Полезная информация

аккумуляторные батареи продолжение статьи

С другой стороны, применение рекомбинации водорода у малообслуживаемых АКБ делает их почти необслуживаемыми.

Проки рекомбинации водорода могут ставиться и на стационарные OPzS. Однако цена одного их цикла (заряд/разряд 80%), с учётом использования рекомбинации – около 80 руб

И в принципе, для автономии, всё же лучше обслуживаемые АКБ (исключение – литий-железо фосфатные АКБ). Дело в том, что, например, гелевые АКБ достаточно «нежные». Заряд большим током, или перезаряд напряжением выше 14,1 (28,2) В, что очень вероятно при длительной эксплуатации в полной автономии, например от ветрогенератора или др., может быстро выпарить из них воду (через предохранительный клапан) и они невосстановимо потеряют ёмкость. А ведь залить воду в герметизированные АКБ обратно, уже невозможно. Постоянный недозаряд тоже губителен…

При полной автономии, всё равно надо за многим следить - и за бензогенератором (менять масло, заливать бензин), и за зарядом АКБ (не желательно оставлять их разряженными более 12 часов), и за чистотой солнечных панелей. И обслуживать ветряки надо не менее раза в год (если они есть). На этом фоне проверка уровня электролита раз в год, или, тем более, раз в 3 года (и особенно – раз в 6 лет), с возможной доливкой дистиллированной воды – не критична.

Лучше раз в 3 года «автономного полёта» долить воды, чем выкинуть через первые же 3 года (а то и через год) комплект каких-нибудь гелевых аккумуляторов.

Для большего срока службы аккумуляторов, желательно выбрать в меню МАП SINE «Энергия» напряжение отключения собственной генерации 220 В, не при 10,5 В на 1 АКБ, а 11,5 В или выше (подробнее об этом, ниже). Это приведёт к тому, что аккумуляторы будут разряжаться не на 100% и соответственно срок их службы возрастёт. Правда и доступная пользователю ёмкость (а значит и время автономной работы от одной зарядки) немного уменьшится.

Вывод: в условиях автономного электроснабжения, будет большой ошибкой покупать герметизированные обычные гелевые, или сделанные по технологии AGM аккумуляторы. Если финансы совсем ограничены, то лучше хорошие стартерные АКБ. Но всё же наиболее эффективное решение по соотношению цена/качество – тяговые панцирные АКБ Микроарт с рекомбинацией водорода или без оного. Если предъявляются жёсткие требования к абсолютному отсутствию вентиляции и при наличии средств, самым лучшим и эффективным решением проблемы отсутствия вентиляции в месте установки АКБ, конечно же являются литий-железо фосфатные АКБ.

Интересный график с количеством циклов при разных степенях разрядов (D.O.D.) у лучших (панцирных) типов аккумуляторов, приводит немецкая фирма BAE:

Графику аккумуляторам BAE PzS примерно соответствуют панцирные АКБ Микроарт.

2. Для эксплуатации же в условиях наличия сетевого 220В и его периодического пропадания (резервный или буферный режим, редкие малые разряды) хорошо подходят необслуживаемые герметизированные АКБ. На первый план тут выходит не цена цикла, а общая долговечность и отсутствие обслуживания. Ведь в подобных условиях, люди, как правило, особо за системой не следят, и тем более не следят за уровнем электролита в АКБ. Немаловажно и отсутствие требований к проветриванию. Под эти требования подходят и панцирные АКБ Микроарт, если на них установить пробки для рекомбинации водорода. При примерно одинаковой начальной цене, срок их службы заметно больше.

Количество разрядов в условиях резерва обычно малое, а сам разряд, до появления электричества, чаще всего происходит на 30 – 50%.

В этом случае, из всех герметизированных АКБ выделяются аккумуляторы 6-GFM-200, Prosolar-R RA12-200D, АКБ Микроарт с рекомбинацией и литий-железо фосфатные АКБ.

У двух последних не только очень низкая стоимость цикла среди герметизированных АКБ (один разряд на 30% у общей приведенной ёмкости 400 Ач*24 В стоит около 15 руб и 30 руб соответственно), но и самый большой срок службы (до 17 и 30 лет соответственно).

6-GFM-200 Ач 12 В

график
схема 6

Для правильного заряда, при таком использовании, в меню инвертора МАП SINE «Энергия» надо выбрать режим заряда «4СтДозар/Буфер». Тогда заряд будет проходить выбранными токами для 2-х ступеней с дозарядом до 100%, после чего МАП перейдёт к поддержанию АКБ в состоянии 100% заряженности, т.е. перейдёт в буферный режим. Этот режим служит для компенсации малых токов утечки, при нём на каждом 12-и вольтовом АКБ напряжение 13,6В (на каждом 2-х вольтовом, соответственно 2,26 В). Это напряжение тоже можно менять (очень важно установить его в соответствии с техническими данными конкретной марки АКБ).

Для всех АКБ, при использовании в резерве, начальный ток выбирают поменьше чем для полной автономии, т.е. обычно 0,1С (соответственно 40 А для нашей ёмкости), а вторую ступень можно сделать 0,05С.

Внимательно посмотрите на характеристики приобретаемых АКБ. Надо выбрать в МАП, то напряжение конца заряда и буферное напряжение, которое им соответствует (в гелевых, это обычно не 14,5 В, а 14,1 В на 1 двенадцативольтовый аккумулятор, но читайте инструкцию, встречаются разные варианты).

В условиях резерва обычно нет надобности в бензо/дизель/газо электрогенераторе, т.к. срок автономии достигает нескольких суток (при условии установки достаточной ёмкости, не менее чем 400Ач×24В), а обслуживание и эксплуатация генератора весьма затратны и некомфортны. В случае же реального отсутствия электричества более недели, электрогенератор можно купить по необходимости, времени будет достаточно.

Вывод: в условиях резервного (аварийного или буферного) электроснабжения, подойдут практически любые аккумуляторы. Оптимальны герметизированные по технологии AGM, аккумуляторы 6-GFM-200. Более долговечны, но и всё же требуют минимального присмотра панцирные АКБ Микроарт с рекомбинацией водорода (проверка уровня и доливка воды раз в 3 – 6 лет).

Рекордным сроком службы в буферном режиме, обладают литий-железо фосфатные аккумуляторы. А среди свинцово-кислотных – рекорд принадлежит АКБ типа OPzS и OPzV (последние являются герметизировнными).

график

Что касается вентиляции, то, например, требования для OPzS по этому параметру не высоки: объем свежего воздуха (Vсвеж) должен составлять 50% от V, где V=0,07×Iзар×n. Здесь Iзар - наибольший зарядный ток, А; n - количество элементов аккумуляторной батареи), м3/ч.

Для нашего стандарта 400 Ач×24В, при токе заряда 0,1С=40А, Vсвеж=0,5×(0,07×40×12)=17 м3/ч.

Однако, в соответствии со СНиП 2.08.01-89, вентиляция должна присутствовать во всех помещениях, всех зданий. Например, в ванной и туалете по 25 м3/ч, кухне 60 м3/ч. Для обычных помещений мощность естественной или электрической вытяжки должна составлять 3 м3/ч на 1м3 помещения.

Это означает, что зачастую, если дом построен правильно, устанавливая аккумуляторы OPzS, можно обойтись и без дополнительной вентиляции. При наличии сети, торопиться с зарядом нет смысла и, значит, даже начальный зарядный ток можно ещё в 2 раза уменьшить, до 0,05С.

Можно ориентировочно прикинуть и требования по вентиляции панцирных АКБ Микроарт. В них больше сурьмы, поэтому, если они используются без пробок рекомбинации, то в отличии от OPzS, надо их проверять не раз в 3 года, а ежегодно (как и стартерные АКБ), соответственно требования по вентиляции выше в 3 раза. Если же эксплуатировать их с пробками рекомбинации, то проверку можно осуществлять раз в 6 лет, соответственно требования по вентиляции будут в 2 раза ниже чем у OPzS.

О не вошедших в таблицу типах аккумуляторов

Отметим, что все, существующие на сегодняшний день, другие типы аккумуляторов (а это и щелочные никель-железные и никель-кадмиевые аккумуляторы, металлогидридные, суперконденсаторные и др.) или абсолютно не выдерживают сравнения по стоимости цикла, и/или не выпускаются в необходимых ёмкостях, и/или имеют существенно более низкий КПД. Поэтому никакого смысла в их применении для автономного или резервного электропитания нет.

Так, например, проводимость кислотно-свинцовых аккумуляторов намного выше, поэтому их эффективность колеблется в районе 80% против 50-60% для щелочных источников тока.

Соответственно для заряда свинцово кислотных аккумуляторов необходимо передать 120% емкости от электростанции (или от солнечных панелей, или от ветрогенератора), а для щелочных источников это значение достигает 150%. Очевидно, что в случае постоянного использования щелочных аккумуляторов резко возрастает перерасход электроэнергии, что особенно недопустимо для автономного электропитания.

О проблемах, влияющих на реальный срок эксплуатации свинцовых аккумуляторов.

Несмотря на множество технологических решений, внедренных в свинцово-кислотные аккумуляторные батареи за 150 лет с момента изобретения технологии химической аккумуляции, срок службы АКБ до сих пор во многом зависит от эксплуатационной нагрузки. Рассмотрим их по порядку:

1. Первым определяющим фактором была и остается степень разрядки аккумуляторов. Свинцовые аккумуляторы не терпят хранения в разряженном состоянии. Кроме того, при падении заряда ниже 20% активизируется процесс образования нерастворимых соединений серы, которые, в первую очередь сказываются на емкости АКБ. Помимо этого, реакция сульфатации способствуют выделению влаги, которая обеспечивает постоянное снижение концентрации кислоты. Если же аккумулятор некоторое время будет находиться в состоянии глубокой разрядки, начнется необратимый процесс образования сульфатов и, соответственно, необратимого снижения реальной емкости АКБ относительно паспортной.

Обратите внимание, что для большой ёмкости, например, 400Ач×24В, обычная небольшая нагрузка менее 500Вт (а это и есть обычное использование), разряжая АКБ до 11,5 (23) В разряжает его примерно на 80%.

Если бы нагрузка, относительно ёмкости АКБ, была бы большой, например, для вышеуказанного случая порядка 2 кВт, то из-за инертности перемешивания электролита, напряжение на АКБ упало бы до 11,5 (23) В намного раньше (вокруг свинцовых платин образовался бы слой разряженного электролита, который просто не успел перемешаться с остальным электролитом). И если при этом, инвертор отключит потребление, то спустя некоторый срок электролит перемешается, и напряжение на АКБ поднимется само. Т.е. расход ёмкости АКБ, в этом случае, будет не 80%, а гораздо меньше, что не плохо. Только вот при обычном использовании, основным потребителем является холодильник. А его средняя мощность потребления около 100 - 150 Вт.

Поэтому, чтобы гарантированно не разряжать АКБ ниже, чем на 20%-30% надо установить отключение инвертором потребления при напряжении 11,7 (23,4) В - см. таблицу ниже.

таблица

Однако, помните, что если общая ёмкость АКБ будет маленькой относительно нагрузки (например, в несколько кВт), то напряжение на АКБ может в этом случае очень быстро просесть до 11,7 (23,4) В и инвертор отключит генерацию. Чтобы такого не произошло, необходимо устанавливать емкость не менее 400Ач×24В, а ещё лучше – в 1,5 раза больше.

Нахождение АКБ в разряженном состоянии (более чем на 80%) в течении более чем 12 часов недопустимо.

2. Другим определяющим фактором для времени жизни АКБ, можно назвать температуру электролита. В случае обычных кислотных аккумуляторов, эксплуатация при повышенной на 10 градусов температуре ведет к сокращению срока службы вдвое (как отмечалось ранее, лучшие АКБ не столь чувствительны к этому параметру). Хоть в инверторе МАП «Энергия» и есть внешний температурный датчик (его следует приклеить скотчем к АКБ), позволяющий делать автоматическую компенсацию зарядных напряжений, это помогает лишь отчасти. Ограничения на использование в жаркую погоду пока никто не отменял. Поэтому, нельзя располагать АКБ на нагревающихся чердаках, нежелательно и в одном помещении с миниэлектростанцией, т.к. последняя сильно его разогревает. Идеальное место – подвал, техподполье, или подсобка/коридор с северной стороны здания.

3. Для долголетия аккумуляторов, необходим и полный, 100% заряд, что затруднительно обеспечить, если сетевого 220 В нет вообще и если для заряда использовать только мини электростанцию. Посмотрим на стандартный график заряда кислотного АКБ (у разных типов АКБ конкретные значения могут немного варьироваться, но достаточно близко).

таблица

Зона окрашенная жёлтым цветом, это 80% энергии необходимой для заряда. Она передаётся на первых ступенях заряда от миниэлектростанции, в течении первых 6 часов, и, заряжает АКБ, соответственно, на 80%.

Но чтобы зарядить АКБ на все 100% необходимо заряжать их ещё, как минимум, в течении 6 - 7 часов, причём при этом, в АКБ передастся лишь 20% энергии (зона окрашенная розовым цветом).

Получается, что для 100% заряда АКБ, надо чтобы миниэлектростанция работала как минимум 12 – 14 часов, причём эти последние 7 часов, если не нагружать её дополнительными нагрузками, практически вхолостую. Конечно, это возможно, - хоть и большинство миниэлектростанций имеют воздушное охлаждение и требуют перерыва после 6 часов работы, - можно сделать перерыв 1час и продолжить заряд. Но топливо, при этом, будет расходоваться не эффективно.

Лучший выход из положения для автономных систем – установить солнечные панели и/или ветрогенератор. Ведь почти всё необходимое для их эксплуатации уже имеется (АКБ и инвертор и резервная миниэлектростация). Солнечные панели и/или ветрогенератор позволят в определённые моменты времени (когда нагрузка мала, а солнце/ветроресурсы имеются) зарядить АКБ на 100%. Пусть это будет даже не каждый день, но и раз в неделю подобный 100% заряд будет полезен. При достаточной их мощности, система сможет выдавать электричество практически вообще без включения бензогенератора.

Другой, компромиссный вариант, это хотя бы раз месяц проводить 13 часовую, 100% зарядку от бензо/дизель/газо генератора (при необходимости понижая в инверторе зарядные токи), а в остальное время ограничиваться 80% зарядом.

Можно конечно поставить и два комплекта АКБ, подзаряжая внешним зарядным устройством, подключённым к выходу 220 В от инвертора, отдыхающий комплект АКБ. Однако, это решение по стоимости сопоставимо с первым вариантом, и менее разумно - дополнительные АКБ, в отличии от солнечных панелей и ветрогенератора, не используются, а «отдыхают». К тому же, аккумуляторы расходный, относительно менее долговечный материал.

Отметим, что аккумуляторам вреден и постоянный длительный перезаряд (заряд повышенными токами, и высокое напряжение конца заряда, и высокое напряжение буферного поддержания). Поэтому, эти параметры устанавливают в соответствии с паспортом АКБ, причем в случае наличия сети, зарядные токи, обычно устанавливают по минимальной границе.

4. Спустя несколько лет после начала эксплуатации АКБ (а в зависимости от качества аккумуляторов, бывает и через год-другой), может возникнуть разбалансировка аккумуляторов. Это явление проявляется в том, что допустим в цепочке из двух последовательно соединённых АКБ, на одном аккумуляторе устанавливается напряжение чуть ниже, а на другом – чуть выше. В итоге, общее напряжение будет нормальным и инвертор проводит заряд до положенных значений напряжений. Тем не менее, один АКБ окажется недозаряжен, а другой перезаряжен.

Поэтому, раз в год, желательно измерять цифровым тестером напряжения на каждом АКБ. В случае их разбалансировки, проводят уравнительный заряд каждого АКБ отдельно (см. ниже). Если же АКБ герметизированные (в этом случае уравнительный заряд запрещён), то проводят восстановительный заряд/разряд (см. ниже) и полный заряд каждого АКБ.

Или, если аккумуляторов несколько и соединены они последовательно-параллельно, можно попробовать поменять их местами. Так же, при последовательно-параллельном соединении, желательно объединить перемычкой средние точки у аккумуляторов (например, для сборки из 4-х АКБ на 24 В, средней точкой является 12 В).

О выравнивании заряда на каждом аккумуляторе.

Уравнительный заряд применяют ТОЛЬКО для аккумуляторов с жидким электролитом.

Уравнительный заряд представляет собой избыточный заряд аккумулятора, выполняемый на аккумуляторах с жидким электролитом после их полного заряда, с возможной доливкой воды. Например, компания Trojan рекомендует проводить уравнительный заряд только в том случае, если у аккумуляторов низкая удельная плотность, менее 1.250, или удельная плотность колеблется в широком диапазоне, после полного заряда аккумулятора. Не следует проводить уравнительный заряд GEL или AGM аккумуляторов.

  • Необходимо удостовериться, что аккумулятор является аккумулятором с жидким электролитом (есть пробки для доливки воды).
  • Перед началом заряда проверить уровень электролита и убедиться, что пластины закрыты электролитом (при необходимости долить дистиллированной воды).
  • Удостовериться, что все защитные колпачки плотно закреплены на аккумуляторе.
  • Установить зарядное устройство в режим уравнительного заряда.
  • В процессе уравнительного заряда в аккумуляторах будет выделяться газ (будут всплывать пузырьки).
  • Измеряйте удельную плотность каждый час. Прекратить уравнительный заряд следует тогда, когда удельная плотность прекратит расти (обычно часа через 2, после достижения 15,5 В). При необходимости добавить дистиллированную воду.

ВНИМАНИЕ: Запрещается проводить уравнительный заряд на гелевых или AGM-аккумуляторах (т.к. используются повышенные напряжения и возможно частичное испарение воды).

таблица 1

О восстановлении посаженных АКБ (восстановительный заряд/разряд)

Одним из способов заряда сильно разряженной батареи является ее длительный заряд очень маленькими токами (0,01 - 0,05С). Затем восстановительный разряд очень большим током (0,3 - 0,5 С) – такой ток в какой-то мере, «разрывает» слой окисла с пластин АКБ. И так, следует повторить циклы 5 - 10 раз. Но если сульфатация превысила некоторый предел, восстановление ёмкости АКБ станет невозможным.

Ориентировочное время работы аккумуляторов на различные нагрузки:

таблица 1

Время автономной работы зависит только от ёмкости подключённых аккумуляторов и мощности нагрузки. В таблице, оно указано. Но необходимо учитывать, что если не использовать электрообогреватели (а их использование от автономных источников не рекомендуется), в реальных условиях такой нагрузки в среднем не будет никогда.

Например, в стандартном доме к автономному источнику обычно подключают освещение, телевизор, холодильник, насос водоснабжения и отопительный котёл на жидком топливе. Надо рассмотреть два аспекта – а) необходимую мощность для обеспечения пусковых мощностей всего оборудования; б) среднюю потребляемую мощность в сутки.

Пусковая мощность зависит от конкретных устройств. Но можно прикинуть ориентировочно. Пуск освещения – 500 Вт, телевизора 150 Вт, холодильника 1,5 кВт, насос (сильно зависит от его мощности и глубины расположения) 5 кВт, котёл 1 кВт. Итого, порядка 8 кВт. Следовательно, по этому параметру, для описанного случая гарантированно сработает МАП "Энергия" SINE 9,0 кВт (скорее всего, справится и МАП SINE 6 кВт).

Средняя же потребляемая мощность будет всего порядка 500 Вт около 6 часов в сутки. Это обусловлено тем, что освещение и телевизор обычно включаются по вечерам, насос включается редко и на маленький срок (при потреблении его мощность 500 – 1500 Вт), холодильник потребляет 150 Вт и включается на 15 минут в час. Котёл потребляет порядка 200 Вт и тоже работает в прерывистом режиме.

Теперь легко оценить время реальной автономной работы. Смотрим по таблице – там написано, что например от 6 шт АКБ по 190 А/ч (или набранная такая же энергоёмкость из любых аккумуляторов 570 Ач×24 В, или 285Ач×48 В, или 1140 Ач×12 В), при нагрузке 500 Вт, будут работать 25ч 30м. Но так как, ориентировочно, такое потребление будет лишь 6 часов в сутки, то 25,5/6=4 суток. Таким образом, вышеперечисленная нагрузка, от 6-и АКБ по 190 А/ч, будет обеспечена автономным питанием примерно в течении 4-х суток.

Для определения времени работы неважно как соединены между собой аккумуляторы - последовательно, параллельно или последовательно и параллельно.

Напоминаем так же, что аккумуляторы обладают свойством остаточной ёмкости. Т. е., например, если используя аккумулятор 90 Ач×12 В вы работали газонокосилкой мощностью 1 кВт в течении 45 мин. после чего МАП выключил 220 В (т.к. напряжение на АКБ просело ниже 11 В) – уменьшите нагрузку до 500 Вт (подключите, к примеру, электролобзик) и работайте ещё столько же! Затем можно подключить 300 Вт-ную дрель, а потом 130 Вт-ный краскопульт, далее 60 Вт-ный паяльник и, наконец, 30 Вт-ную лампочку. Однако в двух последних случаях, нагрузка буде потреблять малый относительно ёмкости АКБ ток, и вы «вычерпаете» около 100% от максимальной ёмкости аккумулятора (если конечно, напряжение отключения потребления в инверторе не установлено на 11,5 В или выше). А «вычерпывание» 100% не рекомендуется, т. к. ресурс аккумулятора, в этом случае, сокращается.

Из вышеприведенного примера совсем не следует что эти (и другие) нагрузки нельзя включить все сразу.

В заключении отметим, что приукрашивание характеристик АКБ, производителями достаточно вероятно. Ведь можно лишь слегка изменить условия тестирования – и вот они, рекордные цифры. Или, к примеру, считать, что АКБ надо снимать с эксплуатации при падении не до 80% от исходной ёмкости, а до 60%. Другой пример, приводившийся выше – ёмкость у одних АКБ указывается при 5-часовом разряде, у других при 10-часовом, у третьих – при 20 часовом, а у некоторых (автомобильных) при 120-часовом (т.е. очень малым током). Понятно, что в первом случае, реальная ёмкость выше, чем в последнем процентов на 20 – 25, хотя цифры ёмкости в паспорте будут одинаковы.

А у автомобильных стартерных вес, относительно заявленной ёмкости, удивительно мал. Например, стартерный 190 Ач×12 В весит 43 кг, а 6 шт панцирных АКБ Микроарт 210 Ач×2 В (т.е. в сумме 210 Ач×12 В) весят 84 кг. Почему же у автомобильного АКБ вес практически в 2 раза ниже? Хорошо, положим панцирная технология «весит» больше. Но ведь и у всех других не стартерных АКБ вес относительно ёмкости больше, например, гелевых Haze HZY12-200 и Challenger G12-200 вес 63 кг. Почему же у автомобильного, он в 1,5 раза ниже? Потому что свинцовые пластины для автомобильных стартерных АКБ делают совсем тонкими, что не может не влиять на их долговечность и устойчивость к разрядам.

×××

Теперь, обладая багажом специальных знаний, Вы сможете сделать осознанный выбор. Защититься от последствий природных катастроф и техногенных аварий, можно обеспечив себя резервным и/или автономным электропитанием. Сегодняшний мир, это мир со скудеющими ресурсами. Помните - «удача любит подготовленных»!