Baterias para painéis solares: visão geral dos tipos de baterias adequadas e suas características

Os sistemas de energia alternativa são cada vez mais utilizados para fornecer eletricidade a edifícios residenciais.Como os modos de geração e consumo de energia elétrica são diferentes, é necessário garantir a sua acumulação para posterior produção. Você concorda?

Para utilizar a energia durante o período de tempo exigido pelo proprietário, estão incluídas no esquema baterias para painéis solares. Diremos como selecionar corretamente os dispositivos projetados para operar em ciclos de carga e descarga. Nossas recomendações ajudarão você a escolher o modelo ideal.

Baterias em um sistema doméstico de energia solar

Compreender os métodos e nuances do uso de baterias ao fornecer eletricidade a partir de painéis solares permitirá que você faça a escolha certa dos dispositivos e garanta a máxima eficiência do sistema.

Para fazer uma compra informada, você precisa compreender profundamente os métodos de criação de um conjunto de baterias (bloco) e as regras de cálculo das principais características.

Método de combinar dispositivos em um único array

Aplicações residenciais e industriais consomem cargas elétricas que excedem a capacidade de uma única bateria. Se o sistema de energia solar for projetado para um grande número de aparelhos elétricos, é necessário criar um conjunto de baterias recarregáveis ​​seguindo o exemplo de tal combinação painéis solares.

A conexão de baterias a um único conjunto de armazenamento elétrico pode ser feita de maneira paralela, serial ou mista. A escolha depende da potência e tensão de saída necessárias.

Dependendo da forma como as baterias estão conectadas entre si, você pode obter diferentes valores de tensão de saída, mas não deve criar circuitos muito complexos para evitar a formação de corrente de equalização entre os dispositivos do conjunto.

As baterias são colocadas em uma casa ou outro edifício para garantir que a temperatura ambiente esteja na faixa de 10 a 25 graus Celsius acima de zero e para evitar a entrada de água nelas. Isto prolonga significativamente a vida útil dos dispositivos e reduz as perdas de energia.

As tecnologias modernas para a produção de baterias recarregáveis ​​destinadas à colocação em edifícios residenciais proporcionam maiores medidas de segurança ambiental. Portanto, não há necessidade de tomar medidas especiais para ventilação intensiva do ambiente. No entanto, não devem ser colocados em salas de estar.

Como as baterias têm um peso significativo (um dispositivo de 12 Volts e 200 Ah pesa cerca de 70 kg), elas devem ser colocadas no chão ou em racks fortes e bem fixados.

É necessário evitar a possibilidade de queda das baterias de altura, pois neste caso elas irão falhar, e os sistemas com eletrólito líquido também são perigosos para a saúde humana se forem despressurizados.

À medida que o comprimento do cabo de alimentação aumenta, a resistência elétrica aumenta, o que leva a uma diminuição na eficiência do sistema. Portanto, é praticado colocar as baterias próximas umas das outras para minimizar o comprimento total dos fios.

O suporte da bateria deve ser capaz de suportar muito peso. Então, um bloco de oito baterias de 200 A pesa mais de meia tonelada

Características do funcionamento do sistema

Com a conexão paralela e combinada em série-paralelo de baterias em um único conjunto, os dispositivos podem ficar desequilibrados em termos de nível de carga. Isso faz com que o dispositivo não funcione em ciclo completo, o que significa que seu recurso se esgotará mais rapidamente.

O sistema de geração de eletricidade a partir do sol está sempre equipado controlador, que controla a carga da bateria. No caso de criação de um conjunto de baterias, é necessário instalar adicionalmente jumpers de equalização de carga.

Para evitar problemas de carga e descarga desiguais de baterias combinadas em um único conjunto, é necessário utilizar dispositivos do mesmo modelo, ou, melhor ainda, do mesmo lote. Esta regra é relevante não apenas para sistemas de energia solar.

Agora, quase todas as habitações podem ser equipadas com aparelhos que operam em rede de 12 ou 24 Volts, incluindo geladeiras, televisores, etc. Porém, não faz sentido fazer a fiação com essa tensão em toda a casa, pois a potência atual será muito alta.

Isso significa que, ao implementar tal ideia, será necessário um cabo caro com uma grande seção transversal de núcleos e as perdas por resistência elétrica serão altas.

Para quase todos os eletrodomésticos, existem modelos que operam em rede DC de 12 volts. Se o comprimento do cabo elétrico não for muito longo, um sistema de baixa tensão pode ser usado

Portanto, nas imediações das baterias eles instalam inversor – um dispositivo para conversão de tensão elétrica.

Além disso, a tensão de saída real da bateria pode diferir ligeiramente da tensão indicada. Portanto, os totalmente carregados são populares para uso em esquema com painéis solares as baterias de gel produzem uma tensão de 13-13,5 Volts, portanto o inversor funciona como um estabilizador.

Cálculo da capacidade necessária da bateria

A capacidade das baterias é calculada com base no período esperado de operação autônoma sem recarga e no consumo total de energia dos aparelhos elétricos.

A potência média de um aparelho elétrico durante um intervalo de tempo pode ser calculada da seguinte forma:

P = P₁ *(T₁ /T₂),

Onde:

• P₁ – potência nominal do dispositivo;
• T₁ – tempo de operação do dispositivo;
• T₂ – tempo total estimado.

Quase em todo o território da Rússia existem longos períodos em que painéis solares não funcionará devido ao mau tempo.

Não é rentável instalar grandes conjuntos de baterias para carregá-las totalmente apenas algumas vezes por ano. Portanto, a escolha do intervalo de tempo durante o qual os dispositivos funcionarão apenas na descarga deve ser feita com base no valor estatístico médio.

A quantidade de energia gerada pelos painéis solares depende da densidade das nuvens. Se o tempo nublado não for incomum na região, a falta de energia recebida deve ser levada em consideração no cálculo do volume da bateria

Se você planeja utilizar a energia acumulada durante o dia, por exemplo, em Aquecimento solar, então é melhor levar em consideração um intervalo um pouco maior, como 30 horas.

No caso de um longo período em que não seja possível a utilização de painéis solares, é necessária a utilização de outro sistema de geração de energia elétrica, baseado, por exemplo, em gerador a diesel ou a gás.

Uma bateria 100% carregada pode produzir energia antes de ser completamente descarregada, o que pode ser calculado usando a fórmula:

P = você x eu

Onde:

• você – tensão;
• I – força atual.

Assim, uma bateria com tensão de 12 volts e corrente de 200 amperes pode gerar 2.400 watts (2,4 kW). Para calcular a potência total de várias baterias, é necessário somar os valores obtidos para cada uma delas.

Existem baterias com alta potência à venda, mas são caras. Às vezes é muito mais barato comprar vários dispositivos comuns completos com cabos de conexão

O resultado obtido deve ser multiplicado por vários fatores redutores:

• Eficiência do inversor. Com a correspondência adequada de tensão e potência na entrada do inversor, será alcançado um valor máximo de 0,92 a 0,96.
• Eficiência dos cabos de alimentação. Minimizar o comprimento dos fios que conectam as baterias e a distância até o inversor é necessário para reduzir a resistência elétrica. Na prática, o valor do indicador varia de 0,98 a 0,99.
• Descarga mínima permitida da bateria. Para qualquer bateria existe um limite inferior de carga, além do qual a vida útil do dispositivo é significativamente reduzida. Normalmente, os controladores definem o valor mínimo de carga em 15%, portanto o coeficiente é de cerca de 0,85.
• Perda máxima permitida de capacidade antes de trocar as baterias. Com o tempo, os dispositivos envelhecem e a sua resistência interna aumenta, o que leva a uma diminuição irreversível da sua capacidade. Não é rentável utilizar dispositivos cuja capacidade residual seja inferior a 70%, pelo que o valor do indicador deve ser tomado como 0,7.

Ao contrário da crença popular, a eficiência da bateria - a proporção entre eletricidade recebida e fornecida - não deve ser incluída no cálculo. A capacidade da bateria indicada na documentação técnica leva em consideração o possível volume de retorno.

Com isso, o valor do coeficiente integral no cálculo da capacidade necessária para baterias novas será de aproximadamente 0,8, e para as antigas, antes de serem baixadas, será de 0,55.

Para fornecer eletricidade a uma casa durante um ciclo de carga e descarga de 1 dia, serão necessárias 12 baterias. Quando um bloco de 6 dispositivos estiver funcionando para descarga, o segundo bloco estará carregando

Correntes máximas permitidas

Para cada bateria, a documentação técnica especifica a corrente de carga máxima permitida. Ultrapassar este valor leva ao superaquecimento do dispositivo, uma diminuição acentuada e irreversível do seu desempenho.

Portanto, ao escolher baterias para montagem do sistema de bateria você precisa ter certeza de que eles podem lidar com a eletricidade gerada pelos painéis solares.

Outro indicador importante é a corrente de descarga permitida:

• Corrente de descarga padrão, cujo valor (ou um valor menor) a bateria foi projetada para operar. O funcionamento de todos os equipamentos elétricos conectados ao sistema deve ser garantido por este indicador.
• A corrente de descarga máxima que o dispositivo pode fornecer por um curto período sob cargas de pico. Tais cargas podem ocorrer quando alguns equipamentos estão ligados, por exemplo aqueles que contêm compressores de refrigeradores ou ar condicionado.

Exceder o primeiro indicador por muito tempo ou o segundo por pouco tempo leva ao desgaste prematuro da bateria. À medida que os dispositivos envelhecem, estes números diminuem entre 20 e 30%, o que também deve ser levado em consideração.

Recursos do dispositivo e parâmetros principais

As baterias de automóveis não foram projetadas para suportar muitos ciclos de carga e descarga. Para energia alternativa e de reserva, são utilizados dispositivos de tipo diferente. Como seu custo é alto, é necessário estudar cuidadosamente todos os parâmetros antes de comprar.

Os modos de operação de uma bateria em um carro e em um sistema de energia alternativa são tão diferentes que sua finalidade está indicada até no próprio dispositivo

Tipos usados ​​para energia alternativa

Quase todas as baterias utilizadas em energia alternativa e instaladas em edifícios são do tipo livre de manutenção. O usuário não é capaz de realizar com eles operações físicas que afetem sua estrutura.

Isto é feito para minimizar o risco de exposição física ou química das baterias às pessoas, ao ar e ao ambiente. Portanto, não há necessidade de um estudo detalhado da estrutura e das nuances físicas e químicas do funcionamento dos diferentes tipos de baterias. Mais atenção deve ser dada às diferenças nas características técnicas básicas dos dispositivos.

As baterias OPzS são projetadas como dispositivos simples de chumbo-ácido. A mudança no formato da placa positiva permite um número significativamente maior de ciclos de carga e descarga do que os equivalentes automotivos.

A desvantagem é a presença de eletrólito líquido, que pode ser perigoso se despressurizar. Nicho de preço médio.

Baterias alcalinas (níquel) raramente são usadas devido à sua insensibilidade a baixas correntes durante o carregamento e à necessidade de passar por um ciclo completo do estado carregado ao descarregado. Caso contrário, a capacidade da bateria diminuirá.

Além disso, esses dispositivos possuem peso e dimensões maiores em comparação com concorrentes de mesma capacidade. Perigoso se despressurizado. Nicho de preço baixo.

A despressurização da bateria é possível devido a defeito interno, corrente de carga excessiva, queda de altura ou operação em condições inadequadas. Os maiores problemas neste caso serão criados por dispositivos que contenham líquidos perigosos devido à evaporação.

Nas baterias AGM, o eletrólito está ligado a uma estrutura de fibra de vidro. Eles podem ser carregados com baixas correntes.São praticamente seguros e ocupam um nicho de preço médio entre os concorrentes.

Nas baterias GE (gel), o óxido de silício é adicionado ao eletrólito, resultando em um estado semelhante a um gel. Os dispositivos possuem alto grau de segurança e bom desempenho. Nicho de alto preço.

Baterias para energia alternativa não são vendidas em lojas de automóveis. Você pode comprá-los de empresas que vendem painéis solares, usinas eólicas ou pela Internet.

As baterias à base de lítio (por exemplo, modelos de fosfato de ferro-lítio) têm desempenho muito bom, são compactas, têm peso significativamente menor e são praticamente seguras. No entanto, o seu custo é significativamente superior ao dos tipos de dispositivos concorrentes, mesmo os de gel.

Do ponto de vista da relação preço e características técnicas, as baterias de gel e de lítio são as mais atrativas. Mas o investimento inicial único neles é bastante grande, de modo que outros tipos de dispositivos também são difundidos no mercado de baterias para energia alternativa.

As seguintes marcas de baterias estão em alta demanda no mercado nacional:

As baterias apresentadas caracterizam-se por excelentes características de desempenho e preço acessível.

Selecionando um modelo de bateria

Os principais parâmetros das baterias de energia solar que você precisa prestar atenção na hora de comprar são os seguintes:

• tensão e capacidade que determinam a potência da bateria;
• profundidade de descarga máxima segura, sob reserva da qual a bateria pode funcionar dentro dos limites de tempo indicados pelo fabricante;
• número garantido de ciclos de carga e descarga sujeito a todas as condições técnicas;
• valor de autodescarga, caracterizando a intensidade da perda de energia elétrica em uma bateria carregada durante o tempo ocioso;
• corrente máxima de carga, que determina a quantidade de eletricidade por unidade de tempo que a bateria pode aceitar sem comprometer a operação posterior;
• corrente de descarga padrão, que determina a quantidade de eletricidade por unidade de tempo que a bateria é capaz de fornecer por um longo período sem comprometer a operação posterior;
• corrente máxima de descarga, que determina a quantidade de eletricidade por unidade de tempo que a bateria é capaz de fornecer por um curto período de tempo sem comprometer a operação posterior;
• temperatura ideal para operação do dispositivo;
• tamanho e peso da bateria, cujo conhecimento é necessário para selecionar sua localização e método de instalação.

Todos esses parâmetros estão descritos na documentação técnica, que é publicada eletronicamente nos sites dos principais fabricantes.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Revisão das nuances de funcionamento dos diferentes tipos de baterias para sistemas solares:

Comparações de diferentes tipos de baterias de arranque. Prós e contras da energia alternativa:

Experiência no uso de baterias de lítio (LiFePo4). Um verdadeiro bloco de dispositivos automotivos, as nuances de seu funcionamento:

A escolha correta das baterias de acordo com seus parâmetros garantirá o funcionamento confiável do sistema de energia alternativa.Não há necessidade de poupar excessivamente numa unidade de armazenamento de electricidade - o investimento inicial será recuperado pelo funcionamento ininterrupto do sistema durante vários anos.

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