Batterie alcaline
A differenza di quelle acide, le batterie alcaline fanno un ottimo lavoro con una scarica profonda e sono in grado di erogare correnti per un lungo periodo di circa 1/10 della capacità della batteria. Inoltre, si consiglia vivamente di scaricare completamente le batterie alcaline in modo che non si verifichi il cosiddetto "effetto memoria", che riduce la capacità della batteria della quantità di carica "non selezionata".
Rispetto a quelle acide, le batterie alcaline hanno una durata significativa - 20 anni o più -, forniscono una tensione stabile durante il processo di scarica, possono anche essere riparate (allagate) e incustodite (sigillate) e, a quanto pare, sono semplicemente create per energia solare. Anzi no, perché non sono in grado di caricarsi con le deboli correnti che generano i pannelli solari. Una debole corrente scorre liberamente attraverso la batteria alcalina senza riempirla. Pertanto, ahimè, il lotto di batterie alcaline nei sistemi di alimentazione autonoma deve fungere da "banca" per i generatori diesel, dove questo tipo di accumulo è semplicemente insostituibile.
Tipi di batteria
Esistono diversi tipi di batterie che possono essere visti oggi sul mercato russo.
Gel
Uno dei tipi più comuni di batterie, utilizzato attivamente per la disposizione di sistemi di alimentazione autonomi. La sua composizione chimica comprende piombo e acido solforico di consistenza gel. L'acido solforico agisce come un elettrolita conduttivo. Il fatto che sia incorporato in una batteria sotto forma di gel rende il processo di ricombinazione più efficiente e veloce. Le batterie al gel hanno una durata media di 5-8 anni.
Piombo acido
Questa batteria non è molto diversa da una batteria al gel. A meno che un dispositivo di questo tipo non contenga un acido di consistenza liquida, che in qualche modo ne indebolisce le prestazioni. La durata di una batteria al piombo è relativamente breve - 2-4 anni. Tali batterie sono utilizzate nell'industria automobilistica.
AMG
La batteria AMG contiene lo stesso piombo e acido solforico. La differenza con altri dispositivi è la produzione. Per il contenuto di acido solforico in una batteria di questo tipo, dai fili di vetro più fini viene prelevato uno speciale recipiente assorbente. Il materiale è chiamato tappetino di vetro. Le batterie AMG sono più o meno simili in termini di prestazioni alle batterie al gel e durano circa 5-8 anni.
Alcalino
Le batterie alcaline contengono sempre nichel. Il secondo elemento chimico può essere ferro o cadmio. Sono chiamati alcalini a causa dell'elettrolita utilizzato - alcali. Le batterie ferro-nichel e cadmio-nichel hanno il vantaggio di essere in grado di sopportare carichi continui pesanti e operazioni oscene con un'impressionante durata di servizio di 15 anni, e lo svantaggio è la necessità di manutenzione aggiuntiva (rabbocco di acqua, elettrolita, ecc.) . Tali dispositivi hanno una bassa tensione - 2V. Pertanto, per l'utilizzo in sistemi di alimentazione autonomi, sono completati in più pezzi in monoblocchi o una batteria. Durante il funzionamento, tali dispositivi rilasciano alcali. Per motivi di sicurezza, si consiglia di fornire le batterie alcaline in una stanza separata e ventilata. I dispositivi sono adatti per il collegamento a sistemi stand-alone.
Ioni di litio
Queste batterie contengono litio. Con una durata di circa 10 anni, ha un costo elevato. Poiché i sistemi autonomi sono progettati per risparmiare denaro, le batterie agli ioni di litio vengono raramente acquistate per loro. Sebbene questi siano alcuni dei dispositivi più potenti.Le batterie agli ioni di litio resistono a carichi pesanti e frequenti scariche profonde.
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Batterie agli ioni di litio
Le batterie di questo tipo hanno una "chimica" fondamentalmente diversa rispetto alle batterie per tablet e laptop e utilizzano la reazione al litio ferro fosfato (LiFePo4). Si caricano molto rapidamente, possono cedere fino all'80% della carica, non perdono capacità a causa di una carica incompleta o di una lunga conservazione in stato di scarica. Le batterie resistono a 3000 cicli, hanno una durata fino a 20 anni e sono prodotte anche in Russia. I più costosi di tutti, ma rispetto, ad esempio, a quelli acidi, hanno il doppio della capacità per unità di peso, cioè ne serviranno la metà.
Principali caratteristiche tecniche della batteria
Le caratteristiche e i requisiti per le batterie sono determinati in base alle caratteristiche di funzionamento dell'impianto solare stesso.
Le batterie devono:
- essere progettato per un gran numero di cicli di carica-scarica senza significative perdite di capacità;
- avere una bassa autoscarica;
- mantenere le prestazioni a basse e alte temperature.
Le caratteristiche chiave sono considerate:
- capacità della batteria;
- carica completa e velocità di scarica consentita;
- condizioni e vita di servizio;
- peso e dimensioni.
Come calcolare e scegliere la batteria giusta
I calcoli si basano su formule semplici e tolleranze per le perdite che si verificano in un sistema di alimentazione autonomo.
La fornitura minima di energia nelle batterie dovrebbe fornire il carico al buio. Se dal tramonto all'alba il consumo totale di energia è di 3 kWh, il banco batterie deve disporre di tale riserva.
L'approvvigionamento energetico ottimale dovrebbe coprire le esigenze quotidiane della struttura. Se il carico è di 10 kW / h, una banca con una tale capacità ti consentirà di "sederti" 1 giorno nuvoloso senza problemi e con tempo soleggiato non si scaricherà più del 20-25%, il che è ottimale per batterie ad acido e non porta al loro degrado.
Qui non consideriamo la potenza dei pannelli solari e la prendiamo per il fatto che sono in grado di fornire una tale carica alle batterie. Cioè, facciamo calcoli per il fabbisogno energetico della struttura.
La riserva di energia in 1 batteria con una capacità di 100 Ah con una tensione di 12 V è calcolata dalla formula: capacità x tensione, ovvero 100 x 12 = 1200 watt o 1,2 kW * h. Pertanto, un ipotetico oggetto con un consumo notturno di 3 kW / he un consumo giornaliero di 10 kW / h necessita di un banco minimo di 3 batterie e uno ottimale di 10. Ma questo è l'ideale, perché bisogna tenere indennità per perdite e caratteristiche dell'attrezzatura.
Dove l'energia si perde:
50% - livello di scarico consentito batterie ad acido convenzionali, quindi se la banca è costruita su di esse, dovrebbero esserci il doppio delle batterie come mostra un semplice calcolo matematico. Le batterie ottimizzate per la scarica profonda possono essere “scaricate” del 70–80%, ovvero la capacità del banco dovrebbe essere superiore a quella calcolata del 20–30%.
80% - efficienza media di una batteria ad acido, che per le sue peculiarità emana energia il 20% in meno di quanto immagazzina. Maggiore è la corrente di carica e scarica, minore è l'efficienza. Ad esempio, se un ferro da stiro con una potenza di 2 kW è collegato a una batteria da 200 Ah tramite un inverter, la corrente di scarica sarà di circa 250 A e l'efficienza scenderà al 40%. Il che porta ancora una volta alla necessità di una doppia capacità di riserva della banca, costruita su batterie ad acido.
80-90% - efficienza media dell'inverter, che converte la tensione CC in 220 V CA per la rete domestica.Tenendo conto delle perdite di energia, anche nelle batterie migliori, le perdite totali saranno di circa il 40%, cioè anche utilizzando batterie OPzS e ancor più AGM, la riserva di capacità dovrebbe essere del 40% superiore a quella calcolata.
80%: l'efficienza del controller PWM carica, cioè i pannelli solari non saranno fisicamente in grado di trasferire alle batterie più dell'80% dell'energia generata in una giornata di sole ideale e alla massima potenza nominale. Pertanto, è meglio utilizzare controller MPPT più costosi, che garantiscono l'efficienza dei pannelli solari fino a quasi il 100%, o aumentare il banco batterie e, di conseguenza, l'area dei pannelli solari di un altro 20%.
Tutti questi fattori devono essere presi in considerazione nei calcoli, a seconda di quali elementi costitutivi vengono utilizzati nel sistema di generazione solare.
Caratteristiche della batteria per sistemi autonomi
Successivamente, ci soffermeremo sulle principali caratteristiche tecniche delle batterie.
Capacità della batteria (Ah)
La capacità è la quantità di energia che fornisce una carica del 100% alla batteria. Questo parametro è fondamentale. L'unità di misura è Ampere-ora. La capacità nominale della batteria è indicata sul retro della custodia. Ma gli indicatori indicati dal produttore sono spesso in contrasto con quelli reali.
La capacità reale della batteria è più / meno il 10-20% della capacità nominale. La discrepanza tra i parametri indicati ed effettivi è dovuta alle condizioni ambientali della batteria.
Il valore della capacità reale è vicino al valore nominale quando la temperatura dell'aria è di +20 gradi. Temperature inferiori o superiori influiranno negativamente sulla capacità e quindi sulla durata della batteria. A temperature inferiori a + 10-0 gradi, il valore diminuisce, a temperature superiori a +20 gradi, il valore aumenta.
La capacità della batteria è caratterizzata da una diminuzione graduale man mano che la batteria viene utilizzata. Ciò è dovuto all'usura del dispositivo. La capacità della batteria standard per un sistema solare off-grid è di 100-200 Ah.
Voltaggio batteria
Un'altra caratteristica importante. La tensione è una misura dell'efficienza di una batteria. Questo è un valore che indica la qualità dell'energia che il dispositivo è in grado di prelevare e regalare. Misurato in Volt.
La tensione nominale del produttore, così come la capacità, è indicata sul retro del vano batteria. Ma spesso i valori della tensione nominale e reale divergono. A una temperatura ambiente ottimale di +20 gradi, può variare da 11,5 V a 14,4 V.
Il valore della tensione dipende dal livello di carica della batteria. 11,5 V è tipico per un livello di carica basso, 14,4 V è per un livello di carica massimo. Durante la carica / scarica della batteria si osservano fluttuazioni dei valori.
Affinché la batteria funzioni senza problemi in un sistema autonomo, la sua tensione deve corrispondere agli indicatori di tensione di altri dispositivi. I sistemi solari di case private e cottage estivi sono solitamente collegati a batterie da 12 volt. Una batteria può contenere da 1 a 8 caricatori e talvolta anche di più.
Resistenza interna
Questa caratteristica gioca anche un ruolo importante nelle prestazioni della batteria. Il parametro si misura in Ohm e denota la forza, che ha lo scopo di limitare la ricezione e l'uscita di energia al valore della potenza dichiarata.
Il valore della resistenza interna dipende da diversi fattori: il tipo di batteria (la sua composizione chimica), la capacità, il periodo e le condizioni operative. L'indicatore normale in condizioni ottimali di utilizzo della batteria varia da 0,005-0,01 ohm.
Se la resistenza aumenta, ci possono essere due buone ragioni per questo: temperatura sgradevole per il funzionamento a batteria o funzionamento improprio.Se le condizioni ambientali sono normali e il dispositivo viene utilizzato correttamente, un aumento della resistenza può significare solo una cosa: l'usura della batteria.
La maggiore resistenza della batteria può servire come segnale per abbassare la resistenza. Ciò può impedire l'accensione dei dispositivi, poiché il caricabatterie può essere riconosciuto come scarico.
Autoscarica
È un parametro che indica la quantità di energia persa nel tempo in una batteria completamente carica. Un dispositivo di alta qualità e correttamente utilizzato dovrebbe avere un piccolo tasso di autoscarica al mese. In media, questo è il 3-5% dell'approvvigionamento energetico totale.
Si noti la diminuzione della percentuale di autoscarica in condizioni di freddo. L'aumento della temperatura influisce negativamente sul livello di carica della batteria.
Regole di funzionamento della batteria
Le batterie revisionate emettono gas durante il funzionamento, pertanto è vietato posizionarle in locali residenziali ed è necessario dotare una stanza separata di ventilazione attiva.
Il livello dell'elettrolito e la profondità di carica devono essere costantemente monitorati per evitare danni alla batteria.
Con il funzionamento tutto l'anno, al fine di evitare la scarica profonda delle batterie nelle giornate nuvolose, è necessario prevedere la possibilità di ricaricarle da fonti esterne: una rete o un generatore. Molti modelli di inverter sono in grado di commutare automaticamente.
Breve sintesi
Per calcolare correttamente la capacità del banco di batterie, è necessario determinare il consumo energetico giornaliero, aggiungere il 40% delle perdite fatali nella batteria e nell'inverter, quindi aumentare la potenza calcolata in base al tipo di batterie e al controller.
Se la generazione solare verrà utilizzata in inverno, la capacità totale della banca dovrà essere aumentata di un altro 50% e la possibilità di ricaricare le batterie da fonti di terze parti - una rete o un generatore, cioè con correnti elevate - dovrebbe essere fornito. Ciò influenzerà anche la selezione di batterie con determinate caratteristiche.
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Selezione inverter
Non ha senso elencare tutti i tipi di inverter in vendita. Per selezionare un inverter, è importante quanto segue:
- Tensione e corrente di ingresso;
- Numero di fasi (1 o 3) e tensione di uscita con possibili deviazioni (la stabilizzazione della tensione di uscita ± 2% è buona);
- La distorsione armonica (non lineare) della tensione di uscita.
È importante nel coefficiente:
- Il 5% è accettabile per una "onda sinusoidale pura"
- meno del 5% è buono
- è meglio non prendere più del 5% se hai davvero bisogno di un'onda sinusoidale pura.
Produzione
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