Аккумуляторы, используемые в солнечной фотоэлектрической станции

В современных системах автономного электроснабжения применяются в основном кислотные необслуживаемые аккумуляторы с длительным сроком службы. Также применяются гелиевые аккумуляторы, но они дороже. Приминение аккумуляторов автомобильного типа не оправдано из-за короткого срока службы, сульфитации при недостаточном заряде и расслоении электролита хроническом недозаряде. Возможно приминение аккумуляторов автомобильного типа только в условиях низких температур, при избытке солнечных батарей (для обеспечения максимум заряда), при этом необходимо обращать внимание на конструкцию аккумулятора: сплав олово, кальция и свенца должен быть, и на положительном и на отрицательном электроде, кроме этого, аккумулятор должен быть необслуживаемым и гермитичным.

В настоящее время эксплуатационные характеристики солнечных фотоэлектрических станции определяются параметрами электрохимического источника энергии(аккумуляторной батареей). Мощность источника энергии определяет его динамические характеристики (время зарядки и разрядки), а так же ресурс работы и надежность. 

Проведем сравнение основных параметров свинцово-кальциевой, никель-кадмиевой, никель металлогидриднойи литий-ионной электрохимической систем.

По результатам сравнения параметров выбираетеся тип аккумуляторов для СФЭС. Для наглядного представления характеристики источников тока представлены в виде графика[ ].

На рисунке 4.2 покаханы разрядные характеристики единичных аккумуляторов CaPb, NiMh, Li-ионный электрохимических систем при постоянном токе разряда величиной 1С и температурой +20⁰С.

 

 

Рисунок 4.2 – Разрядные кривые электрохимических систем

Конечные разрядные напряжения для PbCa, NiCd, NiMh, Li-ионной электрохимических систем – 1,3В, 1,0В, 3,0В соответственно. Как видно на рисунке 4.2, наибольшее количество своей энергии аккумулятор отдает на линейном участке разрядной кривой. Средняя энергия, отданная аккумуляторами при разряде на линейном участке кривой, рассчитывается по формуле

 

                                       E_cp=U_cp∙I_p∙t_cp                                     (4.1)

 

где E_cp – средняя энергия, отданная аккумулятором на линейном участке кривой;

    U_cp – среднее разрядное напряжение, I_p – разрядный ток равный 1с., t-время.

Рассчитанная по формуле (4.1) разрядная энергия, Вт∙ч

 

PbCa-1,17∙1С

NiCd-0,89∙1С

NiMh-0,93∙1С

Li-ион-2,74∙1С

 

где 1С разрядный ток аккумулятора.

    При выборе источника тока следует рассматривать экономическую составляющую, которая, как правило выражается стоимостью единицы энергии (Вт∙ч) электрохимического источника тока. На рисунке 4.3 представлена гистограмма энергостоимости различных систем накопителей, включая цилиндрическое и призматическое исполнение Li-ионного аккумулятора.

 

Рисунок 4.3 – Стоимость единицы энергии у аккумуляторов различных систем

Стоимость единицы у свинцово-кальциевого аккумулятора составляет 0,12$Вт/ч.

Li-ионный аккумулятор в призматическом исполнений наиболее дорогой среди представленных систем, стоимостью в 1$Вт/ч. Li-ионный аккумулятор в цилиндрическом исполнении исполнений 0,35$Вт/ч обходятся дешевле призматических в ~2.86, в ~1,43 раза дешевле NiCd и NiMh, и в 2,92 раза дороже свинцово кислотных. Но, несмотря на преимущество цилиндрических Li-ионных аккумуляторов по стоимости их удельные энергетические характеристики более низкие по сравнению с аккумуляторами призматической конструкции, к тому же их объединение в батарею весьма неудобно.

Номинальная энергия аккумуляторной батареи вычисляется по формуле:

 

                              E_H=U_Нбба∙I_H∙t= U_Нбба∙C_H,                                (4.2)

где U_H – номинальное напряжение батареи, I_H – номинальный ток батареи,

    C_H – номинальная емкость аккумулятора.

 

Количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарею

 

                                           ,                                            (4.3)

 

где U_H – номинальное напряжение аккумулятора батареи.

    Так как максимальная мощьность P_pic и длительно реализуемая мощность P_cid известны, рассчитывается ток потребления от аккумуляторной батареи в данных режимах ее эксплуатации.

    В режиме длительно реализуемой мощности ток потребления от аккумуляторной батареи составляет

 

                             

 

    В режиме максимальной мощности

 

 

    Повышенная температура аккумулятора (перегрев) может вызвать необратимые процессы внутри аккумулятора. Разогретый электролит вступает в реакцию с активными материалами, что способствует дополнительному разогреву, увеличивается скорость реакции окисления положительного электрода.

    После сравнительного анализа характеристик видно, что преимущества по основным параметрам имеют PbCa аккумуляторы, а накопитель энергии, построенный на базе этих аккумуляторов, соответствует требованиям технического задания на накопитель энергии СФЭС. Аккумулятор модели Ritar RT12200 12В, 20А/ч 70000 тенге.

 

 

Рисунок... – Аккумулятор Ritar RT12200