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

Cálculo da capacidade da bateria necessária

A capacidade das baterias é calculada com base no período esperado de vida útil da bateria sem recarga e no consumo total de energia dos aparelhos elétricos.

A potência média do aparelho elétrico ao longo do intervalo de tempo pode ser calculada da seguinte forma:

P = P1 * (T1 / T2),

Onde:

• P1 - potência de placa do dispositivo;
• T1 – tempo de operação do dispositivo;
• T2 é o tempo total estimado.

Em quase toda a Rússia, há longos períodos em que os painéis solares não funcionam devido ao mau tempo.

Instalar grandes conjuntos de baterias para sua carga total apenas algumas vezes por ano é antieconômico.Portanto, a escolha do intervalo de tempo durante o qual os dispositivos funcionarão apenas na descarga deve ser abordada com base no valor médio.

A quantidade de energia gerada pelos painéis solares depende da densidade das nuvens. Se o tempo nublado na região não for incomum, a falta de energia de entrada deve ser levada em consideração ao calcular o volume da bateria

No caso de um longo período em que não seja possível utilizar painéis solares, é necessário utilizar outro sistema de geração de eletricidade, baseado, por exemplo, num gerador a gasóleo ou a gás.

Uma bateria 100% carregada pode fornecer energia até que esteja completamente descarregada, o que pode ser calculado usando a fórmula:

P = U x I

Onde:

• U - tensão;
• I - força atual.

Assim, uma bateria com tensão de 12 volts e corrente de 200 amperes pode gerar 2400 watts (2,4 kW). Para calcular a potência total de várias baterias, você deve somar os valores obtidos para cada uma delas.

À venda, existem baterias com alta potência, 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 de redução:

• 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 energia. 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 é de 0,98 a 0,99.
• A descarga mínima permitida de baterias.Para qualquer bateria, há um limite de carga inferior, além do qual a vida útil do dispositivo é significativamente reduzida. Normalmente, os controladores são definidos para um valor mínimo de carga de 15%, portanto, o coeficiente é de cerca de 0,85.
• Perda máxima de capacidade permitida antes de trocar as baterias. Ao longo do tempo, ocorre o envelhecimento dos dispositivos, um aumento da sua resistência interna, o que leva a uma diminuição irreversível da sua capacidade. Não é rentável usar dispositivos com capacidade residual inferior a 70%, portanto, o valor do indicador deve ser considerado como 0,7.

Como resultado, o valor do coeficiente integral ao calcular a capacidade necessária para baterias novas será aproximadamente igual a 0,8 e para as antigas, antes de serem baixadas - 0,55.

Para fornecer eletricidade à casa com a duração do ciclo de carga-descarga igual a 1 dia exigirá 12 baterias. Quando um bloco de 6 dispositivos estiver em descarga, o segundo bloco será carregado

Manutenção: como restaurar uma bateria de gel, substituição de eletrólitos

Se você fizer a manutenção da fonte de alimentação de acordo com as recomendações do fabricante, provavelmente ela cumprirá sua vida útil sem problemas e não exigirá ações adicionais. Se a fonte de alimentação estiver inchada ou as placas estiverem destruídas, recomendamos não restaurá-la, mas comprar uma nova. Em que casos você pode tentar reviver uma bateria de gel?

Se você notar uma perda de capacidade em sua bateria, o componente de gel pode ter secado. Nesse caso, é necessário restaurar o equilíbrio hídrico do elemento com água destilada. A seguir, mostraremos passo a passo como fazê-lo.

Remova a tampa plástica.

Remova as rolhas de borracha dos frascos.

• Pegue uma seringa e retire 1-2 cubos de água destilada.
• Despeje água em cada frasco.

• Deixe a bateria por algumas horas para permitir que o gel mergulhe na água.
• Se não houver água suficiente, adicione; se houver excesso - remova-os com uma seringa.
• Verifique o nível de tensão nos terminais.
• Recoloque os plugues e feche a tampa da bateria.
• Coloque a bateria em carga.

Além disso, a revitalização da bateria pode ser necessária em caso de forte sulfatação das placas, que é formada durante a operação da bateria. Existem duas formas de dessulfatação:

Com a ajuda da composição química Trilon B. Deve ser adquirido, diluído na proporção especificada e despejado em uma bateria pré-seca

Observe que nas baterias de gel nem sempre é possível remover completamente o eletrólito na forma de gel. Após a dessulfatação com Trilon B, você precisará enxaguar o interior com água destilada, despeje o eletrólito em gel na bateria novamente, depois de preparar a solução

Como você pode ver, o método é bastante problemático e requer conhecimento e habilidades.
Com a ajuda de correntes pulsadas de várias amplitudes. Durante esta operação, as correntes pulsadas destroem o sulfato de chumbo. Vale a pena notar que as baterias de gel, como mencionado acima, percebem extremamente negativamente quedas repentinas de tensão e altas correntes. Os usuários que tentaram esse método dizem que nem sempre é possível atingir o objetivo. Isso se explica pelo fato de que, além do sulfato de chumbo, as próprias placas são destruídas, o que leva a uma perda de capacidade.

Como você pode ver, existem maneiras de restaurar as baterias, no entanto, elas não são muito adequadas para fontes de alimentação em gel.Recomendamos que você não tente reviver a bateria de gel, mas compre uma nova.

É possível derramar eletrólito ou água em uma bateria de gel?

Como parte da manutenção das baterias de gel, elas podem ser completadas com água destilada da maneira descrita acima. Não é recomendado derramar água da torneira comum em fontes de energia - há muitas impurezas que interferirão na reação correta.

O eletrólito em sua forma pura não é derramado em baterias de gel. Você pode tentar fazer um eletrólito absorvido, no entanto, não podemos garantir os resultados de tal experimento.

As baterias de gel para carros são bastante populares devido à ausência da necessidade de sua manutenção. Como você pode ver, a operação dessas fontes de alimentação é extremamente simples. No entanto, muitos são adiados por seu alto custo. Com manutenção adequada - recarga oportuna, conformidade com as condições de armazenamento - esta bateria durará muito tempo e a restauração da capacidade não levará muito tempo e esforço. Como você cuida da sua bateria de gel? Você encontrou problemas durante o carregamento ou a recuperação? Compartilhe sua experiência com nossos leitores.

Vida

Na maioria dos casos com painéis solares domésticos, o ciclo do subsistema da bateria será de um dia. Conforme você opera neste modo, a capacidade da bateria de armazenar energia no mesmo volume será reduzida. Acredita-se que ao final da vida útil da bateria, a capacidade restante da bateria deve ser de 80% da nominal.

Dada essa característica, é bastante simples calcular a viabilidade econômica da escolha de determinadas baterias em um sistema com painéis solares.

Efeito da profundidade de descarga na vida útil (ciclos)

Efeito da temperatura na vida útil (anos)

Regras operacionais

Ao usar baterias, bem como qualquer dispositivo técnico, você deve seguir as regras. No caso de utilização de baterias em sistemas de estações solares, as regras de funcionamento são determinadas pela natureza da operação de tais sistemas e estão expressas nos requisitos para baterias, conforme descrito acima.

Devido à grande carga elétrica, que normalmente é ligada aos sistemas de alimentação, é necessário incluir várias baterias em um único grupo. Isso é feito para aumentar a capacitância total e aumentar a tensão na saída, ou para atingir ambos os objetivos.

Três esquemas para ligar um grupo de baterias são usados:

Consistentemente. Com esta inclusão, a capacidade do grupo será igual à capacidade de uma bateria, e
a tensão será refletida na soma das tensões de todas as baterias do grupo.

Paralelo. Com esta inclusão, a tensão fica inalterada e igual à tensão nominal de uma bateria, e a capacidade do grupo é determinada pela soma das capacidades das baterias incluídas;

Combinado. Com este esquema de comutação, a conexão em série e em paralelo da bateria é usada.

Ao combinar baterias em grupos, lembre-se de que as baterias devem ser usadas em um grupo:

1. Um tipo;
2. Um recipiente;
3. Uma tensão nominal.

É desejável que as baterias sejam do mesmo tempo de operação e fabricante.

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Tipos e tipos de baterias de carro

Uma bateria tradicional com placas de chumbo e uma solução de ácido sulfúrico como eletrólito pertence à classe de baterias de chumbo-ácido ou WET (“molhadas” na terminologia estrangeira). Nos automóveis, este tipo de bateria é utilizado há muito tempo e já passou por várias fases de evolução associadas à complexidade da manutenção.

O fato é que, no processo de ciclos de carga e descarga, uma quantidade adicional de água é formada, que, evaporando, altera a densidade do eletrólito. Além disso, a reação química no eletrólito é acompanhada não apenas pela formação de sulfato de chumbo e água, mas também pela evolução de gases (hidrogênio e oxigênio) e pela formação de vapores do próprio eletrólito.

O processo de formação de gás é especialmente ativo durante a condução intensiva e o carregamento da bateria com altas correntes - então eles dizem que a bateria está "fervendo".

A evaporação de parte do eletrólito não só altera a densidade, como também expõe a parte superior das placas, degradando a eficiência e a durabilidade da bateria. É por isso que, no passado recente, as baterias de chumbo-ácido, além de monitorar o nível de carga, exigiam a verificação constante da densidade e do nível de eletrólitos, e a manutenção periódica era parte integrante da operação.

Além da sulfatação e evaporação do eletrólito em baterias desse tipo, o material da placa interage com a água, formando óxidos de chumbo - fontes de corrosão e destruição gradual das placas.

A melhoria das baterias incluiu, em primeiro lugar, a redução do efeito negativo destes três fatores, e as principais formas de resolver os problemas foram a utilização de novos materiais.

Assim, o uso de antimônio para aumentar a durabilidade das placas é conhecido há muito tempo. As tecnologias modernas permitiram reduzir a porcentagem desse elemento e, com isso, obter uma diminuição perceptível na intensidade de "ebulição". O tempo de manutenção das baterias é significativamente reduzido e elas já são chamadas de baixa manutenção.

O próximo passo para a melhoria das baterias de automóveis - o uso de cálcio na liga de chumbo - permitiu reduzir ainda mais a intensidade de formação de gás e aumentar a tensão de autodescarga. Agora as baterias podiam ser armazenadas em um estado descarregado por mais tempo, e o processo de fervura do eletrólito começou a desempenhar um papel tão insignificante que as baterias ficaram livres de manutenção (embora isso não seja totalmente verdade: o carregamento da bateria é um dos as operações de manutenção).

Baterias "livres de manutenção" para carros de passeio quase nunca são produzidas. Mas a “baixa manutenção” (às vezes chamada de “autônoma”) é bastante razoável para uso nessas máquinas (especialmente com quilometragem) nas quais a rede de bordo é instável: essas baterias são resistentes a flutuações de carga.

Uma posição intermediária entre baterias de baixo antimônio e cálcio é ocupada por baterias híbridas. Neles, as placas dos eletrodos positivos são feitas com baixo teor de antimônio, e as negativas contêm cálcio. Esta solução permite combinar até certo ponto as vantagens de ambas as opções, mas, infelizmente, as desvantagens também.O fato é que as baterias de "cálcio" são apenas sensíveis a mudanças na rede de bordo.

Os próximos passos importantes na melhoria das baterias de automóveis foram o design e as soluções tecnológicas que garantiram a transição do eletrólito do estado líquido para o estado gel. As baterias feitas usando uma tecnologia que usa um gel em vez de um líquido como eletrólito são chamadas de baterias de gel.

O uso do gel nos permitiu resolver vários problemas de uma só vez:

• segurança - uma solução de ácido sulfúrico é extremamente perigosa tanto para os seres humanos quanto para o meio ambiente, e sempre existe a possibilidade de vazamentos;
• orientação - o estado semelhante a gel permite que você opere a bateria em qualquer inclinação da linha do horizonte - o eletrólito nele está firmemente fixado;
• resistência à vibração - o enchimento de hélio não tem medo de tremer em buracos - é fixado em relação às placas do eletrodo, a possibilidade de expor parte da superfície do eletrodo é excluída.

Uma das variedades de gel (embora haja disputas terminológicas sobre isso) são as baterias AGM (AGM - abreviação de Absorbent Glass Mat - material de vidro absorvente), assim chamadas pela tecnologia apropriada. A peculiaridade do AGM é que entre as placas existe um material poroso especial que retém o eletrólito e protege adicionalmente as placas do derramamento.

As baterias nas quais o líquido engrossado até uma consistência de gel é usado como eletrólito não são usadas em carros de passeio.

Critérios de Seleção de Bateria Solar

Os fabricantes estão constantemente aprimorando as tecnologias para baterias solares, e os mesmos indicadores de desempenho digital em ação podem se manifestar de maneiras completamente diferentes.

Mas você definitivamente deve prestar atenção a esses indicadores:

• nível operacional de capacidade;
• Carga atual;
• Corrente de descarga.

Ao escolher uma bateria, o número de sistemas verdes deve ser levado em consideração, a capacidade necessária da bateria dependerá disso. Na maioria das vezes, são encontradas baterias com tensão de 12 V, com base nisso, será necessário calcular quantas baterias precisarão ser conectadas em série.

Se a tensão de operação da bateria solar exceder a tensão de uma bateria, você precisará calcular quantos deles precisarão ser conectados, como regra, o número é um múltiplo de 12. Também deve-se ter em mente que quando as baterias são conectadas em série, a tensão muda, mas a capacidade permanece a mesma, enquanto em paralelo vice-versa.

Esquema do dispositivo de uma usina de energia solar

Considere como o sistema solar de uma casa de campo é organizado e funciona. Seu principal objetivo é converter a energia solar em eletricidade de 220 V, que é a principal fonte de energia para eletrodomésticos.

As principais partes que compõem o SES:

1. Baterias (painéis) que convertem a radiação solar em corrente contínua.
2. Controlador de carga da bateria.
3. Pacote de bateria.
4. Um inversor que converte a tensão da bateria para 220 V.

O design da bateria foi pensado de forma a permitir que o equipamento opere em várias condições climáticas, em temperaturas de -35ºС a +80ºС.

Acontece que os painéis solares instalados corretamente funcionarão com o mesmo desempenho no inverno e no verão, mas com uma condição - em tempo claro, quando o sol emite a quantidade máxima de calor. Em um dia nublado, o desempenho cai drasticamente.

A eficiência das usinas de energia solar nas latitudes médias é grande, mas não o suficiente para fornecer energia elétrica às grandes casas. Mais frequentemente, o sistema solar é considerado uma fonte adicional ou de backup de eletricidade.

O peso de uma bateria de 300 W é de 20 kg. Na maioria das vezes, os painéis são montados no telhado, fachada ou racks especiais instalados ao lado da casa. Condições necessárias: giro do avião em direção ao sol e inclinação ótima (em média 45° em relação à superfície da terra), proporcionando uma queda perpendicular dos raios solares.

Se possível, instale um rastreador que rastreie o movimento do sol e regule a posição dos painéis.

O plano superior das baterias é protegido por vidro temperado à prova de choque, que resiste facilmente a granizo ou neve pesada. No entanto, é necessário monitorar a integridade do revestimento, caso contrário, as pastilhas de silício danificadas (fotocélulas) deixarão de funcionar.

O controlador executa quantas funções. Além do principal - ajuste automático da carga da bateria, o controlador regula o fornecimento de energia dos painéis solares, protegendo assim a bateria da descarga completa.

Para sistemas solares caseiros, a melhor escolha são as baterias de gel, que têm um período de operação ininterrupta de 10 a 12 anos. Após 10 anos de operação, sua capacidade diminui em cerca de 15-25%. São dispositivos isentos de manutenção e absolutamente seguros que não emitem substâncias nocivas.

No inverno ou em tempo nublado, os painéis também continuam a funcionar (se forem regularmente limpos de neve), mas a produção de energia é reduzida em 5 a 10 vezes

A tarefa dos inversores é converter a tensão CC da bateria em uma tensão CA de 220 V.Eles diferem em características técnicas como potência e qualidade da tensão recebida. Os equipamentos da Sinus são capazes de atender os dispositivos mais "caprichosos" em termos de qualidade atual - compressores, eletroeletrônicos.

Estima-se que aproximadamente 1 kW de energia solar caia em 1 m² da superfície do planeta, e 1 m² de uma bateria de célula solar converte cerca de 160-200 watts. Portanto, a eficiência é de 16-20%. Com o dispositivo certo, isso é suficiente para fornecer eletricidade a todos os aparelhos de baixa potência da casa.

O controlador exibe a carga da bateria como uma porcentagem. Se o equipamento de 24 volts mostrar uma carga de bateria de 27 volts, eles estão 100% cheios

Um par de baterias de gel potentes 200 Ah com (potência nominal de 4,8 kW). Este é um dia de operação de aparelhos elétricos com consumo ininterrupto de 180-200 watts. Os dispositivos de armazenamento de energia são resistentes ao gelo, ou seja, podem ser instalados no sótão e, como são seguros, também podem ser localizados próximos aos alojamentos.

O display digital do inversor geralmente mostra dois parâmetros: o consumo de energia e a tensão total do sistema de energia. Uma opção de carregador adicional permite conectar um gerador elétrico e carregar rapidamente a bateria (se não houver sol)

O esquema mais simples de uma usina de energia solar, incluindo os principais componentes. Cada um deles desempenha uma função própria, sem a qual o funcionamento do SES é impossível.

Tipos de baterias

Praticamente qualquer bateria pode ser usada para painéis solares. Mas o principal é que funciona por um longo tempo. O funcionamento da bateria depende do tipo de fabricação e materiais.

Os principais tipos de dispositivos de armazenamento de energia:

1. Lítio.
2. Chumbo ácido.
3. Alcalino.
4. Gel.
5. AGM
6. Níquel-cádmio gelatinizado.
7. OPZS.

Lítio

A energia aparece neles no momento em que os íons de lítio reagem com as moléculas de metal. Os metais são componentes adicionais.

Esses tipos de baterias são capazes de carregar muito rapidamente com uma grande capacidade. Estas baterias pesam pouco e têm um tamanho compacto. Além disso, seu custo é bastante alto. Por causa disso, eles quase nunca são usados ​​em energia solar. Eles funcionam 2 vezes menos que os de gel. Mas sirva ainda menos se a cobrança for superior a 45%. É neste ponto que eles são capazes de manter o volume do recipiente no nível desejado.

Essas baterias operam em pequenas faixas de tensão. Uma desvantagem significativa de tais dispositivos é a diminuição da capacidade ao longo do tempo. E isso não depende do cumprimento de todas as regras técnicas.

Chumbo ácido

Na fase de desenvolvimento, foram equipados com vários compartimentos para eletrólito com solução aquosa. Eletrodos de chumbo e várias impurezas são imersos nessa mistura. Graças a isso, a bateria acabou sendo resistente à corrosão.

Esses dispositivos não funcionam por muito tempo. Isto é devido à velocidade de descarga.

alcalino

Estas baterias estão com pouco eletrólito. Seus produtos químicos não são capazes de se dissolver nele. Eles nem reagem um ao outro.

Pilhas alcalinas (alcalinas) podem durar muito tempo. Eles são bem resistentes a surtos de energia. Ao contrário das baterias de gel, essas baterias são capazes de funcionar de forma estável em baixas temperaturas. E no frio eles são capazes de trabalhar por um longo tempo.

Devem ser armazenados 100% descarregados. Isso é necessário para não perder capacidade durante cobranças futuras.Esse recurso pode atrapalhar seriamente a operação de uma usina de energia solar.

Gel

Esse tipo tem esse nome porque o eletrólito é apresentado na forma de um gel. Devido à camada de treliça, praticamente não flui.

Esta bateria solar dura muito tempo e pode ser recarregada muitas vezes. Resistente a danos mecânicos. Todos os tipos de rachaduras não interferirão no seu funcionamento.

Pode operar em baixas temperaturas até -50 graus e sua capacidade não diminui. Após um longo período de inatividade, a bateria de gel não perde suas propriedades.

Se esta bateria for usada em uma sala fria, ela deve ser isolada. Em nenhuma circunstância o nível de carga deve ser excedido. Caso contrário, pode explodir ou falhar. Além disso, eles são altamente sensíveis a picos de energia.

AGM

Na verdade, eles pertencem ao tipo de chumbo-ácido. Mas há uma diferença - esta é a fibra de vidro interna, que está no eletrólito. O ácido preenche as camadas deste material. Isso faz com que ela não se espalhe. Tudo isso sugere que essa bateria solar pode ser colocada em qualquer posição.

Estas baterias têm uma boa capacidade, duram muito tempo e podem ser recarregadas até 500 ou 1000 vezes. Tudo depende do fabricante. Mas apesar de todas as vantagens, há uma desvantagem significativa. Eles são sensíveis à alta corrente. Isso pode inflar o corpo.

Baterias de níquel-cádmio fundido

Eles são alcalinos e precisam ser preenchidos com eletrólito. Ao contrário das baterias cheias de gelatina, elas são mais seguras. Seu custo não é alto e a energia é mantida muito bem.Capaz de suportar muitos ciclos de carga e descarga.

A vida útil é bastante curta. Quanto mais tempo você usá-lo, menor sua capacidade se torna.

Baterias de carro

Esses dispositivos são bastante lucrativos em termos de economia de dinheiro. As pessoas que fazem sua própria usina de energia solar costumam usá-las.

A desvantagem dessas baterias é o desgaste rápido e a substituição frequente. Como resultado, eles podem ser usados ​​por um curto período de tempo e para módulos solares de baixa potência.