Солнечная батарея для зарядки автомобильного аккумулятора

Расчёт и выбор аккумулятора

Это выражается формулой:

Емкость АКБ = 100 × время × мощность нагрузки

После того, как определена необходимая мощность АКБ, следует рассчитать количество аккумуляторов для обеспечения нормальной работы солнечной электростанции. Для этого полученную общую емкость АКБ необходимо разделить на емкость одного аккумулятора.

Для того чтобы определить время, которое АКБ сможет обеспечивать потребителей электрической энергией, можно воспользоваться следующей формулой:

Время=суммарная ёмкость АКБ × напряжение АКБ × (КПД инвертора/мощность нагрузки)

Когда произведен расчет необходимого количества аккумуляторных батарей, выбран их тип и ёмкость, следует выбрать страну производителя и фирму, выпускающую выбранный тип АКБ.

На российском рынке аккумуляторные батареи представлены как отечественного, так и зарубежного производства, поэтому в данном вопросе советовать сложно, каждый делает свой выбор индивидуально, в зависимости от места проживания, материального достатка и личных предпочтений.

Как выбрать аккумулятор

Те, кто предпочел альтернативную энергетику, интересуется, какой АКБ лучше. Недостаточно выбрать наиболее мощную модель, здесь нужно уметь соотносить характеристики с условиями работы. Рекомендации:

количество циклов «зарядки-разрядки». Отталкиваясь от этого параметра можно прикинуть, сколько прослужит батарея;
скорость зарядки и разряда. От этого тоже зависит «срок жизни»;
саморазряд. Чем больше – тем быстрее изнашивается АКБ;
емкость. От этой характеристики зависят мощности, с которыми сможет работать устройство;
максимальный ток заряда и разряда. В первом случае определяется, какие токи принимает АКБ, во втором – какие может отдать (без ущерба для работоспособности);
вес и размеры. Зная массу и габариты элементов проще составить схему подключения и определить для них место;
условия работы. Каждая модель рассчитана на работу в определенных температурных режимах;
обслуживание. Параметр не основной, но от этого зависит удобство взаимодействия с АКБ.

Подбирая аккумуляторную батарею понадобятся тщательные расчеты, которые помогут установить наиболее эффективную модель.

Для автономных систем

Требования при выборе АКБ для автономной электростанции:

выдерживание высоких токов заряда;
минимальный уровень саморазряда;
работа в широких температурных диапазонах;
легкость установки и обслуживания.

Расчет емкости

Для этого есть простые формулы и допуски на потери, возникающие при работе системы. Минимального количества энергии в АКБ должно хватать на ночную нагрузку. Если в течение суток расход энергии составляет 3 кВт/ч, значит и система аккумуляторов должна быть с таким запасом, не меньше.

Оптимальный запас – тот, который покрывает суточные потребности объекта. При нагрузке 10 кВт/ч и при наличии «банка» батарей аналогичной емкости – пользователю хватит энергии на 1 сутки. Если погода солнечная, то показатель разряда аккумуляторов будет не более 25%.

Например, батарея с запасом емкости 100 Ач, ее напряжение – 12 В. Формула для расчета: емкость множится на напряжение – 100 х 12 = 1,2 кВт/ч. Поэтому, для гипотетического объекта, где ночное энергопотребление составляет 3 кВт/ч, а суточное – 10 кВт/ч, понадобится связка минимум из 3 АКБ, но оптимально – из 10. Причем это «идеальный» расчет, в котором не учитываются потери и особенности приборов.

Почему не автомобильные

Очевидным, на первый взгляд, решением становится установка на солнечную электростанцию нескольких автомобильных аккумуляторов от грузовика – 180-250Ач.

Мощности сборки таких аккумуляторов действительно должно хватать на питание дома, да и стоимость одной такой батареи начинается с 65$ (за тюменскую батарею), однако авто аккумуляторы рассчитаны на применение в совершенно других условиях и разряд даже на 30% для них – экстремальные условия. В то же время они могут выдавать высокие пусковые токи (для запуска двигателя авто), которые в условиях жилого дома вряд ли пригодятся.

Режим использования в автомобиле отличается от применения аккумуляторов в системе солнечных электростанций. В светлое время суток контроллер в основном только заряжает батарею, а в темное – батарея «кормит» все токоприемники. В этом режиме авто аккумулятор сможет прослужить не больше года, после чего емкость будет очень быстро падать, повышается риск закипания и внезапного выхода из строя.

Виды аккумуляторов для солнечных батарей

В настоящей момент разработаны и выпускаются различные по конструкции, принципу действия и условиям работы аккумуляторные батареи (АКБ), поэтому всегда есть возможность выбрать интересующую модель по предъявляемым к ней требованиям. Рассмотрим существующие виды АКБ, используемые в составе солнечных электростанций.

Почему не автомобильные

Автомобильный аккумулятор

Аккумуляторы AGM и GEL

Гелевый аккумулятор

Суть работы аккумуляторов данного вида аналогичен автомобильным аккумуляторам с разницей лишь в том, что электролитное вещество пребывает в связанном состоянии. В AGM устройствах электролит помещён в стекловолокно, оно пропитано электролитным составом. В GEL устройствах электролит (серная кислота) помещается в гелеобразном виде.

Аккумуляторные батареи представленного вида широко используются в системах электростанций, работающих на энергии солнца, так как режим их работы связан с небольшим разрядным током и в продолжительный период времени, такой режим для устройств этого видане критичен.

Также АКБ данного типа не боятся глубокого разряда и выдерживают многократное повторение режимов «заряд-разряд». Единственный минус, при использовании подобных аккумуляторов, это их чувствительность к условиям зарядки, перезаряд может вызвать непоправимые последствия в работе АКБ.

Стоимость AGM и GEL аккумуляторов выше, чем у автомобильных.

Аккумуляторы OPzS

Аккумулятор OPzS

Аккумуляторы данного вида работают на том же принципе, что и приведенные выше (свинцово-кислотные), с той лишь разницей, что анод (положительный полюс) выполнен трубчатым и именно эта особенность АКБ, позволяет увеличить количество циклов «заряд-разряд» без нарушения функционирования аккумулятора. OPzS-аккумуляторы не требуют специального обслуживания, они успешно эксплуатируются длительное время. Единственный неприятный момент – сравнительно высокая цена.

Щелочные аккумуляторы

Положительным качеством АКБ данного вида является способность переносить глубокий разряд токами разной величины.

К отрицательным качествам можно отнести большие размеры и наличие эффекта памяти, который обусловлен тем, что в случае неполного разряда при последующей зарядке аккумулятор теряет часть своей ёмкости.

Щелочной аккумулятор

В случае использования подобных аккумуляторов в системах солнечных электростанций периодически будут возникать ситуации, когда разряд АКБ будет неполным, вследствие чего аккумуляторы потеряют часть своей ёмкости, что в конечном счете неблагоприятно отразится на работе системы в целом.

Литиевые АКБ

Литиевая батарея

К положительным свойствам литиевых АКБ можно отнести высокую энергоемкость, небольшие габариты, способность выдерживать глубокий разряд и способность к быстрому заряду.

8 место — BERKUT BCA-10: Характеристики и цена: Характеристики и цена

BERKUT BCA-10

Восьмое место нашего рейтинга отходит зарядному устройству BERKUT BCA-10, которое может похвастаться функциональностью, а также компактностью размеров.

Тип	зарядное устройство
Напряжение АКБ	12 В
Минимальная емкость АКБ	10 А·ч
Максимальный ток заряда	10 А
Напряжение питания от сети	220 В
Цена	6 379 ₽

Функционал 4.2/5

Комплектация 4.6/5

Удобство эксплуатации 4.7/5

Надежность 4.4/5

Итого: 4,5/5

BERKUT BCA-10: Характеристики и цена: Преимущества и недостатки

+ Наличие удобного информационного табло;

+ Автоматический режим;

+ Качественные провода;

— Есть негативные отзывы владельцев;

— Заявленная функция восстановление аккумулятора не работает;

— Не заряжает на низком токе;

— Нестабильная работа диагностики;

Сравнение различных типов батарей

Свинцовые батареи стоят дешевле, но они имеют более короткий срок службы и по современным меркам низкую плотность энергии, а некоторые из них требуют регулярного технического обслуживания, чтобы поддерживать их в рабочем состоянии. Литиевые батареи дороже, но они не требуют технического обслуживания и имеют более длительный срок службы, что соответствует их более высокой цене. Давайте более подробно рассмотрим какой лучше взять аккумулятор для солнечных электростанций, плюсы и минусы каждого варианта и объясним, почему вы можете выбрать один из них для своей системы.

Свинцово-кислотные с жидким электролитом

Свинцово-кислотная АКБ с жидким электролитом

Отличительной особенностью этих батарей является то, что свинцовые пластины погружены в жидкий электролит. Их необходимо регулярно проверять и доливать каждые 1-3 месяца, чтобы они работали должным образом. Халатное отношение к обслуживанию может сократить их срок службы и аннулировать гарантию. Поскольку в ходе эксплуатации этот тип АКБ может выделять опасные газы, их необходимо устанавливать в вентилируемом помещении, чтобы позволить газам батареи выходить наружу.

Герметичные свинцово-кислотные

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор

Герметизированные бывают двух типов: AGM и GEL, которые имеют много схожих свойств. Они практически не требуют обслуживания и влагозащищены. Отличия заключаются в электролите – в гелевом аккумуляторе он находится в загущенном состоянии, а в AGM электролит абсорбирован в стекловолокне. Считается, что они не выделяют газы, это не совсем так, поскольку для защиты аккумуляторов предусмотрены клапаны, которые могут открываться в экстренных ситуациях.

Панцирные OPzS и OPzV

Панцирные аккумуляторы типов OPzS и OPzV

Эти аккумуляторы являются разновидностью свинцово-кислотных аккумуляторов: OPzS – с жидким электролитом, а OPzV с электролитом в виде геля. Минусы – низкая плотность энергии и нелинейные разрядные характеристики, свойственные всем свинцовым аккумуляторам. Из плюсов можно отметить 1200-1500 циклов, при глубине разряда на 80%, что в 2-3 раза больше в сравнении с обычными свинцово-кислотными АКБ, но и более высокую цену, которая соизмерима уже со стоимостью LiFePo4 аккумуляторов.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

Одним из лучших химических составов литиевых АКБ для солнечных батарей является литий-железо-фосфат LiFePO4, он же LFP, еще встречается название «Лифер». Эта технология имеет в несколько раз больший срок службы, чем у свинцовых АКБ и может использоваться при более глубоких циклах. Благодаря линейным разрядным характеристикам можно использовать меньшую емкость, при разряде большими токами. Они также не требуют обслуживания или вентиляции, в отличие от заливных свинцово-кислотных батарей. LiFePO4 это одна из разновидностей литий-ионных батарей, но в отличие от них LiFePO4 пожаро-взрывобезопасны.

Литий-титанатные, они же LTO

Литий-титанатная АКБ

Можно уверенно сказать, что это великолепные аккумуляторы и одни из лучших на данный момент и они имеют все вышеперечисленные плюсы LiFePO4 аккумуляторов, но и еще могут заряжаться просто огромнейшими токами в 10С (для сравнения «свинец» можно заряжать токами 0,1 – 0,2С) и имеют ресурс 16000 циклов. Из минусов можно отметить высокую цену и больший вес в сравнении с LiFePO4.

Литий-ионные, они же Li-ion

Имеют очень высокую плотность энергии и малый вес, благодаря чему широко применяются на электротранспорте, в том числе в Тесле, но имеют существенный недостаток — при повреждениях и при работе в нештатном режиме могут воспламеняться. У LiFePO4 и Литий-титанатных аккумуляторов отсутствует этот недостаток, поэтому они более предпочтительны для использования в автономных и бесперебойных системах.

Литий-ионный аккумулятор

Подводя промежуточный итог, можно отметить, что первоначальные вложения на литиевые батареи больше, но при эксплуатации стоимость владения получается значительно ниже — за время эксплуатации литиевых аккумуляторов приходится несколько раз заменить свинцовые АКБ.

Солнечные батареи на автомобиль уже реальность?

Практически все автолюбители знакомы с проблемой разрядки аккумулятора автомобиля в самый неподходящий момент. Причины могут быть разные: длительное время была включена музыка, забыли выключить фары, автомобиль долго стоял. Очень повезёт, если в такой ситуации вам даст прикурить владелец другого автомобиля. Некоторые даже возят с собой запасную аккумуляторную батарею. В подобных ситуациях может выручить гелиопанель, которая представляет собой батарею из солнечных панелей. Это устройство подзарядит аккумулятор, что позволит завести автомобиль.

Здесь стоит отметить, что зарядка автомобильного аккумулятора от солнечных батарей является процессом, сильно растянутом по времени. Процесс зарядки полностью разряженного аккумулятора от такой панели может занимать от 9 до 11 часов. Так, что гелиопанели лучше всего применять для поддержания необходимого уровня заряда в поездке. А в экстренной ситуации солнечные батареи помогут восстановить заряд аккумулятора, необходимый для запуска. Солнечные панели, устанавливаемые в автомобилях, отлично подходят для тех, кто ездит на длительные расстояния и вдали от цивилизации.

Также гелиопанели могут заинтересовать тех, что активно использует мультимедийные системы в автомобилях, а также прочие системы с большим расходом энергии. Кстати, их можно использовать и на морском транспорте. Такие солнечные батареи уже приобрели популярность у рыбаков и людей, которые любят отдых на природе вдали от городов.

Как подключить?

Самым важным правилом подключения накопителей Солнца можно обозначить соблюдение всех существующих правил безопасности. Это именно их берут за основу при составлении актуальных схем по подключению. Чаще всего при обустройстве системы энергоснабжения на основе солнечных панелей используется более одного элемента накопления энергии. Это нужно для увеличения напряжения и емкости.

При подключении гелиосистем в настоящее время используют три схемы.

Последовательно объединенные системы. Емкость в этом случае равна емкости одного элемента системы. Напряжение высчитывается как сумма всех значений по всей цепи элементов.
Параллельное соединение системы. Напряжение в такой схеме приравнивается к значению одного из элементов. Емкость по всей цепи суммируется.
Комбинированное соединение батарей. Этот вариант позволяет использовать два предыдущих принципа.

Одним из принципов безопасного подключения является необходимость использования аккумуляторов одного вида: у них должны быть одинаковыми емкость и напряжение, возраст. Желательно использовать элементы питания одного производителя. Следует устанавливать их на стеллажи в случае большого количества. Последовательная и комбинированная схемы часто приводят к разбалансировке всей системы. Применяя оба варианта, в обязательном порядке следует использовать контроллеры. Раз в год в таких схемах нужно проверять емкость каждого составного элемента с помощью зарядки и разрядки. С той же целью советуют использовать специальные перемычки для выравнивания.

В общем же нужно правильно посчитать мощность вырабатываемой электроэнергии. После этого определяется необходимое количество модулей. В конце всего этого можно говорить о предпочитаемом типе накопительного элемента. Одним из неукоснительных правил можно считать запрет на установку в гелиосистемах накопителей длительной эксплуатации. Однако продолжительность жизни расходного материала можно увеличить.

Для этого нужно постоянно контролировать следующие аспекты:

температура (оптимальная цифра составляет десять градусов по Цельсию);
вентиляционная система (должна соответствовать требованиям эксплуатации аккумуляторных накопителей; с ее помощью следует отводить взрывоопасные газы);
емкость (при неправильных подсчетах подача энергии прекратится);
контроль зарядки и разрядки (несоблюдение приводит к выходу из строя, поломкам);
техническое обслуживание (позволяет обнаружить поломки на ранних стадиях).

Назначение аккумуляторов для солнечных батарей

Если говорить доступно, без технических тонкостей, АКБ в системе выступает в роли «посредника», передающего получаемые электрические мощности конечному потребителю.

Дело в том, что солнечная панель «работает» только днем, когда интенсивно светит солнце, и излучение которого «конвертируется» в электроэнергию. Но эта энергия обычно нужна вечером, когда все приходят домой и начинают пользоваться бытовыми приборами. Солнечный аккумулятор – решение вопроса об использовании энергии солнца, когда оно не светит. Запасы, выработанные днем, накапливаются, и сколько – зависит от автономности системы.

Солнечная батарея

Выбрал SOLARIS-8B-48-12-B от компании «Солнечная долина»:

Чем руководствовался при выборе солнечной батареи?

1. Цена. Выбрал кристаллическую батарею — гораздо дешевле, чем гибкая.

Недостатки: боится ударов — но эксплуатация будет не в экстремальных условиях с тряской и вибрациями: аккуратная перевозка в фоторюкзаке и использование в пределах лагеря. Масса больше, чем у гибкой — да, для самолета критично… 1,75 кг — для перелета, где каждый килограмм багажа на счету, многовато, и в карман не положишь: габариты 240х185х38 мм. Брал в ручную кладь, при досмотре ее иногда просили вытащить и показать отдельно, как ноутбук.

2. Напряжение — 12 В. Выбранный для зарядки ноута пауэрбанк заряжается только от прикуривателя и адаптера на 220 В. Переходник с гнездом прикуривателя входит в набор к самой солнечной батарее. Есть масса устройств, работающих от прикуривателя — отлично! Хотя впоследствии оказалось, что здесь есть нюансы.

3. Мощность. Точных расчетов не производил. Ранее использовал 10-ваттную батарею (брал у друга) но ее мне едва хватало и без ноутбука. Больше 10 — ясно.

Батарея на 40 Вт имела габариты 370 мм по высоте в сложенном виде — много, следующая — 240, уже нормально. Мощность 48 Вт, должно хватить. Все следующие батареи весят около 3 кило и стоят больше 10 тыс. руб. — так и пришел к единственному варианту.

Если при аналогичном ценнике, мощности и напряжении найдете более интересные аналоги — пишите:)

Единственный разъем солнечной батареи находится в кармане:

Видимо, карман предназначен для хранения проводов, но при такой толщине батареи в сложенном виде класть что-то еще в этот карман желания не возникало, разве что тонкие провода USB, но никак не переходник на прикуриватель:

Итак, есть достаточно мощная солнечная батарея на 12 вольт, к ней в набор входит провод с гнездом прикуривателя — кажется, все очевидно: набирай зарядки для автомобиля и используй.

Все же решил уточнить в магазине: «Скажите, пожалуйста, могу ли я использовать эту солнечную батарею с автомобильным USB адаптером от прикуривателя?»

Отдельный стабилизатор USB для солнечной батареи. Ну, ладно, не вопрос. Не «багга, а фича»:) Дозаказал:

У стабилизатора есть разъем, как на солнечной батарее:

Т.е. можно сюда же воткнуть и переходник на гнездо прикуривателя, и такой же стабилизатор — получается вот такое ступенчатое соединение для зарядки нескольких устройств:

И да, у меня так без проблем заряжалось одновременно несколько USB-устройств. Т.е. вариант зарядки телефона и проч. устройств, что используют USB, есть. Хотя некоторые мои знакомые использовали с солнечными батареями обычные автомобильные адаптеры USB, заряжалось тоже неплохо.

Устройство и принцип действия системы

Базовой составляющей солнечной батареи являются фотогальванические ячейки, которые производятся из кремниевых пластин. Сама панель, на которую крепятся в дальнейшем кремниевые пластины, состоит из алюминиевой рамы со вставленным закаленным, ударопрочным, сверхпрозрачным стеклом. Поверх стекла, напоминающего по конструкции матрицу, аккуратно укладываются фотогальванические ячейки, которые соединяются между собой методом пайки.

В дальнейшем, набор полученных ячеек подвергается принудительной инкапсуляции, то есть тщательной герметизации при помощи специальной пленки или двухкомпонентного компаундома.

Далее, под воздействием солнечной энергии на кремниевых пластинах образуется разность потенциалов, которая в результате последовательного крепления ячеек между собой суммируется. Таким образом, получается сбор солнечной энергии и преобразование ее в электрическую.

Следует заметить, что напряжение солнечной батареи будет стационарно изменчиво. Такая изменчивость напрямую зависит от интенсивности светового потока, то есть времени суток и года.

Для обеспечения эффективного использования преобразованной электроэнергии, необходимо правильно осуществить подключение солнечной батареи в схеме взаимодействия с иными обслуживающими устройствами.

Какие брать?

Фактически, аккумуляторы – главный тормоз развития альтернативной энергетики в целом, её слабая сторона. Современные технологии не сделали батареи компактнее, легче и дешевле. Применительно к системе солнечного электроснабжения используются два типа аккумуляторов:

Кислотные;
Гелевые.

Разница есть и в цене и во внутреннем строении, но самая большая разница заключается в эффективности. Гелевый аккумулятор гораздо лучше переносит глубокий разряд, это нормальный режим работы для него. К недостаткам гелевых батарей можно отнести низкие пусковые токи при минусовой температуре, хотя в условиях использования в системе электроснабжения дома такие токи не понадобятся. Также, гелевые аккумуляторы стоят значительно дороже.

Правила эксплуатации

При эксплуатации аккумуляторных батарей, как впрочем и любого технического устройства, необходимо соблюдать правила. В случае использования АКБ в системах солнечных станций, правила эксплуатации определены характером работы подобных систем и выражены в требованиях предъявляемым к аккумуляторам, о чем написано выше.

В связи с большой электрической нагрузкой, которую как правило подключают к системам энергоснабжения, приходится включать в работу несколько аккумуляторных батарей, объединённых в единую группу. Делается это для увеличения общей емкости и для увеличения напряжения на выходе либо для достижения обеих задач.

Используется три схемы включения группы аккумуляторов:

Последовательно
. При таком включении емкость группы будет равна ёмкости одного аккумулятора, а
напряжение будет отражено в сумме напряжений всех АКБ группы.

Параллельно
. При таком включении напряжение неизменно и равно номинальному напряжению одного аккумулятора, а емкость группы определяется как сумма емкостей включенных АКБ;

Комбинировано
. При данной схеме включения используется последовательное и параллельное включение АКБ.

При объединении аккумуляторов в группы следует помнить, что в одной группе следует использовать АКБ:

Одного вида;
Одной емкости;
Одного номинального напряжения.

Желательно, чтобы аккумуляторы были одинакового времени эксплуатации и фирмы производителя.

Солнечные батареи представляют собой очень выгодный способ стать независимым от плохой работы общей электросети. Кроме этого, созданная ими электрическая энергия является абсолютно бесплатной. Это очень важный плюс, и вместе с другими преимуществами он легко затмевает недостатки солнечных батарей. Поэтому многие хотят купить, установить и подключить их. Если первый процесс является простым, то второй и третий требуют некоторых знаний.

Разновидности и особенности использования солнечных батарей для зарядки автомобильных аккумуляторов

Расчёт и выбор аккумулятора