Аккумулятор для автономной электрической сети должен отвечать целому ряду требований.
Он должен быть:
Емким
Иметь глубокий цикл разряда
Надежным
Безопасным
Долговечным
Емкость химического аккумулятора
На сегодняшний день аккумуляторные батареи являются одним из самых узких мест в автономной электрической сети. Напомним, что принципом ее работы является накопление энергии с последующим ее использованием в случае необходимости. При этом период накопления обычно намного короче по продолжительности периода использования электроэнергии.
Так, например, зарядить аккумулятор от солнечной батареи удается только в дневные часы при наличии безоблачной погоды. Увы, на большей территории нашей страны яркое солнце не всегда светит даже в июле. По этой причине запаса электрической энергии должно быть достаточно хотя бы на пару дней.
Расчет емкости аккумулятора должен вестись с учетом потребности в электроэнергии. При этом отправной точкой в расчетах может служить наличие электрических приборов. Не секрет, что для того, чтобы чувствовать себя удобно и комфортно, нужно иметь возможность включения в сеть любых устройств, потребляющих электричество.
Например, в доме есть фен, холодильник и телевизор. Электрическая сеть должна быть рассчитана на их одновременное включение в любое время. Для этого емкость аккумулятора должна быть достаточной для обеспечения всех электрических приборов энергией в течение хотя бы двух дней.
Напомним, что выбор периода времени, в течение которого сеть должна работать без подпитки энергией, произвольный.
К сожалению, в настоящее время нет возможности купить аккумулятор, емкость которого была ба достаточной для полного снабжения дома электричеством в течение длительного периода времени. Остается лишь руководствоваться принципом «чем больше, тем лучше» и приобретать несколько аккумуляторных батарей. В зависимости от требуемых параметров сети, аккумуляторы можно соединять последовательно или параллельно.
При определении емкости аккумулятора в качестве ориентира можно использовать приведенную ниже таблицу
При этом считается, что одна аккумуляторная батарея, напряжение которой составляет 12Вольт, а емкость 200Ачас имеет энергетический потенциал 2кВт и может отдавать его, обеспечивая энергией нагрузку 200Вт на протяжении 10 часов.
Глубокий цикл разряда
Для автономной электрической сети можно использовать только аккумуляторные батареи, имеющие глубокий цикл разряда. Их можно классифицировать по различным признакам. В частности, аккумуляторы с глубоким циклом разряда могут быть герметично закрытыми и открытыми.
Батареи, относящиеся к первой группе, иногда называют «герметиками». Среди них можно выделить гелевые аккумуляторы и батареи АГМ.
«Герметики» надежны и безопасны, не нуждаются в дополнительном техническом обслуживании и могут устанавливаться в любом помещении. Основным их недостатком является то, что они рассчитаны лишь на 500-600 циклов заряда. Для дома, предназначенного для постоянного проживания, этого явно недостаточно.
Но для дачи, посещаемой ее владельцами лишь время от времени, герметичные аккумуляторные батареи являются идеальным вариантом, хотя бы из тех соображений, что они могут быть установлены даже в спальне, без устройства дополнительной вентиляционной системы.
В открытых аккумуляторах возможно испарение волы из электролита. Поэтому они нуждаются в периодическом контроле и доливке дистиллированной воды. С этой задачей может справиться любой, даже далекий от техники, человек.
Достоинство аккумуляторов этого типа состоит в том, что они рассчитаны на 2000 и более циклов зарядки, что позволяет считать именно открытые аккумуляторы более подходящими для использования в электрических сетях дома, предназначенного для постоянного проживания.
В целях безопасности их устанавливают в хорошо вентилируемых помещениях.
Предостережение
Аккумуляторные батареи классифицируются как стартерные и батареи глубокого разряда. Стартерные аккумуляторы используются для запуска двигателя автомобиля. С их помощью при наличии инвертора можно получить ток, напряжением 220 Вольт и подключить к системе, допустим, телевизор или кофеварку.
Но в таком режиме аккумулятор вряд ли сможет проработать в течение часа. Для поддержания его уровня заряда необходимо включить двигатель автомобиля.
К тому же стартерные аккумуляторы плохо переносят глубокий разряд и могут выйти из строя уже после нескольких циклов. Это значит, что для автономной электрической сети стартерные аккумуляторы использовать нельзя.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
Свинцово-кислотными называют аккумуляторные батареи (СКА), в которых в качестве электролита используется серная кислота, а электроды изготовлены из двуокиси свинца и свинца. Они достаточно надежны, неприхотливы и не имеют эффекта памяти.В настоящее время СКА являются одними из самых распространенных и доступных по цене аккумуляторных батарей.
К сожалению СКА имеют больше недостатков, чем достоинств: они слишком громоздки, имеют низкую энергоемкость, составляющую максимум 30 Втхчас/кг. К тому же они характеризуются малым количеством циклов разряда.
Несмотря на перечисленные недостатки, выпуск СКА не прекращен. Дело в том, что производители их постоянно совершенствуют. Что привело к созданию на базе СКА совершенно новых аккумуляторов
Технология AGM
В первом приближении можно сказать, что речь идет о свинцово-кислотных аккумуляторах, в которых электролит заменен на стекловолокно, отличающееся способностью полностью поглощать не только весь электролит, но и выделяющиеся в ходе химических процессов, газы.
В результате аккумулятор в разрезе напоминает слоеной пирог, в котором чередуются пластины электродов и слои электролита, плотно удерживаемые стекловолокном и пропитанные пузырьками газа (кислорода и водорода), принимающими активное участие в ходе химических реакций восстановления и окисления, делая их более интенсивными.
Этот процесс называется рекомбинацией и в современных аккумуляторах, изготовленных по AGM технологии, он достигает 99%. Это объясняется тем, что электролит не соприкасается с окружающей средой и не меняет своего химического состава, а значит, и свойств. Все это позволяет помещать аккумулятор в герметичный корпус, тем самым повышая его безопасность.
Не забывайте, что в свинцово кислотных аккумуляторах применяется свинец, не безопасный для здоровья. По этой причине не стоит использовать негерметичные СКА в присутствии людей.
Добавим также, что применение AGM технологии увеличило срок службы аккумуляторных батарей, а также увеличило количество циклов зарядки.
И все же с течением времени в корпусе аккумулятора может возникнуть избыточное давление газов. Для предотвращения его разрыва имеется предохранительный клапан.
Главное достоинство аккумуляторов , изготовленный по AGM технологии является его способность выдерживать многократно глубокие разряды. При этом такие ситуации проходят для аккумулятора практически бесследно. Все это делает их идеальными для использования в автономной электрической сети.
Гелевые аккумуляторы
Еще лучшими свойствами обладают все те же свинцово-кислотные аккумуляторы, в электролит которых добавили двуокись кремния, в результате чего пространство между электродами заполнилось своеобразным гелем, наполненным молекулами кислорода и водорода, активно участвующими в процессах окисления и восстановления.
Химические процессы в таких аккумуляторах почти полностью повторяют процессы в батареях, изготовленных по технологии AGM, но при этом гелевые аккумуляторы еще лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда, имеют большую долговечность и емкость.
К сожалению, они и цену имеют более высокую.
Где купить?
Например, на сайте http://www.multiwood.ru/components/haze/HZB12-100FA.htm представлены СКА аккумуляторы фронтальные AGM Haze HZB12-100FA (12V, 100Ah/C20), по заверениям производителей, специально предназначенные для цикличного использования и установки в автономных электрических сетях с солнечными батареями.
Параметры некоторых моделей.
http://www.exide-technologies.ru/products/stats/6_16 Здесь вы сможете найти аккумуляторы, произведенные в Германии. Но удобнее всего делать выбор на сайте http://ecocompass.ru/accum,где представлена продукция различных производителей, специально отобранная для установки в автономных электрических сетях различной мощности.
Ниже приведен прайс-лист, взятый на этом сайте.
Как видите, выбор есть. И все же продолжим обзор и посмотрим, какие еще виды аккумуляторов могут быть применены в автономной электрической сети.
Никель-кадмиевые аккумуляторы
В никель-кадмиевых аккумуляторных батареях на аноде формируется гидроокись кадмия, а на катоде гидроокись никеля. Этот вид аккумуляторных батарей известен сравнительно давно и имеет в своем большинстве положительные характеристики.
Прежде всего, нужно отметить их высокую энергоемкость, в два раза превышающую значение этого показателя у СКА. К тому же аккумуляторы имеют высокие токи заряда, что позволяет форсировать процесс зарядки аккумуляторной батареи.
Но и никель-кадмиевые аккумуляторы имеют серьезные недостатки, способные свести на «нет» все их достоинства. Речь идет об эффекте памяти, возникающем при неполной разрядке и соответственно при неполной зарядке, проявляющийся в том, что при последующем использовании аккумулятора он «помнит» предыдущий режим эксплуатации и действует строго в соответствии с ним.
Устранить его очень сложно. Нужен специальный алгоритм зарядки. Поэтому использовать никель-кадмиевые аккумуляторы можно только при наличии хорошо организованного контроля процесса зарядки и разрядки.
Купить никель-кадмиевый аккумулятор можно на сайте http://www.ru.all.biz/g689166/. Варианты предложенной здесь продукции вполне позволяют сделать выбор из расчета любой мощности электрической системы. И все же аккумуляторы этого вида дороги и во многом проигрывают гелевым.
Литий ионные аккумуляторы
На сегодняшний день на использование литий ионных аккумуляторов в автономных электрических сетях возлагаются огромные надежды. Следует отметить, что пока они используются преимущественно в мобильных телефонах и ноутбуках, но в ближайшее время ситуация должна полностью измениться.
Дело в том, что в декабре прошлого 2011 года в Новосибирске начато строительство завода по производству литий ионных аккумуляторов для автономных электрических сетей.
Достоинства и недостатки
Литий ионные аккумуляторы имеют высокую энергетическую емкость, что позволяет делать большие запасы электрической энергии по сравнению с любыми другими химическими аккумуляторами.
Они имеют также глубокие циклы разряда, составляющие до 80% общей емкости аккумулятора. При этом глубокий разряд никак не сказывается на дальнейшей работоспособности устройства. Ни о каком эффекте памяти литий ионных аккумуляторов речи даже не идет: его просто нет.
Литий ионные аккумуляторы долговечны и доступны по цене. Правда, их стоимость зависит от применяемых электрохимических систем на анодах и катодах.
В первых аккумуляторах этого типа использовался непосредственно литий. Следует отметить, что технические характеристики этих устройств были весьма привлекательными, но в ходе их эксплуатации на аноде вырастали веточки из атомов лития, которые со временем становились столь протяженными, что могли дотянуться до катода. В итоге происходило короткое замыкание.
На сегодняшний день литий ионные аккумуляторы абсолютно безопасны. В них используются различные соединения химических элементов, удерживающие литий. В частности, в ряде последних разработок предложено использовать для изготовления электродов ферро фосфат лития.
Устройство литий-ионного аккумулятора с литий-ферро-фосфатным катодом
Первые испытания прошли успешно. Ну а потребителям остается только ждать начала работы завода и планировать покупку нового перспективного аккумулятора, использование которого позволит вывести автономную электрическую сеть на качественно новый уровень.
