Значительное количество любителей альтернативной энергетики устанавливают у себя солнечные или ветровые электростанции в целях экономии денежных затрат на обеспечение себя электрической энергией. При этом делают очень приблизительные или упрощенные расчеты реальных возможностей элементов систем электроснабжения, которые не отражают реальность. В этом видео мы будет показан пример расчета обычного аккумулятора для солнечной электростанции.

Значительное количество любителей альтернативной энергетики устанавливают у себя солнечные или ветровые электростанции в целях экономии денежных затрат на обеспечение себя электрической энергией. При этом делают очень приблизительные или упрощенные расчеты реальных возможностей элементов систем электроснабжения, которые не отражают реальность. В этом видео мы будет показан пример расчета обычного аккумулятора для солнечной электростанции.

Думаю, что не ошибусь, если скажу, что в системе солнечных электростанций аккумуляторы составляют значительную часть стоимости в начальном этапе при покупке оборудования и основную часть стоимости при длительной эксплуатации из-за необходимости регулярной замены аккумуляторов в процессе эксплуатации солнечной электростанции. Часто те, кто намерен установить для себя солнечную электростанцию, говорят, что устанавливают у себя хорошие аккумуляторные батареи с большим сроком службы и большой ёмкости, которые должны обеспечить их потребности. Но, это не удешевляет стоимость энергии, а почему мы попробуем разобраться.

Для нашего примера возьмем не конкретный, а абстрактный аккумулятор, на котором попробуем отработать способ расчета любого другого аккумулятора или батарею из аккумуляторов для систем альтернативной энергетики различной мощности.

При покупке аккумуляторов кроме напряжения обращают основное внимание на ёмкость аккумуляторов и количество циклов заряд-разряд. Предположим, что нас интересует сколько электрической энергии может накопить недорогой кислотный аккумулятор емкостью 100 А.ч и напряжением 12 Вольт за один раз и сколько энергии может отдать аккумулятор за свой срок службы, например, за 1000 циклов заряда-разряда.

На начальном этапе мы будем вести расчет с условием соблюдения всех норм и требований для аккумулятора, чтобы обеспечить максимальный срок службы. В инструкции по эксплуатации обычно прилагаются также графики и таблицы на сколько сократится срок службы аккумулятора при тех или иных отклонениях от рекомендованных параметров. При повышенной температуре у аккумулятора сокращается срок службы, а при пониженной он имеет меньшую емкость.

Но, для начала посчитаем, какое количество электрической энергии способен отдать заряженный на 100% аккумулятор при полном разряде.

Для этого емкость аккумулятора 100 А.ч умножаем на среднее напряжение 12 Вольт и получаем 1200 Вт.ч., что равно 1,2 кВт.ч. Считается, что аккумулятор полностью выработал свой ресурс если у него осталось 40% от первоначальной емкости. Тогда средняя емкость аккумулятора за весь срок службы составляет уже не 100, а 70 А.ч. В этом случае запас электрической энергии будет меньше и составит уже 70 А.ч х 12 В = 840 Вт.ч или 0,84 кВт.ч. Но в инструкции по эксплуатации на писано, что для нормальной работы этот аккумулятор не рекомендуется разряжать больше, чем на 20% емкости. Следовательно, мы имеем полное право у полностью заряженного аккумулятора отбирать не больше 164 Вт.ч или 0,164 кВт.ч электроэнергии от солнечной электростанции в темную часть суток. Оптимальный режим разряда аккумулятора обычно считается 20-ти часовой. При разряде аккумулятора большим током, емкость аккумулятора будет ещё меньше. Значит, ток разряда должен быть соответственно 5 Ампер. Тогда для 12 вольтового аккумулятора выходная мощность составит 60 Вт. Если нам нужно больше, то соответственно увеличиваем количество аккумуляторов или применять другие режимы работы.

Для соблюдения всех рекомендованных режимов необходимо очень точно настроить контроллер заряда и разряда аккумулятора. Контроллер должен отключать заряд аккумулятора при достижении определенного напряжения полного заряда и отключать разряд при разряде до 80% остаточной емкости с учетом температурного коэффициента. Если напряжение заряда немного завышено, то электролит в аккумуляторе будет выкипать, что быстро сокращает срок его службы. Если аккумулятор заряжен только на 90%, то количество энергии, которое может безнаказанно отдавать аккумулятор, уменьшится вдвое.

Итак, мы соблюдали все рекомендованные производителем аккумулятора режимы работы и аккумулятор благополучно отработал все положенные ему по инструкции 1000 циклов, что составляет около трех лет и за это время он ежедневно отдавал положенные по максимуму 164 Вт.ч, что за весь срок службы составил 164 кВт.ч бесплатной альтернативной энергии. Нам осталось только купить новый аккумулятор на 100 А.ч и сравнить стоимость аккумулятора со стоимостью сэкономленной электроэнергией из розетки. Предположим, что стоимость 1 кВт.ч из розетки стоит 4 рубля. Тогда стоимость альтернативной энергии только за счет аккумуляторов будет составлять. А стоимость нового аккумулятора будет в разы дороже.

Как можно удешевить стоимость альтернативной энергии? Для этого в солнечные дни нужно максимально использовать энергию в дневное время и ограничить её использование в ночное время, чтобы избегать глубокого разряда аккумулятора. Пожалуй, нужно добавить, что правильный контроллер ограничивает зарядный ток и в конце заряда уменьшает потребляемый ток, а при достижении полного напряжения заряда контроллер отключает заряд аккумулятора и ему все равно, что сегодня летний безоблачный день и ещё только полдень и поэтому можно ещё получать и получать энергию. Ещё одно свойство аккумулятора, которое нужно учитывать при расчетах заключается в том, что из-за внутреннего сопротивление и нагрева, а также обратных химических реакций аккумулятор для заряда потребляет примерно на 40% больше электрической энергии, чем потом отдает. Кроме того, ежедневно теряется примерно 1% заряда аккумулятора на саморазряд. Правильно будет считать эффективность солнечной электростанции не по номинальной мощности солнечных батарей, а по потребленной конечными потребителями электрической энергии.

Нужно признать, что из-за неправильно выбранного оборудования или внося свои изменения в настройки, рекомендованные оптимальные режимы работы аккумулятора нарушаются. Чаще всего используется более глубокий разряд аккумулятора, превышаем ток заряда и разряда, не всегда соблюдаем температурный режим и вносим необходимые поправки в настройки контроллера. Производитель учел такие режимы, и составил таблицы на сколько циклов уменьшится срок службы аккумулятора при тех или иных отклонениях. Но как ими пользоваться если одновременно присутствует несколько отклонений режимов. Здесь можно воспользоваться формулами расчета КПД, которые применяются и в механике. Например, редуктор механизма имеет КПД 80%. А двигатель механизма имеет КПД 90%. Тогда общий КПД системы будет равен 0,8 х 0,9 = 0,72 или 72%. Если аккумулятор из-за более глубокого разряда до определенной величины согласно графика или таблицы вместо 1000 циклов должен отработать 800 циклов, кроме того, из-за увеличенного тока потребления вместо 1000 циклов отработает 700 и из-за повышенной температуры срок сокращается до 900 циклов. Перемножаем 8,0 на 0,7 и на 0,9 и получаем, что наука и производитель в этом случае обещают нам 504 цикла работы.

Часто вместо дешевых аккумуляторов для солнечных батарей поставщики рекомендуют аккумуляторы с улучшенными характеристиками, например, гелиевые или АГМ, которые лучше работают, но и стоят дороже. В результате стоимость электроэнергии из аккумулятора не всегда меняется в лучшую сторону.

Иногда говорят об аккумуляторах, которые могут работать до 10 лет и больше. Но в этом случае речь обычно идет о работе в буферном режиме. Это когда зарядное устройство постоянно поддерживает аккумулятор в заряженном состоянии, а разрядка включается ненадолго и небольшими токами или может вообще никогда не включиться, например, в охранной сигнализации. Но, этот режим не наш случай.

Для длительной и надежной работы аккумуляторов необходимо соблюдение оптимальных режимов работы, правильный выбор и настройка контроллера под определенный тип аккумулятора определенной емкости.

https://www.youtube.com/embed/j9KiL3Hbn0Y","frameborder":"0","width":"427","height":"240","style":"margin-right: auto; margin-left: auto; display: block;"}}" width="427" height="240">

В следующих статьях мы будем подробно разбирать режимы других элементов альтернативной энергетики и работу системы в целом. А главное, способы повышения эффективности альтернативной энергетики. Кому интересно подписывайтесь на видеоканал и пишите свои комментарии.