АККУМУЛЯТОРЫ
- Для чего нужно использовать аккумуляторы в системе автономного электроснабжения?
В простейшем виде автономное электропитание аппаратуры малой мощности (< 300 Вт) можно обеспечить прямым подключением к нагрузке солнечной батареи , термоэлектрического генератора или ветроэлектрической установки , а большой мощности ( > 500 Вт) с помощью прямого подключения к нагрузке дизель или бензогенератора. Недостатком такого электропитания является несогласованность величины и времени поступления электроэнергии от источника к потребителю. Так, например, в отсутствии Солнца солнечная батарея перестает работать и радиоприемник замолкает, тоже самое происходит с термоэлектрическим генератором, если источник тепла перестает поддерживать необходимый (больше 200 0С) перепад температур или с ветроэлектрической установкой при скорости ветра ниже 3 м/сек.
Поэтому в автономных системах электроснабжения для сохранения вырабатываемого первичным источником энергии электричества применяются аккумуляторные батареи различных типов.
Более того, многие потребители выходят из строя при скачках питающего напряжения и при выходе напряжения за допустимые пределы (различные электронные устройтва, компактные люминесцентные лампы и т.д.).
Солнечная батарея, например, имеет на выходе сильно меняющееся в широких пределах напряжение. Например, СБ номинальным напряжением 12 В может имет на выходе напряжение от 0 до 21 В.
Поэтому аккумулятор, работающий в буферном режиме, просто необходим для фотоэлектрической системы. Помимо своей основной функции - хранить энергию - он выполняет также и функцию стабилизации напряжения на нагрузке.
Что касается дизель или бензогенератора, то в коттедже или в фермерском хозяйстве целесообразно для экономии топлива эксплуатировать его не в непрерывном, а в периодическом режиме работы и не ночью, а днем. Этого можно добиться, добавив к системе электропитания аккумуляторные батареи (АБ), которые будут заряжаться циклически от генератора. При этом жидкотопливный генератор будет работать в режиме, близким к номинальной нагрузке, что повышает его КПД и снижает расход топлива на единицу выработанной электроэнергии.
Избыток электроэнергии вырабатываемый различными источниками может запасаться АБ на длительное время (десятки дней), а запасенная электроэнергия в любой момент может быть передана в нагрузку, при этом разрядный ток может многократно превышать ток заряда и обеспечивать питание нагрузки, мощность которой многократно превышает установленную мощность солнечной батареи, термоэлектрического генератора, ветроэлектрической установки и даже дизель или бензогенератора.
Наиболее важными показателями качества АБ являются: емкость, напряжение, габариты, вес, стоимость, допустимая глубина разряда, срок службы, КПД, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда.
Аккумуляторы общего назначения обычно дешевле остальных. Они наиболее распространены на рынке. Более того, практически все аккумуляторы, которые завозятся в Россия, являются аккумуляторами общего назначения. Это объясняется тем, что основной потребитель герметичных, необслуживаемых аккумуляторов - системы телекоммуникаций. Они используются для обеспечения резервного электроснабжения в случае аварий в сетях централизованного электроснабжения. Батареи общего назначения прекрасно работают в буферном режиме, т.е. в режиме подзарядки. В таком режиме служат до 10-12 лет. Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 30%-40% от емкости), то их срок службы существенно сокращается.
Такие АБ также используются в UPS; вообще UPS предназначены для аварийного завершения работ, а не для питания нагрузки в постоянном режиме. Поэтому, учитывая что обычно они стоят в офисах, там и ставят AGM батареи общего назначения. Даже если АБ и выйдет из строя преждевременно, все же это во многих случаях дешевле, чем риск потери информации и результатов работы. В связи с этим, в системах на базе возобновляемых источников энергии, а также в системах бесперебойного питания, целесообразно использовать, хотя и более дорогие, герметичные, необслуживаемые АБ глубокого разряда.
Такие АБ имеют большую, по сравнению батареями общего назначения (и тем более, стартерными батареями), толщину пластин электродов; также, в них применены специальные технологии, поэтому срок их службы в режиме длительного разряда намного превышает срок работы стартерных батарей и герметичных батарей общего назначения. Тем не менее, не стоит совсем отказываться от применения АБ общего назначения. При условии максимального разряда не более 30% от емкости, AGM и гелевые аккумуляторы общего назначения обеспечат надежную и долгую работу оборудования в вашей резерной и даже автономной энергосистеме. При этом нужно правильно выбырать тип АБ (гелевую или AGM) в зависимости от режимов работы вашего оборудования.
Типы аккумуляторов и область применения
Основные типы аккумуляторов следующие:
свинцово-кислотные
стартерные (автомобильные)
AGM (герметичные)
герметичные гелевые
заливные с намазными пластинами (серия OPzS)
тяговые
щелочные
никель-кадмиевые
никель-металгидридные
литий-ионные (достаточно дорогие поэтому не рассматриваются в качестве аккумуляторов для систем автономного электроснабжения)
Щелочные аккумуляторы
Кислотный аккумулятор не переносит глубокой разрядки, но не прочь подзаряжаться порциями при каждом удобном случае. Щелочной наоборот, не любит отдавать больших токов, зато токи в количестве примерно 1/10 емкости готов отдавать долго и до изнеможения. То есть полный разряд он не только допускает, но и всячески приветствует (поскольку, если зарядить не разряженный полностью щелочной аккумулятор, он не наберет полной емкости - действует так называемый "эффект памяти", наиболее выраженный у никель-кадмиевых аккумуляторов). Короче, заряжать/разряжать щелочной аккумулятор порциями нельзя - только "от и до". Зато при правильной эксплуатации (помимо зарядки/разрядки она подразумевает промывку банок и замену электролита раз в сезон ) щелочники служат по 20 лет. Также, щелочные аккумуляторы плохо заряжаются малыми токами. То есть, ток через них течет, а заряда нет.
Этим объясняется тот факт, что щелочные аккумуляторы не нашли широкого применения в системах автономного электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Никель-кадмиевые батареи могут использоваться в некоторых случаях. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе разряда.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
Наиболее распространенным типом АБ являются свинцово-кислотные, как с жидким электролитом, так и герметизированные (в последнее время становятся все более популярными вследствие снижения цены).
Специальные батареи с намазными пластинами для использования в системах автономного электроснабжения часто собираются из отдельных аккумуляторов с напряжением 2 вольта, соединенных вместе. АБ меньшей емкости с напряжением 6 и 12 вольт также используются, но реже. Такие батареи выпускаются в основном в Европе и в США. Они сравнительно дорогие. В последнее время на российском рынке появились такие аккумуляторы китайского производства. При практически таких же характеристиках, китайские аккумуляторы значительно (в полтора-два раза) дешевле.
Тяговые аккумуляторы предназначены для цикличных режимов работы. Более подходят для автономных систем энергоснабжения (например, бортовых). Но и значительно дороже стартерных и гелевых АБ.
Мы рекомендуем ставить:
В исключительных случаях, в низкобюджетных системах - обычные стартерные батареи, если есть кому их обслуживать и место установки имеет принудительную вентилляцию. Нужно быть готовым к тому, что в таких батареях будет теряться часть энергии вследствие саморазряда. Автомобильные аккумуляторы также имеет смысл ставить, если система работает в очень тяжелых условиях, аккумуляторы сильно разряжаются и возможности зарядить их до 100% нет (например, при заряде от жидкотопливного генератора, или при условии использования простейших контроллеров заряда в фотоэлектрических системах).
Если энергия "достается" дорого (например, в фотоэлектрических системах), то нужно обратить внимание на гелевые аккумуляторы (маломощные системы) или заливные аккумуляторы с намазными пластинами (серия OPzS). При этом очень желательно применение контроллеров с ШИМ-модуляцией тока заряда на последней стадии заряда. Если используется простейший контроллер (мы такие не продаем), то нужно периодически проводить тренировочные заряды до 100% емкости аккумуляторной батареи с применением специальных зарядных устройств. Гелевые аккумуляторы лучше применять также, если облуживать их некому, или нет специального вентиллируемого помещения для аккумуляторов. Этот вариант дороже, чем с применением автомобильных аккумуляторных батарей, и срок службы батарей в цикличном режиме будет меньше, чем заявляется производителем в рекламных буклетах. С другой стороны, из-за малого саморазряда вы будуте терять меньше энергии в самих аккумуляторах. Можно также использовать AGM батареи, их срок службы будет немного меньше, чем у гелевых АБ. AGM батареи рекомендуется использовать в резервных системах электроснабжения, когда в основном батареи находятся в заряженном состоянии и периодически отдают энергию при авариях в системе электроснабжения. Гелевые лушче переносят циклические режимы работы, поэтому их мы рекомендуем применять в автономных энергосистемах, когда аккумуляторы периодически заряжаются и разряжаются.
Если нужна высокая надежность в течение длительного периода эксплутатации, то можно заказать и "солнечные" батареи серий OPzS (заливные) или OPzV (герметичные). Такие батареи обеспечат надежное электроснабжение в тяжелых цикличных режимах работы аккумуляторной батареи.
Есть следующие основные типы свинцовых аккумуляторных батарей, которые можно применять в системах автономного электроснабжения:
стартерные - все вы их прекрасно знаете, требуют обслуживания и вентиляции. Имеют высокий саморазряд.
гелевые и AGM батареи - эти герметичные, необслуживаемые, не требуют вентиллируемого помещения для установки. Недорогие батареи AGM типа прекрасно работают в буферном режиме, т.е. в режиме подзарядки. В таком режиме служат до 10 лет. Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 30% от емкости), то их срок службы сокращается.
Такие АБ используются в недорогих UPS; вообще UPS предназначены для аварийного завершения работ, а не для питания нагрузки в постоянном режиме. Поэтому, учитывая что обычно они стоят в офисах, там и ставят AGM батареи. Если АБ и выйдет из строя преждевременно, все же это во многих случаях дешевле, чем риск потери информации и результатов работы. Нельзя заряжать током более 0,3С, иначе они могут вспучиться.
Гелевые батареи (серия OPzV) лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Также, они лучше переносят сильные морозы. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения, когда нет возможности поддерживать температуру аккумуляторов в оптимальных пределах. Гелевые батареи дороже AGM батарей и тем более стартерных.
Почти все герметичные аккумуляторы могут устанавливаться на боку.
|
|
