Аккумуляторные батареи (АКБ) в системе солнечной электростанции (СЭС)

Выработанную СЭС энергию можно сохранять в разных формах:

  • химическая энергия в электрохимических аккумуляторах;
  • потенциальная энергия воды в резервуарах;
  • тепловая энергия в тепловых аккумуляторах;
  • инетическая энергия вращающихся масс или сжатого воздуха.

Для СЭС больше подходят электро-аккумуляторы, так как СЭС производят, а потребитель потребляет электроэнергию, которая непосредственно и запасается в аккумуляторной батарее. Исключение - солнечные станции для водоснабжения, где потребляется вода, а энергия запасается в потенциальной энергии воды в водонапорной башне.

В большинстве фотоэлектрических систем применяют свинцово-кислотные аккумуляторы. Нужно сразу подчеркнуть, что АКБ специально предназначенные для СЭС (и других подобных систем), существенно отличаются от стартерных автомобильных аккумуляторов, пусть даже имеющих в основе ту же технологию.

Главными условиями по выбору АКБ являются:

  • стойкость к циклическому режиму работы;
  • способность переносить без последствий глубокий разряд;
  • низкий саморазряд аккумулятора;
  • некритичность к нарушению условий зарядки и разрядки;
  • долговечность;
  • простота в обслуживании;
  • компактность и герметичность (важный критерий для переносных или периодически демонтируемых солнечных батарей).

Этим требованиям в полной мере удовлетворяют АКБ, изготовленные по технологиям "dryfit" и AGM (адсорбированный электролит) или рекомбинационной технологии. Они характеризуются отсутствием эксплуатационных затрат и перекрывают диапазон емкостей 1-12000 А*ч, что позволяет удовлетворять требованиям всех потребителей. Эти АКБ отличаются пониженным выделением газа и рекомбинацией кислорода. Вследствие этого вода электролита не разлагается посредством электролиза и не испаряется, и такие аккумуляторы не требуют доливки электролита. К примеру, аккумуляторы одной из фирм с трубчатыми положительными пластинами, имеют следующие характеристики:

  • большой срок службы -15 лет;
  • стойкость к циклическому режиму - более 1200 циклов;
  • отсутствие необходимости обслуживания в течение всего срока службы;
  • минимальное газовыделение (благодаря применению сплава без сурьмы и использованию технологии внутренней рекомбинации газа);
  • саморазряд - примерно 3% в месяц.

Вследствие высокой стоимости таких АКБ, появляется желание использовать обычные стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (автомобильный аккумулятор). Срок службы таких аккумуляторов в составе СЭС - не более 3-5 лет. Вследствие этого за срок использования солнечной панели (15-20 лет и более) необходимо будет менять АКБ (к этому добавятся затраты на обслуживание аккумуляторов и оборудование помещений).

С целью получения требуемого рабочего напряжения аккумуляторы или АКБ соединяют последовательно. При этом следуют определенным правилам:

  • используют аккумуляторы только одного типа, произведенные одним изготовителем;
  • эксплуатируют все аккумуляторы одновременно, не делая отводов от отдельных аккумуляторов составляющих АКБ;
  • не объединяют аккумуляторы с разницей в дате выпуска более чем на месяц в одну АКБ;
  • обеспечивают разницу температур отдельных аккумуляторов не более 3°С.

Ради продления срока службы аккумуляторов при циклическом режиме работы в СЭС важно не допускать глубокого разряда. Уровень разряда характеризуется глубиной разряда, которая выражается в процентах от номинальной емкости аккумулятора. На рисунке 1 изображена зависимость емкости аккумулятора (в процентах от номинальной) от количества отработанных циклов при различной глубине разряда (аккумуляторы FIAMM GS). Таким образом, эксплуатация аккумуляторов при глубоком разряде ведет к их более частой замене и, соответственно, к удорожанию системы. Глубину разряда аккумуляторов СЭС стараются ограничить на уровне 30-40%, что достигается отключением нагрузки (или снижением мощности) либо использованием аккумуляторов большей емкости.

Рис.1. Зависимость емкости аккумулятора от количества отработанных циклов при различной глубине разряда

Вследствие этого, для управления процессом зарядки и выбора оптимального режима, в состав солнечной электростанции обязательно включают контроллеры зарядки-разрядки АКБ.

Регуляторы зарядки и разрядки аккумуляторов

Стоимость регулятора заряда составляет не выше 5% от стоимости всей системы (однако от качества зарядных регуляторов зависит то, как часто придется менять аккумулятор). Чтобы предохранить АКБ от избыточной разрядки, нагрузка должна быть отключена, когда напряжение батареи опускается ниже напряжения отключения. Нагрузка не должна подключаться до момента, когда напряжение не возрастет до определенного значения (напряжения подключения). Имеются довольно противоречивые стандарты этих значений. Они зависят от конструкции определенных АКБ, производственного процесса и срока службы аккумуляторных батарей. В некоторых моделях регуляторов применяется звуковой сигнал, который сообщает пользователю о скором отключении питания.

Чтобы защитить батарею от перезарядки надо ограничить зарядный ток при достижении напряжения завершения зарядки. Напряжение начнет снижаться, пока не достигнет другого порога, называемого напряжением возобновления заряда. Небольшие солнечные электростанции имеют склонность к перепотреблению энергии (а не к перезарядке) вследствие этого допускается перезарядка, и при этом нужно применять более высокое напряжение завершения заряда.

Выше изложенное относится к регуляторам для автономных солнечных электростанций небольшой мощности (до 1кВт). У более мощных системах солнечных батарей функции контроля зарядки и разрядки берет на себя системный контроллер (управляющий также всей системой). Как правило это устройство сопряжено с компьютером (осуществляющим к тому же постоянный мониторинг за работой элементов с записью значений освещенности, температуры, тока и напряжения для дальнейшего анализа).

Зависимость времени работы полностью заряженной аккумуляторной батареи от подключенной мощности (без учета подзаряда от ИБП или альтернативного источника энергии (ветрогенератора или солнечных панелей):







Электромонтажные работы: электромонтаж. В Москве и Московской обл.

ООО "Энерготрейд МСК" © 2017 г.