Napelem-akkumulátorok: a megfelelő akkumulátortípusok és jellemzőik áttekintése

Az alternatív energetikai rendszereket egyre gyakrabban alkalmazzák lakóházak villamosenergia-ellátására. Mivel a termelési és fogyasztási módok eltérnek, szükség van a felhalmozására a későbbi leadáshoz. Ön is egyetért?

Ahhoz, hogy az energia a tulajdonos által igényelt időszakban felhasználható legyen, az áramkörbe napelem-akkumulátorokat építenek be. Elmondjuk, hogyan kell szakszerűen kiválasztani a töltési és kisütési ciklusokban való működésre tervezett készülékeket. Ajánlásaink segítenek az optimális modell kiválasztásában.

Akkumulátorok a háztartási napenergia-rendszerben

Az akkumulátorok napelemekről történő villamosenergia-ellátás során való használati módjainak és részleteinek megértése lehetővé teszi a készülékek helyes kiválasztását, és biztosítja a rendszer maximális hatásfokát.

Mérlegelt vásárláshoz alaposan meg kell érteni az akkumulátor tömb létrehozásának módjait és a főbb jellemző kiszámításának szabályait.

A készülékek egyesítésének módja egyetlen tömbbé

A lakó- és ipari objektumok olyan villamos terhelést fogyasztanak, amely meghaladja egyetlen akkumulátor képességeit. Abban az esetben, ha a napenergia-rendszert nagy számú elekromos készülék kiszo lgálására tervezték, szükség van akkumulátortömb létrehozására, hasonlóan a nap elemek egyesítéséhez.

Az akkumulátorok egyetlen energiatároló tömbbe való csatlakoztatása párhuzamos, soros vagy vegyes módszerrel végezhető el. A választás a szükséges kimeneti teljesítmény- és feszültségértékektől függ.

Az akkumulátorok egymáshoz való csatlakoztatásának módjától függően eltérő kimeneti feszültségértékek érhetők el, azonban nem szabad túl bonyolult kapcsolási sémákat létrehozni, hogy elkerüljük a tömbön belüli eszközök közötti kiegyenlítő áramok kialakulását.

Az akkumulátorokat házban vagy más épületben helyezik el, hogy a környezeti levegő hőmérséklete 10 és 25 Celsius-fok közötti legyen, és megakadályozzák a víz bejutását. Ez jelentősen meghosszabbítja az eszközök élettartamát és csökkenti az energiaveszteséget.

A lakóépületekben való elhelyezésre szánt akkumulátorok gyártásának modern technológiái fokozott környezetbiztonsági intézkedéseket irányoznak elő. Ezért nincs szükség különleges intézkedésekre a helyiség intenzív szellőztetése terén. Mindazonáltal nem ajánlott lakószobákban elhelyezni őket.

Mivel az akkumulátorok jelentős súlyúak (egy 12 V-os, 200 Ah-s készülék körülbelül 70 kg), ezért azokat a padlón vagy erős, biztonságosan rögzített állványokon kell elhelyezni.

Meg kell akadályozni az akkumulátorok leesésének lehetőségét, mert ebben az esetben meghibásodnak, a folyékony elektrolitot tartalmazó rendszerek pedig nyomásvesztés esetén az emberi egészségre is veszélyesek.

A tápkábel hosszának növekedésével nő az elektromos ellenállás, ami a rendszer hatásfokának csökkenéséhez vezet. Ezért az akkumulátorokat egymáshoz közel helyezik el, hogy minimalizálják a vezetékek teljes hosszát.

Az akkumulátorállványnak nagy súlyt kell elbírnia. Például egy nyolc darab kétszáz amperórás akkumulátorból álló blokk súlya több mint fél tonna.

A rendszer működésének sajátosságai

Az akkumulátorok párhuzamos vagy kombinált soros-párhuzamos egyetlen tömbbe kapcsolásakor az eszközök töltöttségi szintjében kiegyensúlyozatlanság léphet fel. Ez azt eredményezi, hogy a készülék nem teljes ciklusban működik, így élettartama gyorsabban kimerül.

A napenergiából villamos energiát nyerő rendszer mindig rendelkezik egy vezérlővel, amely az akkumulátor töltését irányítja. Akkumulátortömb létrehozása esetén további kiegyenlítő töltőhidak beépítése szükséges.

Az egyenlőtlen töltés és kisütés problémáinak elkerülése érdekében az egyetlen tömbbé egyesített akkumulátorok esetében ugyanazon modell – és még jobb esetben ugyanazon gyártási tétel – eszközeit kell használni. Ez a szabály nem csak a napenergia-rendszerekre vonatkozik.

Jelenleg gyakorlatilag minden lakást el lehet látni olyan készülékekkel, amelyek 12 vagy 24 Voltos hálózatról működnek, beleértve a hűtőszekrényeket, televíziókat stb. Az ilyen feszültségű hálózat kiépítése az egész házban azonban értelmetlen, mivel az áramerősség nagyon nagy lenne.

Tehát egy ilyen elképzelés megvalósításához drága kábelre van szükség nagy keresztmetszetű erekkel, és nagyok lesznek az elektromos ellenállásból adódó veszteségek.

Gyakorlatilag minden háztartási készülékhez léteznek olyan modellek, amelyek 12 voltos egyenáramú hálózatról működnek. Ha az elektromos kábel elosztása nem túl hosszú, akkor használható az alacsony feszültségű rendszer.

Ezért az akkumulátorok közvetlen közelében invertert – elektromos feszültség átalakítására szolgáló eszközt – telepítenek.

Ezenkívül az akkumulátortömb tényleges kimeneti feszültsége némileg eltérhet a megadottól. Így a teljesen feltöltött, a napelemekkel való használatra népszerű gél akkumulátorok 13–13,5 Voltos feszültséget adnak, ezért az inverter feszültségstabilizátor funkciót lát el.

A szükséges akkumulátorkapacitás kiszámítása

Az akkumulátorok kapacitását a várható, töltés nélküli autonóm működési időszak és az elektromos készülékek összesített fogyasztási teljesítménye alapján számítják ki.

Az elektromos készülék időintervallumra vett átlagos teljesítménye a következő módon számítható ki:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Ahol:

• P₁ – a készülék névleges teljesítménye;
• T₁ – a készülék működési ideje;
• T₂ – a teljes számított idő.

Oroszország egész területén gyakorlatilag léteznek hosszú időszakok, amikor a napelemek nem fognak működni a rossz idő miatt.

Nagy akkumulátortömbök telepítése az évi néhány alkalommal történő teljes kihasználtságuk érdekében nem rentábilis. Ezért az időintervallum megválasztásához, amely alatt a készülékek csak kisütésre fognak működni, az átlagos statisztikai érték alapján kell hozzáállni.

A napelemek által termelt energia mennyisége a felhőzet sűrűségétől függ. Ha a felhős idő nem ritka a régióban, akkor a bejövő teljesítmény hiányát figyelembe kell venni az akkumulátortömb méretének kiszámításakor.

Ha a felhalmozott energiát a nap folyamán kívánják felhasználni, például a napelemes fűtésben, akkor jobb, ha a számításhoz egy kicsit nagyobb intervallumot vesznek, például 30 órát.

Hosszú időszak esetén, amikor nincs lehetőség napelemek használatára, más áramtermelő rendszert kell alkalmazni, amely például dízel- vagy gázgenerátoron alapul.

A 100%-ra feltöltött akkumulátor a teljes lemerüléséig olyan teljesítményt adhat le, amely a következő képlettel számítható ki:

P = U x I

Ahol:

• U – feszültség;
• I – áramerősség.

Így egy 12 volt feszültségű és 200 amper áramerősségű paraméterekkel rendelkező akkumulátor 2400 wattot (2,4 kW) képes generálni. Több akkumulátor összteljesítményének kiszámításához össze kell adni az egyes akkumulátorokra kapott értékeket.

Kaphatók nagy teljesítményű akkumulátorok, de ezek drágák. Néha sokkal olcsóbb több hagyományos készüléket vásárolni összekötő kábelekkel együtt.

A kapott eredményt meg kell szorozni néhány csökkentő tényezővel:

• Az inverter hatásfoka. A feszültség és a teljesítmény helyes összehangolása esetén az inverter bemenetén a maximális érték 0,92 és 0,96 között érhető el.
• A tápkábelek hatásfoka. Az akkumulátorokat összekötő vezetékek hosszának és az invertertől való távolság minimalizálása szükséges az elektromos ellenállás csökkentése érdekében. A gyakorlatban az érték 0,98 és 0,99 között van.
• Az akkumulátorok minimálisan megengedett kisütése. Minden akkumulátornál van egy alsó töltési határ, amelynek átlépése esetén a készülék élettartama jelentősen csökken. A vezérlők általában a minimális töltési értéket 15%-ra állítják, ezért az együttható körülbelül 0,85.
• Az akkumulátorok cseréjéig megengedett maximális kapacitásvesztés. Idővel a készülékek öregednek, belső ellenállásuk növekszik, ami visszafordíthatatlan kapacitáscsökkenéshez vezet. A 70%-nál kisebb maradék kapacitású készülékek használata gazdaságtalan, ezért a mutató értékét 0,7-nek kell venni.

A közhiedelemmel ellentétben az akkumulátor hatásfokát – a felvett és leadott elektromos energia arányát – nem kell figyelembe venni a számításnál. A műszaki dokumentációban megadott akkumulátor-kapacitás már figyelembe veszi a leadható mennyiséget.

Végeredményben az integrált együttható értéke új akkumulátorok szükséges kapacitásának számításakor körülbelül 0,8 lesz, a régi, selejtezés előtt álló akkumulátorok esetében pedig 0,55.

A ház áramellátásához, ha a töltés-kisütés ciklus időtartama 1 nap, 12 akkumulátorra lesz szükség. Amikor az egyik, 6 egységből álló blokk kisütés üzemmódban dolgozik, a másik blokk töltődni fog.

A maximálisan megengedett áramok

Minden akkumulátor műszaki dokumetációjában szerepel a maximális szintű megengedett töltőáram. Ennek az értéknek a túllépése az eszköz túlmelegedéséhez, valamint mutatóinak éles és visszafordíthatatlan csökkenéséhez vezet.

Ezért az akkumulátorok ki választásakor a rendszerek akkumulátorral történő összeállításához meg kell győződni arról, hogy képesek biztosítani a napelemek által termelt villamos energia fogyasztását.

Eg y másik fontos mutató a megengedett kisütőáram:

• A névleges kisütőáram, amelyn (vagy annál kisebb értéken) az akkumulátor műkö désre tervezték. A rendszerbe csatlakoztatott összes elektromos berendezés műkö dését ennek a mutatónak kell biztosítania.
• A maximális kisütőáram, amelyet a készülék rövid ideig képes leadni csúcsterhelések esetén. Ilyen terhelések léphetnek fel egyes berendezések, például hűtőszekrény vag y légkondicionáló kompresszorát tartalamzó készülékek bekapcsolásakor.

Az első mutató hoszú idejű, illetve a második rövid idejű túllépése az akkumulátor idő előtti kopásához vezet. A készülékek öregedésével ezek a mutatók 20-30%-kal csökkennek, amit szintén figyelembe kell venni.

A készülék felépítésének sajátosságai és főbb paraméterei

Az autóakkumulátorok nem nagy számú töltési és kisütési ciklusra készültek. A megújuló és tartalék energiaellátáshoz más típusú készülékeket használnak. Mivel ezek ára magas, ezért alaposan meg kell vizsgálni az összes parámétert a vásárlás előtt.

Az akkumulátor műkö dési módjai az autóban és a megújuló energiaellátó rendszerben annyira különböznek, hogy annak rendeltetését még magán a készüléken is feltüntetik.

Alternatív energetikában használt típusok

Gyakorlatilag a megújuló energiaellátásban használt és épületekben telepített összes akkumulátor a karbantartást nem igénylő típusba tartozik. A felhasználónak nincs leetősége olyan fizikai műveletek elvégzésére, amelyek érintik a szerkezetükket.

Ez azért van, hogy minimalizálják a fizikai vagy kémiai hatás kockázatát, amelyet az akkumulátorok gyakorolnak a emberekre, a levegőre és a körülöttük lévő tárgyakra. Ezért nincs szükség a különböző típusú akkumulátorok szerkezetének és fizikokémiai műkö dési részleteinek részletes tanulmányozására. Nagyobb figyelmet kell fordatni az eszközök fő műszaki jellemzői közötti különbségekre.

Az OPzS akkumulátorok a legegyszerűbb ólom-savas készülékekhez hasonlóan készülnek. A pozitív lemez formájának módosítása leetővé teszi, hogy jelentősen nagyobb számú töltési és kisü tés i ciklust biztosítsanak, mint az autóipari megfelelőik.

Hátránya a folyékony elektrolit jelenléte, amely veszélyes leet a hermetikusságuk megszűnése esetén. Középső árkategória.

A lúgos (nikkel) akkumulátorokat ritkán használják, mivel nem érzékények a kis áramra töltéskor, és szükség van a teljes ciklus lefolytatására a töltöttől a kisütött állapotig. Ellenkező esetben az akkumulátor kapacitása csökken.

Ezek az eszközök nagyobb súllyal és méretekkel rendelkeznek, mint az azonos kapacitású versenytársak. Nyomásmentesítéskor veszélyesek. Alacsony árszegmens.

Az akkumulátor nyomásmentesítése belső hiba, túlzott töltőáram, magasból való leesés vagy nem megfelelő körülmények között történő működés esetén lehetséges. A legnagyobb problémát azok az eszközök okozzák, amelyek párolgáskor veszélyes folyadékot tartalmaznak.

Az AGM akkumulátorokban az elektrolit üvegszálas szerkezetben kötött állapotban van. Kismértékű árammal tölthetők. Gyakorlatilag biztonságosak, és közepes árfekvésűek a versenytársak között.

A GE (gél) akkumulátorokban az elektrolithoz szilícium-dioxidot adnak, így az géles állapotban van. Az eszközök magas fokú biztonsággal és jó jellemzőkkel rendelkeznek. Magas árszegmens.

Az alternatív energetikai akkumulátorokat nem árusítják autós boltokban. Megvásárolhatók napelem forgalmazóknál, szélenergia-berendezések gyártóinál vagy az interneten.

A lítium alapú akkumulátorok (például lítium-vas-foszfát modellek) nagyon jó jellemzőkkel rendelkeznek, kompaktak, lényegesen kisebb súlyúak, gyakorlatilag biztonságosak. Azonban áruk lényegesen magasabb, mint a versengő típusoké, még a géleké is.

Az ár és a műszaki jellemzők aránya szempontjából a gél és a lítium típusú akkumulátorok a legvonzóbbak. De az egyszeri kezdeti beruházások igen magasak, ezért más típusú eszközök is széles körben elterjedtek az alternatív energetikai akkumulátorpiacon.

A hazai piacon a következő márkák akkumulátorai iránt van nagy kereslet:

A bemutatott akkumulátorokat kiváló üzemeltetési jellemzők és elérhető ár jellemzi.

Az akkumulátormodell kiválasztása

A napenergetikához használt akkumulátorok fő paraméterei, amelyekre a vásárláskor figyelni kell, a következők:

• a feszültség és a kapacitás, amelyek meghatározzák az akkumulátor teljesítményét;
• a biztonságos maximális kisülési mélység, amelynek betartásával az akkumulátor a gyártó által megadott időtartamig működőképes;
• a garantált töltési és kisülési ciklusok száma, ha minden műszaki feltételt betartanak;
• a sajátkisülés mértéke, amely jellemzi a feltöltött akkumulátorban állás közben elvesző elektromos energia intenzitását;
• a maximális töltőáram, amely meghatározza az egységnyi idő alatt felvett elektromos energia mennyiségét, amelyet az akkumulátor károsodás nélkül képes fogadni a további működéshez;
• a normális kisülési áram, amely meghatározza az egységnyi idő alatt leadott elektromos energia mennyiségét, amelyet az akkumulátor hosszú távon képes leadni a további működés károsodása nélkül;
• a maximális kisülési áram, amely meghatározza az egységnyi idő alatt leadott elektromos energia mennyiségét, amelyet az akkumulátor rövid ideig képes leadni a további működés károsodása nélkül;
• az eszköz működéséhez optimális hőmérséklet;
• az akkumulátor mérete és tömege, amelyek ismerete szükséges az elhelyezés helyének és a beépítési módnak a kiválasztásához.

Mindezek a paraméterek le vannak írva a műszaki dokumentációban, amelyet elektronikus formában elérhetővé tesznek az összes nagy gyártó weboldalán.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A különböző típusú akkumulátorok működési sajátosságainak áttekintése napenergia-rendszerekhez:

Különböző típusú indítóakkumulátorok összehasonlítása. Előnyök és hátrányok az alternatív energia szempontjából:

A lítium (LiFePo4) akkumulátorok használatának tapasztalata. Egy valódi, autóipari eszközökből álló egység, működésének finomságai:

Az akkumulátorok paramétereik alapján történő helyes kiválasztása biztosítja a megújuló energia rendszer megbízható működését. Nem szabad túlzottan spórolni az elektromos energia tárolóegységen – a kezdeti beruházások megtérülnek a rendszer zavartalan működésével több évre előre.

Kérjük, hagyjon megjegyzéseket az alábbi mezőben, tegyen fel kérdéseket, tegyen közzé a cikk témájához kapcsolódó fényképeket. Mondja el nekünk, hogyan választotta ki az akkumulátorokat a napelemekből álló nyaralói mini-erőműhöz. Oszon meg olyan információkat, amelyek hasznosak lesznek a webhely látogatói számára.