Тип солнечной батареи

Наиболее распространённые в странах СНГ являются солнечные батареи типа БСК-1, БСК-2, Электроника МЧ/1. Эти батареи выпускают или ранее выпускали многие радиоэлектронные заводы. Иногда встречаются в продаже также импортные, в основном китайские и корейские, солнечные батареи, с параметрами сравнимыми с батареями типов БСК-1, БСК-2, Электроника МЧ/1.

Эти солнечные батареи могут обеспечить зарядный ток аккумулятора в пределах 35-50 миллиампер, не более того. Причем это будет при хорошем солнечном освещении. Следовательно, с помощью широко распространённых солнечных батарей можно обеспечить заряд маломощных аккумуляторов имеющих емкость не более 0,45 А/ч. Замечу, что широко распространенные аккумуляторы типа ЦНК-0,45 как раз имеют такую емкость.

Необходимо также учитывать, что в середине лета, в июле, световой период, в который батарея эффективно отдаёт энергию, обычно длится не более 7-9 часов. Наиболее эффективное время для работы солнечной батареи с 10 до 17 часов. После этого времени ток солнечных батарей падает. Падает ток, генерируемый солнечной батареей в облачную погоду. Некоторая ориентировка солнечных батарей относительно положения Солнца, помогает увеличить генерируемый ими ток, но… Попробуйте сами покрутить батареи в поисках их лучшего освещения, и убедитесь, что это нелегкое дело.

Что же можно предпринять для увеличения тока, генерируемого солнечной батареей? Наиболее просто ток солнечных батарей можно увеличить при помощи их параллельного включения. Конечно, необходимо включать солнечные батареи, имеющие одинаковое количество элементов и, следовательно, обеспечивающих одинаковое напряжение фото ЭДС. Но все же параллельное включение солнечных батарей, как это показано на рис. 1, нежелательно. Лучшие результаты будут получены при параллельном включении элементов солнечных батарей, как это показано на рис. 2.

Нежелательное включение солнечных батарей

Параллельное включение элементов солнечных батарей

Давайте разберем, почему нежелательно параллельное включение солнечных батарей, показанное на рис. 1. Вследствие разной освещенности солнечных батарей генерируемые ими напряжения будут немного отличаться друг от друга. Вследствие этого, эффективно будет работать только одна солнечная батарея. При включении солнечных элементов по схеме, показанной на рис. 2, напряжения, генерируемые ими, более равномерно распределяются по солнечной батарее. Вследствие этого, частичное затенение части элементов не принесет большого вреда для работы солнечной батареи. Однако параллельное включение потребует распайки готовых батарей, а затем новое включение их элементов между собой. Работа достаточно нудная, коса проводов между батареями… Но если необходим большой ток, то эту работу все же придется выполнить.

Для увеличения напряжения солнечной батареи, можно включать последовательно, сколько угодное большое количество солнечных элементов. Напряжение такой солнечной батареи будет равно сумме напряжений на всех составляющих ее солнечных элементах. Ток, отдаваемый этой батареей, будет ограничен током худшего элемента.

Самый главный недостаток солнечных элементов, на мой взгляд, это только их относительная дороговизна. Но этот недостаток окупает эффективная работа заряжаемых с помощью солнца аккумуляторов.

Зарядка/подзарядка аккумуляторов

Итак, при достаточном количестве солнечных элементов можно создать солнечную батарею с практически любыми напряжением и током, и способную обеспечить зарядку любого типа аккумуляторов. Все дело только в стоимости такой солнечной батареи. Конечно, не следует забывать, что мощная солнечная батарея будет занимать большую площадь для своей установки. Следует также заметить, если полноценное солнечное освещение батареи бывает ограниченное время суток, то желательно использовать солнечную батарею, обеспечивающую ускоренный зарядный ток, величина которого находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов.

Обычно в радио экспедициях эффективная работа возможна в вечернее и ночное время. В это время прохождение на многих диапазонах улучшается, появляется много местных станций. Использование солнечной батареи позволяет вечером и ночью разрядить аккумуляторы во время работы в эфире, а днем произвести их подзарядку.

Если же солнечная батарея обеспечивает ток, меньший чем номинальный зарядный ток, менее 0,08 от емкости аккумуляторов, то в данном случае речь может идти не о зарядке, а только о подзарядке аккумуляторов. Это означает, что в светлый период времени солнечная батарея должна быть постоянно подключена к аккумулятору, все это время постоянно подзаряжая его. При этом необходимо контролировать, что бы во время работы аккумуляторной батареи напряжение на одном элементе аккумулятора было бы не ниже 1,2-1,15 вольт. При напряжении ниже 1,15 вольт аккумулятор необходимо снять с работы и поставить на зарядку. В противном случае за короткое время напряжение на элементах аккумулятора упадет до 1,1 вольта, и такую разряженную аккумуляторную батарею уже невозможно будет использовать в экспедиции без серьезной зарядки. Это указывает на то, что в экспедиции, обязательно необходимо контролировать напряжение на аккумуляторной батарее под нагрузкой. Разрядная и зарядная характеристика одиночного аккумулятора показана на рис. 3.

Разрядная и зарядная характеристика никель/кадмиевого аккумулятора

Для дальнейшего понимания процесса зарядки солнечной батареей аккумулятора рассмотрим характеристики элемента солнечной батареи. Зависимость тока одного элемента солнечной батареи типа БСК-2 от напряжения на нем показана на рис. 4. Этот график снят при оптимальном освещении солнечного элемента. Этот график типичен и для других солнечных элементов. Конечно, значение максимального тока будет зависеть от мощности солнечного элемента. Для снятия этого графика к освещенному солнечному элементу подключают переменный резистор. Изменяют сопротивление переменного резистора, и измеряют ток, поступающий в резистор и напряжение на солнечном элементе. Схема для снятия вольт/амперной характеристики солнечного элемента показана на рис. 5.

Вольт/амперная характеристика солнечного элемента

Схема для снятия вольт/амперная характеристики солнечного элемента

При работе солнечного элемента без нагрузки напряжение фото ЭДС на нем составит около 0,6 В. При подключении нагрузки, а затем при уменьшении ее сопротивления, ток в нагрузке начнет увеличиваться. Напряжение на нагрузке при этом начнет снижаться. Напряжение примерно 0,45 вольт на нагрузке является оптимальным режимом работы солнечного элемента. При попытках увеличить отбор тока, напряжение на солнечном элементе падает, а ток, который он генерирует, продолжает оставаться практически неизменным. Это говорит о том, что солнечная батарея является почти идеальным источником тока, то, что как раз и надо для зарядки аккумуляторов!

Для схемы измерения тока солнечного элемента (см. рис. 5) был построен график зависимости рассеиваемой мощности в сопротивлении нагрузки солнечного элемента. График показан на рис. 6. Этот график снят при оптимальном освещении солнечного элемента. Для постройки графика измерялось нагрузочное сопротивление солнечного элемента при различных напряжениях на нем. Затем, исходя из значения сопротивления нагрузки, и тока, протекающего через нагрузку, был построен график мощности, рассеиваемой в нагрузке. Из этого графика видно, что максимальная мощность отдаваемая в нагрузку солнечным элементом будет при напряжении на нагрузке 0,45 вольт. Оптимальное напряжение на нагрузке (0,45 вольт) отличается от напряжения фото ЭДС (о,6 вольт) в 0,75 раз.

Схема для снятия вольт/амперная характеристики солнечного элемента

График зависимости рассеиваемой мощности в сопротивлении нагрузки от напряжения на ней

Следовательно, для зарядки аккумуляторов можно применить солнечную батарею, которая имеет максимальный генерируемый ток примерно равный току зарядки аккумуляторов. В этом случае солнечная батарея автоматически будет производить зарядку аккумуляторов необходимым зарядным током при своем освещении. Батарею необходимо подключать к аккумуляторам через диод, как это показано на рис. 7. Это необходимо потому, что при неблагоприятном солнечном освещении напряжение на солнечной батарее может упасть ниже, чем напряжение на заряжаемых аккумуляторах. В этом случае аккумуляторы вместо своего заряда, разрядятся через внутреннее сопротивление солнечной батареи. Буферный конденсатор C 1 необходим, если, аккумуляторы будут использоваться для работы во время своей зарядки/подзарядки.

Подключение солнечной батареи к аккумуляторам

Последовательно с солнечной батареей включен миллиамперметр. Включение миллиамперметра весьма и весьма желательно. Он показывает, какой величины ток потребляет аккумулятор от солнечной батареи. А это дает возможность судить, находится ли аккумулятор под зарядным током или тренировочным, и вообще, работает ли в данный момент солнечная батарея или нет. В качестве миллиамперметра удобно использовать индикатор записи от старого магнитофона.

Шунт для этого индикатора записи тоже сделать достаточно просто. На резисторе типа МЛТ-0,5 наматываем 1 метр провода типа ПЭЛ-0,1. Подключаем шунт параллельно микроамперметру и измеряем, какой максимальный ток он при этом может измерять. Допустим, получилось 100 миллиампер. А для заряда аккумуляторов используется солнечная батарея с максимальным током 40 миллиампер. Следовательно, удобно иметь максимальную шкалу в 50 миллиампер. Для получения такого максимального тока отклонения микроамперметра сопротивление шунта необходимо увеличить в два раза. Для этого необходимо увеличить длину провода шунта до двух метров. Аналогично можно провести практическую подгонку шунта и для других токов отклонения миллиамперметра.

В походных условиях можно считать процесс зарядки аккумуляторной батареи оконченным, если напряжение на ее элементах под нагрузкой составляет не менее 1,25 В/на элемент, и их ЭДС составляет не менее 1,36 В/на элемент.

Если же солнечная батарея используется только для подзарядки аккумуляторов, то ее необходимо производить по мере необходимости — по мере разряда аккумуляторов. При неблагоприятных условиях подзарядка может даже продолжаться целый световой день. Ночью солнечные батареи нет необходимости отключать от аккумуляторов, поскольку они будут отключены автоматически с помощью диода VD 1 (см. рис. 7).

Расчет параметров солнечной батареи

Приведем пример расчета солнечной батареи, необходимой для зарядки аккумуляторов. Как показано на графиках рис. 3, во время зарядки аккумулятора напряжение на нем будет находиться в пределах 1,4 В. Для питания аппаратуры в полевых условиях, обычно применяют напряжение питания 12 вольт. Такое напряжение могут обеспечить 10 никель- кадмиевых аккумуляторов, включенных последовательно. Для зарядки батареи из 10 никель- кадмиевых аккумуляторов, включенных последовательно, необходимо обеспечить напряжение на них равное 14 вольт (10*1,4=14). При максимальном КПД работы солнечной батареи, когда напряжение на одном солнечном элементе составит 0,45 вольт, напряжение 14 вольт может обеспечить солнечная батарея состоящая из 31 элемента (14/0,45=31).

Учтем падение напряжение на диоде, равное 0,7 вольта. Следовательно, солнечная батарея должна иметь еще два лишних элемента. Суммарное количество солнечных элементов в батарее в этом случае будет равно 33 (31+2=33). Напряжение фото ЭДС солнечной батареи содержащей 33 элемента составит 19,8 вольт. Итак, мы подошли к важной вещи. Оказывается, для зарядки аккумуляторной батареи напряжением 12 вольт, необходима солнечная батарея напряжением фото ЭДС почти 20 вольт! Такую батарею можно собрать самостоятельно используя отдельные солнечные элементы или несколько готовых солнечных батарей.

В паспорте на солнечные батареи указывают как раз напряжение фото ЭДС. В продаже имеются солнечные батареи на напряжения фото ЭДС равное 12 и 9 вольт. Следовательно, при оптимальном сопротивлении нагрузки (см. рис. 6) напряжение на этих батареях составит 6,75 вольт, для 9- вольтовой солнечной батареи, 9 вольт для 12 вольтовой солнечной батареи.

Две последовательно включенные солнечные батареи, имеющие напряжение фото ЭДС 9 и 12 вольт можно с успехом использовать для зарядки 12 вольтовой аккумуляторной батареи. Превышение суммарного напряжения, которое для двух батарей составит 21 вольт, расчетного напряжения 20 вольт на один вольт не страшно. Это превышение будет компенсировано некоторым уменьшением выходного напряжения солнечной батареи которое произойдет из -за неравномерного освещения элементов, составляющих солнечную батарею. Конечно, следует не забывать, что ток солнечных батарей не должен превышать зарядный ток аккумуляторов.

Две последовательно включенные солнечные батареи на напряжение 9 вольт не смогут обеспечить полную зарядку аккумуляторной батареи. Они осуществят лишь ее подзарядку, до уровня не более 20% от необходимого заряда (см. рис. 3). Однако, подключенная к 12 вольтовой аккумуляторной батареи солнечная батарея с фото ЭДС 18 вольт поможет «разгрузить” режим работы этой аккумуляторной батареи. Она сможет сгладить пиковые токовые нагрузки и обеспечит по мере своих сил подзарядку аккумуляторов.

Эксплуатация солнечных батарей

При использовании солнечных батарей необходимо стремиться к тому, чтобы они были размещены на максимально освещенном месте и были освещены одинаково. Необходимо принять меры, исключающие механическое повреждение батарей, а также прямое воздействие на них влаги и пыли. При транспортировке необходимо избегать тряски солнечных батарей.

Необходимо соблюдать температурный режим солнечных батарей, который указан в их паспорте. Обычно это –40 ° +50 ° С. Летом, в жаркую погоду необходимо располагать солнечные батареи на поверхности мало подверженной нагреванию, например, на отрезе белой материи, или на блестящей алюминиевой фольге. В этом случае они слабо нагреваются и обеспечивают удовлетворительную работу расположенной поверх их солнечной батареи.

Необходимо отметить, что никель- кадмиевые аккумуляторы тоже плохо работают при повышенных и пониженных температурах. Понижение температуры аккумулятора ниже 0 ° С приводит к значительному понижению их мощности.

Результаты испытания солнечных батарей

Практические испытания солнечных батарей совместно с аккумуляторными батареями показали большую эффективность такой совместной работы.

На практике мной были использованы несколько комплектов солнечных батарей. Один комплект обеспечивал напряжение фото ЭДС 18 вольт. Он был составлен из двух солнечных батарей на напряжение 9 вольт. Позже мне удалось приобрести солнечную батарею на напряжение 12 вольт. В результате этого, появилась возможность использовать комплект солнечных батарей на напряжение 21 вольт. Эти солнечные батареи обеспечивали ток в нагрузке пределах 40 миллиампер.

Первое время эксперименты проводились совместно с солнечной батареей имеющей напряжение фото ЭДС 18 вольт. Солнечная батарея была постоянно подключена к аккумуляторам по схеме показанной на рис. 7. Солнечная батарея на напряжение 18 вольт обеспечивала успешную подзарядку аккумуляторной батареи с использованием элементов ЦНК-0,45 и 1,5-НКГН. К сожалению только подзарядку. Интенсивно разряженные во время ночной работы аккумуляторы такая солнечная батарея уже зарядить не смогла. В результате этого, на следующую ночь аккумуляторы работали непродолжительное время.

Однако при небольших нагрузочных токах этих аккумуляторов такая солнечная батарея была довольно полезной. Во время светлого периода она обеспечивала постоянную подзарядку аккумуляторов, держала их под тренировочным током, что благоприятно сказывалось на работе аккумуляторов. В результате этого, аккумуляторы совместно с солнечной батареей работали гораздо дольше, чем без нее.

Но совсем иная картина была при использовании солнечной батареи на напряжение 21 вольт, которая была составлена из батареи на напряжение 9 и 12 вольт. Эта солнечная батарея позволила производить зарядку аккумуляторов во время светового дня. Причем этой зарядки вполне хватало для интенсивной вечерней работы трансивера мощностью 1 ватт. Конечно, оптимальной такую солнечную батарею надо считать только для зарядки аккумуляторов типа ЦНК-0,45, имеющих зарядный ток равный 45 миллиампер. Аккумуляторы типа 1,5 НКГН, имеющих зарядный ток равный 150 миллиампер, такая батарея полностью зарядить не могла. Но в тоже время она им значительно прибавит растраченной за темное время работы емкости!

Батарею на напряжение 21 вольт можно подключать к работающим в дневное время аккумуляторам типа 1,5 НКГН. Подключать ее к работающим совместно с радиоаппаратурой аккумуляторам типа ЦНК-0,45 нежелательно. В этом случае этот тип аккумуляторов будет работать в тяжелом для них режиме, что может вызвать их ускоренный выход из строя. Для избежания этого в экспедиции желательно использовать две аккумуляторных батареи, одну для работы, а другую в это время для зарядки.

Внимание: возможен перезаряд!

(ПЫ.СЫ Вот тут меня взяли сомнения по поводу 21В,не понятно что

21В замеряют при холостом ходе,яб всеж между диодом и солнечной батареей вдул бы переменный резистор,и крутил бы его до момента заряда акк(ну понятно что акк должен был бы иметь пониженное сопротивление например 11.5в,самое главное найти порог заряда,чтоб не перезаредить,а от разряда поможет д226))

Необходимо обратить внимание радиолюбителя, что в некоторых случаях солнечная батарея может сделать перезаряд аккумуляторной батареи. А это приведет к переполюсовке элементов аккумуляторной батареи и к выходу ее из строя. Сразу можно сказать, что при использование 18 вольтовой солнечной батареи можно не опасаться перезаряда аккумуляторной батареи на 12 вольт. Как мы уже разбирали, солнечная батарея на напряжение 18 вольт сможет обеспечить только дозарядку аккумуляторной батареи на уровне 20% от ее номинальной мощности. После этого солнечная батарея обеспечит только тренировочный ток для этих аккумуляторов.

Совсем другой случай будет при использовании солнечной батареи на напряжение 21 вольт. Эта батарея способна обеспечить зарядный ток даже после полного заряда аккумуляторов. Сразу необходимо отметить, что при использовании солнечной батареи обеспечивающей зарядный ток 40 миллиампер можно испортить только аккумуляторы типа ЦНК- 0,45. Аккумуляторы типа 1,5-НКГН, которые требуют зарядного тока величиной 150 миллиампер такой солнечной батареей за время экспедиции испортить трудно. Но, все же необходимо соблюдать осторожность и при их зарядке.

Для того, что бы, не испортить аккумуляторную батарею, необходимо вести учет времени ее работы. После этого проводить дозарядку отданной емкости. Приведу пример такого расчета. Возьмем самый простой случай. Аккумуляторная батарея, составленная из элементов ЦНК-0,45 (следовательно, имеет зарядный ток 40 миллиампер), питает приемник с током потребления равным 40 миллиампер. Предположим, этот приемник проработал вечером 4 часа. Следовательно, утраченная емкость аккумулятора равна 160мА/час (40*4=160). Для восстановления утраченной емкости аккумуляторной батареи она должна получить заряд на 150% превышающий утраченный заряд. Следовательно, для восстановления заряда эта аккумуляторная батарея днем должна находиться под зарядным током 40 миллиампер в течение 6 часов ( 160/40=4; 4*1,5=6).

А если аккумуляторная батарея использовалась для питания трансивера, который работает на передачу? Что же, необходимо учитывать время, в течение которого он работает на передачу. Допустим, трансивер потребляет 50 миллиампер на прием и 150 миллиампер во время передачи. Работал трансивер в течение 3 часов, из них полчаса на передачу. Следовательно, аккумуляторная батарея 2,5 часа отдавала ток 50 миллиампер и 0,5 часа 150 миллиампер. Рассчитаем утраченную емкость:

-во время приема 125мА/час (50*2,5=125);

-во время передачи 75мА/час (150*0,5=75);

-общая утраченная емкость равна 200мА/час (125+75=200).

Для восстановления утраченной емкости аккумуляторной батареи она должна получить заряд на 150% превышающий утраченный заряд. Следовательно, для восстановления заряда эта аккумуляторная батарея днем должна находиться под зарядным током 40 миллиампер в течение 7,5 часов ( 200/40=5; 5*1,5=7,5).

Устранение эффекта памяти

К сожалению, никель кадмиевые аккумуляторы обладают так называемым эффектом памяти. В чем это проявляется? Если аккумулятор несколько раз разряжать не полностью, допустим на 30% от его емкости, а затем снова производится его дозарядку, то аккумулятор «запомнит” разрядный цикл. Впоследствии аккумулятор будет отдавать только 30% своего заряда, даже при получении им полного заряда. Обычно в радио экспедициях аккумуляторы не успевают подхватить эту болезнь. Аккумулятор каждый день испытывает разные разрядные/зарядные циклы, причем разрядные циклы бывают довольно глубокими.

Однако, после окончания экспедиции, в которой использовалась подзарядка аккумуляторов, для устранения эффекта памяти, аккумулятору необходимо дать не менее двух циклов полного разряда/заряда.

Аккумуляторы, особенности эксплуатации с солнечными электростанциями, критерии выбора

Для того чтобы сделать правильный выбор из всего многообразия АКБ имеющихся на рынке нужно понимать особенности эксплуатации, представлять режим работы солнечной электростанции.

В этом нет ничего сложного, в условиях близких к идеальным, то есть когда мощности солнечных панелей (в светлое время суток конечно) достаточно для питания всей необходимой нагрузки (всех электроприборов) работающих днём, а так же достаточно энергии для полного заряда батареи аккумуляторов.

Плюс к этому ёмкость АКБ подобрана так, что её достаточно для питания электроприборов работающих в тёмное время суток происходит следующее:

В течении светового дня АКБ зарядились до 100% своей ёмкости, но тут пришел вечер, а за вечером пришла ночь, это то время когда аккумуляторы отдают энергию для питания на пример холодильника, освещения, системы вентиляции, компьютера… Батарея разряжается, а утром снова начинает заряжаться, и этот цикл происходит изо дня в день, цикл заряда-разряда аккумулятора.

От чего зависит срок службы АКБ

Солнечные электростанции способны работать не одно поколение, но есть одно но, аккумуляторная батарея, это самое слабое звено в системе и по этому к выбору АКБ нужно подходить максимально осознано.

Срок службы аккумуляторной батареи напрямую зависит от количества этих самых циклов заряда-разряда, происходящие химические процессы с каждым циклом изнашивают аккумулятор.

Следующий фактор это глубина разряда АКБ не влияющая (не значительно влияющая) на снижение срока эксплуатации, то есть на сколько разряжается батарея за ночь, понятно что это зависит и от ёмкости батареи и от нагрузки. По этому при проектировании своей домашней солнечной электростанции нужно учитывать конструктивные особенности АКБ, в общем то нам достаточно знать ряд параметров:

• ёмкость АКБ
• количество циклов заряда-разряда
• рекомендуемую производителем максимальную глубину разряда

Эти параметры зависят от типа аккумулятора, от его конструкции, поговорим об этом подробнее.

Виды аккумуляторов

Автомобильные свинцово-кислотные стартерные аккумуляторы

Для многих этот вариант кажется самым доступным с точки зрения цены, это верно в том случае если бюджет очень сильно ограничен, нет времени ждать, нужно продержаться хотя бы сезон, Вам удалось приобрести аккумулятор от Камаза очень за дешево, или ваш любимый дядя работает на аккумуляторном заводе и шлет вам аккумуляторы к каждому празднику, в остальных случаях использование автомобильного стартерного аккумулятора не сможет сберечь деньги и доставит больше проблем чем удовольствия от работы солнечной электростанции.

Автомобильные АКБ не предназначены для использования в циклическом режиме, да еще с глубокими разрядами. В автомобиле аккумулятор даже на 20% редко разряжается, и после запуска двигателя сразу заряжается, и остается заряженным полностью даже когда автомобиль стоит в гараже.

В реальной автономной солнечной электростанции полный каждодневный заряд возможен только летом – когда солнце каждый день. А зимой в отсутствии солнца АКБ бывает что неделями прибывает в полу-разряженном состоянии (при проектировании электростанции нужно учитывать возможное количество и продолжительность пасмурных дней).

Самое губительное для стартерных аккумуляторов это глубокие разряды. У автомобильных АКБ тонкие пластины предназначенные для обеспечения большого пускового тока, но в циклическом режиме из-за расширения пластин намазка постепенно отходит от решеток и АКБ теряет емкость.

Самые дешевые АКБ даже одного полного цикла не выдерживают без потери емкости. Автомобилисты знают, что стоит забыть про включенные фары на ночь и даже после полной зарядки АКБ начинает плохо крутить стартер, а через неделю и вовсе уже не может завести двигатель и его приходится менять.

Сейчас производители в активную массу (намазку решёток) добавляют разные добавки позволяющие снизить разрушение при расширении, поэтому появились аккумуляторы устойчивые к глубокому разряду. Но всё равно обычно аккумулятор служит 2-3 года, иногда до пяти лет, и это при условии не допущения глубоких разрядов. Нормальные условия это разряд не более 10% от ёмкости и сразу же полный заряд от генератора.

Что же происходит если поставить автомобильной аккумулятор в состав солнечной электростанции? К примеру вы поставили один аккумулятор на 60а/ч, и заряжает его одна солнечная батарея на 100 ватт. Днём при солнце аккумулятор полностью заряжается, а вечером и ночью от него питается ночное освещение с потреблением 5а/ч (это 60 ватт/ч).

Так вот за ночь с 10-ти часов вечера до 6-ти часов утра освещение потребит из АКБ 40 ампер часов. То есть аккумулятор разряжается очень глубоко на 66%, и каждые сутки активная масса то расширяется (разряд) то сужается (заряд) очень сильно. Но если например на улице пасмурный день, и аккумулятор не успел за день зарядится, а ночью снова включится освещение , то в итоге аккумулятор разряжается полностью и контроллер отключает нагрузку при 10 вольт, и тогда до утра аккумулятор полностью разряжен.

Именно этот всего один раз резко снижает емкость аккумулятора. А дальше появляется солнце и аккумулятор полностью заряжается, но он уже потерял часть ёмкости из-за расширения активной массы, и ночью питая освещение он полностью разряжается так как ёмкость потеряна, и снова активная масса пластин расширятся по максимуму. Это приводит к ещё большей потери ёмкости, масса расширяется, разбухает, теряет контакт и осыпается, в итоге всего несколько циклов и аккумулятор заряжается за пять минут и не держит заряд, сам разряжается и его только на утилизацию.
Таким образом стоит один раз забрать всю ёмкость или даже половину и процесс деградации запущен.

Что делать чтобы автомобильный аккумулятор проработал как можно дольше

Во-первых не допускать сильного разряда, максимум до 50% ёмкости, а лучше чтобы не больше 10-20% как в автомобиле. Получается что с аккумулятора нельзя брать всю ёмкость и если аккумулятор на 60а/ч, то брать не более 30 а/ч, значит разряжать до напряжения не 10 вольт, как установлено на контроллерах, а до 11,7 вольта. Для этого нужен контроллер с возможностью ручной установки напряжения отключения нагрузки. И не разряжать аккумулятор до отключения инвертора.

Многие жалуются что именно инверторы 12/220 вольт портят аккумуляторы, и это не удивительно так-как они отключаются при 10 вольт, а это 100% разряда аккумулятора.

Нужно рассчитывать аккумулятор с двух-кратным запасом ёмкости чтобы они проработали хотя-бы гарантийный срок. Например если энергии тратится за тёмное время суток скажем 50 а/ч, то аккумулятор нужен емкостью как минимум 100 а/ч, и контроллер чтобы выключал потребителей при падении напряжения до 11,8 вольт. Вся дешевизна автомобильных аккумуляторов перекрывается потребностями ставить АКБ в два раза большей емкости чем нужно, поэтому это совсем не экономия. А если учесть что они служат 2-3 года, то это пустая трата денег и облегчение на короткое время, а потом снова менять аккумуляторы.

К тому же автомобильные АКБ не герметичны, во время работы выделяют в атмосферу пары серной кислоты, из-за этого очень не рекомендуется ставить их в помещениях где находятся люди, а помещение между прочим должно быть теплым, все модели АКБ любят плюсовую температуру.

Тяговые аккумуляторы

Тяговые аккумулятор это более разумный подход и более дешевый в итоге. Тяговые аккумуляторы специально предназначены для долгой отдачи энергии и глубокого разряда. Благодаря более толстым и массивным пластинам с мелкими клетками активная масса не так сильно расширяется, плюс там идут добавки способствующие лучшему контакту и меньшей деградации активной массы. В итоге аккумулятор получается примерно на треть тяжелее чем автомобильный, и дороже раза в три, но он при разряде не более чем 80% отрабатывает 800-1500 циклов разряда-заряда и 100-350 полного разряда 100%. Если аккумулятор разряжать не более чем 80%, то можно пользоваться до десяти лет, а то и белее. Но не стоит забывать про сульфатацию и не оставлять незаряженным на долгое время.

Тяговые аккумуляторы сейчас сильно шагнули вперёд, новейшие технологии типа панцирной надёжно предотвращают осыпание активной массы, и добавки предотвращают деградацию активной массы. Поэтому тяговые аккумуляторы лучших производителей могут служить до 20-ти лет по заявлению производителей, но и стоят такие АКБ больших денег. В принципе нет разницы что использовать самые дешевые автомобильные или самые дорогие тяговые. В итоге деньги теже, если правильно эксплуатировать, просто автомобильные менять чаще, но угробить автомобильный аккумулятор гораздо проще.

В любом случае нужно неукоснительно соблюдать эксплуатационные инструкции, которые пишут не просто так. Типов свинцовых аккумуляторов более десятка, и различаются они по состоянию электролита, обслуживаемые или нет, и по конструкции свинцовых пластин, сепараторов и прочего. (с)

Никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы.

Еще вариант это никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы. Эти аккумуляторы служат по долгу даже 20 лет для них не предел, но опять но. Оказывается щелочные аккумуляторы не принимают заряд малым током, поэтому если например пасмурный день и от СБ всего 1-2А, то в аккумуляторы вообще ничего не придет. Так-же из-за большого внутреннего сопротивления КПД щелочных аккумуляторов 55-60%, то-есть при зарядке 40% энергии будет тратится впустую – на разогрев и кипение щелочи. Долголетие и большое количество циклов заряд-разряд этих аккумуляторов большое преимущество, но вот такие потери при заряде сводят на нет их преимущество.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы.

Самый оптимальный выход это литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Сейчас этот тип аккумуляторов набирает широкую популярность, сначала у электровелосипедистов и электромобилистов, а теперь в связи с тем что значительно подешевел и у альтернативщиков

Преимущество lifepo4 аккумуляторов это, во-первых, то что им наоборот только в пользу для долголетия постоянный недозаряд и недоразряд. Так-же производители обещают как минимум 1500 полных циклов заряд-разряд с потерей емкости не более 20%, а в общем до 10000 циклов в зависимости от типа аккумуляторов и производителя. Так-же и срок эксплуатации свыше 20 лет. Еще эти аккумуляторы не нуждаются в обслуживании, и весят при той-же емкости в два раза меньше свинцово-кислотных. И из-за малого внутреннего сопротивления КПД этих аккумуляторов при заряде и разряде до 99%.

Вот некоторые цифры для сравнения. Самый дешевый свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор емкостью 1Кв стоит около 5000рублей и умирает через 3 года в ветро-солнечных системах. Специальные аккумуляторы стоят в три раза дороже, и служат 5-8 лет, качественные чуть подольше при бережной эксплуатации. Lifapo4 стоят в среднем 10000-15000рублей за 1Кв емкости, но служат гораздо дольше и в ходе эксплуатации от них можно выбирать всю емкость и делать это всегда.

Ведь в электромобилях так и делают, да и к тому-же там условия жесточайшие, огромные токи отдачи, зарядка мощными зарядными, и у них аккумуляторы служат годами. Из реальных фактов есть электромобилисты отъездившие по 6 лет и более и за это время их аккумуляторы потеряли всего 2-3% емкости, а даже специальные свинцово-кислотные теряют половину и более емкости из-за сульфатации пластин.

Производители же советуют заряжать и разряжать lifepo4 аккумуляторы небольшими токами, а так-же чем меньше цикл разряд-заряд тем больше циклов отработают аккумуляторы без существенной потери емкости. Иными словами если не высаживать аккумулятор до конца и не заряжать до конца то он отработает гораздо больше своих минимальных 1500 циклов. Так-же аккумуляторы этого типа оснащены обязательными контроллерами что можно сказать исключает быстрый выход из строя этих аккумуляторов из-за неправильной эксплуатации, или короткого замыкания.

AGM-аккумуляторы.

Основу этих аккумуляторов составляют абсорбирующие стекломаты, между которыми находится электролит в связанном состоянии. Эксплуатироваться они могут в любом положении (допустим, на боку). Такие аккумуляторы очень дешевы и отличаются довольно высоким уровнем заряда. Средний срок функционирования составляет 5лет.

Кроме того, внешний аккумулятор AGM-типа имеет такие особенности, как:

• компактность;
• возможность транспортировки в заряженном состоянии;
• способность выдерживать до 800 циклов при глубине разряда 30% и до 500 при глубине разрядки до 80%;
• возможность использования в плохо вентилируемом помещении;
• быстрая зарядка (порядка 7,5 ч. на полное восстановление);
• оптимальные рабочие температуры 15-25°С. Однако такие аккумуляторы неплохо работают и при более низких температурах.

Данные АКБ удовлетворительно переносят недозаряд, перезаряд же быстро приводит к их выходу из строя. Но оставлять их в разряженном состоянии крайне не рекомендуется.

Гелевые аккумуляторы.

Благодаря особой желеобразной консистенции электролита такие устройства также могут работать в любом положении. Роль разделителя свинцовых пластин играет силикагель, в порах которого и удерживается гелевый электролит. Поскольку силикагель полностью заполняет все пространство между электродами, их осыпание практически полностью исключено. А значит, невозможно и закорачивание.

Более того, за счет такой конструкции гелевые АКБ гораздо устойчивее к глубоким, 100%-ным, разрядкам и выдерживают значительное число циклов. В среднем рабочая цикличность данных АКБ на 50% больше AGM-батарей с аналогичными параметрами. Соответственно, и цена их несколько выше.

Таким образом, гелевые аккумуляторы дороже, но экономичнее и рациональнее в эксплуатации, а кроме того, они не нуждаются в регулярном обслуживании и могут оставаться 100%-разряженными на протяжении нескольких дней. А за счет малого саморазряда в них теряется минимум энергии.

Заливные (OPzS) аккумуляторы.

В этих АКБ используется жидкий электролит. Они практически не требуют обслуживания (уровень электролита контролируется, как правило, лишь раз в год). Такие устройства специально разработаны для разрядки небольшими токами и способны выдерживать очень большое количество глубоких циклов разрядки/зарядки. Однако они довольно дороги. Использовать их лучше в мощных солнечных системах.

Аккумуляторные батареи размещают в доме или ином строении для обеспечения значения температуры окружающего воздуха в диапазоне от 10 до 25 градусов Цельсия выше нуля и предотвращения попадания на них воды. Это значительно продлевает срок службы устройств и уменьшает потери электроэнергии.

Критерии выбора АКБ для солнечной электростанции.

• Емкость. Это один из самых важных параметров, поскольку АКБ должна держать энергию около 4-х суток. Параметр этот определяется исходя из требуемого энергопотребления. Причем к нужной расчетной емкости необходимо прибавить порядка 35% (для некоторых моделей – до 50%) «запаса прочности». Это необходимо, чтобы избежать полной разрядки аккумулятора.
• Способность выдерживать большое количество циклов заряд-разряд
• Рекомендуемая производителем глубина разряда
• Максимальная глубина разряда
• Рекомендуемые производителем токи заряда/разряда
• Диапазон рабочей температуры
• Необходимость вентилировать помещение
• Необходимость обслуживания, его периодичность

На основании этих критериев таблица…. Таблицу пока создать не удалось, у многих производителей в документации не указаны нужные параметры, но по мере добычи информации все таки таблицу сделаю.

Важная информация:

Ни когда не оставляйте АКБ долгое время разряженным, даже если это гелевый аккумулятор, при нахождении аккумулятора разряженным длительное время начинается процесс необратимой сульфатации (покрытие свинцовых пластин аккумулятора неразрушаемыми кристаллами PbS04 ) что приводит к значительному снижению ёмкости аккумулятора.

При эксплуатации аккумулятора берегите его от повышенной окружающей температуры (более 35ºC) и прямых солнечных лучей, несоблюдение этих правил приведёт к потере через предохранительные клапана молекул кислорода и высыханию электролита внутри аккумулятора. Высыхание электролита ниже предельной нормы приведёт к полной потере ёмкости аккумулятора.

Хранение аккумулятора: если Вы планируете сезонную эксплуатацию АКБ, то после окончания сезона необходимо зарядить аккумулятор на 100% , после этого аккумулятор может храниться без вреда для его эксплуатационных характеристик до 8-ми месяцев. Хранение разряженного аккумулятора более 1 недели – приводит к потери ёмкости на 30%-40%. Хранение разряженного аккумулятора более 1 месяца – приводит к потери ёмкости на 80%-100% (выходу из строя).

Температурный режим эксплуатации АКБ

Часто производители в характеристиках указывают что АКБ может эксплуатироваться при температурах от -20 до +60 градусов, нужно понимать, что это предельные условия, аккумуляторная батарея работает за счет химических реакций протекающих между пластинами и электролитом.

Если вспомнить школьный курс химии то упрощенно можно сказать, что при высокой температуре скорость реакций увеличивается. Применительно к АКБ увеличится емкость, но резко снизится срок службы за счет ускорения химических процессов, при понижении температуры емкость снижается, и к тому же есть вероятность замерзания электролита, повреждения конструкции элементов, повреждение корпуса АКБ.

В любом случае, при выборе АКБ для своей системы нужно помнить или обращать внимание на то, что в характеристиках производитель указывает параметры при температуре 20-25 градусов С, в общем то это и есть оптимальный температурный режим для практически всех типов АКБ.

Что говорят производители:

Батареи следует устанавливать таким образом что бы разница температур между отдельными блоками/банками не была больше 4 градусов Цельсия.

Рекомендованный температурный диапазон эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 22 градуса Цельсия, плюс-минус 1 градус.

Высокие температуры (более 30 градусов Цельсия) значительно сокращают срок службы АКБ. Более низкие температуры сокращают значения номинальных характеристик (емкость, ток, время разряда…).

Повышение температуры до +60 является недопустимым. Это многократно сокращает срок службы. Желательно избегать эксплуатации аккумуляторов при температуре выше 45 градусов С.

Хранение АКБ ниже температуры замерзания электролита приводит повреждению АКБ. Температура замерзания электролита у полностью заряженного АКБ составляет около -60 градусов С. По мере разряда АКБ, температура замерзания электролита повышается, при 70% уровне заряда температура замерзания составит около -25 градусов. Пребывание АКБ в разряженном состоянии при отрицательных температурах ведет к повреждению батареи.

При разряде АКБ серная кислота расходуется, в результате плотность электролита уменьшается. Любое снижение плотности электролита при отрицательных температурах может привести к образованию центров кристаллизации воды (кристаллов льда).
(с) DELTA

Полезные ссылки:

Аккумуляторы, большой скачок. Научно-популярно-социальный видеоролик о применении современных АКБ (в основном lifepo4) в народном хозяйстве и транспорте.

Далее три живых видео на тему выбора АКБ для автономных систем.

Какие акб подходят для солнечной системы АГМ Щелочные или PZS тяговые.

Аккумуляторы для солнечной энергетики. Стартерные АКБ. Какие типы бывают и чем отличаются.

Про аккумуляторы в солнечной электростанции свинцовые, щелочные, Lifepo4.

Если у Вас есть вопросы, пишите их в комментариях, если сможем, ответим, так же интересен Ваш опыт в этом плане, будем рады если поделитесь.

Доброго дня ребята!

Почитав материалы Вашего сайта, о работе солнечных элементов, накопителей к ним, позволю себе задать Вам несколько вопросов, на которые, без специального оборудования для более глубокого исследования, у меня нет ответов. А вопросы мои – чисто практические, связанные с тем, что часть времени года, преимущественно в зимний период, прибор контроля заряда на 63 Ампера, и сами аккумуляторы, находятся в нетопленом доме при температуре, от 0° до -25° по Цельсию. Но, вопросы разные!

Первый такой: Как измерить электроёмкость аккумулятора? Со временем она падает у аккумуляторов, а как узнать, насколько она уменьшилась, и сколько осталось ещё, – затруднительно.
Можно конечно старым проверенным дедовским способом, – нагрузочной вилкой. Но, не хочется подвергать аккумулятор, хоть и кратковременному, но режиму короткого замыкания. Данный режим очень не желателен для многих видов аккумуляторов, так как сокращает срок эксплуатации аккумулятора. Хотелось бы узнать о более простом способе определения данной величины.

Исходные данные для второго вопроса: У меня солнечная панель состоит из 36 солнечных фотоэлементов, каждый фотоэлемент выдаёт 0,5 Вольта и 2 Вата активной мощности, следовательно, вся панель получается, – 18 Вольт и 60 Ватт. Аккумуляторы, – гелевые, герметичные, 12 Вольт, по 100 Ампер/часов каждый. Контролер заряда на 63 Ампера. Данная система эксплуатируется с весны 2012 года. Территориально, – южная часть Владимирской области, в 130 км от города Мурома.

Второй вопрос такой: Существует ли порог чувствительности для зарядки аккумуляторов в пасмурную погоду.
Иногда создаётся впечатление, что даже днём, когда солнце за облаками, но дневная освещённость достаточная, не происходит дозарядка аккумуляторов при постоянной нагрузке от системы. И аккумуляторы постепенно разряжаются не получая подзарядку от солнечных элементов. Так вот, может есть какой-то порог по напряжению, может в 1,5 вольта, может в 2 вольта, при разнице которых между напряжением, на аккумуляторах (холостого хода), и приходящих от солнечных панелей, зарядка аккумуляторов не происходит. Мною точно отмечено, что когда разница от солнечных панелей на 3 Вольта и выше, больше чем на аккумуляторах, то дозарядка происходит.
Во всех рассматриваемых случаях, мною конечно же имелось ввиду, что нагрузка одинаковая, и примерно равна 300 – 350 Ватт.

Третий вопрос такой: Когда аккумуляторы находятся в помещении с отрицательной температурой, насколько медленнее, или, на сколько меньше происходит дозарядка аккумуляторов чем при нормальной ( + 20° ).
То, что зарядка происходит медленнее, это точный факт, а вот на сколько, всегда непонятно. Например, при, -5, -10°, -15°, -20° по цельсию, даже при нормальной, средней солнечной освещённости. Может существует какой-то график, где, показывается зависимость времени зарядки аккумулятора от температуры окружающей среды, при постоянной солнечной освещённости.
А если при отрицательной температуре происходит нагрузка на систему, даже совсем незначительная, порядка 100 – 150 Ватт, то, по системе чувствуется, что происходит наоборот разрядка аккумуляторов, совершенно не подзаряжаясь. Далее, когда наступает вечернее, не освещённое время, и мы отключаем систему от солнечных панелей, и снимается нагрузка 100 – 150 Ватт, оставляется только нагрузка освещения, от светодиодных лент, общей мощностью около 20 – 30 Ватт. То, неоднократно замечалось, аккумуляторы как будто – самовосстанавливаются. Явно чувствуется процесс, как бы просадки аккумуляторов днём … , а затем медленно восстанавливается их ЭДС до какого то номинала в ночное время.
Хотелось бы прочесть результаты Ваших исследований работы гелевых аккумуляторных систем, при температурах ниже нуля. Если конечно такое возможно вообще?
Допускаю конечно, что Вы, как и многие другие, будете рекомендовать эксплуатацию аккумуляторной системы только при положительной температуре, при чём выше +15° по Цельсию, но, жизненные ситуации разные, поэтому и информация нужна разная. Если Вы ею обладаете, – то, поделитесь!
Заранее благодарен.

Источник http://tehnomir.ucoz.lv/publ/skhemy/kak_samomu_sdelat_solnechnuju_batareju_dlja_podzarjadki_avtomobilnogo_akkumuljatora/2-1-0-223

Источник https://gomiph.ru/akkumulyatory-osobennosti-ehkspluatacii-s-solnechnymi-ehlektrostanciyami-kriterii-vybora/

Источник