Схема подключения солнечной батареи к аккумулятору
Каждая система автономного электроснабжения, которая питается солнечной энергией, должна содержать несколько обязательных элементов, а именно: солнечные батареи / панели, контроллер заряда и разряда, инвертор и, конечно же, аккумулятор. Общеизвестно, что основной функцией солнечных батарей/панелей является получение необходимой энергии из солнечного излучения. В свою очередь аккумуляторы для солнечных батарей выполняют несколько иную функцию. Первоочередной задачей аккумуляторов является накопление полученной электроэнергии и последующая её отдача.
Основной технической характеристикой аккумулятора является его ёмкость. Именно этот показатель определяет максимальное время работы автономной системы электроснабжения. Помимо ёмкости необходимо учитывать максимальный срок службы, количество циклов заряда-разряда, температурный диапазон работы аккумулятора, а также другие показатели. Средний срок службы аккумуляторов варьируется в пределах 5-10 лет и зависит от типа аккумулятора и условий эксплуатации.
Типы аккумуляторов
В сфере солнечной энергетики, наиболее востребованными являются герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, в производстве которых используются 2 технологии: Gelled Electrolite и Absorptive Glass Mat.
Технология Gelled Electrolite используется с конца 50-х годов XXв. и заключается в добавлении оксида 4-х валентного кремния в электролит, в результате чего электролит переходит в гелеобразное состояние. За счет использования этого метода достигается абсолютная герметичность батареи, а циркуляция газов происходит в многочисленных порах гелеобразного электролита. Огромным плюсом гелевых аккумуляторов, производящихся с применением технологии Gelled Electrolite, в том, что нет необходимости в добавлении воды на протяжении всего срока эксплуатации таких аккумуляторов.
Технология Absorptive Glass Mat, является более новой, т.к. была разработана в 70-х годах ХХв. И заключается в использовании пористого стекловолоконного заполнителя-сепаратора, который пропитывается электролитом, в результате чего он переходит в безжидкостное состояние. Дозированием количества используемого электролита достигается заполнение им только мелких пор, поскольку крупные поры предназначены для свободной циркуляции газов. AGM-батареи также не нуждаются в дополнительном обслуживании.
Технология Absorptive Glass Mat была разработана в 70-е годы. Она предполагает использование пористого стекловолоконного заполнителя-сепаратора. Его пропитывают электролитом и тем самым переводят в безжидкостное состояние. Дозируя количество электролита, добиваются того, чтобы заполненными оказались лишь мелкие поры, так как более крупные предназначаются для свободной циркуляции газов. AGM-батареи также не требуют дополнительного обслуживания.
Аккумуляторные батареи, которые производятся с использованием как одной, так и другой технологии, вполне естественно, обладают как плюсами, так и минусами в использовании в солнечных системах. Рассмотрим их в таблицах, приведённых ниже.
Таблица 1. Преимущества
| AGM технология | GEL технология |
|
Абсолютная герметичность конструкция исключает возможность утечки кислоты и коррозии клемм, и позволяет монтировать АКБ в любом положении, за исключением вверх дном. | Допускается установка аккумулятора на боковую поверхность, а также вверх дном. |
|
При условии правильной зарядки полностью исключается возможность взрыва и выделения газов | Стабильная работа в условиях повышенной влажности и высоком уровне вибрации. |
| Стабильность работы батареи при температуре ниже -30°С. | Возможность эксплуатации при температурном режиме выше +50°С и ниже -35°С, а также вблизи чувствительных электронных устройств. |
| Увеличение срока службы за счет повышенной устойчивости к вибрациям. | Увеличение срока службы за счет использования активного материала, увеличивающего емкость аккумуляторной батареи. |
| Время полной зарядки аккумулятора в 7 раз меньше, чем время зарядки обычной свинцово-кислотной АКБ. | Минимальная цена в категориях «Цена/Количество месяцев службы» и «Цена/Число циклов». |
Таблица 2. Недостатки
| AGM технология | GEL технология |
| По причине содержания меньшего количества электролита обладают повышенной чувствительностью к превышению зарядного напряжения. | В сравнении с классическими аккумуляторами гелевые АКБ имеют худшие показатели нагрузочных характеристик. |
Тонкости подключения
Прежде чем приступить к выбору аккумулятора, следует определиться с необходимой ёмкостью. Как правило, для выбора этого параметра необходимо учитывать среднесуточное потребление электроэнергии, при этом, не забывая о глубине разряда, которая не должна превышать 50-70%. Соблюдение правильного режима заряда/разряда главное условие для продления срока эксплуатации аккумуляторов для солнечных батарей. Помимо этого необходимо учитывать, что слишком большой ток заряда приводит к уменьшению количества электролита, содержащегося в АКБ, что в свою очередь может вывести аккумуляторную батарею из строя.
Наиболее удобными для использования в таких системах являются аккумуляторы с рабочим напряжением в 12 В. Зачастую, именно их используют при сборке аккумуляторных блоков требуемого напряжения (24 В., 48 В. и т.д.).
Основные параметры такого блока:
- рабочая емкость;
- ток заряда;
- ток разряда.
Последовательное соединение.
Аккумуляторный блок рекомендуется составлять, с использованием последовательной схемы соединения. В данном случае общее рабочее напряжение блока будет равняться сумме рабочих напряжений каждого подключенного аккумулятора. В случае параллельного соединения АКБ, суммироваться будет не напряжение, а емкость. Напряжение же в этом случае остаётся неизменным. Но перед параллельным подключением аккумуляторов необходимо выровнять на них напряжение.
Параллельное соединение.
Следующее условие, которое необходимо учитывать при выборе аккумулятора – это, конечно же, температурный режим. В принципе, все АКБ для солнечных батарей способны выдерживать широкий диапазон температур. Но этой способностью не стоит злоупотреблять, поскольку увеличение температуры АКБ на 10°С, приводит к увеличению скорости всех химических процессов в 2 раза. А при заряде разница температур батареи и окружающей среды составляет около 10-15°С,что объясняется процессом рекомбинации кислорода. Решением этой проблемы является естественный обдув батареи. При соблюдении всех этих правил срок эксплуатации батареи увеличивается.
Рекомендуемая схема подключения
При использовании солнечной батареи, максимальное значение генерируемого тока которой равно значению тока, которое необходимо для зарядки аккумулятора, возникает возможность автоматической зарядки АКБ при освещении. В данном случае необходимо предусмотреть определённые правила подключения солнечной панели/батареи к аккумулятору. Можно воспользоваться схемой приведённой ниже.
Схема подключения солнечной батареи к аккумулятору.
Главное, что необходимо учесть это необходимость подключения аккумулятора через диод (на схеме VD1), это поможет решить одновременно 2 проблемы:
- Поскольку, в случае плохого освещения напряжение солнечной батареи может упасть и стать ниже, чем напряжение в аккумуляторе. А при отсутствии диода это обязательно приведёт к разряду аккумулятора через внутреннее сопротивление солнечной панели вместо заряда.
- К тому же, использование диода исключает необходимость в отключении солнечной батареи от аккумулятора ночью.
Кроме диода было бы неплохо последовательно подключить к солнечной батарее миллиамперметр. Это позволит определить величину тока, который потребляет аккумулятор солнечной энергии, а значит, и определить работает ли солнечная панель. Если планируется использование аккумулятора во время зарядки или подзарядки, следует подключить в схему буферный конденсатор (на схеме С1).
Помимо диода рекомендуется последовательное подключение миллиамперметра к солнечной батарее. Он позволяет определить ток какой величины потребляет аккумулятор солнечной энергии. Так вы сможете без проблем узнать, работает солнечная панель или нет. Если же Вы планируете использовать аккумулятор во время его зарядки или подзарядки, позаботьтесь о подключении в схему буферного конденсатора (на схеме С1).
