Аккумуляторы для солнечных панелей – правила выбора

Аккумуляторные батареи являются сердцем солнечных установок, отвечают за накопление и хранение солнечной энергии, ее распределение в соответствии с нуждами потребителя. Но чтобы максимально эффективно использовать энергию Солнца, потребуется знание основных технических характеристик и правил выбора АКБ.

Нужно понимать, что обычные автомобильные аккумуляторы для гелиоустановок – не вариант. В солнечных энергосистемах используются АКБ глубокого цикла, которые разряжаются до 50-80%. Поэтому сначала необходимо определиться с типом аккумулятора, о чем мы рассказывали раньше. Следующий этап – выяснить его основные технические характеристики.

Критерии выбора аккумуляторов

При выборе аккумулятора для солнечных панелей учитывают следующие параметры и их соотношение:

1. ресурс циклов зарядки/разрядки;
2. скорость зарядки/разрядки АКБ;
3. показатель саморазряда устройства;
4.  максимальное значение тока при зарядке/разрядке;
5.  емкость АКБ, которая помогает рассчитать мощность устройства;
6.  габаритные размеры и вес;
7.  условия эксплуатации;
8.  необходимость обслуживания;
9. способность работать при разных условиях окружающей среды (например, при очень низких или слишком высоких температурах).

Как рассчитать емкость и количество АКБ

Чтобы определиться с техническими параметрами, нужно правильно поставить задачу, понимать, для чего планируется использовать солнечную установку, условия ее работы, каков будет уровень потребления энергии, которую она должна накопить. Для расчета емкости аккумуляторов и их количества необходимо проделать следующие действия.

Определите пиковую нагрузку или максимальную мощность вашего дома/квартиры/объекта, который предполагается питать от гелиоустановки. Для этого сложите мощности устройств, которые могут работать одновременно.

Включите сюда все, от микроволновки и освещения, до компьютеров и электронных часов. Мощность, которую потребляют приборы, обычно указывается в ваттах – эту информацию можно найти на наклейке с данными, которая имеется у большинства электрических предметов (например, мощность маленького портативного телевизора составляет около 20 Вт). Получившуюся величину вы в дальнейших расчетах сможете использовать для определения энергии, которую планируется получить от солнечной установки и использовать в процессе работы.

Пример: в комнате есть две лампочки на 75 ватт и настольный компьютер на 300 ватт. Максимально необходимая мощность составляет 2  ∙ 75Вт + 300Вт = 450 Вт.

Определите ежедневное потребление энергии. Выясните время (количество часов), в течение которого, как предполагается,  каждое электронное устройство должно работать в течение дня. После умножения мощности каждого отдельно взятого устройства на время его работы получится искомая величина необходимой энергии (в ватт-часах в день). Чтобы получить общее значение энергии, необходимой для электропитания вашего домовладения, нужно сложить все полученные значения ватт-часов.

Эта сумма, скорее всего, будет несколько заниженной, так как не учитывает потери мощности всей электросистемы (провода, трансформаторы и пр.). Получить примерное, но грубо приближенное представление о реальной цифре с системными потерями можно, умножив получившееся значение на 1,5.

Например: 2 лампочки по 75 Вт работают по 4 часов в день.

Компьютер на 300Вт работает тоже по 4 часа в день. Итого: 150 ∙4 + 300 ∙ 4 = 1800 ватт-часов. 1800 ∙ 1,5= 2700 ватт-часов или 2,7 кВт∙ч.

Определите количество дней, в течение которых нужна автономная работа аккумулятора без подзарядки. В среднем, это будет от двух до пяти дней.

Теперь можно определить путем расчетов требуемую минимальную емкость аккумуляторов (A∙ч). Для этого надо количество ватт-часов в день умножить на число дней, которое было определено в предыдущем пункте, что составит 50% разряда ваших батарей. Поэтому умножьте данную величину на два и конвертируйте результат в киловатт-часах в ампер-часы (A∙ч). Это можно сделать, разделив полученное значение на напряжение аккумулятора.

Пример: вы хотите, чтобы батарея работала три дня без подзарядки, и чтобы вы использовали 3,15 кВт∙ч в день. То есть 2,7 ∙ 3 ∙ 2 = 16,2 кВт∙ч – это энергия, которую вы планируете получить от аккумуляторов. Чтобы преобразовать это в A∙ч и найти необходимую емкость АКБ, надо разделить получившуюся величину энергии на напряжение системы, которое обычно в солнечных батареях составляет 12, 24 или 48 В. Если, к примеру, используется напряжение 48 В, минимальная емкость будет 16200/48 = 338A∙ч.

Теперь, когда вы поделите емкость всей системы на номинальную мощность АКБ, вы определите необходимое вам количество аккумуляторов.

Чтобы сделать все проще и точнее, можно для расчета технических характеристик воспользоваться специальными онлайн-калькуляторами либо обратиться к специалистам.

Соединение аккумуляторов

Перед покупкой аккумуляторов вам нужно выяснить их количество. Важную роль будет играть способ их соединения. Главная задача – найти наилучшую конфигурацию для производства нужной емкости и напряжения. Существует два основных способа подключения аккумуляторов в цепи: параллельный и последовательный. При последовательном соединении напряжение аккумулятора увеличивается, а при параллельном растет сила тока. Последовательные и параллельные соединения могут быть объединены для получения необходимых значений напряжения и емкости (так называемое, комбинированное соединение).

Выше мы писали, что определить необходимое вам количество АКБ можно, поделив емкость вашей системы на номинальную мощность ваших аккумуляторов. На самом деле многое зависит от того, каким образом вы соединяете всю систему. Также учитывайте некоторые нюансы. Например, если к уже работающему аккумулятору параллельно подключается новый, это может привести к ухудшению работы цепи и снижению срока эксплуатации системы в целом. По этой же причине нежелательно соединять между собой в цепь аккумуляторы разной емкости. Бытует мнение, что в идеале для эффективной работы солнечной батареи предпочтительнее использовать длинную цепь аккумуляторов, соединенных между собой последовательно. К сожалению, это не всегда возможно из-за требований по напряжению и емкости.

Несколько дополнений к общим правилам установки

• Очевидно, что в гелиоустановках, используемых в быту или промышленности, где требуется много электроэнергии (для питания большого количества электроприборов, освещения и пр.), одним аккумулятором не обойтись. Для такой нагрузки обычно используют целые массивы из аккумуляторов, напряжение которых, как правило, кратно 12 В.  В зависимости от необходимых «на выходе» рабочих мощности и напряжения, как мы писали выше, их можно соединять между собой параллельно, последовательно или комбинировать оба эти способа. 
• Аккумуляторы предпочтительно располагать вплотную друг другу, чтобы общая протяженность проводов была минимальна. Это связано с тем, что при увеличении длины кабеля растет электрическое сопротивление и, соответственно, снижается КПД всей системы.
• Собранная аккумуляторная батарея подключается к контроллеру, который управляет зарядом аккумулятора, а также к инвертору – он преобразует накапливаемую солнечную энергию в электрическую. Такая система может применяться для постоянного (круглогодичного и круглосуточного) электроснабжения домов или других объектов, накапливая электроэнергию на длительное время, а может использоваться как источник дополнительного либо резервного  питания.
• Для того чтобы срок службы аккумуляторов был максимальным, они работали эффективно и с минимальными потерями энергии, им нужно создать определенные условия. Желательно, чтобы на них не попадала влага, а температура окружающей среды находилась в пределах 8–25ºС. Поэтому такие системы, как правило, устанавливают в  зданиях, а не на улице.
• Аккумуляторы имеют существенный вес, поэтому лучше располагать их на полу или хорошо закрепленных полках, стеллажах. Важно избегать падения аккумулятора с высоты – это может вывести прибор из строя, а если АКБ – с жидким электролитом, и от падения он разгерметизируется, то это может быть опасно для здоровья людей.

В жилых помещениях устанавливать АКБ не рекомендуется даже несмотря на то, что современные технологии предусматривают повышенные меры экологической безопасности аккумуляторов. В то же время, предпринимать какие-то специальные меры в помещениях, где будут расположены АКБ, нет необходимости.