Piles alcalines
Contrairement aux piles acides, les piles alcalines font un excellent travail avec une décharge profonde et sont capables de fournir des courants pendant une longue période d'environ 1/10 de la capacité de la batterie. De plus, il est fortement recommandé de décharger complètement les piles alcalines afin que le soi-disant "effet mémoire" ne se produise pas, ce qui réduit la capacité de la pile de la quantité de charge "non sélectionnée".
Par rapport aux piles acides, les piles alcalines ont une durée de vie significative - 20 ans ou plus -, donnent une tension stable pendant le processus de décharge, elles peuvent également être entretenues (noyées) et sans surveillance (scellées) et, semble-t-il, sont simplement créées pour l'énergie solaire. En fait, non, car ils ne sont pas capables de se charger avec les faibles courants générés par les panneaux solaires. Un faible courant circule librement dans la pile alcaline sans remplir la pile. Par conséquent, hélas, le lot des piles alcalines dans les systèmes d'alimentation autonomes doit servir de «banque» aux générateurs diesel, où ce type de stockage est tout simplement irremplaçable.
Types de batteries
Il existe aujourd'hui plusieurs types de batteries sur le marché russe.
Gel
L'un des types de batteries les plus courants, activement utilisé pour l'agencement de systèmes d'alimentation autonomes. Sa composition chimique comprend du plomb et de l'acide sulfurique de consistance gel. L'acide sulfurique agit comme un électrolyte conducteur. Le fait qu'il soit intégré dans une batterie sous forme de gel rend le processus de recombinaison plus efficace et plus rapide. Les batteries au gel ont une durée de vie moyenne de 5 à 8 ans.
Plomb-acide
Cette batterie n'est pas très différente d'une batterie au gel. A moins qu'un appareil de ce type ne contienne un acide de consistance liquide, ce qui affaiblit quelque peu ses performances. La durée de vie d'une batterie au plomb-acide est relativement courte - 2-4 ans. De telles batteries sont utilisées dans l'industrie automobile.
AMG
La batterie AMG contient le même plomb et le même acide sulfurique. La différence avec les autres appareils est la fabrication. Pour la teneur en acide sulfurique d'une batterie de ce type, un récipient absorbant spécial est prélevé sur les fils de verre les plus fins. Le matériau est appelé mat de verre. Les batteries AMG ont des performances à peu près similaires aux batteries gel et durent environ 5 à 8 ans.
Alcalin
Les piles alcalines contiennent toujours du nickel. Le deuxième élément chimique peut être le fer ou le cadmium. Ils sont appelés alcalins en raison de l'électrolyte utilisé - alcali. Les batteries fer-nickel et cadmium-nickel ont l'avantage de pouvoir supporter de lourdes charges continues et un fonctionnement obscène avec une durée de vie impressionnante de 15 ans, et l'inconvénient est la nécessité d'un entretien supplémentaire (appoint d'eau, d'électrolyte, etc.) . Ces appareils ont une basse tension - 2V. Par conséquent, pour une utilisation dans des systèmes d'alimentation autonomes, ils sont complétés en plusieurs pièces en monoblocs ou en batterie. Pendant le fonctionnement, ces dispositifs libèrent un alcali. Pour des raisons de sécurité, il est recommandé de placer les piles alcalines dans une pièce séparée et ventilée. Les appareils conviennent pour la connexion à des systèmes autonomes.
Lithium-ion
Ces piles contiennent du lithium. Avec une durée de vie d'environ 10 ans, il a un coût élevé. Les systèmes autonomes étant conçus pour économiser de l'argent, les batteries lithium-ion sont rarement achetées pour eux. Bien que ce soient certains des appareils les plus puissants.Les batteries au lithium-ion résistent à de lourdes charges et à de fréquentes décharges profondes.
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Batteries Li-ion
Les batteries de ce type ont une «chimie» fondamentalement différente de celle des batteries pour tablettes et ordinateurs portables, et utilisent la réaction lithium fer phosphate (LiFePo4). Ils se chargent très rapidement, peuvent donner jusqu'à 80% de la charge, ne perdent pas de capacité en raison d'une charge incomplète ou d'un long stockage à l'état déchargé. Les batteries résistent à 3000 cycles, ont une durée de vie allant jusqu'à 20 ans et sont également produites en Russie. Les plus chers de tous, mais par rapport aux acides, par exemple, ils ont deux fois la capacité par unité de poids, c'est-à-dire qu'ils en auront besoin de moitié moins.
Principales caractéristiques techniques de la batterie
Les caractéristiques et les exigences relatives aux batteries sont déterminées en fonction des caractéristiques de fonctionnement de la centrale solaire elle-même.
Les batteries doivent:
- être conçu pour un grand nombre de cycles de charge-décharge sans perte significative de capacité;
- avoir une faible auto-décharge;
- maintenir les performances à des températures basses et élevées.
Les principales caractéristiques sont considérées comme:
- capacité de la batterie;
- pleine charge et taux de décharge admissible;
- conditions et durée de vie;
- poids et dimensions.
Comment calculer et choisir la bonne batterie
Les calculs sont basés sur des formules simples et des tolérances pour les pertes qui surviennent dans un système d'alimentation électrique autonome.
L'apport minimum d'énergie dans les batteries doit fournir la charge dans l'obscurité. Si, du crépuscule à l'aube, la consommation totale d'énergie est de 3 kWh, le groupe de batteries doit disposer d'une telle réserve.
L'approvisionnement énergétique optimal doit couvrir les besoins quotidiens de l'installation. Si la charge est de 10 kW / h, alors une banque avec une telle capacité vous permettra de «vous asseoir» 1 jour nuageux sans aucun problème, et par temps ensoleillé, elle ne se déchargera pas de plus de 20-25%, ce qui est optimal pour les batteries acides et n'entraîne pas leur dégradation.
Ici, nous ne considérons pas la puissance des panneaux solaires et la prenons pour le fait qu'ils sont capables de fournir une telle charge aux batteries. Autrement dit, nous construisons des calculs pour les besoins énergétiques de l'installation.
La réserve d'énergie dans 1 batterie d'une capacité de 100 Ah avec une tension de 12 V est calculée par la formule: capacité x tension, soit 100 x 12 = 1200 watts ou 1,2 kW * h. Par conséquent, un objet hypothétique avec une consommation nocturne de 3 kW / h et une consommation quotidienne de 10 kW / h nécessite un banc minimum de 3 batteries et un optimal de 10. Mais c'est idéal, car vous devez prendre en compte le indemnités pour pertes et caractéristiques de l'équipement.
Où l'énergie est perdue:
50% - niveau de décharge admissible batteries à acide conventionnelles, donc si la banque est construite sur elles, il devrait y avoir deux fois plus de batteries qu'un simple calcul mathématique le montre. Les batteries optimisées pour une décharge profonde peuvent être «vidées» de 70 à 80%, c'est-à-dire que la capacité de la batterie doit être de 20 à 30% supérieure à la capacité calculée.
80% - efficacité moyenne d'une batterie acide, qui, en raison de ses particularités, dégage de l'énergie 20% de moins qu'elle ne stocke. Plus les courants de charge et de décharge sont élevés, plus l'efficacité est faible. Par exemple, si un fer à repasser électrique d'une puissance de 2 kW est connecté à une batterie de 200 Ah via un onduleur, le courant de décharge sera d'environ 250 A et le rendement chutera à 40%. Ce qui conduit à nouveau à la nécessité d'une capacité de réserve double de la banque, construite sur des batteries à acide.
80-90% - efficacité moyenne de l'onduleur, qui convertit la tension CC en 220 V CA pour le réseau domestique.Compte tenu des pertes d'énergie, même dans les meilleures batteries, les pertes totales seront d'environ 40%, c'est-à-dire que même en utilisant des batteries OPzS et encore plus AGM, la réserve de capacité devrait être 40% supérieure à celle calculée.
80% - l'efficacité du contrôleur PWM charge, c'est-à-dire que les panneaux solaires ne pourront physiquement pas transférer aux batteries plus de 80% de l'énergie produite lors d'une journée ensoleillée idéale et à la puissance nominale maximale. Par conséquent, il est préférable d'utiliser des contrôleurs MPPT plus chers, qui fournissent une efficacité des panneaux solaires jusqu'à 100%, ou d'augmenter le parc de batteries et, par conséquent, la surface des panneaux solaires de 20% supplémentaires.
Tous ces facteurs doivent être pris en compte dans les calculs, en fonction des éléments constitutifs utilisés dans le système de génération solaire.
Caractéristiques de la batterie pour les systèmes autonomes
Ensuite, nous nous attarderons sur les principales caractéristiques techniques des batteries.
Capacité de la batterie (Ah)
La capacité est la quantité d'énergie qui fournit une charge à 100% à la batterie. Ce paramètre est fondamental. L'unité de mesure est l'ampère-heure. La capacité nominale de la batterie est indiquée au dos de son boîtier. Mais les indicateurs indiqués par le constructeur sont souvent en contradiction avec les vrais.
La capacité réelle de la batterie est de plus / moins 10-20% de la capacité nominale. L'écart entre les paramètres indiqués et réels est dû aux conditions environnementales de la batterie.
La valeur de la capacité réelle est proche de la valeur nominale lorsque la température de l'air est de +20 degrés. Des températures plus basses ou plus élevées affecteront négativement la capacité et donc la durée de vie de la batterie. À des températures inférieures à + 10-0 degrés, la valeur diminue, à des températures supérieures à +20 degrés, la valeur augmente.
La capacité de la batterie se caractérise par une diminution progressive au fur et à mesure que la batterie est utilisée. Cela est dû à l'usure de l'appareil. La capacité standard de la batterie pour un système solaire hors réseau est de 100 à 200 Ah.
Voltage de batterie
Une autre caractéristique importante. La tension est une mesure de l'efficacité d'une batterie. Il s'agit d'une valeur qui indique la qualité de l'énergie que l'appareil est capable de prendre et de céder. Mesuré en volts.
La tension nominale du fabricant, ainsi que la capacité, sont indiquées à l'arrière du boîtier de la batterie. Mais souvent les valeurs de la tension nominale et réelle divergent. À une température ambiante optimale de +20 degrés, elle peut aller de 11,5V à 14,4V.
La valeur de la tension dépend du niveau de charge de la batterie. 11,5 V est typique pour un niveau de charge faible, 14,4 V est pour un niveau de charge maximum. Des fluctuations de valeurs sont observées lors de la charge / décharge de la batterie.
Pour que la batterie fonctionne correctement dans un système autonome, sa tension doit correspondre aux indicateurs de tension des autres appareils. Les systèmes solaires des maisons privées et des chalets d'été sont généralement connectés à des batteries de 12 volts. Une batterie peut contenir de 1 à 8 chargeurs, et parfois plus.
Résistance interne
Cette caractéristique joue également un rôle important dans les performances de la batterie. Le paramètre est mesuré en Ohms et désigne la force, qui vise à limiter la réception et la sortie d'énergie à la valeur de la puissance déclarée.
La valeur de la résistance interne dépend de plusieurs facteurs: le type de batterie (sa composition chimique), sa capacité, sa durée et les conditions de fonctionnement. L'indicateur normal dans des conditions optimales d'utilisation de la batterie varie de 0,005 à 0,01 ohms.
Si la résistance augmente, il peut y avoir deux bonnes raisons à cela: une température inconfortable pour le fonctionnement de la batterie ou un fonctionnement incorrect.Si les conditions environnementales sont normales et que l'appareil est utilisé correctement, une augmentation de la résistance ne peut signifier qu'une chose: l'usure de la batterie.
La résistance accrue de la batterie peut servir de signal pour abaisser la résistance. Cela peut empêcher la mise sous tension des appareils, car le chargeur peut être reconnu comme déchargé.
Auto-décharge
Il s'agit d'un paramètre qui indique la quantité d'énergie perdue au fil du temps dans une batterie complètement chargée. Un appareil de haute qualité et correctement utilisé doit avoir un faible taux d'auto-décharge par mois. En moyenne, cela représente 3 à 5% de l'approvisionnement énergétique total.
Notez la diminution du pourcentage d'auto-décharge dans des conditions fraîches. L'augmentation de la température affectera négativement le niveau de charge de la batterie.
Règles de fonctionnement de la batterie
Les batteries révisées émettent des gaz pendant le fonctionnement, il est donc interdit de les placer dans des locaux d'habitation et il est nécessaire d'équiper une pièce séparée avec une ventilation active.
Le niveau d'électrolyte et la profondeur de charge doivent être constamment surveillés pour éviter d'endommager la batterie.
Avec un fonctionnement toute l'année, afin d'éviter une décharge profonde des batteries par temps nuageux, il est nécessaire de prévoir la possibilité de les recharger à partir de sources externes - un réseau ou un générateur. De nombreux modèles d'onduleurs peuvent réaliser ce transfert automatique.
Bref résumé
Pour calculer correctement la capacité du parc de batteries, vous devez déterminer la consommation d'énergie quotidienne, ajouter 40% des pertes mortelles dans la batterie et l'onduleur, puis augmenter la puissance calculée en fonction du type de batteries et du contrôleur.
Si la production solaire est utilisée en hiver, la capacité totale de la banque doit être augmentée de 50% supplémentaires et la possibilité de recharger les batteries à partir de sources tierces - un réseau ou un générateur, c'est-à-dire avec des courants élevés - devrait fournir. Cela affectera également la sélection des batteries avec certaines caractéristiques.
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Les fabricants proposent une gamme d'équipements si large qu'il ne sera pas difficile d'assembler une centrale solaire en fonction de vos besoins et de vos capacités financières.
Sélection de l'onduleur
Cela n'a aucun sens de lister tous les types d'onduleurs en vente. Pour sélectionner un onduleur, les éléments suivants sont importants:
- Tension et courant d'entrée;
- Nombre de phases (1 ou 3) et tension de sortie avec écarts possibles (la stabilisation de la tension de sortie ± 2% est bonne);
- Distorsion harmonique (non linéaire) de la tension de sortie.
Il est important dans le coefficient:
- 5% est acceptable pour une "onde sinusoïdale pure"
- moins de 5% c'est bien
- il vaut mieux ne pas prendre plus de 5% si vous avez vraiment besoin d'une onde sinusoïdale pure.
Production
Si votre maison a des problèmes d'alimentation, ou si vous utilisez l'énergie solaire ou installez un système d'alimentation sans coupure, vous devrez acheter des onduleurs de tension pour votre maison. À propos, pour augmenter la puissance, ils fonctionnent en parallèle jusqu'à 10 pièces.
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