Типы аккумуляторов
Основные типы аккумуляторов следующие:
• свинцово-кислотные
• стартерные (автомобильные)
• гелевые герметичные
• AGM (герметичные)
• Заливные с намазными пластинами (серия OPzS)
• Герметичные с намазными пластинами (серия OPzV)
• тяговые
• щелочные
• никель-кадмиевые
• никель-металгидридные
• литий-ионные (вследствие высокой цены не рассматриваются в качестве аккумуляторов для систем автономного электроснабжения)
Есть следующие основные типы свинцовых аккумуляторных батарей, которые можно применять в системах автономного электроснабжения:
Стартерные (автомобильные) - они приспособлены лишь для стартерного режима работы и не очень подходят для автономных систем электропитания, особенностью которых является равномерный отбор мощности в течение длительного времени. Стартерные АБ рассчитаны на отдачу малого количества энергии (около 5-7% емкости) большими токами в течение малого времени. Лучшими свойствами обладают тяговые АБ, но они требуют регулярного обслуживания и специального помещения из-за вредных газовыделений и возможного вытекания электролита требуют обслуживания и вентиляции. Имеют высокий саморазряд. Стартерные батареи рассчитаны на то, чтобы выдавать большие токи (сотни ампер) в течение очень короткого промежутка времени (несколько секунд) для того, чтобы запустить двигатель машины. Они не очень подходят для использования в системах автономного электроснабжения, потому что рассчитаны на то, чтобы быть постоянно полностью заряженными и срок их службы будет значительно меньшим, если эти батареи будут работать в режиме глубокого разряда (то есть, когда большая часть энергии АБ используется до того, как начнется зарядка).
• гелевые батареи (серия AGM) - эти герметичные, необслуживаемые, не требуют вентилируемого помещения для установки. Батареи AGM они 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 батареи используются в UPS для аварийного завершения работ, а не для питания нагрузки в постоянном режиме. Гелевые батареи нельзя заряжать током более 0,3С, иначе могут вспучиться.
• Гелевые герметичные батареи (серия OPzV) 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 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 (серия OPzS) специально разработаны для тяжелых цикличных режимов. Это, в основном, так называемые заливные батареи с намазными пластинами. 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 и имеют пониженное газовыделение. Допускают много циклов заряд-разряда до 60% от номинальной емкости без повреждения и значительного сокращения срока службы. Такие аккумуляторы выпускаются как отдельные банки напряжением 2 В емкостью от 200 Ач и выше. Есть как заливные, так и герметичные аккумуляторы.
Щелочные
• Никель-кадмиевые батареи также могут использоваться в некоторых случаях. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе заряда. Щелочной аккумулятор, 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 щелочник, он не наберет полной емкости - действует так называемый эффект памяти, наиболее выраженный у никель-кадмиевых аккумуляторов). Короче, заряжать/разряжать щелочник 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.
Применение:
использование 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 герметичные, необслуживаемые АБ. Солнечная батарея, вырабатывает сравнительно небольшой ток, поэтому заряд АБ длится много часов и в этом случае подходят необслуживаемые 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.
Рекомендации
• Обычные стартерные батареи можно использовать, если их есть кому обслуживать и место установки имеет вентиляцию. Нужно быть готовым к тому, что в таких батареях будет теряться часть энергии вследствие саморазряда.
• 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 простой контроллер, то нужно периодически проводить тренировочные заряды до 100% емкости аккумуляторной батареи с применением специальных зарядных устройств. Гелевые аккумуляторы лучше применять также, если обслуживать их некому, или нет специального вентилируемого 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.
• Если мощность системы превышает 500 Вт и нужна высокая надежность в течение длительного периода эксплутатации, то нужно спользовать солнечные батареи серий OPzS (заливные) или OPzV (герметичные). Такие батареи обеспечат надежное электроснабжение в тяжелых цикличных режимах работы аккумуляторной батареи.
Характеристики аккумуляторов
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 автономного электроснабжения 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.
