbytková kapacita je nižší než 70 %, je nerentabilní, proto je třeba hodnotu ukazatele vzít jako 0,7.

Navzdory rozšířenému názoru by se do výpočtu neměla zahrnovat účinnost baterie – poměr získané a odevzdané elektrické energie. Ukazatel kapacity baterie uvedený v technické dokumentaci zohledňuje možný objem pro dodávku.

Výsledná hodnota integrálního koeficientu při výpočtu potřebné kapacity pro nové baterie bude přibližně rovna 0,8 a pro staré, před jejich odepsáním – 0,55.

Pro zajištění elektrické energie pro dům při délce cyklu nabíjení – vybíjení rovné 1 dni bude potřeba 12 baterií. Když jeden blok ze 6 zařízení bude pracovat na vybíjení, druhý blok se bude nabíjet.

Maximální přípustné proudy

Pro každou baterii je v technické dokumentaci uveden maximální přípustný nabíjecí proud. Překročení této hodnoty vede k přehřátí zařízení a k prudkému a nevratnému snížení jeho výkonu.

Proto při výběru baterií pro sestavení systémů s akumulátorem je nutné se ujistit, že jsou schopny pokrýt spotřebu elektřiny vyrobené solárními panely.

Dalším důležitým ukazatelem je přípustný vybíjecí proud:

• Jmenovitý vybíjecí proud, pro jehož hodnotu (nebo nižší) je akumulátor určen. Provoz veškerého připojeného elektrického zařízení v systému musí být tímto ukazatelem zajištěn.
• Maximální vybíjecí proud, který může zařízení krátkodobě dodat při špičkovém zatížení. Takové zatížení může nastat při zapnutí některých zařízení, například těch, která obsahují kompresory ledničky nebo klimatizace.

Dlouhodobé překročení prvního ukazatele nebo krátkodobé překročení druhého vede k předčasnému opotřebení baterie. Při stárnutí zařízení se tyto ukazatele snižují o 20–30 %, což je také třeba zohlednit.

Vlastnosti zařízení a hlavní parametry

Automobilové baterie nejsou určeny pro práci s velkým počtem nabíjecích a vybíjecích cyklů. Pro alternativní a záložní energetiku se používají zařízení jiného typu. Jelikož je jejich cena vysoká, je nutné před nákupem pečlivě prostudovat všechny parametry.

Provozní režimy baterie v automobilu a v systému alternativní energetiky se natolik liší, že její určení je uvedeno i na samotném zařízení

Používané typy pro alternativní energetiku

Téměř všechny baterie používané v alternativní energetice a instalované v budovách patří k bezúdržbovému typu. Uživatel nemá možnost s nimi provádět fyzické operace, které by ovlivňovaly jejich strukturu.

To je provedeno za účelem minimalizace rizika fyzického nebo chemického vlivu baterií na lidi, vzduch a okolní předměty. Proto není nutné podrobně studovat strukturu a fyzikálně-chemické nuance provozu baterií různých typů. Větší pozornost je třeba věnovat rozdílům v hlavních technických charakteristikách zařízení.

OPzS baterie jsou provedeny podobně jako nejjednodušší olověné kyselinové akumulátory. Změna tvaru kladné desky umožňuje zajistit výrazně větší počet nabíjecích a vybíjecích cyklů než u automobilových analogů.

Nevýhodou je přítomnost kapalného elektrolytu, což může být nebezpečné při jejich odtěsnění. Střední cenová nika.

Alkalické (niklové) baterie se používají zřídka kvůli jejich necitlivosti na malé proudy při nabíjení a nutnosti absolvovat celý cyklus od nabitého do vybitého stavu. V opačném případě dojde ke snížení kapacity baterie.

Také tato zařízení mají větší hmotnost a rozměry ve srovnání s konkurencí stejné kapacity. Při porušení těsnění jsou nebezpečná. Nízká cenová kategorie.

Porušení těsnění akumulátoru je možné při vnitřní vadě, nadměrném nabíjecím proudu, pádu z výšky nebo provozu v nevhodných podmínkách. Největší problémy přitom způsobí zařízení obsahující kapaliny nebezpečné při odpařování.

V AGM akumulátorech je elektrolyt vázán ve struktuře ze skelného vlákna. Lze je nabíjet malými proudy. Jsou prakticky bezpečné a zaujímají střední cenovou kategorii mezi konkurencí.

V GE (gelových) akumulátorech je do elektrolytu přidán oxid křemičitý, díky čemuž je v gelovém stavu. Zařízení mají vysoký stupeň bezpečnosti a dobré vlastnosti. Vysoká cenová kategorie.

Akumulátory pro alternativní energetiku neprodávají v autoprodejnách. Lze je zakoupit u firem prodávajících solární panely, větrné elektrárny nebo přes internet.

Lithiové akumulátorové baterie (např. lithium-železo-fosfátové modely) mají velmi dobré vlastnosti, jsou kompaktní, mají podstatně nižší hmotnost, jsou prakticky bezpečné. Jejich cena je však výrazně vyšší než u konkurenčních typů zařízení, dokonce i gelových.

Z hlediska poměru ceny a technických parametrů je gelový a lithiový typ akumulátorů nejatraktivnější. Jednorázové počáteční investice do nich jsou však velmi vysoké, a proto jsou na trhu baterií pro alternativní energetiku stále rozšířená i zařízení jiných typů.

Na domácím trhu jsou aktivně žádané akumulátory následujících značek:

Představené akumulátory se vyznačují vynikajícími provozními vlastnostmi a dostupnou cenou.

Výběr modelu akumulátoru

Hlavní parametry akumulátorových baterií pro solární energetiku, na které je třeba při nákupu dbát, jsou následující:

• napětí a kapacita, které určují výkon akumulátoru;
• hloubka bezpečného maximálního vybití, při jejímž dodržení je možné, aby akumulátor fungoval po dobu deklarovanou výrobcem;
• garantovaný počet cyklů nabíjení a vybíjení při dodržení všech technických podmínek;
• velikost samovybíjení, která charakterizuje intenzitu ztráty elektrické energie v nabitém akumulátoru při nečinnosti;
• maximální nabíjecí proud, který určuje množství elektrické energie za jednotku času, které je akumulátor schopen přijmout bez újmy na dalším fungování;
• jmenovitý vybíjecí proud, který určuje množství elektrické energie za jednotku času, které je akumulátor schopen dlouhodobě odevzdat bez újmy na dalším fungování;
• maximální vybíjecí proud, který určuje množství elektrické energie za jednotku času, které je akumulátor schopen krátkodobě odevzdat bez újmy na dalším fungování;
• optimální teplota pro provoz zařízení;
• velikost a hmotnost akumulátoru, jejichž znalost je nezbytná pro výběr místa umístění a způsobu instalace.

Všechny tyto parametry jsou popsány v technické dokumentaci, kterou v elektronické podobě umísťují na webové stránky všichni velcí výrobci.

Závěry a užitečné video k tématu

Přehled nuancí fungování akumulátorů různých typů pro solární systémy:

Srovnání různých typů startovacích akumulátorů. Výhody a nevýhody pro alternativní energetiku:

Zkušenosti s používáním lithiových (LiFePo4) akumulátorů. Reálný blok z automobilových zařízení, nuance jeho provozu:

Správný výběr akumulátorů podle jejich parametrů zajistí spolehlivý provoz alternativního energetického systému. Není třeba příliš šetřit na bloku pro ukládání elektrické energie – počáteční investice se vrátí nepřetržitým provozem systému na několik let dopředu.

Zanechte prosím komentáře v bloku níže, pokládejte dotazy, publikujte fotografie k tématu článku. Povězte nám, jak jste vybírali akumulátory pro letní minielektrárnu ze solárních panelů. Podělte se o informace, které budou užitečné pro návštěvníky stránek.