LIFePO4 аккумуляторы для солнечных электростанций! Преимущества использования!

Содержание

• Роль аккумуляторов в системах солнечной энергетики
• Виды солнечных электростанций
• Как выбрать аккумулятор для солнечных батарей
• Преимущества использования LIFePO4 аккумуляторов для солнечных батарей
• Подключение и эксплуатация LIFePO4 акб
• Стоимость и окупаемость
• Распространенные ошибки при использовании LiFePO4
• Почему LiFePO4 – лучший выбор для солнечной энергетики

LIFePO4 аккумуляторы для солнечных электростанций

Современные солнечные панели стали настолько высокоэффективными и производительными, что позволяют генерировать достаточно электроэнергии для покрытия всех базовых потребностей домашнего хозяйства. По крайней мере, в теплую пору года, когда световой день максимально долгий.

Более того, панели общей площадью в 100 квадратных метров дадут столько электричества, что его будет в избытке. Его можно будет даже продавать операторам, организовав своего рода «домашний бизнес».

Всё это во многом стало возможно благодаря появлению на рынке доступных аккумуляторов для электростанций, которые как раз и позволяют аккумулировать генерируемое электричество, хранить его «до востребования». Одними из лучших АКБ в этом плане являются LiFePO4 (литий-железо-фосфатные).

Чем они отличаются от остальных разновидностей аккумуляторов? Какие их преимущества перед другими вариациями АКБ? И насколько оправдана покупка и последующее использование LiFePO4 аккумуляторов в составе солнечных электростанций. Как домашних, так и масштабных коммерческих.

Роль аккумуляторов в системах солнечной энергетики

При генерации электричества из солнечных панелей добиться равномерного напряжения достаточно сложно. Потому что это напрямую зависит от интенсивности ультрафиолетового излучения, от угла, с которым солнечные лучи падают на поверхность панелей, от времени дня, от географии участка. И не следует забывать, что солнце ведь не статично, оно перемещается относительно линии горизонта.

Для выравнивания напряжения используются специальные инверторы. Они преобразовывают поступающий от генерации ток в тот, который необходим потребителю (чаще всего это либо 12 Вольт постоянного, либо 220 Вольт переменного, как в обычной электросети).

Но основная генерация приходится на дневное время суток. Ночью солнечные панели практически не работают. Чтобы иметь возможность накапливать электроэнергию и использовать, когда это необходимо потребителю — используются аккумуляторы. Днём они заряжаются от энергии солнца, ночью — обеспечивают бесперебойную работу всех электрических устройств в доме.

Можно ли эксплуатировать солнечные станции без АКБ? В теории — да. Вот только далеко не всеми приборами удастся пользоваться, если суммарной мощности генерации в текущий момент недостаточно для работы определенного оборудования. Только в дневное время суток.

Так что аккумуляторы — существенно расширяют возможности и функционал солнечной электростанции. Именно LiFePO4 АКБ в этом плане — самые удобные, доступные, емкие и долговечные.

Виды солнечных электростанций

Условно все разновидности солнечных электростанций делят на следующие категории:

• Сетевые. Устанавливаются там, где уже подключена электросеть. В период генерации электричество от солнечных панелей поступает в основную сеть. И тем самым замещает частично приобретаемый ток у оператора.
• Автономные. Устанавливаются там, где электросети от оператора нет. Позволяют обеспечить дом или любое другое помещение электричеством от солнечных панелей. Устанавливается вместе с АКБ для накопления генерируемого тока.
• Гибридные. Наиболее распространенные на сегодняшний день. Чаще всего монтируются в домашних хозяйствах. Позволяют полностью покрывать необходимости потребителя, но в случае недостаточной генерации — осуществляется забор напряжения из подключенной электросети оператора. Такие солнечные электростанции позволяют продавать избыток электричества (если это поддерживается оборудованием оператора).

Сетевые — один из лучших вариантов для коммерческих и производственных объектов. Автономные используются там, где нет технической возможности осуществить подключение к оператору, провести выделенную электролинию. Гибридные — универсальный вариант, самый лучший по возможностям и функционалу.

Какой тип солнечной электростанции выбрать? Подбор выполняется индивидуально, исходя из потребностей заказчика, из необходимого объема генерации, количества устанавливаемых солнечных панелей, объема запланированных инвестиций и так далее.

Как выбрать аккумулятор для солнечных батарей

Есть множество критериев, по которым подбираются аккумуляторы для солнечных электростанций. Первое, с чем нужно определиться — это какой объем электроэнергии вообще потребуется накапливать. В среднем, для обычного дома потребуется суммарная емкость хотя бы в 5000 – 6000 Вт*ч.

Это означает, что если электросеть будет снабжаться исключительно за счет аккумуляторов, то они позволят при общей нагрузке в 1 – 2 кВт*ч (средние показатели) проработать в полностью автономном режиме около 3 часов. Это вместе с нагревательным оборудованием, холодильником, насосной станцией и так далее.

Но также нужно учесть, что аккумуляторы в дальнейшем можно добавлять в систему, по мере финансовых возможностей. То есть, покупать и параллельно подключать к уже оборудованной связке аккумуляторов.

Как рассчитать, какие АКБ и какой общей емкости потребуется приобрести для солнечной электростанции? Первым делом необходимо рассчитать всю общую нагрузку установленных в доме или здании потребителей. В среднем, это 1 – 2 кВт*ч, но с периодическим повышением нагрузки вплоть до 6 – 8 кВт*ч (когда включается нагреватель, холодильник, насосная станция, помпа и так далее).

Ночью, естественно, потребление значительно ниже. Затем требуется рассчитать, какая общая потребность потребителя на протяжении того периода, когда генерация электроэнергии от солнечных панелей отсутствует. Исходя из этого, подбирать общую мощность устанавливаемой электростанции, инвертора и емкость АКБ.

И именно по типу панелей требуется выбирать, какого напряжения аккумуляторы будут использоваться. Чтобы преобразование, если оно и выполнялось, было с минимальным диапазоном. Например, входящее напряжение с солнечных панелей составляет 50 Вольт. Оптимальным вариантом будет использовать связку АКБ с номинальным напряжением в диапазоне 48 – 60 Вольт.

Необходимость в вентиляции и обслуживании

Свинцово-кислотные АКБ, которые использовались повсеместно ранее, можно устанавливать только в вентилируемых помещениях. Они требуют регулярного обслуживания, контроля плотности электролита.

Именно для солнечных электростанций гораздо лучше подходят LiFePO4, потому что их можно устанавливать даже в помещениях без вентиляции. Обслуживание им не требуется вовсе, на протяжении всего срока их эксплуатации. Они не выделяют газа, не нужно контролировать внутреннее давление в ячейках.

Единственное, что требуется — это следить за температурой окружающей среды и самих аккумуляторов, не допуская их критического охлаждения или нагрева свыше допустимой температуры свыше 60 градусов.

Рабочее напряжение

Напряжение для зарядки регулируется солнечным инвертором. Но чтобы минимизировать потери при преобразовании, рекомендуется подбирать аккумуляторы с рабочим напряжением, которое максимально приближено к тому, что генерируют солнечные панели.

Самые распространенные варианты:

• 12В;
• 24В;
• 48В;
• 60В.

Здесь следует придерживаться правила, что чем больше генерируемая мощность — тем выше необходимо делать напряжение. Чтобы уменьшить силу тока и предотвратить избыточный нагрев соединительных кабелей.

Нужно понимать, что солнечные панели генерируют постоянный ток с нестабильным напряжением. Например, если используется станция на 48 Вольт, то входящее напряжение может быть от 30 до 50 Вольт. Его выравнивание до требуемых показателей осуществляется инвертором, стабилизатором. И уже после этого ток «перенаправляется» на зарядку АКБ.

Срок службы

В LiFePO4 аккумуляторах средний срок службы составляет от 8 до 15 лет, в зависимости от интенсивности их эксплуатации. Но также необходимо обращать внимание на количество циклов зарядки/перезарядки, при которых не возникает деградации АКБ. Опять же, LiFePO4 в этом плане самые лучшие. Для сравнения:

• кислотные АКБ служат всего по 2 – 4 года, выдерживают до 400 циклов зарядки без потери первоначальной емкости, без деградации ячеек;
• LiFePO4 АКБ служат по 8 – 15 лет, после чего их емкость снижается на 20% в среднем, или же 3000 – 5000 циклов зарядки и разрядки. Общий их ресурс составляет около 7000 циклов.

То есть LiFePO4 прослужат буквально в 5 раз больше. Обслуживать их не потребуется. А в «щадящем» режиме они теоретически проработают и 20 лет, практически без снижения первоначальной емкости. А ведь их стоимость, в сравнении с кислотными, выше всего в 3 – 4 раза. Так что их покупка — вполне оправдана, позволяет значительно сэкономить.

Глубина безопасного разряда

Ещё необходимо учитывать, что для каждого типа аккумуляторов существует показатель «глубины безопасного разряда». Например, у свинцово-кислотных АКБ — это всего около 40 – 60% от заявленной емкости. И если в технических характеристиках указано, что общая емкость батареи 50 А*ч при 12 Вольтах, то по обычным расчетам получится, что из неё можно «получить» 600 Ватт*ч.

И это так, но при регулярной эксплуатации в таком режиме деградация ячеек начнется уже через 50 циклов зарядки. «Безопасно» из аккумулятора можно получить всего 240 Ватт*ч. И все это пользователю приходится контролировать самостоятельно!

У LiFePO4 безопасная глубина разряда — 100%. Потому что в АКБ такого типа устанавливается контроллер. Который автоматически все регулирует. И если напряжение проседает до критического уровня, то нагрузка попросту отключается. Это происходит именно на крайней точке безопасной глубины разряда. Пользователю следить за этим — не нужно.

Скорость саморазряда

Средняя скорость саморазряда у LiFePO4 аккумуляторов составляет всего около 3%. Это означает, что даже спустя 3 года хранения в них еще будет находиться заряд. И деградации ячеек от слишком сильного снижения напряжения не будет.

У свинцовых скорость деградации — в районе 25% в первые 3 – 4 месяца, и следующие 50% — в течение следующих 6 месяцев. Если такой АКБ хранить и не использовать больше 1 – 1,5 года, то напряжение падает ниже безопасной глубины разряда.

Запускается процесс деградации ячеек, АКБ приходит в негодность. LiFePO4 в плане скорости саморазряда — явный фаворит для использования в солнечных электростанциях любого типа.

Температура эксплуатации

Согласно техническим характеристикам, которые указывают производители, допустимая температура эксплуатации LiFePO4 аккумуляторов составляет от -20 до +60 градусов по Цельсию. У свинцово-кислотных: от -15 до +40 градусов. LiFePO4 — более безопасные.

В процессе эксплуатации, даже при значительной нагрузке, практически не нагреваются (всего до 25 – 30 градусов, если изначально комнатная температура). Это ещё одна из причин, почему им отдают предпочтение.

Габариты и вес

Потенциальная плотность накопления электроэнергии в LiFePO4 — выше. Это означает, что если взять 2 АКБ одинаковой емкости, один из которых кислотный, а второй LiFePO4, то последний будет и легче, и меньше. И на установку всего комплекса АКБ к солнечной электростанции места тоже потребуется значительно меньше.

Преимущества использования LIFePO4 аккумуляторов для солнечных батарей

LiFePO4 по праву являются лучшими аккумуляторами для использования в составе солнечных электростанций. Из их преимуществ можно выделить:

• Долговечность и эксплуатационный ресурс. А именно — это от 8 до 15 лет эксплуатации без снижения емкости, а также не менее 3000 циклов зарядки и разрядки. На протяжении всего этого периода они не будут терять емкость. И будут отдавать полную свою емкость для потребителя.
• Показатель саморазряда. Очень низкий. Если солнечная электростанция эксплуатируется постоянно, то на этот критерий даже не придется обращать внимание. В том числе и зимой, когда генерация либо минимальная, либо вовсе отсутствует. Вместе с этим установленные АКБ будут выступать в качестве буфера.
• Емкость батареи. У LiFePO4 — высокая плотность в плане той электроэнергии, которые такие АКБ способны накапливать. Выше только у Li-Ion, но литий-ионные батареи по всем остальным критериям уступают LiFePO4. Поэтому их и не используют в солнечных электростанциях в большинстве случаев.
• Номинальное напряжение тока. Даже при значительной нагрузке со стороны потребителя, просадка по напряжению у LiFePO4 аккумуляторов намного плавнее, чем в остальных вариациях АКБ. Особенно — при критических уровнях потребления, свыше 2 – 3 кВт на одну линию.
• Размер и вес. LiFePO4 аккумуляторы меньше почти вдвое, весят на 20 – 30% меньше за свинцово-кислотные. Соответственно, для них потребуется меньше места, нагрузка на нишу тоже будет небольшой. Это особенно важно, если помещение небольшое, необходимо экономить буквально каждый доступный квадратный метр.
• Прочность корпуса. Свинцово-кислотные АКБ в 99% случаев «упаковываются» в АБС-пластик. Да, он прочный, устойчивый к незначительным механическим повреждениям. Но при падении даже с небольшой высоты — повреждается. Тогда как у LiFePO4 таких проблем нет. Там все ячейки упаковываются в раздельные металлические боксы. И уже они — в общий АБС-корпус. Даже сильные удары — не навредят, хотя подобного все же рекомендуется избегать.
• Экономическая выгода. Хоть LiFePO4 и стоят дороже, но покупать их выгодно, если солнечная электростанция в дальнейшем будет эксплуатироваться хотя бы 10 лет. Так что покупка LiFePO4 — это инвестиции в экономию. Косвенно это обеспечивает скорейшую окупаемость всего проекта с установки солнечной электростанции.
• Самое главное: простота эксплуатации. Современные LiFePO4 оснащаются специальными контроллерами и BMS-платами. Которые как раз и помогают контролировать процесс правильной зарядки, не допускают падения напряжения до критического уровня, когда начинается деградация батареи. Такие АКБ достаточно всего один раз установить, подключить.

И они будут работать в буферном режиме полностью в автономном режиме, без необходимости уделять им внимание, обслуживать. В профилактических целях разве что 1 раз в год требуется проверять остаточную емкость.

Но опять же, многие инверторы для солнечных электростанций поддерживают и такой функционал. Передавая все необходимые данные дистанционно пользователю.

Подключение и эксплуатация LIFePO4 АКБ

Подключение LiFePO4 АКБ может выполняться двумя способами:

• последовательно;
• параллельно.

Ключевое отличие заключается в том, что при последовательном подключении у АКБ напряжение суммируется. Соответственно, можно взять 2 LiFePO4 аккумулятора по 12В номиналом каждый, соединить их последовательно. И в итоге получится связка из АКБ с напряжением на клеммах в 24В. Как это реализовать? Схема последовательного подключения:

• минус первой батареи соединяется с плюсом второй;
• выходными контактами являются плюс первой АКБ и минус второй АКБ.

При параллельном соединении напряжение не суммируется. А вот емкость — да. Например, при параллельном подключении 2 АКБ на 12В с емкостью 100 А*ч каждая получится связка со следующими характеристиками:

•  напряжение — 12 Вольт;
• емкость: 100+100=200 А*ч.

Схема параллельного подключения следующая: минус первой батареи соединяется с минусом второй. Плюс первого АКБ соединяется с плюсом второй АКБ. Таким образом, не обязательно покупать LiFePO4 например на 48 Вольт.

Вместо этого можно взять 4 АКБ по 12 Вольт и подключить их последовательно. На эксплуатационный ресурс, характеристики это никоим образом не влияет в негативную сторону.

Подключаются LiFePO4 АКБ к солнечной электростанции через инвертор. Именно он занимается выравниванием, преобразованием напряжение до нужного значения. Использовать необходимо именно те, которые совместимы с аккумуляторами типа LiFePO4. Это указывается в технических характеристиках к инвертору.

Дополнительные меры безопасности, которые необходимо соблюдать при подключении LiFePO4 АКБ:

1. Категорически запрещено замыкать контакты батарей в короткое замыкание (соединять плюс с минусом), это приведет к выходу из строя контроллера, платы BMS. При определенном раскладе и сама батарея может полностью выйти из строя.
2. В помещении, где будут установлены АКБ, должна быть температура, приближенная к комнатной. То есть, идеальный вариант — это в диапазоне от 10 до 18 градусов. Они при эксплуатации незначительно нагреваются. И если связка большая (например, 100 АКБ общей емкостью в 100000 А*ч), то в таком помещении рекомендуется оборудовать вентиляцию, вести температурный контроль, чтобы избежать выхода из строя электростанции.
3. Корпус — запрещено разбирать, сминать, стачивать и так далее. Никакого механического воздействия.
4. При подключении нескольких АКБ использовать шины для соединения. Которые должны выдерживать потенциальную нагрузку.
5. В помещении необходимо соблюдать влажность до 60 – 70%. Как и любое электрооборудование, LiFePO4-аккумуляторы необходимо защищать от попадания воды на клеммы. В целом, LiFePO4 аккумуляторы позиционируются как очень безопасные. Даже если их проткнуть, вызвать короткое замыкание, то в 99% случаев никакого возгорания нет или чего-то подобного не возникнет.

Стоимость и окупаемость

LiFePO4 аккумуляторы одни из самых дорогих среди серийных. Но у них наибольший срок службы. Средняя цена по стоимости 1 кВт*ч для хранения с учетом доступного количества циклов:

• 0,06 USD для LiFePO4;
• 0,21 USD для GEL (свинцовые);
• 0,42 USD для AGM.

Поэтому, невзирая на свою более высокую стоимость, LiFePO4 покупать намного выгодней. Средняя их окупаемость при эксплуатации в домашних хозяйствах — это 3 года. Но начальные затраты именно на покупку аккумуляторов получаются выше примерно в 2 – 3 раза.

Распространенные ошибки при использовании LiFePO4

Если опираться на практический опыт, то самыми распространенными ошибками при использовании LiFePO4-аккумуляторов являются следующие факторы:

1. Неверный расчет необходимой емкости. То есть, когда устанавливаемых АКБ недостаточно для хранения генерируемого солнечной электростанцией электричества. Или же наоборот, когда аккумуляторов слишком много и большая их часть попросту простаивает.
2. Эксплуатация с несовместимым оборудованием. Например, инвертор станции адаптирован для работы именно со свинцово-кислотными АКБ. Хоть номинальное напряжение у них схожее — они несовместимы. Использование LiFePO4 в комплекте с таким оборудованием приведёт лишь к скорейшему их износу.
3. Несоблюдение необходимых условий эксплуатации. Например, нагрев корпуса свыше 60 градусов (из-за солнечного света, который проникает вовнутрь помещения). Или же наоборот, охлаждение ниже -20 градусов по Цельсию. Это приведёт к быстрому износу, деградации ячеек.

Чтобы не допускать подобных ошибок, необходимо доверять установку, настройку, тестирование связки АКБ для солнечной электростанции профессионалам.

Почему LiFePO4 — лучший выбор для солнечной энергетики

Если суммировать всю информацию, то однозначно LiFePO4 — это самый лучший выбор для солнечной энергетики. В плане удобства эксплуатации, и благодаря тому, что это получится выгодней, окупаемость инвестиций займет значительно меньший срок.
Дополнительные факторы, почему следует выбирать именно LiFePO4, а не другие вариации аккумуляторов:

• Меньше занимают места.
• Более безопасны. В плане пожарной безопасности — тоже.
• В процессе эксплуатации не выделяют в окружающую среду каких-либо вредных веществ.
• Не требуют обслуживания. Актуально для всего периода их эксплуатации.
• Можно устанавливать в помещении. В том числе и в жилом. Поэтому их и применяют в большинстве случаев в домашних электростанциях.
• При разрядке обеспечивают плавное снижение напряжения на клеммах. Это дополнительно оберегает и сам инвертор, и пользовательское оборудование от возможного повреждения.

Дополнительно необходимо акцентировать внимание на том, что благодаря усовершенствованию технологии производства, современные LiFePO4 аккумуляторы стали доступными абсолютно всем в плане стоимости. Их экономически целесообразней покупать по всем критериям.

При обустройстве автономной или гибридной солнечной электростанции, для накопления и хранения электроэнергии рекомендуется использовать именно LiFePO4 АКБ. На сегодня — это самый лучший и практичный вариант.

Главное — использовать только качественные аккумуляторы, от проверенных производителей, которые дают гарантию на АКБ собственной поставки.