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.
Рекомендации могут быть такими:
- 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.
- тяговые - предназначены для цикличных режимов. Более подходят для автономных систем энергоснабжения (например, бортовых). Но и значительно дороже стартерных и гелевых АБ.
- солнечные - специально разработаны для "тяжелых" цикличных режимов. Это, в основном, так называемые заливные батареи с намазными пластинами (серия OPzS).
Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что и обычные автомобильные стартерные батареи, однако они спроектированы специально для использования в системах автономного электроснабжения.
Имеют пониженное газовыделение. Допускают много циклов заряд-разряда до 60% от номинальной емкости без повреждения и значительного сокращения срока службы. Однако такие батареи в России пока не очень распространены, фирмы их возят на заказ до 2 месяцев, и стоят они гораздо дороже. Например, европейские аккумуляторы такого типа емкостью 100 Ач 12В стоят около 350 евро.
В последнее время появились китайские аккумуляторы такого типа, цена их значительно меньше европейских и американских. Такие аккумуляторы выпускаются как отдельные банки напряжением 2 В емкостью от 200 Ач и выше. Есть как заливные, так и герметичные аккумуляторы.
Применение автомобильных стартерных батарей в системах электроснабжения может быть оправдано только в низкобюджетных системах, которые будут под пристальным контролем обслуживающего персонала (необходимо следить за уровнем и плотностью электролита, регулярно проводить выравнивающий заряд АБ, и т.п.). Необходимо также помнить, что для эксплуатации такого типа батарей необходимо отдельное, хорошо вентилируемое помещение.
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. Cолнечная батарея, термоэлектрический генератор и небольшой мощности ветроэлектрическая установка вырабатывают сравнительно небольшой ток, поэтому заряд АБ длится много часов и в этом случае подходят даже самые дешевые из необслуживаемых АБ.
Такие АБ имеют большую, по сравнению со стартерными батареями, толщину пластин электродов, поэтому срок их службы в режиме длительного разряда намного превышает срок работы стартерных батарей.
Характеристики аккумуляторов
Емкость батареи
- Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее емкостью. Она измеряется в ампер-часах. Одна АБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.п., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач.
- Для увеличения срока службы АБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом. Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АБ до ее заряда, такая батарея называется батареей "глубокого разряда".
- Свинцово-кислотные АБ спроектированные для использования в системах автономного электроснабжения имеют срок службы от 300 до 5000 циклов (для никель-кадмиевых до 50 000 циклов), при условии, что они разряжаются на 20% емкости. В системах на базе ВИЭ батарея может разрядиться гораздо сильнее. Для обеспечения длительного срока службы, обычный цикл должен быть менее 20% емкости АБ, а глубокий разряд - не более 80% емкости.
- Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение кислотных АБ должно быть 2,5 вольта на элемент, или 15 В для 12-ти вольтовой батареи. Многие фотоэлектрические батареи имеют мягкую нагрузочную характеристику, поэтому при увеличении напряжения ток заряда снижается значительно. Хотя это и хорошо для АБ, однако следует учитывать, что заряд все-таки идет до напряжения примерно 17 вольт (для фотоэлектрической батареи с напряжением холостого хода 18 В). Поэтому во многих случах необходим специальный контроллер заряда. В случае примененения ветроэлектрических станций или микроГЭС, такие контроллеры обязательны.
Аккумуляторные батареи с технологией AGM
AGM батареи - герметичные, необслуживаемые, не требуют вентиллируемого помещения для установки. Батареи AGM 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 сокращается.
Такие АБ 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 и гелевые батареи. Даже если АБ и выйдет из строя преждевременно, все же это во многих случаях дешевле, чем риск потери информации и результатов работы.
AGM батареи нельзя заряжать током более 0,3С, иначе могут вспучиться.
Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.
Почти все герметичные аккумуляторы могут на какое-то время устанавливаться на боку. Однако производитель обычно рекомендует устанавливать батареи в "нормальной", вертикальной позиции.
Такие АБ имеют большую, по сравнению со стартерными батареями, толщину пластин электродов, поэтому срок их службы в режиме длительного разряда намного превышает срок работы стартерных батарей.
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. Cолнечная батарея, термоэлектрический генератор и небольшой мощности ветроэлектрическая установка вырабатывают сравнительно небольшой ток, поэтому заряд АБ длится много часов и в этом случае подходят даже самые дешевые из необслуживаемых АБ.
Какой тип аккумулятора выбрать - AGM, гелевый или с жидким электролитом?
Определяющими факторами при выборе аккумуляторных батарей для вашей системы являются цена, условия, при которых будет работать батарея (температура, условия обслуживания, наличие специального помещения и т.п.), а также ожидаемый срок службы аккумуляторной батареи.
Приведенная ниже и таблица поможет сделать вам правильный выбор.
N | Параметр | AGM | Гелевые трубчатые |
Трубчатые с жидким электролитом |
1 | Газовыделение | Нет газовыделения, может быть установлена в любом месте |
Нет газовыделения, может быть установлена в любом месте |
Высокое газовыделение, нужно отдельное помещение с вытяжной вентилляцией для размещения батарей |
2 | Обслуживание электролита | Нет |
Нет | Требуется часто |
3 |
Уровень зарядного тока | высокий | средний |
низкий |
4 | Требования к размещению |
малый размер элемента, малые занимаемые площади |
малый размер элемента, малые занимаемые площади |
большой размер элемента, большие занимаемые площади |
5 | Установка | обычно горизонтально или вертикально | горизонтально или вертикально | только вертикально. Установка друг над другом обычно невозможна для больших батарей |
6 | Транспортировка |
Может транспортироваться в заряженном состоянии |
Может транспортироваться в заряженном состоянии |
Транспортировка только разряженными и без электролита |
7 | Саморазряд и восстановление |
50% саморазряд за 6 месяцев. Легкое восстановление |
50% саморазряд за 6 месяцев. Легкое восстановление |
Очень высокий саморазряд. Восстановить трудно |
8 | Срок службы (при 80% глубине разряда), циклов |
500 | более 1200 | теоретически до 1500 |
9 | Срок хранения при подзаряде | средний |
большой | большой |
10 |
Работа при высокой температуре |
удовлетворительно, рекомендуется 20±5°С. Более высокие температуры резко снижают срок службы | Хорошо, особенно в полевых условиях | Хорошо, но требуется обслуживание |
11 | Работа при низкой температуре |
удовлетворительно, обычно температура не должна быть ниже -15°С |
хорошо, до -25°С | плохо, обычно до -5°С |
12 | Стратификация (разделение плотности электролита по высоте) |
пренебрежимо мала, не требуется выравнивающий заряд |
пренебрежимо мала, не требуется выравнивающий заряд |
заметная, требуется частый выравнивающий заряд для ее предотвращения |
13 | Емкость при очень малых токах разряда | хорошо |
очень хорошо | удовлетворительно |
14 |
Восстановление после глубокого разряда | удовлетворительно |
хорошо | плохо, сильная сульфатация препятствует восстановлению |
15 | Скорость заряда | Отлично, 6-8 часов для 90% восстановления |
Удовлетворительно, 8-10 часов для 90% восстановления | Плохо, 12-15 часов для 90% восстановления |
16 | Работа при недоразряде | удовлетворительно |
хорошо | плохо |
17 | Влияние перезаряда |
плохо, выводит из строя батарею (тепловой пробой) | хорошо | хорошо |
18 | Работа при недозаряде | удовлетворительно, приводит к сокращению срока службы |
хорошо | плохо |
19 | Тепловой пробой | возможен, хотя и редко |
невозможен | не наблюдался |
20 | Цена | средняя |
высокая | низкая |
Источник: IBT Innovative Battery Technology
Аккумуляторы фирмы Delta
|
Delta DT
Срок службы, лет: 5
Тип электролита: AGM
Положительные пластины: намазные
Диапазон емкостей, Ач: 1,2-100
Напряжение, В: 6,12
Рекомендованы для применения в охранно-пожарных системах и системах контроля и управления доступом.
|
|
Delta DTM
Срок службы, лет: 5, 10
Тип электролита: AGM
Положительные пластины: намазные
Диапазон емкостей, Ач: 1,2-200
Напряжение, В: 6,12
Рекомендованы для использования в различных переносных приборах, а также в стационарных системах с резервным питанием.
|
|
Delta HR
Срок службы, лет: 5, 10
Тип электролита: AGM
Положительные пластины: намазные
Диапазон емкостей, Ач: 4,5-100
Напряжение, В: 6,12
Серия HR (HRL) свинцово-кислотных аккумуляторов DELTA изготовлена специально для использования в источниках бесперебойного питания (UPS), таких, как:
APC
Powerware
MGE UPS Systems
|
|
Delta GL
Срок службы, лет: 5
Тип электролита: GEL
Положительные пластины: намазные
Диапазон емкостей, Ач: 10-200
Напряжение, В: 12
Устойчивы к глубокому разряду, более широкий диапазон температур эксплуатации
|
|
Delta ST
Срок службы, лет: 10
Тип электролита: AGM
Положительные пластины: намазные
Диапазон емкостей, Ач: 33-180
Напряжение, В: 12
Возможность монтажа и эксплуатации в горизонтальном положении. Повышенные разрядные токи.
|
|
Delta GS
Срок службы, лет: 10
Тип электролита: GEL
Положительные пластины: намазные
Диапазон емкостей, Ач: 32-180
Напряжение, В: 6, 12
Устойчивы к глубокому разряду, более широкий диапазон температур эксплуатации
|
|
Delta FT
Срок службы, лет: 10
Тип электролита: AGM
Положительные пластины: намазные
Диапазон емкостей, Ач: 50-155
Напряжение, В: 12
Оптимальны для систем питания операторов мобильной связи. Фронтальные выводы для стоек 23" и 19". Возможность монтажа и эксплуатации в горизонтальном положении. Повышенные токи
|
|
Delta STC
Срок службы, лет: 15
Тип электролита: AGM
Положительные пластины: намазные
Диапазон емкостей, Ач: 100-3000
Напряжение, В: 2
Возможность монтажа и эксплуатации в горизонтальном положении. Повышенные разрядные токи.
|
|
Delta GSC
Срок службы, лет: 15
Тип электролита: GEL
Положительные пластины: намазаные
Диапазон емкостей, Ач: 100-3000
Напряжение, В: 2
Устойчивы к глубокому разряду, более широкий диапазон температур эксплуатации
|
|
Delta CT
Срок службы, лет: от 3 до 5 лет в зависимости от условий эксплуатации.
Тип электролита: AGM
Диапазон емкостей, Ач: 4-9
Напряжение, В: 12
Рекомендованы для применения в мотоциклах, скутерах, водных мотоциклах, квадроциклах и дизельных генераторах.
|
Аккумуляторы фирмы Haze
|
HZB 6, 12V Моноблок
Стационарные аккумуляторные батареи
Срок службы 12 лет.
Диапазон емкости: 15...230 Ач.
|
|
HZB FA 12V Моноблок
Фронтальные стационарные аккумуляторные батареи
Срок службы 12 лет.
Диапазон емкости: 55...180 Ач.
|
|
HZS 4, 6 & 12V Моноблок
Стационарные аккумуляторные батареи
Срок службы 5 лет.
Диапазон емкости: 0,8...100 Ач.
|
|
HZB 2V Аккумулятор
Стационарные аккумуляторы Срок службы 15 лет.
Диапазон емкости: от 50 до 3850 Ач.
|
|
HZY 6, 12V Моноблок
Стационарные аккумуляторные батареи
Срок службы 12 лет.
Диапазон емкости: 15...230 Ач.
|
|
HZY FA 12V Моноблок
Фронтальные стационарные аккумуляторные батареи
Срок службы 12 лет.
Диапазон емкости: 50...170 Ач.
|
|
HZY 2V Аккумулятор
Стационарные аккумуляторы
Срок службы 15 лет.
Диапазон емкости: от 50 до 3850 Ач.
|
|
|
Все материалы на сайте предоставлены ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО в ОЗНАКОМИТЕЛЬНЫХ и ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ целях,
администрация сайта не претендует на их авторство и не несёт ответственности за их содержание.