Pilhas alcalinas
Ao contrário das ácidas, as baterias alcalinas fazem um excelente trabalho com descarga profunda e são capazes de fornecer correntes por um longo tempo em cerca de 1/10 da capacidade da bateria. Além disso, é altamente recomendável descarregar completamente as baterias alcalinas para que o chamado "efeito memória" não ocorra, o que reduz a capacidade da bateria pela quantidade de carga "não selecionada".
Em comparação com as ácidas, as baterias alcalinas têm uma vida útil significativa - 20 anos ou mais - fornecem uma voltagem estável durante o processo de descarga, também podem ser reparadas (inundadas) e autônomas (seladas) e, ao que parece, são simplesmente criadas para energia solar. Na verdade, não, porque eles não são capazes de carregar com as correntes fracas que os painéis solares geram. Uma corrente fraca flui livremente pela bateria alcalina sem enchê-la. Portanto, infelizmente, o lote das baterias alcalinas em sistemas autônomos de energia é servir de “banco” para geradores a diesel, onde esse tipo de armazenamento é simplesmente insubstituível.
Tipos de bateria
Existem vários tipos de baterias que podem ser encontrados no mercado russo hoje.
Gel
Um dos tipos mais comuns de baterias, usado ativamente para o arranjo de sistemas de alimentação autônomos. Sua composição química inclui chumbo e ácido sulfúrico com consistência de gel. O ácido sulfúrico atua como um eletrólito condutor. O fato de estar embutido em uma bateria na forma de gel torna o processo de recombinação mais eficiente e rápido. As baterias de gel têm uma vida útil média de 5 a 8 anos.
Chumbo ácido
Esta bateria não é muito diferente de uma bateria de gel. A menos que um dispositivo desse tipo contenha um ácido de consistência líquida, o que enfraquece um pouco seu desempenho. A vida útil de uma bateria de chumbo-ácido é relativamente curta - 2-4 anos. Essas baterias são utilizadas na indústria automotiva.
AMG
A bateria AMG contém o mesmo chumbo e ácido sulfúrico. A diferença com outros dispositivos é a fabricação. Para o conteúdo de ácido sulfúrico em uma bateria desse tipo, um recipiente de absorção especial é retirado dos fios de vidro mais finos. O material é chamado de tapete de vidro. As baterias AMG são aproximadamente semelhantes em desempenho às baterias de gel e duram aproximadamente de 5 a 8 anos.
Alcalino
As baterias alcalinas sempre contêm níquel. O segundo elemento químico pode ser ferro ou cádmio. Eles são chamados de alcalinos por causa do eletrólito usado - álcali. As baterias de ferro-níquel e cádmio-níquel têm a vantagem de poder suportar cargas contínuas pesadas e operação obscena com uma vida útil impressionante de 15 anos, e a desvantagem é a necessidade de manutenção adicional (completando água, eletrólito, etc.) . Esses dispositivos têm uma baixa tensão - 2V. Portanto, para uso em sistemas de energia autônomos, são concluídos em várias peças em monoblocos ou em bateria. Durante a operação, tais dispositivos liberam álcali. Por razões de segurança, é recomendado que as baterias alcalinas sejam fornecidas em uma sala separada e ventilada. Os dispositivos são adequados para conexão a sistemas autônomos.
Íon de lítio
Essas baterias contêm lítio. Com uma vida útil de cerca de 10 anos, é um custo elevado. Como os sistemas autônomos são projetados para economizar dinheiro, as baterias de íon de lítio raramente são compradas para eles. Embora estes sejam alguns dos dispositivos mais poderosos.As baterias de íon de lítio suportam cargas pesadas e descargas profundas frequentes.
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Baterias de íon-lítio
Baterias desse tipo têm uma "química" fundamentalmente diferente das baterias de tablets e laptops e usam a reação de fosfato de ferro e lítio (LiFePo4). Eles carregam muito rapidamente, podem fornecer até 80% da carga, não perdem capacidade devido ao carregamento incompleto ou armazenamento longo em um estado descarregado. As baterias suportam 3.000 ciclos, têm uma vida útil de até 20 anos e também são produzidas na Rússia. Os mais caros de todos, mas em comparação com, por exemplo, os ácidos, eles têm o dobro da capacidade por unidade de peso, ou seja, vão precisar da metade.
Principais características técnicas da bateria
As características e requisitos das baterias são determinados com base nas características de operação da própria usina solar.
As baterias devem:
- ser projetado para um grande número de ciclos de carga-descarga sem perda significativa de capacidade;
- tem baixa autodescarga;
- manter o desempenho em temperaturas baixas e altas.
As principais características são consideradas:
- Capacidade de carga;
- carga total e taxa de descarga permitida;
- condições e vida útil;
- peso e dimensões.
Como calcular e escolher a bateria certa
Os cálculos são baseados em fórmulas simples e tolerâncias para perdas que surgem em um sistema de alimentação autônomo.
O fornecimento mínimo de energia nas baterias deve fornecer a carga no escuro. Se do anoitecer ao amanhecer o consumo total de energia for de 3 kWh, o banco de baterias deve ter essa reserva.
O fornecimento de energia ideal deve cobrir as necessidades diárias da instalação. Se a carga for de 10 kW / h, então um banco com essa capacidade permitirá que você "fique sentado" 1 dia nublado sem problemas, e em tempo ensolarado não descarregará mais do que 20-25%, o que é ideal para baterias ácidas e não leva à sua degradação.
Aqui não consideramos a potência dos painéis solares e tomamos como o fato de que eles são capazes de fornecer tal carga para as baterias. Ou seja, estamos elaborando cálculos para as necessidades de energia da instalação.
A reserva de energia em 1 bateria com capacidade de 100 Ah com tensão de 12 V é calculada pela fórmula: capacidade x tensão, ou seja, 100 x 12 = 1200 watts ou 1,2 kW * h. Portanto, um objeto hipotético com um consumo noturno de 3 kW / he um consumo diário de 10 kW / h precisa de um banco mínimo de 3 baterias e um ótimo de 10. Mas isso é ideal, porque você precisa levar em consideração o provisões para perdas e recursos do equipamento.
Onde a energia é perdida:
50% - nível de descarga permitido baterias de ácido convencionais, portanto, se o banco for construído com elas, então deve haver o dobro de baterias do que mostra um cálculo matemático simples. As baterias otimizadas para descarga profunda podem ser “drenadas” em 70–80%, ou seja, a capacidade do banco deve ser 20–30% maior do que a calculada.
80% - eficiência média de uma bateria ácida, que, por suas peculiaridades, emite energia 20% menos do que armazena. Quanto mais altas forem as correntes de carga e descarga, menor será a eficiência. Por exemplo, se um ferro elétrico com potência de 2 kW for conectado a uma bateria de 200Ah por meio de um inversor, a corrente de descarga será de cerca de 250A e a eficiência cairá para 40%. O que mais uma vez leva à necessidade de duas vezes a capacidade de reserva do banco, construída com baterias de ácido.
80-90% - eficiência média do inversor, que converte a tensão DC em AC 220 V para a rede doméstica.Levando em consideração as perdas de energia, mesmo nas melhores baterias, as perdas totais serão em torno de 40%, ou seja, mesmo utilizando OPzS e ainda mais baterias AGM, a reserva de capacidade deve ser 40% maior que a calculada.
80% - a eficiência do controlador PWM carga, ou seja, os painéis solares não serão fisicamente capazes de transferir para as baterias mais de 80% da energia gerada em um dia de sol ideal e na potência nominal máxima. Portanto, é melhor usar controladores MPPT mais caros, que proporcionam eficiência dos painéis solares em até 100%, ou aumentar o banco de baterias e, consequentemente, a área dos painéis solares em mais 20%.
Todos esses fatores devem ser levados em consideração nos cálculos, dependendo de quais elementos constituintes são usados no sistema de geração solar.
Características da bateria para sistemas autônomos
A seguir, nos deteremos nas principais características técnicas das baterias.
Capacidade da bateria (Ah)
Capacidade é a quantidade de energia que fornece 100% de carga à bateria. Este parâmetro é básico. A unidade de medida é Ampère-hora. A capacidade nominal da bateria é indicada na parte de trás de sua caixa. Mas os indicadores indicados pelo fabricante muitas vezes estão em desacordo com os reais.
A capacidade real da bateria é mais / menos 10-20% da capacidade nominal. A discrepância entre os parâmetros indicados e reais se deve às condições ambientais da bateria.
O valor da capacidade real aproxima-se do valor nominal quando a temperatura do ar é de +20 graus. Temperaturas mais baixas ou mais altas afetarão adversamente a capacidade e, portanto, a vida útil da bateria. Em temperaturas abaixo de + 10-0 graus, o valor diminui, em temperaturas acima de +20 graus, o valor aumenta.
A capacidade da bateria é caracterizada por uma diminuição gradual à medida que a bateria é usada. Isso se deve ao desgaste do dispositivo. A capacidade padrão da bateria para um sistema solar não conectado à rede é de 100-200 Ah.
Voltagem da bateria
Outra característica importante. A tensão é uma medida da eficiência de uma bateria. Este é um valor que indica a qualidade da energia que o dispositivo é capaz de tirar e doar. Medido em Volts.
A tensão nominal do fabricante, bem como a capacidade, estão indicadas na parte traseira da caixa da bateria. Mas muitas vezes os valores da tensão nominal e real divergem. A uma temperatura ambiente ideal de +20 graus, pode variar de 11,5 V a 14,4 V.
O valor da tensão depende do nível de carga da bateria. 11,5 V é típico para um nível de carga baixo, 14,4 V é para um nível de carga máximo. Flutuações nos valores são observadas durante o carregamento / descarregamento da bateria.
Para que a bateria funcione sem problemas em um sistema autônomo, sua tensão deve corresponder aos indicadores de tensão de outros dispositivos. Os sistemas solares de casas particulares e chalés de verão são geralmente conectados a baterias de 12 volts. Uma bateria pode conter de 1 a 8 carregadores e às vezes mais.
Resistencia interna
Essa característica também desempenha um papel importante no desempenho da bateria. O parâmetro é medido em Ohms e denota a força, que visa limitar a recepção e a saída de energia ao valor da potência declarada.
O valor da resistência interna depende de vários fatores: o tipo de bateria (sua composição química), capacidade, período e condições de operação. O indicador normal em condições ideais de uso da bateria varia de 0,005-0,01 ohms.
Se a resistência aumentar, pode haver dois bons motivos para isso - temperatura desconfortável para operação com bateria ou operação inadequada.Se as condições ambientais forem normais e o dispositivo for usado corretamente, um aumento na resistência só pode significar uma coisa - desgaste da bateria.
O aumento da resistência da bateria pode servir como um sinal para diminuir a resistência. Isso pode impedir que os dispositivos sejam ligados, pois o carregador pode ser reconhecido como descarregado.
Autodescarga
Este é um parâmetro que indica a quantidade de energia perdida ao longo do tempo em uma bateria totalmente carregada. Um dispositivo de alta qualidade e usado corretamente deve ter uma pequena taxa de descarga automática por mês. Em média, isso é 3-5% do fornecimento total de energia.
Observe a diminuição na porcentagem de autodescarga em condições frias. O aumento da temperatura afetará negativamente o nível de carga da bateria.
Regras de operação da bateria
As baterias em serviço emitem gases durante a operação, portanto, é proibido colocá-las em instalações residenciais e é necessário equipar uma sala separada com ventilação ativa.
O nível de eletrólito e a profundidade da carga devem ser monitorados constantemente para evitar danos à bateria.
Com operação durante todo o ano, para evitar descarga profunda das baterias em dias nublados, é necessário prever a possibilidade de recarga de fontes externas - uma rede ou um gerador. Muitos modelos de inversores podem realizar essa transferência automática.
Sumário breve
Para calcular corretamente a capacidade do banco de baterias, você precisa determinar o consumo diário de energia, adicionar 40% das perdas fatais na bateria e no inversor e, em seguida, aumentar a potência calculada dependendo do tipo de baterias e do controlador.
Se a geração solar for utilizada no inverno, então a capacidade total do banco deve ser aumentada em mais 50% e a possibilidade de recarregar baterias de fontes de terceiros - uma rede ou um gerador, ou seja, com altas correntes - deve ser fornecido. Isso também afetará a seleção de baterias com certas características.
Se você achar difícil fazer cálculos independentes ou quiser ter certeza de que eles estão corretos, entre em contato com os especialistas da Energetichesky Center LLC - isso pode ser feito por meio de um bate-papo online no site do Slight ou por telefone. Temos uma vasta experiência na montagem e instalação de sistemas de geração solar em várias instalações - desde chalés e casas de campo a instalações industriais e agrícolas.
Os fabricantes oferecem uma gama tão ampla de equipamentos que não será difícil montar uma usina de energia solar de acordo com suas necessidades e capacidade financeira.
Seleção de inversor
Não faz sentido listar todos os tipos de inversores à venda. Para selecionar um inversor, o seguinte é importante:
- Tensão e corrente de entrada;
- Número de fases (1 ou 3) e tensão de saída com possíveis desvios (estabilização da tensão de saída ± 2% está bom);
- A distorção harmônica (não linear) da tensão de saída.
É importante no coeficiente:
- 5% é aceitável para uma "onda senoidal pura"
- menos de 5% é bom
- é melhor não levar mais de 5% se você realmente precisa de uma onda senoidal pura.
Resultado
Se sua casa tem problemas de energia, ou se você usa energia solar ou instala um sistema de alimentação ininterrupta, você terá que comprar inversores de tensão para sua casa. Já agora, para aumentar a potência, funcionam em paralelo até 10 pcs.
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