Аккумуляторные батареи в энергетике для подстанций: универсальные типы

Устройство и характеристики аккумуляторов.

На подстанциях в основном свинцово-кислотные батареи типа C (CK) размещаются в открытых стеклянных контейнерах, а батареи большей емкости — в деревянных банках, выложенных внутри свинцом. Пластины аккумулятора разной полярности помещаются в контейнер и отделяются друг от друга мипоразделителем (мипластом). Контейнер заполняется электролитом (водным раствором чистой серной кислоты). Положительные пластины изготовлены из чистого свинца и имеют высокоразвитую поверхность. Во время формирования собранного элемента (специальный режим первой зарядки) на поверхности металлических свинцовых положительных пластин образуется слой диоксида свинца PbO2, который является активным веществом для этих пластин. Отрицательные пластины также изготовлены из металлического свинца, но в форме коробки. Ячейки свинцового каркаса пластин заполнены активным веществом, приготовленным из оксида свинца и свинцового порошка Pb. Чтобы эти вещества не выпадали из ячейки, пластины покрыты с боков тонкими перфорированными свинцовыми пластинами. В процессе формирования на отрицательных пластинах образуется губчатый свинец.

В дополнение к аккумуляторам типа C (CK) используются также аккумуляторы типа CH. Они имеют загрязненные тарелки, сепараторы из стекловолокна, винипласта и мипория, прессованные стеклянные контейнеры с герметичными крышками. Все это обеспечивает надежность и длительный срок службы батарей. При эксплуатации они не требуют частого пополнения водой, что снижает потребность в вентиляции помещений.
Основными характеристиками батарей C (CK) являются их номинальная емкость, время и ток разряда и максимальный ток заряда. Их значения определяются типом, размером и количеством пластин клетки и получаются путем умножения соответствующих значений для клеток C-1 (CK-1) на номер типа. Характеристики клеток C-1 (SK-1) приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1
Электрические характеристики аккумуляторов типа C-1 и SK-1

Параметры аккумуляторной батареи	Параметры для режима разгрузки, h
3	5	7,5	10	1	2
С-1	SK-1
Ток разряда, A	9	6	4,4	3,6	18,5	11
Емкость, Ач	27	30	33	36	18,5	22
Предельное напряжение разряда, В	1,8	1,8	1,8	1,8	1,75	1,75
Макс. зарядный ток, A	9	9	9	9	11	11

В процессе эксплуатации емкость батареи зависит от концентрации и температуры электролита и режима разряда. С увеличением плотности электролита увеличивается емкость батареи. Однако сильные растворы увеличивают сульфатацию пластин. Повышение температуры электролита также увеличивает емкость, благодаря снижению вязкости и увеличению диффузии свежего электролита в поры пластин. Однако с повышением температуры увеличивается саморазряд и сульфатация пластин.
Исследования показали, что плотность электролита 1,2-1,21 г/см3 в начале разряда при нормальной температуре 25°C является оптимальной для стационарного элемента типа C (CK). Температура воздуха в камере должна поддерживаться в пределах 15-25°C.

Емкость батареи рассчитана при условии 10 часов непрерывного разряда при постоянном токе. На практике время разрядки может быть короче (1-2 часа) при больших токах и дольше при меньших токах. Более высокие токи разряда могут быстро снизить емкость батареи.
Факторами, ограничивающими разряд, являются конечное напряжение на клеммах батареи и плотность электролита в гнезде. При разряде в течение 3-10 часов допускается снижение напряжения до 1,8 В, а при разряде в течение 1-2 часов допускается снижение напряжения до 1,75 В на элемент. глубокий разряд во всех режимах может нанести вред батарее. Разряд малым током прекращается, когда напряжение достигает 1,9 В на ячейку. В процессе разряда контролируется как напряжение, так и плотность электролита. Снижение на 0,03-0,05, т.е. до значения 1,17-1,15, свидетельствует об исчерпании потенциала.

Особенности работы от аккумулятора. В аккумуляторе постоянно происходят неконтролируемые химические и электрохимические реакции, что приводит к потере емкости. Аккумулятор саморазряжается, т.е. теряет накопленную энергию. Саморазряд происходит как при работающей батарее, так и при отключении от сети. Новая батарея теряет не менее 0,3% своей емкости в течение 24 часов. Саморазряд увеличивается со временем. При определенных условиях (высокая температура и плотность электролита) может наблюдаться увеличение саморазряда. Одной из причин повышенного саморазряда является наличие в электролите железа, хлора, меди и других примесей. Практически невозможно получить электролит без примесей. Однако общее количество примесей не должно превышать допустимый уровень, поэтому кислота и дистиллированная вода, используемые для приготовления электролита, должны быть проверены на отсутствие в них вредных примесей.

Когда аккумулятор разряжается, на пластинах образуется сульфат свинца. При нормальных условиях эксплуатации батареи сульфат имеет мелкокристаллическую структуру и легко растворяется во время зарядки, превращаясь в оксид свинца на положительных пластинах и в губчатый свинец на отрицательных пластинах. При определенных условиях, описанных ниже, может произойти аномальная сульфатация пластин, когда количество крупных кристаллов сульфата увеличивается относительно быстро, и эти кристаллы закрывают поры активного материала в пластинах, препятствуя проникновению электролита, увеличивая внутреннее сопротивление батареи и снижая ее емкость. Внешними признаками аномальной сульфатации являются образование белых пятен на поверхности пластины, выпадение светло-серого осадка в контейнере, смятие положительной пластины и вздутие отрицательной пластины.

Режим работы аккумуляторных батарей

В прошлом ячейки на подстанциях работали в режиме «заряд-разряд». Это соответствует схеме системы коммутации ячеек, которая до сих пор используется на многих подстанциях. При поэлементном переключении количество аккумуляторов, подключенных к шине постоянного тока, может быть увеличено для поддержания необходимого уровня напряжения во время разряда и уменьшено при увеличении напряжения аккумулятора во время заряда. Режим прерывистой зарядки и разрядки имеет существенные недостатки, связанные с преждевременным износом батареи и нагрузкой на персонал по проверке и обслуживанию батареи.

Батареи на подстанциях теперь работают в режиме непрерывного заряда, что улучшает работу большинства батарей и упрощает их эксплуатацию. Суть этого режима заключается в том, что полностью заряженная батарея включается параллельно с зарядным устройством, которое подает питание на подключенную нагрузку, одновременно заряжая батарею малым током, чтобы компенсировать потерю емкости, вызванную саморазрядом. В случае аварии на стороне переменного тока или остановки зарядного устройства по какой-либо причине, батарея берет на себя всю нагрузку сети постоянного тока. После устранения неисправности батарея заряжается от зарядного устройства и переключается в режим плавающего заряда.

В режиме плавающего заряда батарея характеризуется напряжением на клеммах 2,2 ± 0,05 В на элемент и током плавающего заряда 10-30 мА, умноженным на номер типа батареи. Для батарей типа CH рекомендуется поддерживать напряжение 2,18 ± 0,04 В на элемент и ток заряда 10-20 мА на номер элемента. более точные значения этих величин, определяемые индивидуальными свойствами батареи, определяются плотностью электролита. Например, если плотность электролита снизилась по сравнению с начальной (1,2-1,21 для типов C и CK, 1,22-1,225 для типов CH), это свидетельствует о недостаточном зарядном токе — следует увеличить зарядное напряжение. Плотность электролита следует измерять в сочетании с его температурой, так как относительно стандартной температуры 25°С плотность изменяется (уменьшается с повышением температуры электролита и увеличивается с понижением температуры электролита) на 0,003 г/см3 каждые 5°С. На чрезмерный зарядный ток указывает увеличение выпадения коричневого осадка в контейнере.

Уравнительная зарядка и повторная зарядка аккумулятора. Батареи, переведенные в режим плавающего заряда с помощью коммутатора, имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что батарея разделена на две части и находится в неравном состоянии. Основная часть батареи (107 элементов) заряжается и, таким образом, поддерживается в заряженном состоянии. Оставшиеся (крайние) ячейки не заряжаются и постепенно теряют емкость из-за саморазряда. Недостаточное обслуживание приводит к сульфатации пластин концевой клетки. Степень заряда варьируется от клетки к клетке.

Для устранения следов сульфатации и уравновешивания отстающих элементов батареи выравниваются (подзаряжаются) по мере необходимости. Для уравнительной зарядки элементы сначала разряжают током в течение 10 часов, чтобы довести напряжение до 1,8 В на элемент. Затем их заряжают тем же током до появления признаков зарядки — сильного газовыделения, повышения напряжения до 2,6-2,8 В на элемент и увеличения плотности электролита до 1,2-1,21 г/см3 — а затем оставляют стоять в течение 1 часа. Зарядка продолжается с интервалом в 1 час до тех пор, пока емкость батареи не увеличится в 2-3 раза. Окончание заряда отмечается быстрым сдуванием всех элементов после подачи напряжения на батарею.

Для батарей типа CH требуется дополнительная зарядка после каждого пополнения.
Уравнительная зарядка невозможна для батарей, не оборудованных выключателем батареи и работающих в плавающем режиме, так как в этом случае напряжение каждого элемента повышается до 2,6-2,8 В. В качестве меры предосторожности такие батареи заряжаются каждые 3 месяца. Их проводят без отключения нагрузки, повышая напряжение каждого элемента до 2,3 — 2,35 В, пока плотность электролита всех элементов не достигнет 1,2 — 1,21 г/см3. Начальный ток заряда устанавливается не выше тока разряда один раз в 10 часов. Время зарядки обычно составляет не более 1-2 дней, в зависимости от состояния батарей.

Для поддержания работоспособности оконечных элементов при нормальной эксплуатации батареи используется схема зарядки этих элементов от отдельного источника тока или общего зарядного устройства. Схема на рисунке 6 показывает всю схему зарядки аккумулятора. 6. 6. В схеме клеммы аккумулятора шунтируются регулируемым балластным резистором, выбранным в зависимости от тока нагрузки аккумулятора R = Uкон./I нагрузки. Это обеспечивает поддержание напряжения каждого элемента на уровне 2,2 ± 0,05 В. При уменьшении основной нагрузки персонал будет соответствующим образом изменять сопротивление резистора. Ток, протекающий через амперметр, должен быть равен нулю.

Неисправности, проверка и обслуживание аккумуляторов. Основные неисправности следующие.
Аномальная сульфатация полюсов — при систематическом глубоком разряде и неадекватном заряде большими токами при слишком высокой плотности электролита и высоких температурах батарея разряжается в течение длительного времени и образуются крупные кристаллы сульфата, которые не растворяются. Если сульфатация не очень глубокая, ее можно устранить путем проведения уравнительной зарядки. Если сульфатация серьезная, батарею необходимо десульфатировать и зарядить.
Короткое замыкание возникает между пластинами разной полярности. Это может быть вызвано накоплением осадка на дне контейнера, искривлением положительных пластин и губчатой прослойкой на отрицательных пластинах, или сбоем сепарации. Признаками неисправности являются низкое напряжение батареи в конце зарядки, низкая плотность электролита в емкости и слабый газ. Неисправность можно обнаружить при тщательном осмотре.
Искривление пластин. Это может быть вызвано высоким током зарядки и разрядки, высоким напряжением зарядки, коротким замыканием, низким уровнем электролита, вредными примесями в электролите (соли железа, соединения азота и хлора, марганца, меди). Если прибор не использовался более 3 лет, пластину положительного электрода можно отрезать и выпрямить. Изгиб отрицательной пластины обычно является результатом давления со стороны соседней раздавленной положительной пластины.
Чрезмерное накопление осадка. Небольшое количество осадка, оседающего на дне емкости, — обычное и неизбежное явление. Однако большое количество коричневого осадка является признаком чрезмерного зарядного напряжения или перезарядки. Светло-серый осадок указывает на систематическое допущение плоской сульфурации или наличие хлорсодержащих примесей в электролите.

Рисунок 6.6. Схема зарядки крайнего элемента батареи от общего зарядного устройства.
1 — базовый элемент; 2 — конечный элемент; 3 — зарядный блок; 4 — нагрузочный резистор; R — регулируемый балластный резистор
К другим неисправностям аккумуляторов относятся неисправные контейнеры, изношенные или хрупкие сепараторы, загрязненный электролит и пониженная плотность.
Типичными проблемами батарей CH являются сульфатация пластин и загрязнение электролита вредными примесями. На сульфатацию указывает падение напряжения разряда и снижение емкости ячейки. Сульфатация может быть устранена путем проведения тренировочной разгрузки.

Рисунок 6.7. Упрощенная структура выпрямительно-зарядного агрегата ВАЗП-380/220-40/80.
SF — автоматический выключатель; L1, L2 — реактор; SAC — переключатель режимов; T1-T4 — силовой трансформатор для блока управления и обратной связи; TA, TV, TC — трансформаторы для каналов формирования управляющих импульсов фаз A, B и C соответственно.
R1-R4 — резисторы; PV1 — вольтметр для цепи питания; R2 и PV2 — амперметр и вольтметр для цепи выходного напряжения

Мутный или темный электролит указывает на то, что электролит загрязнен. В этом случае необходимо провести химический анализ электролита. Если этот анализ подтверждает наличие загрязнения, электролит следует заменить.
Вышеупомянутые неисправности должны быть учтены при плановом осмотре. Инспекция также должна включать
— Целостность сосуда, состояние полок и изоляции сосуда.
— Защита разъемов и шин от коррозии.
— Положение крышки для предотвращения выхода из контейнера пузырьков воздуха, образующихся при заряде электролита.
— Уровень электролита в резервуаре должен быть на 10-15 мм выше края пластины. Если уровень падает, обычно необходимо долить дистиллированную воду, а не электролит. Частое пополнение электролита может привести к сульфатации пластин.
— Напряжение на соединительных пластинах батареи, плотность каждого элемента и температура электролита. Измерения следует проводить не реже одного раза в месяц. Результаты измерений должны быть записаны в журнале регистрации. Необходимо следить за тем, чтобы не было «отстающих клеток».
— Вентиляция и отопление исправны. Температура в камере должна быть не менее 10°C.

При работе с камерами персонал должен соблюдать правила безопасности из-за использования опасных материалов. Серная кислота может вызвать ожоги кожи и повредить глаза при попадании в них. Поэтому для всех работ с кислотами (электролитами) необходимо надевать специальные костюмы, резиновые фартуки, перчатки и защитные очки. При приготовлении электролитов концентрированную серную кислоту следует вливать в воду тонкой струей и постоянно перемешивать раствор. 5%-ный раствор соды и емкость с большим количеством чистой воды должны постоянно находиться в камере камеры для удаления и нейтрализации любой кислоты, случайно попавшей на кожу.

Курение и использование открытого огня в камере камеры запрещено во избежание взрыва водородной смеси, выделяющейся при электролизе воды и кислоты с воздухом.

Основные типы аккумуляторов

Существует 3 основных технологии производства аккумуляторов: свинцово-кислотные, щелочные и литий-ионные аккумуляторы. Каждая из этих технологий имеет свои уникальные преимущества и недостатки, которые определяют их использование в различных приложениях. Более подробную информацию о каждом типе батарей можно найти по ссылкам.

• Свинцовая кислота
  • Стартерные аккумуляторы
  • AGM (герметичный)
  • Уплотнительные гели
  • Уплотнительный гель с трубчатыми электродами (OPzV)
  • Погруженный в потускневшую тарелку (диапазон OPzS)
  • Тяга (обычно с влажным электролитом)
  • Углерод
• Щелочь
  • Ni-Fe
  • Никель-кадмий
  • Гидрид металлического никеля
• Литий-ионные батареи (их цена недавно упала, и появились более долговечные литий-железо-фосфатные батареи)

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Наиболее распространенными типами батарей являются свинцово-кислотные батареи, как с жидким электролитом, так и герметичные (которые в последнее время стали более популярными из-за более низкой цены).

Специальные батареи с табличками для автономного использования обычно собираются из отдельных 2-вольтовых элементов, соединенных вместе. Также используются батареи меньшей емкости 6 и 12 вольт, но реже. Эти батареи в основном производятся в Европе и США. Они стоят относительно дорого. Недавно на российском рынке появилось китайское производство этих батарей. При практически одинаковых характеристиках китайские батареи значительно дешевле (в полтора-два раза).

Тяговые батареи, как с жидким электролитом, так и с герметичными элементами, предназначены для циклической работы. Версии с глубоким циклом имеют аналогичные параметры. Они больше подходят для автономных систем. Они дороже обычных герметичных батарей, но имеют более длительный срок службы.

Герметичная свинцово-кислотная батарея работает по тому же принципу, что и обычная стартерная батарея автомобиля. Это наиболее зрелая технология, которая в некоторых уникальных аспектах еще не получила замены. Эти батареи нельзя просто выбрасывать на свалку, поскольку они содержат высокотоксичный свинец и серную кислоту. Однако их очень легко перерабатывать, а свинец можно использовать повторно. Эти батареи заряжаются гораздо медленнее, чем другие батареи (примерно в 5 раз медленнее), но способны обеспечить большую мощность для потребителей большой мощности.

Самым большим недостатком свинцово-кислотных батарей является их вес. Из-за этого они хуже всего работают с точки зрения удельной плотности энергии. Однако широкое распространение элементов, используемых в этих батареях, и простота их изготовления означает, что они не только широко используются, но и стоят гораздо дешевле.

Различные типы свинцово-кислотных батарей подробно рассматриваются в статье «Типы свинцово-кислотных батарей».

Щелочные аккумуляторы

Кислотные батареи не переносят глубокого разряда, но не возражают против зарядки партиями при любой возможности. Напротив, щелочные батареи не любят больших токов, но готовы питаться током, составляющим примерно 1/10 от их емкости, в течение длительного времени, пока они не разрядятся. При этом полный разряд не только допускается, но и настоятельно приветствуется (поскольку если заряжать не полностью разряженную щелочную батарею, она не восстановит свою полную емкость — так называемый «эффект памяти» наиболее ярко проявляется в никель-кадмиевых батареях). Короче говоря, вы не можете заряжать/разряжать щелочные батареи партиями, а только «туда-сюда». Однако при правильной эксплуатации (которая, помимо зарядки/разрядки, подразумевает очистку баков и замену электролита каждый квартал) щелочные батареи могут прослужить до 20 лет (точнее, 1000-1500 полных циклов). Кроме того, щелочные батареи плохо заряжаются при низких токах. Это означает, что через них течет ток, но заряда нет.

Это объясняет, почему щелочные батареи не нашли широкого применения в автономных энергосистемах, использующих возобновляемые источники энергии. Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные герметичные батареи доступны для определенных применений. Хотя они намного дороже кислотных батарей, они имеют очень долгий срок службы и более стабильное напряжение во время разряда. Они часто используются в портативных или мобильных источниках питания, поскольку могут накапливать больше энергии на килограмм веса.

Никель-металлгидридные батареи появились на массовом рынке в 1980-х годах как более экологичная альтернатива никель-кадмиевым батареям. Никель-кадмиевые батареи используют в своем составе высокотоксичный элемент кадмий, что представляет собой большую проблему для окружающей среды, поскольку массовые потребители не особо задумываются об утилизации использованных батарей. Недостатком NiMH аккумуляторов является то, что они имеют относительно высокий саморазряд, в результате чего в течение 1 месяца теряется около 30% энергии. Они также требуют в два раза больше времени для перезарядки, чем литиевые или никель-кадмиевые батареи.

Хотя электрические характеристики никель-металлогидридных батарей не так хороши, как никель-кадмиевых, никель-металлогидридные батареи более стабильны и не страдают от «эффекта памяти», как никель-кадмиевые батареи. Их не нужно полностью разряжать перед зарядкой, как в случае с NiCd аккумуляторами, чтобы предотвратить рост внутренних кристаллов, которые могут привести к разрушению корпуса NiCd. NiMH аккумуляторы размера AA соответствуют обычным щелочным батарейкам и поэтому чаще всего используются в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах, портативных плеерах, радиоприемниках и фонарях.

NiCd и NiFe аккумуляторы дешевле герметичных батарей, но они содержат жидкий электролит, выделяющий газ во время зарядки, и требуют регулярного обслуживания и специальной вентилируемой камеры. По стоимости энергии на цикл заряда/разряда они сравнимы с герметичными свинцово-кислотными батареями, если не дешевле.

Мы рекомендуем использовать никель-железные батареи только в одном случае (обычно в качестве тяговых батарей для электротранспорта и для железных дорог) — как часть автономной дизельной аккумуляторной системы, в которой единственным источником энергии является топливный генератор. Из нашего опыта мы знаем, что свинцово-кислотные батареи не прослужат долго в такой системе — глубокое циклирование и хронический недозаряд заставят их работать грязно. При таких условиях эксплуатации можно мириться с недостатками щелочных батарей, такими как невозможность зарядки малым током (можно установить любой ток от генератора, и лучше, если ток будет большим — быстрее зарядится), эффект памяти (цикл будет глубоким) и низкая эффективность зарядки. Эффект памяти не важен для генераторных систем — батарея разряжается как можно сильнее, чтобы генератор работал как можно меньше.

Что касается эффективности — если щелочная батарея может заряжаться при высоких токах, то ее низкая эффективность компенсируется более эффективной работой генератора. В конце концов, для зарядки свинцового аккумулятора при низких токах, т.е. эффективно при неработающем генераторе, требуется много времени. Щелочные батареи, с другой стороны, ограничены температурой и газом, в котором находится батарея.

Еще раз напомним, что щелочные батареи подходят не для каждой резервной или автономной системы. Если есть солнечные батареи или ветряки, то есть источники, генерирующие различные токи, в том числе малые, то нет смысла использовать щелочные батарейки — энергия малых токов будет сразу же растрачена и бесполезна.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Это одна из новейших технологий, которая развивается быстрее других. Существует несколько вариантов химических процессов в литий-ионной технологии, но здесь они не рассматриваются. Литий-ионные батареи широко используются в небольших электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, гаджеты и аудиоплееры, электронные часы, карманные компьютеры и ноутбуки. Эти батареи отлично подходят для обеспечения низкой мощности в течение длительных периодов времени. Они имеют очень высокую удельную плотность заряда, что означает, что они могут хранить значительное количество электрической энергии в очень малом объеме. Однако такая концентрация энергии делает литий-ионные батареи несколько хрупкими.

Химические процессы, происходящие в литий-ионных батареях, требуют строгого соблюдения технологии производства, и загрязняющие вещества при производстве этих батарей часто приводят к их деградации. Многие из вас, возможно, помнят отзыв тысяч ноутбуков Dell и Apple летом 2006 года, когда выяснилось, что их батареи, произведенные компанией Sony, содержали загрязняющие вещества, которые приводили к их перегреву. Литиевые батареи не переносят перегрева и поэтому часто имеют встроенную электронную схему для обеспечения их безопасности путем предотвращения перезаряда — остановки заряда, если напряжение достигает предела.

Недавно разработанные литий-полимерные батареи являются «сухой» версией литий-ионных батарей. Они лучше работают при высоких температурах (более 25C), а также позволяют уменьшить толщину особо плоских батарей до толщины кредитной карты. Из-за особого процесса производства эти батареи очень дороги и редко оправдывают себя по сравнению с более распространенными литий-ионными батареями.

Для энергосистем наиболее подходящими являются литий-железо-фосфатные батареи. Более подробную информацию об этом типе батарей см. по ссылке. Вы можете приобрести их в нашем магазине.

На российском рынке недавно появились относительно недорогие литий-железо-фосфатные батареи производства компании «Лиотех». Доступные емкости начинаются от 250 А*ч, поэтому их применение ограничено относительно мощными автономными или резервными системами питания.  Кроме того, отзывы об этих батареях различны.

Одна из последних разработок — литий-титановая батарея. Их срок службы составляет до 25 000 000 циклов.

Типы аккумуляторов для СЭС и ИБП

Учитывая относительно большое количество батарей, используемых в солнечной энергетике, мы рассмотрим три типа «кислотных» AMG, GEL, CARBON и одну LiFePO4 «литий-железо-фосфатную» батарею. Все четыре типа относятся к необслуживаемым батареям с различными эксплуатационными характеристиками. Мы смотрим не столько на технологию производства, сколько на их использование и срок службы, другими словами — какие элементы используются в солнечных панелях!». .

Вы должны знать, что все производители ячеек указывают спецификацию ячеек для температуры +25 градусов. Это известно как «номинальная рабочая температура», и любое отклонение от нее в той или иной степени влияет на производительность и срок службы. Не ленитесь, прочитайте характеристики аккумулятора перед началом его использования!

Аккумулятор AMG

Аккумуляторы AMG — это кислотные аккумуляторы, изготовленные по технологии AGM. Они имеют низкий саморазряд, что позволяет хранить их месяцами без необходимости подзарядки. Низкие температуры обычно негативно влияют на емкость аккумулятора. Независимо от того, что пишут производители этих батарей об их цикличности, вы должны стараться выжать заявленное количество батарей, желательно рассчитывая на половину заявленного количества.

Аккумулятор GEL

Аккумуляторы GEL являются кислотными аккумуляторами и производятся по технологии AGM+GEL. В данном аккумуляторе электролит связан в гель, и он имеет все отличия от вышеупомянутых аккумуляторов, за тем небольшим исключением, что срок службы немного больше.

При правильном использовании аккумулятор GEL не так уж плох.

Фактический срок службы составляет до 7-8 лет при соблюдении всех условий.

Рекомендуемый ток зарядки от 0,2C до 0,3C (в зависимости от производителя и емкости батареи)

Глубина разгрузки лари 30% (D.O.D.) и максимум 50% (D.O.D.) нежелательна.

Аккумулятор CARBON

Аккумулятор CARBON — это кислотный аккумулятор, изготовленный по технологии PURE GEL. Этот тип батарей уже имеет одно существенное отличие — все пластины выполнены по технологии DEEP CYCLE + CARBON, благодаря чему достигается высокий цикл и более глубокий разряд — более 3000. Аккумулятор из углеродного волокна также отличается по весу, он на 25% больше, чем кислотный аккумулятор, упомянутый выше.

Реалистичный срок службы составляет 7-8 лет в циклическом режиме и 14-15 лет в буферном режиме, при условии, что все условия остаются неизменными.

Рекомендуемый ток зарядки составляет от 0,3C до 0,5C (в зависимости от емкости батареи).

Карбоновые батареи имеют степень разряда до 70% (D.O.D).

Аккумулятор LiFePO4

Батареи LiFePO4 — это фосфат железа лития, безопасная батарея для хранения электроэнергии. Они используются в системах ИБП и гибридных электростанциях. Он зарекомендовал себя как надежное и высокоцикличное устройство для хранения энергии. Больницы, электротранспорт, гостиницы и многие другие места, где используются литий-железо-фосфатные батареи. У этих батарей есть один существенный недостаток — цена!

Практический срок службы более 15 лет в циклическом режиме и более 25 лет в буферном режиме при соблюдении всех условий.

Рекомендуемый ток заряда от 0,5C до 1C (в зависимости от производителя).

Литий-железо-фосфат можно разряжать до 80% глубины разряда (D.O.D.).

Вы должны знать, что любой аккумулятор должен заряжаться правильно, а точнее, только рекомендуемым током (амперами) и указанным напряжением (вольтами). Напряжение в режиме буфера всегда отличается от напряжения в режиме цикла! Перед подключением всегда проверяйте технические характеристики батареи и устанавливайте солнечный инвертор или ИБП на правильный зарядный ток и напряжение. В противном случае вы не сможете зарядить батарею или убьете ее высоким зарядным током, что может серьезно сократить срок службы батареи.

Для справки, ток зарядки обычно выражается как 0,1С или 0,3С, что означает что-то вроде 1С — это емкость вашей батареи, а 0,1С — десятая часть емкости батареи. Например, если у вас батарея емкостью 100 А, то это 1С, а ток заряда — 0,1С, что составляет десятую часть емкости, т.е. 10 Ампер, то есть ток, которым вы заряжаете батарею.

Буферный и циклический режим аккумулятора

Вкратце, краткий экскурс по режимам работы аккумулятора.

Режим буферной батареи означает, что переменный ток используется время от времени, в основном, когда основная сеть «отсутствует». Аккумулятор постоянно заряжается, и когда электропитание отключается, аккумулятор начинает разряжать накопленную энергию, тем самым защищая электронику и приборы.

• 
  Накопление солнечной энергии
• Источники бесперебойного питания (ИБП)
• Аварийное освещение
• Подъемники
• Пожарные и охранные системы
• Кассовые аппараты
• Системы аварийного реагирования

и многое другое.

Режим буфера рекомендуется для батарей AMG, GEL.

Циклирование батареи — самый «смертельный» режим для батарей.  Как вы знаете, «цикл» — это оборот, в нашем случае «разряд/заряд», и каждый производитель пишет в характеристиках, сколько циклов выдержит батарея. Например, в случае гибридной автономной электростанции цикл может быть эквивалентен «одному дню».

Вы должны знать, что для любой батареи цикл всегда тесно связан с глубиной разряда! Вы должны знать. На фотографии выше вы можете увидеть зависимость от глубины разряда (D.O.D.), которая уменьшает цикличность, т.е. срок службы, коллоидной батареи.

• Автономные электростанции
• Электромобили
• Погрузчики

и другие.

Циклический режим рекомендуется для батарей CARBON, LiFePO4.

Какой аккумулятор лучше для электростанции, ИБП.

Прежде чем покупать батареи для генераторной установки или ИБП, необходимо знать несколько вещей, в зависимости от информации, которую вам предоставили.

1. Сколько электроэнергии нам нужно? (в кВт)
2. Как долго должен прослужить груз?
3. В каком режиме будет работать аккумулятор?

Знание этих параметров поможет вам купить аккумулятор с уверенностью!

Мы осмелимся высказать некоторые соображения.

Для ИБП рекомендуется использовать батареи AMG или GEL, так как они работают в буферном режиме, и при правильном расчете нагрузки, правильной зарядке и температурном режиме они достаточны для выполнения задачи и могут прослужить долгое время.

Для гибридной солнечной электростанции.

Если солнечная батарея равна или превышает требуемую пиковую нагрузку, а аккумуляторы используются в качестве резервного источника питания при отключении основной сети, т.е. в буферном режиме — однозначно акб AMG, GEL или CARBON.

Если электростанция используется для экономии энергии, т.е. для выжимания всей энергии — CARBON или LiFePO4

Для автономной солнечной электростанции.

Какой бы солнечный массив ни использовался, он, конечно, должен не только «тянуть» нагрузку, создаваемую в течение дня, но и заряжать аккумуляторную батарею для последующего использования вечером и ночью.

Мы можем только сказать, что CARBON или LiFePO4 — это точно.

Аккумуляторы для солнечных электростанций

Сколько стоит киловатт аккумуляторной энергии?

Здесь мы приводим несколько примеров с интересными цифрами, другими словами, переводим «энергию батарейки» в рубли.

Для того чтобы примерно рассчитать, сколько стоит киловатт энергии аккумулятора, вам понадобится следующая информация о нем

1. Напряжение
2. Вместимость
3. Стоимость
4. Рекомендуемое состояние разряда
5. Количество циклов

Пожалуйста, помните, что расчеты основаны на заявленных производителем характеристиках, и в реальности, конечно, цифры будут отличаться, но мы хотели бы знать, какова стоимость одного киловатта батареи!

Как выбрать правильную батарею?

Поэтому главный вопрос — какая батарея лучше всего подходит для моей ситуации? Ответ прост и предопределяется природой каждой из упомянутых выше аккумуляторных технологий.

Для маленьких, маломощных электронных устройств

Литиевые батареи используются в портативных компьютерах, мобильных телефонах и т.д. Они обеспечивают быструю зарядку, легки, компактны и не требуют обслуживания. Обычно вы заменяете свои электронные устройства до того, как литиевая батарея выработает свой ресурс.

Большинство этих электронных устройств имеют автомобильные адаптеры, и такие же адаптеры доступны для солнечных панелей 12 В (обычно до 10 Вт).

Для цифровых фотоаппаратов и камер, радиоприемников и фонариков

Вместо стандартных щелочных батареек «АА» или «ААА» здесь используются никель-металлогидридные аккумуляторы. Они обеспечивают достаточно хороший источник питания для вспышек фотоаппаратов, доступны повсеместно, и в любом специализированном магазине можно найти множество зарядных устройств хорошего качества.

Основным недостатком никель-металлогидридных батарей является то, что они не держат заряд в течение длительного времени. 2008 год ознаменовался появлением новой технологии никель-металлогидридных батарей, которая преодолевает эти недостатки (например, PowerEx Imedion).

Когда дело доходит до зарядки батарей типа АА, существует множество возможностей. Однако лучше всего приобрести хорошее зарядное устройство. Многие зарядные устройства, обеспечивающие быструю зарядку, могут привести к перегреву аккумуляторов. Помните, что оптимальный зарядный ток составляет 200-300 мА. в последнее время появились мощные зарядные устройства с током до 1А, которые не позволяют полностью зарядить аккумулятор и сокращают срок его службы.

Для солнечных электростанций

Когда речь идет о сохранении энергии, вырабатываемой солнечными панелями, свинцово-кислотные аккумуляторы все еще остаются королем. В домашних фотоэлектрических системах используются специальные батареи глубокого разряда (похожие на батареи для гольф-каров). Они недороги, широко доступны и могут хранить энергию в течение нескольких месяцев с очень низким саморазрядом. Когда вы инвестируете в солнечные батареи, важно не потерять эту дорогую энергию. Характеристики свинцово-кислотных батарей оказались стабильными и предсказуемыми в течение многих лет использования.

В небольших портативных устройствах на солнечных батареях используются литиевые батареи малой мощности, что обеспечивает их малый вес и не оказывает негативного влияния на их конструкцию.

Почему не применяются щелочные и метал-гидридные аккумуляторы в солнечных электросистемах, предлагаемых компанией «Ваш Солнечный Дом»?

Химические процессы в литиевых и металлогидридных элементах становятся нестабильными при увеличении размера элемента. С увеличением емкости литиевых батарей резко возрастает сложность схем регулирования и управления. Конечно, было бы заманчиво иметь гораздо более легкий аккумулятор, чем свинцово-кислотный, но, к сожалению, литиевые и металлогидридные батареи сегодня лучше всего подходят только для маломощных потребителей постоянного тока. Современные литий-железо-фосфатные батареи являются исключением. При правильном выборе системы контроля заряда они могут стать альтернативой свинцово-кислотным батареям в автономных и резервных системах электроснабжения.

Никель-металлогидридные батареи трудно сделать более крупными, а максимальная емкость одной батареи, представленной на рынке, составляет 4 Ач. При неправильной зарядке никель-металлогидридные батареи выделяют газообразный водород. Это не является проблемой для пальчиковых батареек, но если батарейный блок довольно большой, это следует учитывать при их использовании. Кроме того, если NiMH-аккумулятор выходит из строя, это происходит практически мгновенно. Это означает, что в один день он работает нормально, но на следующий день его мощность может составлять не более 50% — не очень хорошо, если вы находитесь вдали от электрической розетки.

Литиевые батареи содержат специальные электронные схемы для обеспечения безопасной работы и предотвращения их слишком быстрой или чрезмерной зарядки, а также ограничения тока разряда. Большинство литиевых батарей не смогут выдать более чем в два раза больше номинальной емкости. Это означает, что самые большие батареи для ноутбуков не могут обеспечить мощность более 100 Вт. Попробуйте подключить инвертор к 12-вольтовой LiPo батарее, и он даже не распознает, что к нему подключена батарея. Почти все перезаряжаемые LiPo батареи не поддерживают самый маленький инвертор, если к нему подключена нагрузка. Кроме того, как и NiMH аккумуляторы, LiPo аккумуляторы могут неожиданно выйти из строя ближе к концу срока службы. Многие люди замечали, что их телефоны вдруг начинают работать гораздо меньше, чем это было совсем недавно. Это также не повышает уверенность в работе аккумулятора, если вы находитесь вдали от розетки, где его можно зарядить в любое время.

Поэтому в автономных системах электроснабжения по-прежнему можно использовать только «медленные» свинцово-кислотные батареи. Они имеют длительный срок службы, просты в использовании и предсказуемы в работе. Эти батареи действуют как резервуары, накапливая солнечную энергию до тех пор, пока она не понадобится. Они также могут выступать в качестве буфера, когда ваши солнечные панели не могут полностью обеспечить нагрузку. Их можно подключать к устройству и заряжать одновременно — в отличие от литиевых батарей. Даже аккумулятор емкостью 7 А/ч, например, используемый в комплектах для ноутбуков, может питать ноутбук, зарядное устройство, заряжаться от солнечных батарей и мало весит.

Прочитайте о солнечных панелях и контроллерах заряда, чтобы получить более четкое представление о том, как работают солнечные энергосистемы и какие режимы зарядки и разрядки необходимы для обеспечения надежного энергоснабжения вдали от сети.

Выбор батарей: итоговые замечания

Литиевые батареи

• Обеспечивает до 5000 циклов зарядки
• Самый длительный срок службы при 80% разряде
• Перезаряжается за 1-2 часа
• Могут работать при температурах ниже нуля, но должны заряжаться при положительных температурах
• Невозможно заряжать при низких токах
• Требует обслуживания, выравнивания и специальной системы контроля заряда/разряда
• Саморазрядка примерно на 10% в месяц
• Можно хранить в прохладном месте с полным зарядом не менее 40%
• Низкая токсичность, но рекомендуется утилизация по окончании срока службы

Никель-металгидридные батареи

• Возможно до 3000 циклов зарядки
• Перезаряжается за 2-4 часа
• Может работать при отрицательных температурах
• Невозможно заряжать при низких токах, низкая устойчивость к перезаряду
• Может обеспечивать высокие токи до 200 Вт (для самых больших NiMH аккумуляторов)
• Требуется регулярное обслуживание и балансировка (каждые 3 месяца)
• Саморазрядка составляет примерно 30% в месяц.
• Можно хранить в прохладном месте с полным зарядом не менее 40%
• Низкая токсичность, но рекомендуется утилизация по окончании срока службы

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

• Возможность перезарядки до 3000 циклов зарядки
• Перезаряжается в течение 8-16 часов
• Может работать при отрицательных температурах
• Может заряжаться при низком токе
• Не требует обслуживания, но необходимо следить за уровнем заряда и регулярно проводить циклы кондиционирования
• Может обеспечивать высокий разрядный ток при высокой производительности
• Желательно, чтобы разрядка не превышала 50%
• Уровень саморазряда составляет приблизительно 3% в месяц
• Следует хранить при комнатной температуре и полностью заряженным
• Содержит токсичные вещества и подлежит утилизации по окончании срока службы

Перспективные типы аккумуляторов

Тип батареи

Хлорид никеля-натрия

Сера-натрий

Фосфат железа лития

Литий-серный

Напряжение на одной ячейке, В	2,6	2,1	3,2	2,1
Достигнутое значение удельной мощности, Вт-ч/кг	90	350	100	400
Максимальное количество циклов заряда-разряда	3000	Не применимо	7000	100 (лабораторная модель 1500).
Преимущества	Полное отсутствие эффекта памяти	Высокая удельная производительность	Высокий цикл заряда-разряда, быстрая зарядка	Высокая удельная емкость, высокая безопасность
Недостатки	Высокая ■ Высокая ■ Требуется обслуживание при высоких температурах, относительно низкая удельная емкость	Должны храниться при высоких температурах	Относительно низкая удельная емкость	Очень малое количество циклов заряда-разряда
Приложения	Альтернативная энергия, ИБП	Альтернативная энергия, ИБП, транспортные средства	Альтернативная энергия, ИБП, транспортные средства	Транспортные средства, мобильное оборудование
Состояние производства на начало 2015 года.	Непрерывное производство	Экспериментальный прототип	Непрерывное производство	Экспериментальные партии
Какие типы батарей можно заменить	Свинцово-кислотные батареи	Свинцово-кислотные батареи, литий-ионные батареи	Литий-ионные, свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлгидридные аккумуляторы	Литий-ионные, никель-кадмиевые, никель-металлгидридные