Аккумуляторы для солнечных панелей – литий-ионные, литий-ферум полимерные, литий-ферум фосфатные – особенности и преимущества

Без аккумуляторов выгода от солнечной электростанции не будет полной. Но какие аккумуляторы избрать. Чаще выбирают кислотно-свинцовые (гелевые или AGM) или литиевые. Литиевые аккумуляторы это продукт нового поколения, значительно превышающий все предыдущие варианты. Да, они значительно дороже, но это единственный вариант аккумуляторов, которые могут работать 20 лет. Это почти соответствует полному расчетному сроку эксплуатации солнечной электростанции. Поэтому рассмотрим, какие именно варианты литиевых батарей можно купить и чем они отличаются.

Источником энергии являются фотоэлектрические модули (солнечные батареи); именно они превращают солнечный свет в электрическую энергию. Но сразу потреблять производимую солнечными панелями энергию не получится, потому что они производят постоянный ток. Поэтому нужен инвертор преобразующий постоянный ток от солнечных панелей или аккумуляторов в привычный нам переменный ток напряжением 220В/50Гц, см. иллюстрацию ниже.

На схеме изображена солнечная электростанция с аккумуляторным блоком. В принципе, система может работать и без аккумуляторов. Но солнечная активность нестабильна, тем более пик солнечной энергии приходится на полдень, когда большинству домовладельцев нет дома. Поэтому довольно популярны комбинированные автономные электростанции где есть и солнечные батареи и ветрогенераторы. Ведь ветер есть и в пасмурную погоду и ночью. Но все же на 100% выровнять выработку и потребление электроэнергии не может даже комбинированная частная электростанция.

Именно аккумуляторный блок накапливает производимую энергию, чтобы отдать ее, когда нужно не зависимо от ветра или солнечной активности.

Но это не единственный из возможных режимов работы. Большинство солнечных станций работает параллельно с сетью. Или отдают избыток генерации в сеть по «Зеленому тарифу» или сеть компенсирует провалы генерации, когда мощности производимой альтернативными источниками недостаточно. И все было бы хорошо, если бы не аварии и отключения электроэнергии, что особенно критически зимой и в ночное время. Тогда аккумулятор работает как источник резервного питания.

Для таких случаев важно определить, какие потребители критически важны и не должны отключаться в любом случае. Это автоматика системы отопления, охранная сигнализация, циркуляционный насос, аварийная подсветка входов-выходов, лестничных маршей. На втором месте идет рабочая компьютерная техника, холодильник и т.п. Но большая часть розеток и осветительных приборов должна отключаться в случае аварии, и не тратить на себя заряд аккумулятора.

А ведь емкость аккумуляторов ограничена, а ставить блоки аккумуляторов, которые могут питать весь дом в течение 4-6 часов слишком дорого.

 

Литий-ионные аккумуляторы для солнечных батарей

 

Перейдем к сравнению литиевых аккумуляторов, которые можно купить в Украине. Но сначала приведем выгоды и преимущества всех литиевых аккумуляторов:

1 Долговечность – количество циклов разряда-заряда от 4000 до 10000. В то время как у свинцово-кислотных от 800-1000 циклов, это обеспечивает длительность эксплуатации до 20 лет с сохранением до 70% начальной емкости.

 

2 Глубина разряда – литиевые аккумуляторы можно разряжать гораздо глубже по сравнению со всеми другими видами. При этом они не теряют своих свойств, у них нет эффекта памяти (потери емкости из-за неполной зарядки).

 

3 Литиевые аккумуляторы нормально работают при неравномерном режиме (частичный разряд, неполный заряд и т.д.) часто бывает в реальных условиях эксплуатации автономной станции.

 

Первыми рассмотрим уже классический литий-ионный аккумулятор. Переносом заряда в таких аккумуляторах являются ионы лития.

 

Конструктивно литий-ионный аккумулятор состоит из тонких пластин (точнее фольги) из меди (- анод) и алюминия (+ катод). Медный проводник покрыт тонким слоем графита. Молекулярная решётка графита содержит на себе атомы лития. Ключевое свойство лития легко избавляться от «лишнего» электрона. Именно эти «потерянные» электроны создают минус заряд на медном электроде, а электрический ток является именно упорядоченным движением электронов. Во время разряда атомы лития теряют электроны, после чего становятся положительно заряженными ионами лития, которые мигрируют к противоположному аноду из алюминия. Алюминиевый электрод (+ катод) покрыт оксидом лития и кобальта. Вся суть процесса состоит в том, что ионы лития мигрируют катода в анод во время разряда (работы аккумулятора), а во время зарядки происходит обратный процесс.

К сожалению, процессы заряда разряда не могут происходить бесконечно долго. Со временем образуются соединения, которые «не отпускают» ионы лития.

Литий был выбран из-за того, что это металл с наивысшим электрохимическим потенциалом, это та же попытка избавиться от «лишнего» электрона присуще всем металлам. Именно поэтому у литиевых аккумуляторов самая высокая емкость на килограмм массы (литий еще и довольно легкий металл, но его не так много, чтобы влиять на массу батареи).

Если с литием все понятно, то вот использование редкоземельного кобальта, который напрямую не влияет на электрохимическую реакцию, это довольно дорого. Поэтому не прекращаются попытки заменить дорогой кобальт на что-нибудь попроще.

 

Литий-ферум фосфатные аккумуляторы для солнечных батарей

По принципу действия похожи на описанный выше литий-кобальтовый аккумулятор, но на катоде используется другой оксид LiFePO4, где нет редкоземельного кобальта, а присутствуют гораздо дешевле железа и фосфора. Кроме цены эти соединения менее токсичны и термостойкие. Недостатком является несколько меньшая емкость (на 14% при одинаковых размерах и массе) по сравнению с классическими литиево-ионными аккумуляторами на основе оксида кобальта. Но со временем этот показатель выравнивается, потому что LiCoO2 скорее теряют емкость, чем LiFePO4.

Преимущества и особенности литий-ферума фосфатных аккумуляторов:

 

1 Литий-ферум фосфатные аккумуляторы выпускают в виде прямоугольных блоков, в отличие от классических выпускаемых в виде небольших цилиндров (стандарт 18650 или 26650), а затем запаиваются в большие батареи. Это связано с тем, что литий-ферумфосфатные аккумуляторы очень чувствительны к перепадам напряжения между отдельными банками. Поэтому их выпускают сразу на большую емкость, или объединяют в блоки в условиях, где есть возможность точной настройки.

 

2 Аккумуляторы LiFePO4 имеют гораздо больший срок службы по сравнению с другими литиевыми элементами питания.

 

3 Чрезвычайная устойчивость напряжения на выходе во время разряда. Напряжение находится в пределах номинального практически до полного истощения емкости. Что очень важно для случаев, когда аккумулятор является источником аварийного питания.

 

4 Высший пиковый ток, а значит, могут отдать импульс гораздо большей емкости по сравнению с другими типами батарей.

 

5 Более медленно старение и потеря емкости по сравнению с LiCoO2 батареями. Именно этот тип аккумуляторов может работать 20 лет с незначительной утратой характеристик.

 

6 Термическая и химическая устойчивость. Обычные литий-ионные аккумуляторы из-за замыкания достаточно активно загораются и требуют встроенной защиты от чрезмерной зарядки и от короткого замыкания. LiFePO4 аккумуляторы намного стабильнее и безопаснее.

 

7 Морозостойкость могут работать в диапазоне температур –30-55°С, тогда как обычные LiCoO2 аккумуляторы максимум –10 + 40°С.

 

Именно через все вышеперечисленное мы рекомендуем выбирать литий-ферум фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы для солнечных станций или аварийных источников питания.

 

Литий-ферум полимерные аккумуляторы для солнечных панелей

 

На самом деле есть просто технология усовершенствования литий-полимерных аккумуляторов, где электролит и сепаратор это специальный полимерный материал. В то время как в классической схеме сепаратор это мембрана проницаема только для ионов лития и электролита, а электролит жидкость.

Литии полимерными могут быть как LiCoO2 так и LiFePO4 аккумуляторы.

 

Технология с использованием полимерных материалов позволяет производить батареи произвольной формы в тонком пластиковом корпусе. Это особенно актуально для портативной техники телефонов или ноутбуков, но не дает особых преимуществ при накоплении энергии от солнечных батарей.

 

 

Аккумуляторы для солнечной электростанции

Во-первых, следует определиться с типом аккумуляторов. Для солнечных или солнечно-ветровых станций подходят:

 

1 Кислотно-свинцовые (не автомобильные) закрытого типа. Закрытого типа важно, чтобы не было испарения кислоты. Таким требованиям отвечают гелевые (GEL) и адсорбционные, где раствор электролита содержится в стекловолокне (AGM). Эти типы аккумуляторных батарей намного дешевле, но уступают по большинству технических характеристик. И в долгосрочной перспективе кислотно-свинцовые аккумуляторы нужно будет заменить несколько раз, пока выйдет из строя один комплект литиевых.

 

2  Литий ионный LiCoO2. В отличие от предыдущих имеют увеличенное количество циклов заряда-разряда, не чувственные к недозаряженному состоянию и высоким температурам.

 

3 Литий-ферум фосфатный LiFePO4. Наиболее усовершенствованная технология среди всех современных литий-ионных батарей. По сравнению с предыдущими имеют лучший температрунный диапазон (не боятся низких температур), более стабильное напряжение и, в общем, более надежная технология изготовления, что способствует более безопасной эксплуатации.

 

Во-вторых, емкость. Именно емкость и номинальное напряжение определяет, как долго будут работать потребители защищенной категории. Разберем пример. Нам нужно обеспечить работу потребителей 1,2 кВт, в течение 2 часов. Применяем литиевые аккумуляторы напряжением 48 Вольт. Возьмем следующую формулу:

 

Q = (P*t)/U*k, где:

Q – необходимая емкость в А*г (ампер-часы);

P – мощность потребителей Вт;

t – время автономной работы, в нашем случае – 1,5 часа;

U – напряжение на выходе блока батарей, например – 12В;

k – коэффициент допустимого разряда, возьмем для примера, что k =0,8 (можно разрядить аккумулятор на 80%).

 

Итак, нам нужно:

Q = (1200*2)/48*0,8 = 62,5 А*ч

 

Это и есть необходимая емкость. Если взять небольшой запас для компенсации старения и округлить, то установите аккумуляторный блок емкостью 70 (ампер-часов).

Если требуется консультация, хотите ли вы получить расчет мощности солнечной станции для вашего региона и режима эксплуатации звоните. Лучше иметь цифры на руках, а затем принимать решения.

 

Мы занимаемся продажей и установкой микроинверторов. Микроинверторы являются самыми передовыми и надежными устройствами на рынке для всех жилых и коммерческих применений.

Контакты

ул. Рижская, 73-Г, Киев, Украина

Заказать обратный звонок