بطاريات الألواح الشمسية: نظرة عامة على أنواع البطاريات المناسبة وميزاتها
يتم استخدام أنظمة الطاقة البديلة بشكل متزايد لتزويد المباني السكنية بالكهرباء.وبما أن طرق توليد واستهلاك الكهرباء تختلف، فمن الضروري ضمان تراكمها للإنتاج اللاحق. هل توافق؟
من أجل استخدام الطاقة للفترة الزمنية التي يطلبها المالك، يتم تضمين بطاريات الألواح الشمسية في المخطط. سنخبرك بكيفية اختيار الأجهزة المصممة للعمل في دورات الشحن والتفريغ بشكل صحيح. ستساعدك توصياتنا في اختيار النموذج الأمثل.
محتوى المقال:
البطاريات في نظام الطاقة الشمسية المنزلية
إن فهم الأساليب والفروق الدقيقة في استخدام البطاريات عند تزويد المنشأة بالكهرباء من الألواح الشمسية سيسمح لك بالاختيار الصحيح للأجهزة وضمان أقصى قدر من كفاءة النظام.
لإجراء عملية شراء مستنيرة، تحتاج إلى فهم شامل لطرق إنشاء مجموعة من البطاريات (كتلة) وقواعد حساب الخصائص الرئيسية.
طريقة دمج الأجهزة في مصفوفة واحدة
تستهلك التطبيقات السكنية والصناعية أحمالًا كهربائية تتجاوز سعة بطارية واحدة. إذا كان نظام الطاقة الشمسية مصممًا لعدد كبير من الأجهزة الكهربائية، فمن الضروري إنشاء مجموعة من البطاريات القابلة لإعادة الشحن على غرار هذا المزيج الألواح الشمسية.
يمكن توصيل البطاريات بمصفوفة تخزين كهربائية واحدة بطرق متوازية أو تسلسلية أو مختلطة. يعتمد الاختيار على طاقة الخرج والجهد المطلوب.
يتم وضع البطاريات في المنزل أو أي مبنى آخر للتأكد من أن درجة الحرارة المحيطة تكون في حدود 10 إلى 25 درجة مئوية فوق الصفر ولمنع دخول الماء إليها. يؤدي هذا إلى إطالة عمر خدمة الأجهزة بشكل كبير وتقليل فقد الطاقة.
توفر التقنيات الحديثة لإنتاج البطاريات القابلة لإعادة الشحن المخصصة لوضعها في المباني السكنية زيادة في تدابير السلامة البيئية. ولذلك ليست هناك حاجة لاتخاذ أي تدابير خاصة للتهوية المكثفة للغرفة. ومع ذلك، لا ينبغي وضعها في غرف المعيشة.
نظرًا لأن البطاريات لها وزن كبير (جهاز 12 فولت و200 أمبير يزن حوالي 70 كجم)، فيجب وضعها على الأرض أو على رفوف قوية ومثبتة بشكل آمن.
من الضروري منع احتمال سقوط البطاريات من ارتفاع، لأنها في هذه الحالة سوف تفشل، كما أن الأنظمة التي تحتوي على إلكتروليت سائل تشكل أيضًا خطورة على صحة الإنسان إذا أصبحت منخفضة الضغط.
مع زيادة طول كابل الطاقة، تزداد المقاومة الكهربائية، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة النظام. لذلك، يُمارس وضع البطاريات بالقرب من بعضها البعض لتقليل الطول الإجمالي للأسلاك.
مميزات عمل النظام
مع التوصيل المتوازي والمدمج للبطاريات في صفيف واحد، قد تصبح الأجهزة غير متوازنة من حيث مستوى الشحن. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن الجهاز لن يعمل في دورة كاملة، مما يعني أنه سيتم استنفاد موارده بشكل أسرع.
نظام توليد الكهرباء من الشمس مجهز دائمًا مراقب، الذي يتحكم في شحن البطارية. في حالة إنشاء مجموعة من البطاريات، من الضروري أيضًا تثبيت وصلات وصل معادلة الشحن.
لتجنب مشاكل الشحن والتفريغ غير المتكافئ للبطاريات المدمجة في مجموعة واحدة، من الضروري استخدام أجهزة من نفس الطراز، أو حتى أفضل، من نفس الدفعة. هذه القاعدة ذات صلة ليس فقط بأنظمة الطاقة الشمسية.
الآن يمكن تزويد جميع المساكن تقريبًا بأجهزة تعمل على شبكة 12 أو 24 فولت، بما في ذلك الثلاجات وأجهزة التلفزيون وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن توصيل الأسلاك بهذا الجهد في جميع أنحاء المنزل لا معنى له، لأن الطاقة الحالية ستكون عالية جدًا.
وهذا يعني أنه عند تنفيذ مثل هذه الفكرة، هناك حاجة إلى كابل باهظ الثمن مع مقطع عرضي كبير من النوى وستكون الخسائر الناتجة عن المقاومة الكهربائية عالية.
لذلك، في المنطقة المجاورة مباشرة للبطاريات التي يتم تثبيتها العاكس - جهاز لتحويل الجهد الكهربائي.
بالإضافة إلى ذلك، قد يختلف جهد الخرج الفعلي من مجموعة البطارية قليلاً عن الجهد المذكور. لذا، فإن الأجهزة المشحونة بالكامل شائعة الاستخدام في مخطط مع الألواح الشمسية تنتج بطاريات هلامية جهدًا يتراوح بين 13-13.5 فولت، وبالتالي يعمل العاكس كمثبت.
حساب سعة البطارية المطلوبة
يتم حساب سعة البطاريات بناءً على الفترة المتوقعة للتشغيل الذاتي دون إعادة الشحن وإجمالي استهلاك الطاقة للأجهزة الكهربائية.
يمكن حساب متوسط قدرة الجهاز الكهربائي خلال فترة زمنية على النحو التالي:
ف = ف1 *(ت1 /ت2),
أين:
- ص1 - القوة المقدرة للجهاز؛
- ت1 - وقت تشغيل الجهاز؛
- ت2 - إجمالي الوقت المقدر.
تقريبًا في جميع أنحاء أراضي روسيا هناك فترات طويلة الألواح الشمسية لن تعمل بسبب سوء الاحوال الجوية.
ليس من المجدي من حيث التكلفة تركيب مجموعات كبيرة من البطاريات لشحنها بالكامل عدة مرات فقط في السنة. ولذلك، فإن اختيار الفاصل الزمني الذي ستعمل خلاله الأجهزة عند التفريغ فقط يجب أن يتم على أساس القيمة الإحصائية المتوسطة.
إذا كنت تخطط لاستخدام الطاقة المتراكمة خلال النهار، على سبيل المثال، في التسخين بالطاقة الشمسية، فمن الأفضل أن تأخذ في الاعتبار فاصل زمني أكبر قليلاً، مثل 30 ساعة.
وفي حالة عدم إمكانية استخدام الألواح الشمسية لفترة طويلة، فمن الضروري استخدام نظام آخر لتوليد الكهرباء يعتمد، على سبيل المثال، على مولد الديزل أو الغاز.
يمكن للبطارية المشحونة بنسبة 100% إنتاج الطاقة قبل أن يتم تفريغها بالكامل، والتي يمكن حسابها باستخدام الصيغة:
ف = ش س أنا
أين:
- يو – الجهد.
- أنا - القوة الحالية.
لذلك، يمكن لبطارية واحدة بجهد 12 فولت وتيار 200 أمبير أن تولد 2400 واط (2.4 كيلو واط). لحساب الطاقة الإجمالية لعدة بطاريات، تحتاج إلى إضافة القيم التي تم الحصول عليها لكل منها.
يجب ضرب النتيجة التي تم الحصول عليها بعدة عوامل مخفضة:
- كفاءة العاكس. مع المطابقة الصحيحة للجهد والطاقة عند مدخل العاكس، سيتم تحقيق قيمة قصوى تتراوح من 0.92 إلى 0.96.
- كفاءة كابلات الكهرباء. يعد تقليل طول الأسلاك التي تربط البطاريات والمسافة إلى العاكس أمرًا ضروريًا لتقليل المقاومة الكهربائية. ومن الناحية العملية، تتراوح قيمة المؤشر من 0.98 إلى 0.99.
- الحد الأدنى المسموح به من تفريغ البطارية. يوجد حد شحن أقل لأي بطارية، وبعد ذلك يتم تقليل عمر خدمة الجهاز بشكل كبير. عادةً، تقوم وحدات التحكم بتعيين الحد الأدنى لقيمة الشحن إلى 15%، وبالتالي يكون المعامل حوالي 0.85.
- الحد الأقصى المسموح به لفقد السعة قبل تغيير البطاريات. بمرور الوقت، تتقادم الأجهزة وتزداد مقاومتها الداخلية، مما يؤدي إلى انخفاض لا رجعة فيه في قدرتها. من غير المربح استخدام الأجهزة التي تقل سعتها المتبقية عن 70%، لذا ينبغي اعتبار قيمة المؤشر 0.7.
خلافًا للاعتقاد الشائع، لا ينبغي تضمين كفاءة البطارية - نسبة الكهرباء المستلمة والمزودة - في الحساب. تأخذ سعة البطارية المشار إليها في الوثائق الفنية في الاعتبار حجم الإرجاع المحتمل.
ونتيجة لذلك فإن قيمة المعامل التكاملي عند حساب السعة المطلوبة للبطاريات الجديدة ستكون حوالي 0.8، وللقديمة قبل شطبها ستكون 0.55.
الحد الأقصى للتيارات المسموح بها
لكل بطارية، تحدد الوثائق الفنية الحد الأقصى المسموح به لتيار الشحن. يؤدي تجاوز هذه القيمة إلى ارتفاع درجة حرارة الجهاز وانخفاض حاد لا رجعة فيه في أدائه.
لذلك، عند اختيار البطاريات ل تجميع نظام البطارية تحتاج إلى التأكد من قدرتهم على التعامل مع الكهرباء التي تولدها الألواح الشمسية.
مؤشر مهم آخر هو تيار التفريغ المسموح به:
- تيار التفريغ القياسي، القيمة التي تم تصميم البطارية لتعمل بها (أو قيمة أصغر). يجب ضمان تشغيل جميع المعدات الكهربائية المتصلة بالنظام من خلال هذا المؤشر.
- الحد الأقصى لتيار التفريغ الذي يمكن للجهاز توفيره لفترة قصيرة تحت أحمال الذروة. يمكن أن تحدث مثل هذه الأحمال عند تشغيل بعض المعدات، على سبيل المثال تلك التي تحتوي على ضواغط الثلاجة أو تكييف الهواء.
يؤدي تجاوز المؤشر الأول لفترة طويلة أو الثاني لفترة قصيرة إلى تآكل البطارية مبكرًا. مع تقدم الأجهزة، تنخفض هذه الأرقام بنسبة 20-30%، وهو ما يجب أخذه بعين الاعتبار أيضًا.
ميزات الجهاز والمعلمات الرئيسية
بطاريات السيارات ليست مصممة للتعامل مع العديد من دورات الشحن والتفريغ. بالنسبة للطاقة البديلة والاحتياطية، يتم استخدام أجهزة من نوع مختلف. نظرًا لأن تكلفتها مرتفعة، فمن الضروري دراسة جميع المعلمات بعناية قبل الشراء.
الأنواع المستخدمة للطاقة البديلة
جميع البطاريات المستخدمة في الطاقة البديلة والمثبتة في المباني تقريبًا هي من النوع الذي لا يحتاج إلى صيانة. لا يستطيع المستخدم إجراء عمليات فعلية معهم تؤثر على بنيتهم.
ويتم ذلك لتقليل مخاطر التعرض الفيزيائي أو الكيميائي للبطاريات للأشخاص والهواء والمناطق المحيطة بهم. ولذلك ليست هناك حاجة لإجراء دراسة تفصيلية للهيكل والفروق الفيزيائية والكيميائية لتشغيل أنواع مختلفة من البطاريات. ينبغي إيلاء المزيد من الاهتمام للاختلافات في الخصائص التقنية الأساسية للأجهزة.
تم تصميم بطاريات OPzS مثل أجهزة الرصاص الحمضية البسيطة. يسمح التغيير في شكل اللوحة الإيجابية بعدد أكبر بكثير من دورات الشحن والتفريغ مقارنةً بنظيراتها في السيارات.
العيب هو وجود المنحل بالكهرباء السائل، والذي يمكن أن يكون خطيرا إذا خفض الضغط. متوسط سعر المتخصصة.
نادرًا ما يتم استخدام البطاريات القلوية (النيكل) نظرًا لعدم حساسيتها للتيارات المنخفضة عند الشحن والحاجة إلى المرور بدورة كاملة من حالة الشحن إلى حالة التفريغ. وإلا فإن سعة البطارية ستنخفض.
كما تتمتع هذه الأجهزة بوزن وأبعاد أكبر مقارنة بالمنافسين بنفس السعة. خطير إذا كان الضغط. مكانة منخفضة السعر.
في بطاريات AGM، يرتبط الإلكتروليت بهيكل من الألياف الزجاجية. يمكن شحنها بتيارات منخفضة.إنها آمنة عمليًا وتحتل مكانة متوسطة السعر بين المنافسين.
في بطاريات GE (الهلامية)، يُضاف أكسيد السيليكون إلى الإلكتروليت، مما يؤدي إلى حالة تشبه الهلام. تتمتع الأجهزة بدرجة عالية من الأمان والأداء الجيد. مكانة عالية السعر.
تتمتع بطاريات الليثيوم (على سبيل المثال، نماذج فوسفات الحديد الليثيوم) بأداء جيد للغاية، وهي مدمجة، ولها وزن أقل بكثير، وهي آمنة عمليا. ومع ذلك، فإن تكلفتها أعلى بكثير من تكلفة أنواع الأجهزة المنافسة، بما في ذلك الأجهزة الهلامية.
من وجهة نظر السعر والخصائص التقنية، تعتبر بطاريات الهلام والليثيوم هي الأكثر جاذبية. لكن الاستثمار الأولي لمرة واحدة فيها كبير جدًا، لذا فإن أنواعًا أخرى من الأجهزة منتشرة أيضًا على نطاق واسع في سوق البطاريات للطاقة البديلة.
العلامات التجارية التالية للبطاريات مطلوبة بشكل نشط في السوق المحلية:
تتميز البطاريات المعروضة بخصائص أداء ممتازة وسعر مناسب.
اختيار طراز البطارية
فيما يلي المعلمات الرئيسية لبطاريات الطاقة الشمسية التي يجب الانتباه إليها عند الشراء:
- الجهد والسعة التي تحدد طاقة البطارية؛
- عمق التفريغ الأقصى الآمن، الذي يمكن للبطارية أن تعمل بموجبه خلال الحدود الزمنية التي تحددها الشركة المصنعة؛
- عدد مضمون من دورات الشحن والتفريغ مع مراعاة جميع الشروط الفنية؛
- قيمة التفريغ الذاتي، التي تميز شدة فقدان الكهرباء في البطارية المشحونة أثناء وقت الخمول؛
- الحد الأقصى لتيار الشحن، الذي يحدد كمية الكهرباء لكل وحدة زمنية يمكن للبطارية قبولها دون المساس بمزيد من التشغيل؛
- تيار التفريغ القياسي، الذي يحدد كمية الكهرباء لكل وحدة زمنية تكون البطارية قادرة على توفيرها لفترة طويلة دون المساس بمزيد من التشغيل؛
- الحد الأقصى لتيار التفريغ، الذي يحدد كمية الكهرباء لكل وحدة زمنية تكون البطارية قادرة على توفيرها لفترة قصيرة دون المساس بمزيد من التشغيل؛
- درجة الحرارة المثلى لتشغيل الجهاز.
- حجم ووزن البطارية، والتي تعتبر معرفتها ضرورية لتحديد موقعها وطريقة تركيبها.
يتم وصف جميع هذه المعلمات في الوثائق الفنية، والتي يتم نشرها إلكترونيًا على الموقع الإلكتروني لجميع الشركات المصنعة الكبرى.
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
مراجعة الفروق الدقيقة في عمل أنواع مختلفة من البطاريات لأنظمة الطاقة الشمسية:
مقارنات بين أنواع مختلفة من بطاريات البداية. إيجابيات وسلبيات الطاقة البديلة:
خبرة في استخدام بطاريات الليثيوم (LiFePo4). كتلة حقيقية من أجهزة السيارات، الفروق الدقيقة في عملها:
سيضمن الاختيار الصحيح للبطاريات وفقًا لمعلماتها التشغيل الموثوق لنظام الطاقة البديلة.ليست هناك حاجة للتوفير بشكل مفرط في وحدة تخزين الكهرباء - سيتم استرداد الاستثمار الأولي لبدء التشغيل من خلال التشغيل المتواصل للنظام لعدة سنوات قادمة.
يرجى ترك التعليقات في المربع أدناه، وطرح الأسئلة، ونشر الصور حول موضوع المقال. أخبرنا عن كيفية اختيار البطاريات لمحطة الطاقة الصغيرة في بلدك من الألواح الشمسية. مشاركة المعلومات التي ستكون مفيدة لزوار الموقع.
لا تزال الطاقة الشمسية عملاً مكلفًا. على الأقل لن تتمكن الأسرة المتوسطة من شراء الخلايا الكهروضوئية والبطاريات. علاوة على ذلك، سيتعين عليك أيضًا شراء وتركيب أجهزة مراقبة إضافية. لكن التكنولوجيا لا تقف مكتوفة الأيدي، وأعتقد أن سعر بطاريات الليثيوم سينخفض خلال 10 سنوات أو سيتوصلون إلى طريقة أخرى أرخص لتخزين الطاقة.
باستخدام مثالي الخاص، أستطيع أن أقول إن تشغيل الألواح الشمسية في جميع أنحاء أراضي روسيا تقريبًا معقد بسبب الظروف المناخية. نعم، ستكون هذه البطارية كافية تماما لإضاءة العشب في الصيف. لكن بالنسبة للشخص العادي، في رأيي، ليس من الممكن بعد الاعتماد على أي شيء أكثر خطورة، خاصة في فصل الشتاء. في كثير من الأحيان السماء غائمة. إذا عادت روسيا إلى رشدها وبدأت في تطوير خيارات واسعة النطاق لاستخدام مصادر الطاقة "الخضراء"، فإن صيغة حساب سعة البطارية الواردة في المادة أعلاه ستصبح ذات صلة. هذا مجرد IMHO، وربما يعيش شخص ما بالفعل بالكامل على طاقة الشمس. وهذا يضحك ممن يعد القروش لدفع فواتير الكهرباء (أو ممن يجمع الحطب الميت.
أنا، مثل كثيرين آخرين، كنت مهتما بهذا الاتجاه. إنهم يناقشون الطاقة الشمسية، لكن ماذا يمكنك أن تقول عن الرياح؟ أفهم أنها غير مستقرة مثل الطاقة الشمسية في روسيا، خاصة في المناطق الشمالية. لكن بالنسبة لي، في الشمال (منطقة لين) تسود الرياح. وربما لو وضعنا نوعين (توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح) فيمكننا إغلاق الموضوع بالتوليد، لكن مسألة تخزين الكهرباء تبقى مفتوحة.