V. Проблеми акумулювання електроенергії

5.1. Принципи акумулювання електроенергії

Для «важких» циклічних режимів роботи спеціально виготовляють сонячну серію свинцево-кислотних акумуляторів, які застосовуються в будь-який автономній системі електрозабезпечення на основі відновлюємих джерел енергії, це в основному так звані заливні батареї з намазаними пластинами (серія OpzS).

Такі батареї працюють за таким же принципом, як і звичайні автомобільні стартерні батареї, але вони спроектовані спеціально для використання в системах автономного електрозабезпечення. Вони мають понижене газовиділення та допускають багато циклів заряду-розряду до 60% від номінальної ємності без ушкодження та значного скорочення терміну роботи. Але вони досить дорогі. Наприклад, європейські акумулятори такого типу ємністю 100 А^.г, 12 В коштують 350 євро. Звичайні автомобільні стартерні батареї коштують дешевше, але вони розраховані на менше число циклів заряду – розряду, і тому потребують частішої заміни.

Кількість енергії, яка може бути запасена в батареї, називається ємністю. Вона вимірюється в ампер – годинах. Одна АБ ємністю 100 А- годин може живити навантаження струмом 1А на протязі 100 годин, або струмом 4А на протязі 25 годин і т.п. Промисловість випускає батареї ємністю до 2000 ампер-годин.

Для збільшення терміну використання АБ бажано використовувати тільки малу частину її ємності до наступного заряджання. Кожний процес розрядження – зарядження називається зарядним циклом. Якщо можна використовувати більше 50% енергії, яка накопичена в АБ до її розрядження, то така батарея називається батареєю «глибокого розряду».

Свинцево – кислотні АБ, які запроектовані для використання в системах автономного електрозабезпечення, мають термін служби від 300 до 5000 циклів ( для нікель – кадмієвих до 50 000 циклів ) при умові, що вони розряджаються на 20% ємності. В системах відновлюємих джерел енергії батарея може розряджатися значно більше. Для забезпечення більш тривалого терміну використання звичайний цикл повинний бути менше 20% ємності АБ, а глибоке розрядження не більше 80% ємності. Щоб не пошкодити батареї в процесі перезаряжання необхідний спеціальний контролер для їх заряджання. При цьому максимальна напруга повинна бути 2,5 вольта на елемент, або 15В для 12-ти вольної батареї. Багато фотоелектричних батарей мають м’яку навантажувальну характеристику, тому при збільшенні напруги струм зарядження значно понижується. Для фотоелектричної батареї з напругою холостого ходу 18В зарядження іде до напруги приблизно 17В.

На сьогоднішній день мають місце наступні типи свинцевих акумуляторних батарей, які можна застосовувати в системах автономного електрозабезпечення:

1. Стартерні автомобільні акумулятори, вони потребують обслуговування та вентиляції, мають високий саморозряд;

2. Гелеві та AGM-батареї – це герметичні, необслуговуємі акумулятори, не потребують вентиляційного приміщення, як для автомобільних батарей типу AGM, чудово працюють в буферному режимі, тобто в режимі підзарядження. В такому режимі вони можуть використовуватись до 10 років. Якщо ж вони використовуються в циклічному режимі (тобто постійно заряджаються – розряджаються на 30% від ємності), то їх термін використання скорочується. Ці батареї не можна заряджати струмом більше як 0,3 А- вони можуть розпухнути. Гелеві батареї (серії OPzV) краще витримують циклічні режими зарядження – розрядження. Вони можуть переносити великі морози. Їх застосування більш раціональне в системах автономного електрозабезпечення, коли нема можливості підтримувати температуру акумуляторів в оптимальних умовах. Гелеві батареї дорожчі від AGM батарей і тим більше від старторних.

3. Тягові батареї призначені для циклічних режимів, більше підходять для автономних систем енергозабезпечення (наприклад, бортових), але вони значно дорожче від стартерних та гелевих АБ.

4. «Сонячні» батареї, які спеціально розроблені для «важких» циклічних режимів. Це, в основному, так звані заливні батареї з намазаними пластинами (серія OPzV). Ці батареї працюють за тим же принципом, що і звичайні автомобільні стартерні батареї, але вони спроектовані спеціально для використання в системах автономного електрозабезпечення. Мають понижене газовиділення. Дозволяють багато циклів зарядження – розрядження до 60% від номінальної ємності без ушкодження та значного скорочення терміну роботи.

Застосування автомобільних стартерних батарей в системах електрозабезпечення може бути виправдано тільки в системах, які будуть під постійним контролем обслуговуючого персоналу (потрібно слідкувати за рівнем та густиною електроліту, регулярно проводити вирівнюючий заряд АБ і т.п.). Для використання такого типу батарей необхідно окремо, добре провітрюване приміщення.

В системах відновлюємих джерел енергії, а також в системах неперервного живлення доцільно використовувати герметичні необмежуємі АБ, хоча вони і більш дорогі. Сонячна батарея, тепловий електричний генератор та невеликої потужності вітроелектрична установка виробляють порівняно невеликий струм, тому зарядження АБ продовжується багато годин, і в цьому випадку підходять навіть найбільш дешеві із необслуговуємих АБ.

Такі АБ мають велику, в порівнянні зі стартовими батареями, товщину пластин електродів, тому термін їх використання в режимі тривалого розрядження набагато перевищує термін роботи стартерних батарей.

Практика використання акумуляторних батарей підказує:

1.Доцільно застосовувати звичайні стартерні батареї, якщо є кому їх обслуговувати, а місце установки має вентиляцію. Потрібно бути готовим до того, що в таких батареях буде витрачатися частина енергії внаслідок саморозрядження. Автомобільні акумулятори є сенс ставити, якщо система працює в дуже складних умовах, акумулятори інтенсивно розряджаються і можливості зарядити їх до 100% нездійсненні (наприклад, при зарядження від теплового генератора, або в умовах використання найбільш простих контролерів зарядження в фотоелектричних системах).

2.Якщо енергія «достається» дорого (наприклад, в фотоелектричних системах), то потрібно звернути увагу на гелеві акумулятори (малопотужні системи) або заливні акумулятори з намазаними пластинами (серія OPzV). При цьому дуже бажано застосування контролерів з широтно – імпульсною модуляцією зарядженого струму на останній стадії зарядження. Якщо використовується простий контролер, то необхідно періодично проводити зарядження до 100% ємності акумуляторної батареї з застосуванням спеціальних зарядних пристроїв.

Гелеві акумулятори краще застосовувати також тоді, коли обслуговувати їх нема кому, або нема спеціального вентилюємого приміщення для акумуляторів. Цей варіант буде дорожче, чим з застосуванням автомобільних акумуляторних батарей, а термін використання батарей в циклічному режимі буде меншим. З другого боку, внаслідок малого саморозряду буде витрачуватись менше енергії в самих акумуляторах. Можна також використовувати AGM батареї, термін їх роботи буде менше, чим у гелевих АБ.

Якщо потужність системи перевищує 500Вт і потрібна висока надійність на протязі тривалого терміну використання, то можна застосовувати сонячні батареї серій OPzS (заливні) або OPzV (герметичні). Такі батареї обумовлять надійне електрозабезпечення у важких циклічних режимах роботи.