Как определить размер аккумуляторной батареи

Аккумуляторная батарея для автономной солнечной системы

После того, как вы узнаете, каков ваш обычный электрический образ жизни в день, вам нужно перевести это в количество энергии, хранящейся в аккумуляторной батарее, также известное как емкость аккумуляторной батареи. Все нижеследующее определяет емкость аккумуляторной батареи, которую вы ищете:

• Эффективность инвертора
• Ожидаемое количество дней работы аккумуляторной батареи без подзарядки.
• Рабочая температура и напряжение аккумуляторов
• Какую часть аккумуляторной батареи вы готовы использовать?
• Напряжение, при котором должна работать батарея.

Теперь давайте более подробно рассмотрим эти переменные и объясним, как объединить их все, чтобы вы могли точно определить необходимую емкость аккумулятора и создать аккумуляторный блок для вашей солнечной системы.

Когда вы покупаете солнечные батареи для всего банка батарей, у вас есть несколько вариантов. Наиболее распространенный тип батареи для автономных фотоэлектрических систем — это солнечная батарея номиналом 12 В. Затем вы берете эти батареи и подключаете их последовательно-параллельно, чтобы достичь нужных вам характеристик напряжения и емкости.

Эффективность инвертора

Всегда будут некоторые потери, связанные с преобразованием постоянного тока в переменный, поэтому ни один инвертор не может доставить 100 процентов энергии из аккумуляторной батареи к нагрузкам. Однако, если инвертор может быть более эффективным при инвертировании, аккумуляторная батарея может быть меньше. Рассмотрите нагрузки переменного тока, подключенные к предлагаемому инвертору, и размер инвертора (с точки зрения выходной мощности), чтобы максимизировать уровни эффективности. Я имею в виду, что не следует устанавливать инвертор на 5 кВт, если все, что клиент когда-либо будет потреблять, будет 1 кВт. Вместо этого попытайтесь сопоставить нагрузки и инвертор.

Производители инверторов указывают эффективность своих устройств во всех своих технических характеристиках. Вам нужно помнить, что число, указанное производителями, является пиковым значением эффективности. Таким образом, это почти всегда будет впечатляющее значение, которое находится где-то около 97 процентов. Хотя эффективность в 97 процентов может быть возможна, она не достижима на частой основе. Большинство систем на основе батарей регулярно приближаются к 90 процентам эффективности. Как и все переменные, этот процент будет варьироваться, но 90 процентов — это справедливое значение, которое представляет собой типичную рабочую эффективность для инвертора.

Дни автономии

Количество дней, в течение которых аккумуляторная батарея должна поддерживать ваш электрический образ жизни, называется днями автономности. Другими словами, это количество дней, в течение которых аккумуляторная батарея должна обеспечивать ваши средние ежедневные потребности в энергии без необходимости подзарядки от солнечной фотоэлектрической батареи и контроллера заряда, генератора или коммунального предприятия.

Местный климат обычно играет важную роль в этом решении, как и доступный бюджет для проекта. Как вы можете себе представить, чем больше дней автономности, тем больше батарей вам нужно, и тем выше поднимается стоимость системы.

Многие автономные жилые приложения используют два или три дня автономии в качестве отправной точки, тогда как большинство коммунально-интерактивных систем используют только один день. Для коммерческих приложений сеть обычно присутствует, поэтому одного дня автономии должно быть достаточно. Вы можете рассмотреть возможность добавления большего количества дней автономии, но тогда вам придется играть в игру балансировки с размером банка батарей и размером массива PV.

Температура, используемая для работы батареи

Температура, при которой работают батареи, влияет на их емкость. Чем холоднее батарея, тем меньшую емкость она может обеспечить. Почему? Потому что эффективность химической реакции, происходящей внутри батареи, увеличивается и уменьшается при разных температурах. Производители батарей публикуют точные данные о влиянии температуры на их батареи, поэтому вы должны иметь возможность найти эти данные для батареи, которую вы рассматриваете, чтобы применить правильный температурный коэффициент снижения номинала (процент емкости, который вы можете ожидать от батареи в зависимости от температуры).

Поскольку большинство систем используют свинцово-кислотные аккумуляторы, а технология довольно одинакова у разных производителей, мы хотели бы порекомендовать вам использовать единый температурный коэффициент снижения: 90 процентов. Этот процент соответствует температуре аккумулятора приблизительно 60 градусов по Фаренгейту (15,5 градусов по Цельсию) и указывает на то, что при этой температуре аккумулятор сможет обеспечить только 90 процентов своего номинального значения (емкость аккумулятора при 77 градусах по Фаренгейту или 25 градусах по Цельсию).

Глубина разряда аккумуляторной батареи (DoD)

Глубина разряда (DOD) — это количество энергии, извлекаемой из аккумуляторной батареи; обычно она указывается в процентах. Чем выше значение DOD, тем больше энергии покинуло аккумуляторную батарею. Как и в случае с днями автономной работы, DOD может (и должна) определяться в процессе проектирования системы, поскольку она влияет на общий размер аккумуляторной батареи. Если посмотреть на типичную диаграмму, предоставляемую производителями батарей, которая показывает количество циклов в зависимости от DOD, становится очевидным, что чем меньше DOD, тем больше количество циклов (цикл — это период с момента, когда емкость батареи снижается до момента ее перезарядки). Хотя этот факт, вероятно, не удивителен, это не означает, что вам следует нянчиться с батареями и проектировать систему вокруг небольшого DOD.

Что вам действительно нужно сделать, так это оценить, где на кривой будет поставляться максимальное количество энергии в течение срока службы аккумуляторной батареи. Чтобы определить идеальную DOD для использования с аккумуляторной батареей, посмотрите на всю картину в графической форме; график показывает количество циклов аккумуляторной батареи в зависимости от процента ее разряда. На рисунке ниже показан пример.

Если аккумуляторная батарея в приведенной выше таблице имеет номинал 400 ампер-часов (А-ч), вы можете использовать эту информацию для оценки энергии, поставляемой в течение срока службы аккумуляторной батареи. Из таблицы видно, что эта аккумуляторная батарея прослужит около 2000 циклов, если DOD составляет всего 30 процентов. Количество циклов уменьшается примерно до 600, когда DOD составляет 70 процентов. Так какая DOD поставляет больше энергии в течение срока службы аккумуляторной батареи? Подсчитайте числа, чтобы выяснить это:

• 400 Ач × 30% DOD за цикл × 2000 циклов = 240 000 Ач
• 400 Ач × 50% DOD за цикл × 1000 циклов = 200 000 Ач
• 400 Ач × 70% DOD за цикл × 600 циклов = 168 000 Ач

Хотя идея уменьшения DOD на первый взгляд выглядит хорошей, поскольку увеличивает общий срок службы аккумуляторной батареи, это приводит к меньшему количеству отдаваемых ампер-часов. Поскольку задача аккумуляторной батареи заключается в хранении и доставке энергии, вы можете рассмотреть возможность более частой разрядки батарей, чтобы максимизировать свои инвестиции (и снизить первоначальную стоимость системы). При оценке DOD большинство конструкций аккумуляторных батарей используют значение, которое находится где-то между 50 и 80 процентами, но на самом деле нет точного «правильного» ответа. Вам нужно оценить варианты и сделать предложение на основе информации в таблицах от производителя батарей, которые вы используете в банке.

Будьте осторожны, чтобы никогда не превышать 80% DOD (речь идет о свинцово-кислотных батареях) в вашей конструкции. Повторное снижение емкости батареи более чем на 80% вредит батареям и приводит к преждевременному выходу батареи из строя.

Номинальное напряжение

Для любой устанавливаемой вами системы на основе аккумуляторов вам необходимо обратить внимание на номинальные напряжения аккумуляторных батарей 12, 24 или 48 В постоянного тока. Эти напряжения соответствуют входным требованиям инвертора для большинства имеющихся в продаже инверторов.

Системы, использующие инверторы, которые вырабатывают относительно небольшие уровни мощности переменного тока (менее 2000 Вт), могут оправдать использование 24-вольтовой батареи, но с достижениями в технологиях инверторов и контроллеров заряда 48-вольтовые батареи стали очень популярными. (Обратите внимание, что указанные здесь уровни мощности ни в коем случае не являются абсолютными значениями. Скорее, это общие рекомендации, которым вы можете следовать. Они представляют собой цель уменьшения размеров проводников [проводов] за счет увеличения напряжения и снижения значений тока.)

Определение необходимой емкости аккумулятора

Шаг 1. Определите средний суточный уровень потребления ватт-часов (или киловатт-часов) переменного тока.

В качестве примера возьмем среднесуточное потребление энергии 5 кВт·ч.

Шаг 2. Разделите значение ватт-часов, полученное на шаге 1, на расчетную эффективность инвертора.

Этот шаг увеличивает требуемую мощность из-за того, что инвертор теряет часть своей сохраненной мощности в процессе преобразования постоянного тока в переменный (потери составляют 10 процентов). Продолжая пример, вы обнаружите, что 5 кВт·ч ÷ 0,9 = 5,56 кВт·ч (90 процентов — это справедливая оценка эффективности инвертора).

Шаг 3. Добавьте потребление энергии от нагрузок постоянного тока к значению ватт-часов, полученному на шаге 2.

Это значение представляет собой общее суточное потребление энергии для всех нагрузок, подключенных к аккумуляторной батарее. Если у вас есть три светодиодных светильника постоянного тока мощностью 20 Вт, которые работают по 5 часов каждый день, общее потребление энергии постоянного тока составит 3 светильника × 20 Вт × 5 часов = 300 Вт·ч или 0,3 кВт·ч. Таким образом, общее потребление энергии составит 5,56 кВт·ч + 0,3 кВт·ч = 5,86 кВт·ч.

Шаг 4. Умножьте значение энергии из шага 3 на желаемое количество дней автономии.

Это даст вам количество энергии, которое необходимо хранить в аккумуляторной батарее (два или три дня — довольно типичное значение). В моем примере требуется три дня автономии, поэтому новое значение энергии составит 5,86 кВт·ч × 3 дня = 17,58 кВт·ч.

Шаг 5. Разделите значение, рассчитанное на шаге 4, на значение температурной компенсации, предоставленное производителем аккумулятора.

Девяносто процентов производителей оценивают скорректированную емкость при 60 градусах по Фаренгейту. Примените значение производителя здесь для расчетной температуры рассматриваемого вами аккумуляторного блока. Таким образом, если примерный аккумуляторный блок будет храниться при 60 градусах по Фаренгейту, выполните следующий расчет: 17,58 кВт·ч ÷ 0,9 = 19,54 кВт·ч.

Шаг 6. Разделите значение из шага 5 на допустимую глубину разряда.

Чем больше DOD, тем меньше может быть аккумуляторная батарея, поскольку вы будете использовать большую часть емкости (примерно от 50 до 80 процентов). В этом примере мы будем использовать DOD 50 процентов, поэтому математика выглядит следующим образом: 19,54 кВт·ч ÷ 0,5 = 39,08 кВт·ч.

Шаг 7. Разделите значение, полученное на шаге 6, на желаемое номинальное напряжение аккумуляторной батареи.

Аккумуляторы оцениваются в ампер-часах, а не в ватт-часах. Используя номинальное напряжение аккумуляторной батареи, вы можете определить требуемые ампер-часы для аккумуляторной батареи (используйте здесь значение 12 В, 24 В или 48 В). Система в этом примере будет установлена на 48 В, чтобы поддерживать значения тока на минимальном уровне и уменьшить размеры проводников. Вот математика: 39,08 кВт·ч ÷ 48 В = 0,815 кА·ч или 815 А·ч.

Подключение аккумуляторной батареи

Как только вы узнаете, какой должна быть емкость аккумуляторной батареи и ее номинальное напряжение, вы будете готовы оценить различные варианты батарей и решить, какой из них лучше всего подойдет для собираемого вами аккумуляторного блока.

Чтобы определить необходимое количество батарей в цепочке, разделите номинальное напряжение батареи батарей на номинальное напряжение отдельных батарей.

Из примера мы рассчитали, что батарея должна иметь емкость 815 А·ч при 48 В. И, предположим, мы хотим иметь две линейки батарей в нашей батарее, нам нужно найти батарею емкостью 408 А·ч (найти ее сложно, поэтому нам, возможно, придется остановиться на батарее емкостью 400 А·ч). Батареи с таким уровнем емкости обычно встречаются в вариантах с номиналом 6 В. Поэтому, если вы собираетесь подключить батарею на 48 В, а каждая батарея имеет напряжение 6 В, вы знаете, что линейки батарей должны быть длиной восемь батарей. Вот математика: 48 В ÷ 6 В = 8 батарей в одной линейке.

Лучшие батареи для солнечных фотоэлектрических систем

Аккумуляторы AGM и GEL — в чем разница?

AGM против гелевых аккумуляторов, это тяжелая битва! Аккумуляторы AGM и гелевые аккумуляторы легко путают многие люди, но мы не можем их в этом винить. У аккумуляторов AGM и гелевых аккумуляторов много общего. Например, они оба используют свинцово-кислотную технологию с клапанным регулированием, и они оба не требуют обслуживания и не проливаются. Однако между этими двумя типами аккумуляторов есть ряд различий. Прочитайте этот блог полностью, и вы сможете выделить некоторые основные различия.

Лучший моно солнечные панели для фотоэлектрических систем

Coulee Full Square Mono PERC — это новая серия высокоэффективных монокристаллических солнечных панелей с более крупными ячейками, доступная с 60 ячейками (320–330 Вт) и 72 ячейками (390–400 Вт), особенно подходящая для домашних солнечных систем. Благодаря более высокой эффективности можно достичь большей общей пиковой мощности с ограниченной поверхности крыши.

• 12 лет гарантии на продукцию;
• Более крупные высокоэффективные ячейки PERC, оптимизированные для низкой освещенности, снижают омические потери и увеличивают производительность;
• Увеличена мощность до 10% на стандартных размерах;
• Более высокая урожайность при низкой облученности;
• Максимальная устойчивость к граду (83 км/ч);
• Контроль качества с двойным электролюминесцентным (ЭЛ) испытанием каждого модуля;
• НОВИНКА: серия Sleek All Black на выбор.