Batterie per pannelli solari: panoramica dei tipi di batterie adatte e delle loro caratteristiche

I sistemi di energia alternativa vengono sempre più utilizzati per fornire elettricità alle abitazioni. Poiché i regimi di generazione e consumo di energia elettrica differiscono, è necessario garantirne l'accumulo per la successiva cessione. Concorda?

Per utilizzare l'energia nel momento di cui il proprietario ha bisogno, nello schema vengono inseriti accumulatori per pannelli solari. Illustreremo come selezionare correttamente i dispositivi progettati per funzionare in cicli di carica e scarica. I nostri consigli aiuteranno a scegliere il modello ottimale.

Batterie nel sistema di energia solare domestica

Comprendere i modi e le sfumature dell'utilizzo degli accumulatori per alimentare un edificio con l'elettricità proveniente dai pannelli solari consentirà di effettuare una scelta corretta dei dispositivi e garantirà la massima efficienza del sistema.

Per un acquisto ponderato è necessario comprendere a fondo le modalità di creazione di un array di accumulatori (blocco) e le regole per il calcolo delle caratteristiche principali.

Metodo di collegamento dei dispositivi in un unico array

Gli edifici residenziali e industriali assorbono un carico elettrico che supera le capacità di una singola batteria. Nel caso in cui il sistema solare sia progettato per un gran numero di apparecchi elettrici, è necessario creare un array di batterie seguendo l'esempio di un'unione simile di pannelli solari.

La connessione delle batterie in un unico array di accumulo di energia elettrica può essere effettuata in parallelo, in serie o in modo misto. La scelta dipende dai valori di potenza e tensione di uscita richiesti.

A seconda del metodo di collegamento delle batterie tra loro, è possibile ottenere diversi valori di tensione di uscita, tuttavia non si dovrebbero creare schemi eccessivamente complessi per evitare la formazione di correnti di equalizzazione tra i dispositivi nell'array.

Le batterie vengono collocate in casa o in altro edificio per garantire una temperatura ambiente compresa tra 10 e 25 gradi Celsius sopra lo zero e per prevenire il contatto con l'acqua. Ciò prolunga notevolmente la durata dei dispositivi e riduce le perdite di energia elettrica.

Le moderne tecnologie di produzione di batterie destinate all'installazione in edifici residenziali prevedono misure elevate di sicurezza ambientale. Pertanto, non è necessario adottare misure speciali per una ventilazione intensiva del locale. Tuttavia, non è consigliabile collocarle in locali abitativi.

Poiché le batterie hanno un peso considerevole (un dispositivo da 12 Volt e 200 Ah pesa circa 70 kg), devono essere posizionate sul pavimento o su scaffali robusti e ben fissati.

È necessario prevenire la possibilità di caduta delle batterie dall'alto, poiché in tal caso si danneggerebbero e i sistemi con elettrolito liquido sarebbero inoltre pericolosi per la salute umana in caso di depressurizzazione.

All'aumentare della lunghezza del cavo di alimentazione aumenta la resistenza elettrica, con conseguente riduzione dell'efficienza del sistema. Pertanto, si pratica il posizionamento delle batterie vicine l'una all'altra per ridurre al minimo la lunghezza totale dei cavi.

Lo scaffale per batterie deve sopportare un peso elevato. Ad esempio, un blocco di otto batterie da 200 Ah pesa più di mezza tonnellata.

Caratteristiche di funzionamento del sistema

Con il collegamento in parallelo e combinato serie-parallelo delle batterie in un unico array, è possibile uno squilibrio dei dispositivi nel livello di carica. Ciò comporta che il dispositivo non funzioni a ciclo completo, quindi la sua durata si esaurirà più rapidamente.

Un sistema di produzione di elettricità solare è sempre dotato di un controllore che gestisce la carica della batteria. In caso di creazione di un array di batterie, è inoltre necessario installare ponticelli di equalizzazione della carica.

Per evitare problemi di carica e scarica irregolare delle batterie riunite in un unico array, è necessario utilizzare dispositivi dello stesso modello, e ancora meglio dello stesso lotto. Questa regola è valida non solo per i sistemi di energia solare.

Attualmente, quasi tutte le abitazioni possono essere dotate di dispositivi che funzionano a 12 o 24 Volt, inclusi frigoriferi, televisori, ecc. Tuttavia, non ha senso distribuire una tale tensione in tutta la casa, poiché l'intensità di corrente sarebbe molto elevata.

Di conseguenza, per realizzare questa idea è necessario un cavo costoso con una sezione dei conduttori ampia e si avranno grandi perdite dovute alla resistenza elettrica.

Praticamente per tutti gli elettrodomestici esistono modelli che funzionano con una rete a 12 Volt in corrente continua. Se la distribuzione del cavo elettrico non è troppo lunga, è possibile utilizzare un sistema a bassa tensione.

Pertanto, nelle immediate vicinanze delle batterie, viene installato un inverter – un dispositivo per convertire la tensione elettrica.

Inoltre, la tensione effettiva in uscita dal blocco batterie può differire leggermente da quella dichiarata. Ad esempio, le batterie al gel completamente caricate, comunemente utilizzate in schemi con pannelli solari, forniscono una tensione di 13-13,5 Volt, pertanto l'inverter funge da stabilizzatore.

Calcolo della capacità necessaria delle batterie

La capacità delle batterie viene calcolata in base al periodo previsto di funzionamento autonomo senza ricarica e alla potenza totale di consumo degli apparecchi elettrici.

La potenza media di un apparecchio elettrico in un intervallo di tempo può essere calcolata come segue:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Dove:

• P₁ – potenza nominale dell'apparecchio;
• T₁ – tempo di funzionamento dell'apparecchio;
• T₂ – tempo totale di calcolo.

In quasi tutto il territorio della Russia esistono lunghi periodi in cui i pannelli solari non funzionano a causa del maltempo.

Installare grandi banchi di batterie per sfruttarli al massimo solo poche volte all'anno non è conveniente. Pertanto, nella scelta dell'intervallo di tempo durante il quale i dispositivi funzioneranno solo in scarica, è necessario basarsi su un valore statistico medio.

La quantità di energia generata dai pannelli solari dipende dalla densità delle nuvole. Se il tempo nuvoloso non è raro nella regione, la carenza di potenza in ingresso deve essere considerata nel calcolo della capacità del banco di batterie.

Se si prevede di utilizzare l'energia accumulata durante il giorno, ad esempio in riscaldamento a pannelli solari, è meglio adottare un intervallo leggermente più ampio, ad esempio 30 ore.

Nel caso di un lungo periodo in cui non sia possibile utilizzare i pannelli solari, è necessario applicare un altro sistema di produzione di elettricità, basato, ad esempio, su un generatore diesel o a gas.

Una batteria carica al 100% può, fino alla sua completa scarica, erogare una potenza che si può calcolare con la formula:

P = U x I

Dove:

• U – tensione;
• I – intensità di corrente.

Così, una batteria con parametri di tensione 12 volt e intensità di corrente 200 ampere può generare 2400 watt (2,4 kW). Per calcolare la potenza totale di più batterie, è necessario sommare i valori ottenuti per ciascuna di esse.

In vendita ci sono batterie con un'elevata potenza, ma costano care. A volte è molto più economico acquistare diversi dispositivi comuni in kit con cavi di collegamento.

Il risultato ottenuto deve essere moltiplicato per diversi coefficienti di riduzione:

• Rendimento dell'inverter. Con un corretto adattamento di tensione e potenza all'ingresso dell'inverter, si raggiungerà un valore massimo compreso tra 0,92 e 0,96.
• Rendimento dei cavi di potenza. Minimizzare la lunghezza dei cavi che collegano le batterie e la distanza dall'inverter è necessario per ridurre la resistenza elettrica. In pratica, il valore dell'indice è compreso tra 0,98 e 0,99.
• Scarica minima consentita delle batterie. Per qualsiasi batteria esiste un limite inferiore di carica, superato il quale la durata del dispositivo si riduce notevolmente. Di solito, i controller impostano un valore minimo di carica del 15%, quindi il coefficiente è circa 0,85.
• Perdita di capacità massima consentita prima della sostituzione delle batterie. Con il tempo si verifica l'invecchiamento dei dispositivi, l'aumento della loro resistenza interna, che porta a una riduzione irreversibile della loro capacità. Utilizzare dispositivi con capacità residua inferiore al 70% non è redditizio, quindi il valore dell'indice deve essere preso pari a 0,7.

Contrariamente a quanto si crede, il rendimento della batteria – il rapporto tra l'energia ricevuta e quella erogata – non deve essere incluso nel calcolo. L'indice di capacità della batteria indicato nella documentazione tecnica tiene conto del volume possibile per l'erogazione.

In conclusione, il valore del coefficiente integrale nel calcolo della capacità necessaria per le batterie nuove sarà approssimativamente pari a 0,8, mentre per quelle vecchie, prima della loro sostituzione, a 0,55.

Per fornire elettricità alla casa con un ciclo di carica-scarica della durata di 1 giorno, saranno necessarie 12 batterie. Mentre un blocco di 6 dispositivi lavorerà in scarica, l'altro blocco si caricherà.

Correnti massime ammissibili

Per ogni batteria, nella documentazione tecnica è specificata la corrente di carica massima consentita. Il superamento di questo valore porta al surriscaldamento del dispositivo e a una riduzione rapida e irreversibile delle sue prestazioni.

Pertanto, nella scelta delle batterie per l'assemblaggio di sistemi con accumulatore, è necessario assicurarsi che possano supportare il consumo dell'elettricità prodotta dai pannelli solari.

Un altro parametro importante è la corrente di scarica ammissibile:

• Corrente di scarica nominale, per la quale (o per un valore inferiore) è progettata la batteria. Il funzionamento di tutte le apparecchiature elettriche collegate al sistema deve essere garantito da questo parametro.
• Corrente di scarica massima che il dispositivo può fornire brevemente durante i carichi di punta. Tali carichi possono verificarsi all'accensione di alcune apparecchiature, ad esempio quelle contenenti compressori di frigoriferi o condizionatori.

Il superamento prolungato del primo parametro o il superamento breve del secondo porta a un'usura prematura della batteria. Con l'invecchiamento dei dispositivi, questi parametri diminuiscono del 20-30%, cosa da tenere in considerazione.

Caratteristiche del dispositivo e parametri principali

Le batterie per auto non sono progettate per un elevato numero di cicli di carica e scarica. Per l'energia alternativa e di riserva si utilizzano dispositivi di altro tipo. Poiché il loro costo è elevato, è necessario studiare attentamente tutti i parametri prima dell'acquisto.

Le modalità di funzionamento di una batteria in auto e in un sistema di energia alternativa sono così diverse che la sua destinazione viene indicata persino sul dispositivo stesso.

Tipi utilizzati per l'energia alternativa

Praticamente tutte le batterie utilizzate nell'energia alternativa e installate negli edifici sono del tipo senza manutenzione. L'utente non ha la possibilità di eseguire su di esse operazioni fisiche che ne alterino la struttura.

Ciò è fatto per minimizzare il rischio di impatto fisico o chimico delle batterie su persone, aria e oggetti circostanti. Pertanto, non è necessario uno studio dettagliato della struttura e delle sfumature fisico-chimiche del funzionamento delle batterie di diversi tipi. Occorre prestare maggiore attenzione alle differenze nelle principali caratteristiche tecniche dei dispositivi.

Le batterie OPzS sono realizzate in modo simile ai più semplici dispositivi al piombo-acido. La modifica della forma della piastra positiva consente di garantire un numero significativamente maggiore di cicli di carica e scarica rispetto agli equivalenti automobilistici.

Lo svantaggio è la presenza di elettrolita liquido, che può essere pericoloso in caso di perdita. Fascia di prezzo media.

Le batterie alcaline (al nichel) sono utilizzate raramente a causa della loro insensibilità alle correnti basse durante la carica e della necessità di completare un ciclo completo dallo stato carico a quello scarico. Altrimenti, si verificherà una riduzione della capacità della batteria.

Inoltre, questi dispositivi hanno un peso e dimensioni maggiori rispetto ai concorrenti con la stessa capacità. Sono pericolosi in caso di depressurizzazione. Segmento di prezzo basso.

La depressurizzazione della batteria è possibile in caso di difetti interni, eccessiva potenza della corrente di carica, caduta dall'alto o funzionamento in condizioni inadatte. I maggiori problemi saranno causati dai dispositivi che contengono liquidi pericolosi per evaporazione.

Nelle batterie AGM l'elettrolita è in uno stato legato all'interno di una struttura in fibra di vetro. Possono essere caricate con correnti basse. Sono praticamente sicure e occupano una fascia di prezzo media tra i concorrenti.

Nelle batterie GE (gel) all'elettrolita viene aggiunto ossido di silicio, per cui si trova in uno stato gelatinoso. I dispositivi hanno un elevato grado di sicurezza e buone caratteristiche. Fascia di prezzo alta.

Le batterie per l'energia alternativa non sono vendute nei negozi di auto. È possibile acquistarle presso aziende che vendono pannelli solari, impianti eolici o su Internet.

Le batterie al litio (ad esempio, i modelli litio-ferro-fosfato) hanno ottime caratteristiche, sono compatte, hanno un peso notevolmente inferiore e sono praticamente sicure. Tuttavia, il loro costo è notevolmente superiore rispetto ai tipi concorrenti, anche a quelli al gel.

Dal punto di vista del rapporto prezzo-caratteristiche tecniche, il tipo gel e litio sono i più interessanti. Ma gli investimenti iniziali sono molto elevati, quindi anche i dispositivi di altri tipi sono ampiamente diffusi sul mercato delle batterie per l'energia alternativa.

Sul mercato interno sono molto richieste batterie delle seguenti marche:

Le batterie presentate sono caratterizzate da eccellenti prestazioni operative e da un prezzo accessibile.

Scelta del modello di accumulatore

I parametri principali delle batterie per l'energia solare a cui prestare attenzione al momento dell'acquisto sono i seguenti:

• tensione e capacità, che determinano la potenza della batteria;
• profondità di scarica massima sicura, rispettando la quale è possibile il funzionamento della batteria per i periodi dichiarati dal produttore;
• numero garantito di cicli di carica e scarica, rispettando tutte le condizioni tecniche;
• entità dell'autoscarica, che caratterizza l'intensità della perdita di energia elettrica in una batteria carica durante l'inattività;
• corrente di carica massima, che determina la quantità di energia elettrica per unità di tempo che la batteria è in grado di accettare senza compromettere il funzionamento futuro;
• corrente di scarica nominale, che determina la quantità di energia elettrica per unità di tempo che la batteria è in grado di erogare a lungo termine senza compromettere il funzionamento futuro;
• corrente di scarica massima, che determina la quantità di energia elettrica per unità di tempo che la batteria è in grado di erogare brevemente senza compromettere il funzionamento futuro;
• temperatura ottimale per il funzionamento del dispositivo;
• dimensioni e peso della batteria, la cui conoscenza è necessaria per scegliere il luogo di posizionamento e il metodo di installazione.

Tutti questi parametri sono descritti nella documentazione tecnica, che viene pubblicata in formato elettronico sui siti web di tutti i principali produttori.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Panoramica delle sfumature del funzionamento di batterie di diversi tipi per sistemi solari:

Confronto di diversi tipi di batterie di avviamento. Vantaggi e svantaggi per l'energia alternativa:

Esperienza nell'uso di batterie al litio (LiFePo4). Un blocco reale di dispositivi automobilistici, le sfumature del suo funzionamento:

La scelta corretta delle batterie in base ai loro parametri garantirà il funzionamento affidabile di un sistema energetico alternativo. Non bisogna economizzare eccessivamente sul blocco di accumulo dell'energia elettrica – l'investimento iniziale verrà ripagato da un funzionamento ininterrotto del sistema per diversi anni.

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