Energijos kaupimo keitikliai yra esminė fotovoltinių energijos kaupimo sistemų dalis, apimanti saulės modulius, valdiklius, keitiklius, ličio baterijas, apkrovas ir kitą įrangą. Yra du pagrindiniai techniniai būdai, kaip prijungti saulės baterijas prie kaupimo arba akumuliatorių sistemos: nuolatinės srovės (DC) prijungimas ir kintamosios srovės (AC) prijungimas. Dauguma elektroninių grandinių naudoja nuolatinę srovę: saulės modulis generuoja nuolatinę srovę, o akumuliatorius kaupia nuolatinę srovę, tačiau dauguma prietaisų veikia kintamąja srove.
Energijos kaupimo keitiklių tipai ir jų veikimo principai
Yra du pagrindiniai energijos kaupimo keitiklių prijungimo prie sistemos būdai:
Nuolatinės srovės (DC) prijungimas
Šis metodas apima saulės modulių prijungimą tiesiai prie akumuliatorių sistemos per nuolatinės srovės grandinę. Hibridinė saulės sistema + energijos kaupimo sistema su DC jungtimi reiškia, kad nuolatinė energija iš PV modulių per valdiklį kaupiama ličio baterijų banke namams, o tinklas taip pat gali įkrauti akumuliatorių per dvikryptį DC-AC keitiklį. Energijos konvergencijos taškas yra nuolatinės srovės akumuliatoriaus pusėje. Dienos metu PV energija pirmiausia tiekiama į apkrovą, o tada MPPT valdiklis įkrauna ličio buitinį akumuliatorių, o energijos kaupimo sistema prijungiama prie tinklo, kad perteklinė energija būtų prijungta prie tinklo; naktį akumuliatorius iškraunamas į apkrovą, o trūkumas papildomas tinklu; kai tinklas neveikia, PV energija ir ličio buitinis akumuliatorius tiekiami tik į autonominę apkrovą, o apkrova tinklo gale negali būti naudojama. Kai apkrovos galia yra didesnė už PV galią, tinklas ir PV gali tiekti energiją apkrovai tuo pačiu metu. Kadangi nei PV galia, nei apkrovos galia nėra stabilios, sistema pasikliauja ličio buitiniu akumuliatoriumi, kad subalansuotų sistemos energiją. Hibridinis keitiklis turi integruotą autonominio įkrovimo funkciją, skirtą pagerinti įkrovimo efektyvumą. Prie tinklo prijungti keitikliai saugumo sumetimais automatiškai išjungia saulės baterijų sistemos maitinimą nutrūkus elektros tiekimui. Kita vertus, hibridiniai keitikliai leidžia vartotojams turėti tiek autonominio, tiek prie tinklo prijungto įkrovimo funkcijas, todėl energija tiekiama net ir nutrūkus elektros tiekimui. Hibridiniai keitikliai supaprastina energijos stebėjimą, leisdami svarbius duomenis, tokius kaip našumas ir energijos gamyba, patikrinti per keitiklio skydelį arba prijungtus išmaniuosius įrenginius. Jei sistemoje yra du keitikliai, juos reikia stebėti atskirai. Nuolatinės srovės jungtis sumažina nuostolius AC-DC konvertavimo metu, nes baterijų įkrovimo efektyvumas yra apie 95-99 %, o AC jungties - 90 %. Hibridiniai keitikliai yra ekonomiški, kompaktiški ir lengvai montuojami. Naujo hibridinio keitiklio su nuolatinės srovės akumuliatoriais įrengimas gali būti pigesnis nei esamos sistemos kintamosios srovės akumuliatorių montavimas, nes valdiklis yra šiek tiek pigesnis nei prie tinklo prijungtas keitiklis, perjungimo jungiklis yra šiek tiek pigesnis nei paskirstymo spinta, o nuolatinės srovės sprendimas gali būti paverstas universaliu valdymo keitikliu, taip sutaupant tiek įrangos, tiek įrengimo išlaidas. Ypač mažos ir vidutinės galios autonominėms sistemoms nuolatinės srovės sistemos yra itin ekonomiškos. Hibridinis keitiklis yra labai modulinis ir prie jo lengva pridėti naujų komponentų ir valdiklių, o papildomus komponentus galima lengvai pridėti naudojant santykinai nebrangius nuolatinės srovės saulės valdiklius. Hibridiniai keitikliai sukurti taip, kad bet kuriuo metu būtų galima integruoti kaupimą, todėl lengviau pridėti akumuliatorių blokus. Hibridinė keitiklio sistema yra kompaktiškesnė ir naudoja aukštos įtampos elementus su mažesniais kabelių dydžiais ir mažesniais nuostoliais. Tačiau hibridiniai saulės keitikliai netinka esamoms saulės sistemoms atnaujinti ir yra brangesni montuoti didesnės galios sistemose. Jei klientas nori atnaujinti esamą saulės sistemą, kad į ją būtų įmontuojama ličio baterijų sistema, hibridinio saulės keitiklio pasirinkimas gali apsunkinti situaciją. Priešingai, akumuliatorinis keitiklis gali būti ekonomiškesnis, nes norint įdiegti hibridinį saulės keitiklį, reikėtų visiškai ir brangiai perdaryti visą saulės baterijų sistemą. Didesnės galios sistemas sudėtingiau montuoti ir jos gali būti brangesnės dėl poreikio daugiau aukštos įtampos valdiklių. Jei dienos metu sunaudojama daugiau energijos, efektyvumas šiek tiek sumažėja dėl nuolatinės srovės (PV) transformacijos į nuolatinę srovę (akumuliatorius) ir kintamąją srovę.
Kintamosios srovės (AC) prijungimas
Sujungta PV + kaupimo sistema, dar žinoma kaip kintamosios srovės modifikuota PV + kaupimo sistema, gali realizuoti tai, kad PV modulių skleidžiama nuolatinė energija yra paverčiama kintamąja energija naudojant prie tinklo prijungtą keitiklį, o tada perteklinė energija paverčiama nuolatine energija ir kaupiama akumuliatoriuje naudojant prie tinklo prijungtą kaupimo keitiklį. Energijos konvergencijos taškas yra kintamosios srovės gale. Ją sudaro fotovoltinė maitinimo sistema ir ličio buitinių akumuliatorių maitinimo sistema. Fotovoltinę sistemą sudaro fotovoltinis masyvas ir prie tinklo prijungtas keitiklis, o ličio buitinių akumuliatorių sistemą sudaro akumuliatorių blokas ir dvikryptis keitiklis. Šios dvi sistemos gali veikti nepriklausomai, netrukdydamos viena kitai, arba gali būti atskirtos nuo tinklo ir suformuotos mikro tinklo sistema. Kintamosios srovės sistemos yra 100 % suderinamos su tinklu, lengvai montuojamos ir plečiamos. Yra standartiniai namų įrengimo komponentai, ir net santykinai didelės sistemos (nuo 2 kW iki MW klasės) yra lengvai plečiamos, kad būtų naudojamos kartu su prie tinklo prijungtais ir atskirais generatoriais (dyzeliniais varikliais, vėjo turbinomis ir kt.). Dauguma styginių saulės keitiklių, kurių galia didesnė nei 3 kW, turi dvigubus MPPT įėjimus, todėl ilgas styginių plokštes galima montuoti skirtingomis orientacijomis ir pakreipimo kampais. Esant aukštesnei nuolatinės srovės įtampai, kintamosios srovės jungtį lengviau ir paprasčiau įdiegti didelėse sistemose nei nuolatinės srovės sistemas, kurioms reikia kelių MPPT įkrovimo valdiklių, todėl ji yra pigesnė. Kintamosios srovės jungimas tinka sistemų modernizavimui ir yra efektyvesnis dienos metu, esant kintamosios srovės apkrovoms. Esamas prie tinklo prijungtas FV sistemas galima transformuoti į energijos kaupimo sistemas su mažomis sąnaudomis. Tai gali tiekti saugią energiją vartotojams, kai elektros tinklas neveikia. Suderinamas su įvairių gamintojų prie tinklo prijungtomis FV sistemomis. Pažangios kintamosios srovės jungčių sistemos paprastai naudojamos didesnio masto autonominėms sistemoms ir naudoja saulės baterijų inverterius kartu su pažangiais daugiarežimais inverteriais arba inverteriais / įkrovikliais, kad valdytų baterijas ir tinklą / generatorius. Nors jas gana paprasta ir galinga nustatyti, jos yra šiek tiek mažiau efektyvios (90-94 %) įkraunant baterijas, palyginti su nuolatinės srovės sistemomis (98 %). Tačiau šios sistemos yra efektyvesnės, kai maitinamos didelėmis kintamosios srovės apkrovomis dienos metu, pasiekiant 97 % ar daugiau, o kai kurias galima išplėsti keliais saulės baterijų inverteriais, kad būtų suformuoti mikro tinklai. Įkrovimas kintamąja srove yra daug mažiau efektyvus ir brangesnis mažesnėms sistemoms. Į akumuliatorių patenkanti energija kintamosios srovės jungimo metu turi būti konvertuojama du kartus, o kai vartotojas pradeda naudoti energiją, ji turi būti konvertuojama dar kartą, todėl sistemoje atsiranda daugiau nuostolių. Dėl to, naudojant akumuliatorinę sistemą, kintamosios srovės jungimo efektyvumas sumažėja iki 85-90 %. Mažesnėms sistemoms kintamosios srovės keitikliai yra brangesni.
Ne tinkle veikianti saulės sistema + energijos kaupimo sistema
Ne tinkle veikianti saulės sistema + kaupimo sistemas paprastai sudaro PV moduliai, ličio buitinė baterija, autonominis kaupimo keitiklis, apkrova ir dyzelinis generatorius. Sistema gali realizuoti tiesioginį akumuliatoriaus įkrovimą PV naudojant DC-DC konversiją arba dvikryptį DC-AC konversiją akumuliatoriui įkrauti ir iškrauti. Dienos metu PV energija pirmiausia tiekiama apkrovai, po to įkraunama baterija; naktį baterija iškraunama apkrovai, o kai baterijos energijos nepakanka, dyzelinis generatorius tiekia energiją apkrovai. Jis gali patenkinti kasdienį elektros energijos poreikį vietovėse be tinklo. Jį galima derinti su dyzeliniais generatoriais, kad būtų tiekiamos apkrovos arba įkraunamos baterijos. Dauguma autonominių energijos kaupimo keitiklių nėra sertifikuoti jungti prie tinklo, net jei sistema turi tinklą, jos negalima prijungti prie tinklo.
Taikomi energijos kaupimo keitiklių scenarijai
Energijos kaupimo keitikliai atlieka tris pagrindines funkcijas: piko reguliavimą, budėjimo režimo galią ir nepriklausomą galią. Pagal regionus, didžiausia paklausa Europoje yra didžiausia. Pavyzdžiui, Vokietijoje elektros energijos kaina 2023 m. pasiekė 0,46 USD/kWh ir užėmė pirmąją vietą pasaulyje. Pastaraisiais metais elektros energijos kainos Vokietijoje toliau kyla, o FV / FV kaupimo LCOE yra tik 10,2 / 15,5 cento už laipsnį, t. y. 78 % / 66 % mažesnė nei gyvenamųjų namų elektros energijos kainos. Skirtumas tarp gyvenamųjų namų elektros energijos kainų ir FV kaupimo sąnaudų toliau didės. Namų ūkių PV paskirstymo ir kaupimo sistemos gali sumažinti elektros energijos kainą, todėl brangių kainų regionuose vartotojai yra labai suinteresuoti įrengti buitinius kaupimo įrenginius. Didžiausios apkrovos rinkoje vartotojai dažniausiai renkasi hibridinius keitiklius ir kintamosios srovės akumuliatorių sistemas, kurios yra ekonomiškesnės ir lengviau gaminamos. Autonominiai akumuliatorių keitiklių įkrovikliai su galingais transformatoriais yra brangesni, o hibridiniuose keitikliuose ir kintamosios srovės akumuliatorių sistemose naudojami betransformatoriniai keitikliai su perjungimo tranzistoriais. Šie kompaktiški, lengvi keitikliai pasižymi mažesne viršįtampių ir maksimalia išėjimo galia, tačiau yra ekonomiškesni, pigesni ir lengviau gaminami. JAV ir Japonijoje reikalinga atsarginė energija, o autonominė energija yra būtent tai, ko reikia rinkai, įskaitant tokius regionus kaip Pietų Afrika. Remiantis EIA duomenimis, vidutinė elektros energijos tiekimo nutraukimo trukmė Jungtinėse Valstijose 2020 m. buvo daugiau nei 8 valandos, daugiausia dėl JAV gyventojų, gyvenančių išsibarsčiusiose vietovėse, senstančio tinklo dalyje ir stichinių nelaimių atveju. Namų ūkių PV paskirstymo ir kaupimo sistemų taikymas gali sumažinti priklausomybę nuo tinklo ir padidinti elektros energijos tiekimo patikimumą klientų pusėje. JAV PV kaupimo sistema yra didesnė ir aprūpinta daugiau akumuliatorių, nes reikia kaupti energiją reaguojant į stichines nelaimes. Nepriklausomas energijos tiekimas yra neatidėliotina rinkos paklausa, Pietų Afrikoje, Pakistane, Libane, Filipinuose, Vietname ir kitose šalyse, kuriose pasaulinėje tiekimo grandinėje yra įtampa, šalies infrastruktūros nepakanka gyventojams aprūpinti elektra, todėl vartotojai turi būti aprūpinti namų ūkių PV kaupimo sistemomis. Hibridiniai keitikliai, kaip atsarginės energijos šaltiniai, turi apribojimų. Palyginti su specialiais autonominiais akumuliatoriniais keitikliais, hibridiniai keitikliai turi tam tikrų apribojimų, daugiausia ribotą viršįtampių arba maksimalią galią elektros energijos tiekimo sutrikimų atveju. Be to, kai kurie hibridiniai keitikliai neturi arba turi ribotą atsarginės energijos tiekimo galimybę, todėl elektros energijos tiekimo sutrikimo metu galima tiekti tik mažas arba būtinas apkrovas, tokias kaip apšvietimas ir pagrindinės maitinimo grandinės, o daugelis sistemų elektros energijos tiekimo sutrikimo metu patiria 3-5 sekundžių vėlavimą. Kita vertus, autonominiai keitikliai užtikrina labai didelę viršįtampių ir maksimalią galią ir gali atlaikyti dideles indukcines apkrovas. Jei naudotojas planuoja maitinti didelio viršįtampio įrenginius, tokius kaip siurbliai, kompresoriai, skalbimo mašinos ir elektriniai įrankiai, keitiklis turi gebėti atlaikyti didelio induktyvumo viršįtampių apkrovas.
Nuolatinės srovės (DC) hibridiniai keitikliai
Šiuo metu pramonėje vis daugiau naudojama PV kaupimo sistemų su nuolatinės srovės jungtimi, siekiant integruoto PV kaupimo dizaino, ypač naujose sistemose, kuriose hibridinius keitiklius lengva ir pigiau įdiegti. Pridedant naujas sistemas, hibridinių keitiklių naudojimas PV energijai kaupti gali sumažinti įrangos sąnaudas ir įrengimo išlaidas, nes kaupimo keitiklis gali pasiekti valdymo ir keitiklio integraciją. Valdiklis ir perjungimo jungiklis nuolatinės srovės sistemose yra pigesni nei prie tinklo prijungti keitikliai ir paskirstymo spintos kintamosios srovės sistemose, todėl nuolatinės srovės sprendimai yra pigesni nei kintamosios srovės sprendimai. Valdiklis, akumuliatorius ir keitiklis nuolatinės srovės sistemoje yra nuosekliai sujungti, glaudžiau sujungti ir mažiau lankstūs. Naujai įdiegtoje sistemoje PV, akumuliatorius ir keitiklis projektuojami pagal naudotojo apkrovos galią ir energijos suvartojimą, todėl labiau tinka nuolatinės srovės hibridinis keitiklis. Nuolatinės srovės hibridiniai keitiklių gaminiai yra pagrindinė tendencija, BSLBATT taip pat pristatė savo 5 kW hibridinį saulės keitiklį praėjusių metų pabaigoje, o šiais metais iš eilės pristatys 6 kW ir 8 kW hibridinius saulės keitiklius! Pagrindiniai energijos kaupimo keitiklių gamintojų produktai labiau skirti trims pagrindinėms rinkoms: Europai, Jungtinėms Amerikos Valstijoms ir Australijai. Europos rinkoje, Vokietijoje, Austrijoje, Šveicarijoje, Švedijoje, Nyderlanduose ir kitose tradicinėse FV pagrindinėse rinkose daugiausia naudojami trifaziai įrenginiai, palankesni didesnių galios gaminių pardavimams. Italijai, Ispanijai ir kitoms Pietų Europos šalims daugiausia reikia vienfazių žemos įtampos gaminių. Čekijai, Lenkijai, Rumunijai, Lietuvai ir kitoms Rytų Europos šalims daugiausia reikalingi trifaziai įrenginiai, tačiau jų priimtina kaina yra mažesnė. Jungtinės Valstijos turi didesnę energijos kaupimo sistemą ir pirmenybę teikia didesnės galios gaminiams. Baterijų ir akumuliacinių keitiklių padalintas tipas yra populiaresnis tarp montuotojų, tačiau ateities plėtros tendencija yra baterijų keitikliai „viskas viename“. Fotovoltinės energijos kaupimo hibridiniai keitikliai dar skirstomi...
Akumuliatorių konstrukcija ir veikimo principai
Principinė akumuliatoriaus konstrukcija - tai indas su švino katodu ir anodu, pripildytas skiestos sieros rūgšties. Įprastiniai 12V akumuliatoriai sudaryti iš 6 tokių dalių (sekcijų), sujungtų nuosekliai. Anodas - teigiamas akumuliatoriaus polius, jungiantis teigiamas akumuliatoriaus švino plokšteles, o katodas - neigiamas polius, prie kurio jungiamos neigiamos plokštelės. Teigiamos ir neigiamos švino plokštelės yra skirtingos. Švino plokštelės pagrindas yra švino grotelės. Akumuliatoriaus darbinės savybės ir ilgaamžiškumas labai priklauso nuo grotelių kokybės. Švinas yra minkštas ir trapus metalas, todėl jis grynas grotelių gamybai netinka, kadangi skystas švinas blogai pripildo liejinių formas. Grynas švinas taip pat yra neatsparus korozijai. Todėl šis metalas legiruojamas įvairiais priedais. Maždaug prieš 20 metų švino lydiniams buvo naudojamas stibis (Sb). Švinas buvo lydomas su 5-10% stibio. Naudojant stibį, lydinys tampa plastiškas ir tvirtas. Akumuliatorių, pagamintą naudojant stibį, buvo būtina nuolat papildyti vandeniu, o nenaudojamas akumuliatorius turėjo būti reguliariai tikrinamas ir įkraunamas. Vėliau akumuliatoriai pradėti gaminti naudojant kalcį (Ca) švino grotelėms lieti. Į lydinį maišoma 0,5-1 % kalcio. Kalcis suteikia švinui tvirtumo ir plastiškumo. Akumuliatoriui dirbant vandens sunaudojama labai mažai. Nenaudojamo akumuliatoriaus savaiminė iškrova minimali. Tačiau kalcio lydinio akumuliatoriai turi vieną esminį trūkumą: juos sunku įkrauti. Tokį akumuliatorių labai iškrovus, dažnai atsitinka taip, kad vėl jį įkrauti būna gana sudėtinga. Todėl rekomenduojama tokio tipo akumuliatorių neiškrauti daugiau kaip 50% jų talpumo. Šiuo metu dauguma akumuliatorių gamintojų naudoja kalcio lydinius. Kitas žingsnis - hibridinė technologija. Taikant hibridinę technologiją akumuliatoriaus teigiamų plokštelių grotelės liejamos su stibio priedais, o neigiamų su kalcio. Tokiu būdu pagamintas akumuliatorius perėmė visas teigiamas abiejų ankstesnių technologijų savybes: vandens sunaudoja tik šiek tiek daugiau nei kalcio lydinio akumuliatoriai, savaiminė iškrova maža, imlumas įkrovai geras. Pirmieji akumuliatoriai, pagaminti pagal hibridinę technologiją, pasirodė 1990 metais. Neigiamų plokštelių lydinyje yra 0,02% kalcio, o teigiamų - 0,04% sidabro. Akumuliatoriaus amžius pailgėja 20%, gerokai pagerėja eksploatacinės savybės. Matyti,kad lydinio su sidabro priedais struktūra yra lygesnė, susiformavę kristalai didesni. Pats sidabro priedų lydinys atsparesnis korozijai, vibacijai ir turi mažesnę vidinę varžą. Todėl groteles galima daryti mažesnes. Sumažinus grotelių aukštį, padidėja elektrolito lygis virš plokštelės, o tai sumažina tiltelių tarp plokštelių grupių koroziją. Be to, taupomas švinas ir akumuliatorius yra lengvesnis. VARTA akumuliatoriuose teigiama plokštelė yra gerokai storesnė už neigiamą. Tokiu būdu padidinamas akumuliatoriaus ilgaamžiškumas. Seno, atidirbusio akumuliatoriaus neigiama plokštelė būna kaip nauja, o teigiama plokštelė būna gerokai pažeista korozijos. Kuo storesnė teigiama plokštelė, tuo ilgiau tarnaus akumuliatorius. Ant švino grotelių presuojama aktyvioji medžiaga, kuri tiesiogiai dalyvauja akumuliatoriaus elektrocheminiuose procesuose. Neigiamų plokštelių aktyvioji medžiaga yra švinas (Pb), o teigiamų - švino oksido pasta (PbO). Todėl teigiamos plokštelės yra rudos spalvos, o neigiamos - pilkos. Aktyviosios masės mikroporiškumas turi būti 30 -35%. Mažesnio tankio aktyvioji medžiaga anksti pradės byrėti, akumuliatorius greitai praras galią ir talpumą. Per didelio tankio - bus nepakankamai poringa, elektrolitas negalės laisvai pripildyti aktyviosios medžiagos tūrio ir akumuliatorius dirbs neefektyviai. Plokštelės dedamos į vokus-separatorius. Vokai sumažina aktyviosios masės eroziją ir neleidžia byrančioms dalelėms nusėsti ant akumuliatoriaus dugno. Vokai gali būti velkami ant teigiamų arba ant neigiamų plokštelių. Vokai gaminami iš plonos, skysčiui laidžios sintetinės medžiagos, kurios paviršius iš vienos pusės turi rantelius. Jei vokai skirti dėti ant teigiamos plokštelės, tai ranteliai bus voko viduje, jei ant neigiamos - iš išorės. Taip užtikrinamas geresnis elektrolito priėjimas prie teigiamų plokštelių, kadangi dirbant akumuliatoriui teigiamos plokštelės reikalauja 1,4 karto didesnės elektrolito cirkuliacijos. Anksčiau, nenaudojant vokų, akumuliatoriaus dugne turėjo būti 0,5 - 1,4 cm aukščio tilteliai, ant kurių buvo statomos plokštelės. Erdvė tarp plokštelės apačios ir akumuliatoriaus dugno leisdavo kauptis nuosėdoms, nesukeliant trumpo jungimo tarp plokštelių. Naudojant vokus, tilteliai nebereikalingi, todėl akumuliatorius gali būti žemesnis. Tolimesnį akumuliatoriaus gamybos procesą galima išskirti į du būdus. Gaminant pirmu būdu - plokštelės surenkamos į grupes, dedamos į sekcijas, virinamos jungtys tarp grupių, dedamas akumuliatoriaus dangtis, užlydomi poliai. Gaminant antru būdu, plokštelės įkraunamos specialiose voniose, paskui plaunamos ir džiovinamos. Toliau visas akumuliatorius surenkamas kaip ir pirmu būdu. Taip pagamintas akumuliatorius vadinamas sausai įkrautu. Užtenka bet kada pripilti į jį elektrolito, ir po kelių minučių jį jau galima naudoti. Paprastai toks akumuliatorius, jį tik užpildžius elektrolitu, būna įkrautas apie 80%. Pirmu būdu pagamintų akumuliatorių elektrolite kartais galima pastebėti panašių į suodžius priemaišų, kadangi plokštelės nebuvo plaunamos. Tačiau tai įtakos akumuliatoriaus darbui neturės, kadangi šiuo būdu pagaminti akumuliatoriai būna suvokais - separatoriais. Dar viena labai svarbi akumuliatoriaus dalis - dangtis. Šiuolaikinio akumuliatoriaus dangčio konstrukcija turi užtikrinti minimalų vandens garavimą iš elektrolito, vandenilio dujų išsiskyrimą bei neleisti ugniai ar kibirkštims patekti į akumuliatoriaus vidų per vėdinimo kanalus. Labirintas, esantis dangčio viduje, veikia kaip vandens garų rinktuvas. Akumuliatoriaus vėdinimo sistemoje yra įrengti filtrai - ugnies gaudytuvai. Akumuliatorius sudarytas iš 6 vienodų sekcijų. Sekcijos sujungtos nuosekliai. Kiekvienoje sekcijoje vykstant elektrocheminiams procesams sukuriama 2,12V įtampa. Visiškai įkrauto akumuliatoriaus įtampa yra 2,12 x 6 = 12,72V. Švino plokštelės užpiltos elektrolitu. Švinas (Pb) ir deguonis (O) gali jungtis į švino oksidą (PbO) arba į švino dioksidą (PbO2). Tai priklauso nuo laisvų elektronų skaičiaus išorinėse šių cheminių elementų orbitose. Naujo akumuliatoriaus teigiamos plokštelės padengtos švino oksidu, kuris vėliau virsta švino dioksidu. Kas gi įvyksta pripylus elektrolito: PbO + H2SO4 => PbSO4 + H2O. Švino oksidas reaguoja su sieros rūgštimi ir akumuliatoriaus plokštelės apsitraukia susidariusiu netirpaus švino sulfato (PbSO4) sluoksniu. Iš cheminės reakcijos lygties matyti, kad sieros rūgštis virsta švino sulfatu, drauge susidarant vandeniui. Praktiškai dėl šios reakcijos sumažėja elektrolito tankis. Jeigu pamatuosite elektrolito tankį po keliolikos minučių, pamatysite, kad jis mažesnis nei 1,28.
Akumuliatoriaus įkrovimas ir priežiūra
Akumuliatorių vertinimas pagal talpumą yra pats paprasčiausias ir skirtas apytikriai nustatyti jo tinkamumą konkrečiai paskirčiai. Rezervinis talpumas - tai laiko tarpas, per kurį akumuliatorius užtikrina 25A srovę esant +26,7°C temperatūrai iki akumuliatoriaus įtampa nukris iki 10,5V. Tai yra laikas, per kuri, neveikiant generatoriui, visiškai įkrautas akumuliatorius užtikrins visų būtinų automobilio įrengimų darbą važiuojant naktį blogomis oro sąlygomis. Ši akumuliatoriaus charakteristika yra tikslesnis talpumo apibūdinimas, tačiau plačiai nėra vartojama. Tai maksimali pastovaus dydžio srovė, tenkinanti žemiau nurodytas sąlygas. Visiškai įkrautas akumuliatorius iškraunamas startine srove. SAE (Amerikos standartas) Temperatūra -18°C. Visiškai įkrautas akumuliatorius iškraunamas startine srove. Po 10s įtampa turi būti ne mažesnė kaip 7,5V, po 90s - nemažesnė kaip 6V. EN (Europos standartas) Temperatūra -18°C. Visiškai įkrautas akumuliatorius iškraunamas startine srove. Po 10s įtampa turi būti ne mažesnė kaip 7,5V, po 90s - nemažesnė kaip 6V. Taigi vieno ir to paties akumuliatoriaus startinė srovė, taikant skirtingus standartus, gali skirtis 30%. Perkant akumuliatorių, patartina pasižiūrėti, kokiu standartu žymima startinė srovė. Standartų konversijos lentelėje parodyta kaip įvairūs standartai atitinka tarpusavyje. Perkant akumuliatorių, būtina atsižvelgti į automobilio ar akumuliatoriaus gamintojo rekomendacijas. Tačiau akumuliatoriaus talpumas ir startinė srovė negali būti mažesni, nei rekomenduojami gamintojo konkrečiam automobiliui konkrečioms klimato sąlygoms. Esant šaltoms žiemoms, neapsiriksite pirkdami akumuliatorių su didesne nei rekomenduojama startine srove. Toks akumuliatorius lengviau pasuks sustingusį nuo šalčio variklį. Skirtingų spalvų kreivės rodo rezultatus, gautus esant skirtingoms temperatūroms. Kreivė rodo, kokio stiprumo įkrovimo srovę akumuliatorius sugeba priimti įkrovimo metu. Visas akumuliatoriaus priimto krūvio kiekis per tam tikrą laiką...
MOKSLO ŽIRNIAI - Kaip užvesti lengvojo automobilio variklį naudojant akumuliatoriaus įkrovimo laidus
Akumuliatorių sujungimas
Veikiant autonominiams srovės šaltiniams, dažnai susiduriama su situacijomis, kai reikia vienu metu naudoti kelis tam tikru būdu sujungtus elementus. Tam reikia tam tikrų žinių apie srovės srauto ypatybes grandinėse su keliais maitinimo šaltiniais. Paprastai tai yra galingesnės išėjimo srovės poreikis, padidinta įtampos ar talpos vertė. Gautos kombinuotos baterijos ekstremalių energijos šaltinių anodas ir katodas yra jo bendrieji pliusai ir minusai. Akumuliatoriui, pagamintam iš serijiniu būdu sujungtų elementų, gaunama įtampa yra lygi naudojamų srovės šaltinių įtampų sumai. Gauta akumuliatoriaus talpa yra lygi tam, kuris turi silpniausias iš prijungtų baterijų. Jei surinkime bus naudojami skirtingos talpos elementai, tada tie, kurie turi mažesnę talpą, turės didesnį vidinį pasipriešinimą, palyginti su kitais. Tuo pat metu vis tiek veiks galingesnės surinkimo baterijos, o agregatas bus naudojamas. Svarbu! Galų gale, nuolat kartojamas sustiprintas silpno surinkimo elemento iškrovimas ir įkrovimas greitai sukels jo gedimą. Todėl nuosekliajame jungime turėtų būti naudojami vienodos talpos elementai. Tokiu atveju visi anodai yra sujungti su vienu bendru laidininku, o su kitu - visi prijungtų baterijų katodai. Bendra gauto mazgo talpa (tiekiama srovė) yra lygi prijungtų maitinimo šaltinių talpos (praeinančios srovės) sumai. Dėmesio! Tai turi pražūtingą poveikį tiems, kurie turi mažiau pajėgumų. Lygiagretaus šaltinio, turinčio didelę mažos talpos įtampą, jungimo su didesnės talpumo elementu atveju, tačiau esant žemesnei įtampai, silpnos baterijos trumpasis jungimas įvyksta per mažesnę stipriosios vidinę varžą. Esant didesnei įtampai akumuliatoriuje, kurio talpa didesnė, atsiranda silpno elemento priverstinis įkrovimas, kuris taip pat daro neigiamą poveikį. Svarbu! Jei atsižvelgsite į baterijų sujungimo į nuoseklųjį ir lygiagrečiąjį agregatus taisykles, galite sukurti sudėtingas kombinuotas parinktis kartu naudodami abu metodus. Svarbu! Reikia suprasti, kad net ir laikantis visų prijungimo taisyklių, neįmanoma pasirinkti visiškai identiškų charakteristikų akumuliatorių. Norint pašalinti klaidas jungiant baterijas, patartina naudoti specialias jungtis, kurios pašalina perjungimo klaidas, pavyzdžiui, „T-Plug“ adapterius.
Akumuliatoriaus veikimo trukmės ir efektyvumo didinimas
Didėjant energijos kaupimo sistemų paklausai, baterijos tapo svarbiu daugelio programų komponentu. Tačiau akumuliatorių talpą ir efektyvumą gali paveikti keli veiksniai, tokie kaip žemos įtampos apsauga, antrinis iškrovimas ir įkrovimo bei iškrovimo ciklų priežiūra. Pirma, žemos įtampos apsaugą ir antrinio iškrovimo prevenciją galima pasiekti įdiegus atitinkamas įtampos stebėjimo ir valdymo sistemas. Tai apima pažangių įtampos jutiklių ir apsaugos grandinių naudojimą, kad būtų išvengta įtampos kritimo, dėl kurio akumuliatorius gali išsikrauti iki nesaugumo lygio. Antra, norint optimizuoti jo veikimą, labai svarbu reguliariai prižiūrėti akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo ciklus. Tai galima pasiekti taikant strateginius įkrovimo protokolus ir įdiegiant įkrovimo bei iškrovimo valdymo sistemas, kurios gali padėti užtikrinti, kad akumuliatorius veiktų visu pajėgumu. Trečia, akumuliatoriaus stebėjimo ir telemetrijos duomenų integravimas gali labai padidinti akumuliatoriaus sistemos efektyvumą ir našumą. Tai apima gyvybiškai svarbių akumuliatoriaus parametrų, tokių kaip įtampa, srovė, temperatūra ir įkrovimo būsena, stebėjimą realiuoju laiku, o tai gali suteikti įžvalgų apie bendrą akumuliatoriaus veikimą. Galiausiai, maksimaliai išnaudoti energijos kaupimo sistemas galima integruojant atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip saulės ir vėjo energija. Konkrečios tobulinimo priemonės apima šiuos aspektus: ciklinio naudojimo trukmės ilginimas. Norint pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką, tinklelio ir aktyviosios medžiagos sąsajoje tinklelio lydinio suformuotas korozijos sluoksnis turi turėti puikų laidumą, o tinklelis turėtų turėti anti-valkšnumo funkciją. Pagerinkite akumuliatoriaus įkrovimo priėmimo galimybes. Švino rūgšties akumuliatorių atveju nepakankamo akumuliatoriaus įkrovimo žala yra didesnė nei perkrovimo, todėl ypač svarbu pagerinti specialių baterijų įkrovimo galimybes. Patobulinta iškrovimo funkcija. Sumažinus sieros rūgšties elektrolito savitąjį svorį ir pridedant specialių elektrolitų priedų, galima sumažinti elektrodų plokščių koroziją, sumažinti elektrolitų atsisluoksniavimą ir pagerinti akumuliatoriaus įkrovimo priėmimo ir perkrovimo funkciją. Pasirinkite specializuotus vožtuvus.
Akumuliatoriaus priežiūros taisyklės
- Baterijos įkrovimas: Pirma ir svarbiausia taisyklė - teisingas baterijos įkrovimas. Bateriją visada reikėtų įkrauti, naudojant originalų arba patikimą įkroviklį, kuris atitinka gamintojo nurodytas rekomendacijas. Nenaudokite pigių ar nežinomų gamintojų įkroviklių, nes jie gali būti nekokybiški arba netinkamai sureguliuoti, kas gali sukelti baterijos pažeidimus arba sutrumpinti jos tarnavimo laiką.
- Iškrovimo lygis: Stebėkite baterijos iškrovimo lygį, kad jis nepasiektų labai žemos vertės. Li-ION baterijos turi ilgesnį tarnavimo laiką, jei jos yra išsaugomos tarp 20-80% iškrovimo lygio. Venkite leisti baterijai visiškai išsikrauti arba ilgą laiką būti labai įkrautai, nes tai gali sumažinti jos gyvenimo trukmę.
- Saugojimas: Jei planuojate ilgą laiką nenaudoti elektrinio paspirtuko ar dviračio, būtina tinkamai saugoti bateriją. Baterija turėtų būti laikoma sausoje ir vėsioje vietoje, kurioje nėra tiesioginių saulės spindulių arba aukštos temperatūros. Rekomenduojama bateriją laikyti įkrautą ~80%.
- Teisingas naudojimas: Būtina naudoti bateriją pagal gamintojo nurodymus ir rekomendacijas. Venkite baterija perkrauti. Taip pat vengti naudoti bateriją esant smarkiam šalčiui arba kaitrai, nes tai gali neigiamai paveikti jos veikimą.
- Periodinis baterijos būklės tikrinimas: Reguliariai tikrinkite baterijos būklę, įsitikinkite, kad jos jungtys yra švarios ir nesugadintos. Jei pastebite pažeidimus ar kitokias problematines būsenas, rekomenduojame atlikti diagnostiką ir apžiūrą. Li-ION baterijos gali tarnauti ilgą laiką, jei joms teikiama tinkama priežiūra.
Akumuliatoriaus priežiūros patarimai
- Nenaudojami akumuliatoriai ima savaime išsikrauti, o šio proceso metu ant akumuliatoriaus plokštelių formuojasi švino sulfatas ir trukdo srovės tekėjimui.
- Užtikrinkite, kad akumuliatoriaus paviršius būtų švarus ir sausas - valykite antistatine šluoste. Drėgmė variklio skyriuje sukelia el. srovės paviršinį nuotėkį, kuris eikvoja energiją.
- Atšalus orui, akumuliatoriaus gebėjimas užvesti variklį sumažėja. Todėl, kad akumuliatoriui užtektų galios, išjunkite papildomus el. srovę naudojančius įtaisus, pvz., oro pūtiklius ir šildymą, kol bus paleistas variklis.
- Per trumpus automobilio pasivažinėjimus dažnai sunaudojama daugiau energijos, negu generatorius gali pagaminti ir įkrauti akumuliatorių, o tai reiškia, kad akumuliatorius pastoviai iškraunamas. Todėl, jeigu įmanoma, išvažiuokite su automobiliu ilgesnėms kelionėms, kad akumuliatorius spėtų įsikrauti, arba, dar geriau, prijunkite akumuliatorių prie išorinio kompensacinio įkrovimo naudodami specialų įkroviklį.
- Dažni trumpi pavažiavimai su daug sustojimų ir pajudėjimų, mažina energijos lygį akumuliatoriuje kiekvieno užvedimo ir pajudėjimo metu.
- Nenaudojate savo automobilio žiemą? Jeigu taip ir akumuliatorius paliekamas automobilyje, atjunkite jo neigiamą gnybtą. Akumuliatorius privalo išlikti sausas ir vėsus (tačiau apsaugotas nuo šalčio) ir užtikrintas bet jau <12,5V lygio įkrovimas esant atvirai grandinei.
- Visada galite pasikliauti gerai prižiūrimu akumuliatoriumi, tačiau kas atsitinka, kai kaimynas negali užvesti savo automobilio? Jūs, žinoma, norite padėti ir greitai bei paprastai išspręsti problemą. Tačiau iš pradžių reikia atsiminti vieną dalyką, kad dėl automobilyje esančių jautrių elektronikos komponentų, pagalbinį užvedimą derėtų atlikinėti tik naudojant specialų variklio paleidiklį. - Pirmiausia sujunkite du teigiamus gnybtus (1) su (2). Po to padedančiojo automobilio akumuliatoriaus neigiamą gnybtą (3) sujunkite su (4), atviro metalo vieta ant įkraunamo automobilio korpuso, atokiau nuo akumuliatoriaus. - Dabar įjunkite įkraunamos transporto priemonės starterį ne daugiau kaip 15-ai sekundžių.
tags: #padidinti #akumuliatoriu #srove