Выбор аккумуляторной батареи

Один из основных расходных материалов для солнечной батареи является аккумуляторная батарея (АКБ). Чем качественнее и лучше будут подобраны аккумуляторы для солнечных батарей в системе резервного или автономного питания, тем меньше будут энергозатраты, а, следовательно, и общая стоимость электроэнергии, которую вырабатывает солнечная электростанция.

Без аккумуляторов ни одна из солнечных батарей работать не сможет – ведь потребленную от солнца энергию ей необходимо где-то накапливать, а потом вырабатывать в напряжение и ток, для стабильной работы электроприборов и техники.

 АКБ в солнечных электростанциях, помимо накопления заряда, решают и такие задачи, как:

· перекрытие пиковых нагрузок, с которыми не могут справиться сами фотомодули;

· использование накопленной энергии в ночное время;

· компенсация разницы между вырабатываемой и требуемой энергией при пасмурной погоде.

Для того чтобы подобрать оптимальную модель аккумулятора для работы с батареей, необходимо ознакомится с некоторыми составляющими, позволяющими принять единственно правильное решение. Прежде всего, нужно определиться с ёмкостью будущего аккумулятора, так как это самый важный технический показатель при выборе.

Как правило, для полноценной солнечной системы емкости одного-единственного аккумулятора недостаточно, поэтому используются несколько устройств. Для повышения емкости общей АКБ используются три метода коммутации [54]:

· последовательный. В этом случае общая емкость будет идентична емкости одного устройства (у всех аккумуляторов этот параметр должен быть одинаков), а напряжение сложится из суммы напряжений каждой АКБ.

· параллельный. При этом общее напряжение будет равно напряжению одного устройства, а емкости сложатся.

· последовательно-параллельный. При такой коммутации сложатся и емкости, и напряжения.

       Так как нам необходимо запасать огромное количество энергии, ёмкость аккумуляторных батарей должна быть максимально высокой. Для нашей солнечной электростанции мы выбрали аккумуляторные батареи MNG 250-12 (рис. 7.3.2.1.) ёмкостью 250 А*ч от компании «Солнечный Оскол». Номинальное напряжение данного аккумулятора составляет 12 вольт. Поэтому для того, чтобы наши аккумуляторы совпадали с напряжением выбранной системы в 24 вольта, соединим последовательно по 2 штуки в каждой ветви. Тип аккумуляторной батареи – гелевый.                        

 

Рис.7.1. Аккумуляторная батарея MNG 250-12

 

Таблица 7.2. Технико-экономические параметры и характеристики аккумуляторной батареи MNG 250-12

Параметр	Значение
Номинальное напряжение	12В
Номинальная ёмкость	250А*ч
Размер одного аккумулятора	520х270х220мм
Рабочий температурный диапазон	от -20 до +60^оС
Цена	23 200 руб.
Срок службы в буферном режиме	12 лет
Вес	70 кг
Саморазряд	менее 2% в месяц при температуре в 25^оС

       Данные аккумуляторные батареи полностью герметичны, обладают низким уровнем саморазряда, а также не требуют никакого обслуживания. Технология GEL в аккумуляторах серии MNG - обладают целым рядом преимуществ по сравнению с остальными свинцово-кислотными аккумуляторами. В ее основу положен электролит в состав которого входит загущенный силикогель. Как результат — отличные показатели виброустойчивости, значительное увеличение циклов заряда/разряда батареи по сравнению с другими технологиями, а также довольно неплохой срок службы. В таблице 7.2. даны все технико-экономические характеристики и параметры выбранной аккумуляторной батареи.

Для того чтобы определить сколько же нам необходимо аккумуляторов для проектируемой солнечной электростанции мы воспользовались онлайн-калькулятором. Этот калькулятор предоставляет возможность посчитать номинальную ёмкость аккумулятора в зависимости от количества потребляемой энергии. В итоге подсчёта, оказалось, что нам необходимо приблизительно 30 000 А*ч, что могут нам дать 120 ветвей выбранных аккумуляторов. В каждой ветви, как говорилось ранее, находится два последовательно соединённых аккумулятора. В итоге получаем, что необходимую ёмкость нам могут дать 240 аккумуляторных батарей.

 

Выбор инвертора

Инвертор в системе солнечной электростанции предназначен для преобразования постоянного тока в переменный, применяются для питания устройств переменного тока от батарей и сетей постоянного тока. Инверторы широко используются в компактных блоках сетевого питания, в которых сетевое напряжение выпрямляется, а затем инвертируется в переменное напряжение более высокой частоты. Это позволяет существенно снизить размеры и вес силового трансформатора.

Основным блоком инвертора является коммутатор, с заданной частотой изменяющий полярность подключения нагрузки к источнику постоянного тока, что и создает в нагрузке переменный ток. Кроме коммутатора, инвертор обязательно содержит электронную схему управления коммутатором (в современных приборах реализуемую часто с использованием микропроцессоров), а также может содержать трансформатор для повышения или понижения выходного напряжения, фильтры, приближающие форму выходного напряжения к синусоидальной, а также различные устройства защиты, стабилизации и т.д. Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц. Существует два режима работы инвертора. Первый режим – это режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора. Второй режим – это режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,5 раза больше, чем номинальная. В течение нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 2,5-3,5 раза большую, чем номинальная. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника или насоса. Как правило, мощность инвертора примерно равна расчетной мощности солнечного комплекса.

Инверторы бывают четырёх типов:

· Модифицированная синусоида – преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с модифицированной синусоидой (ещё одно название: квадратная синусоида). Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения: освещение, обогрев, заряд устройств и т.п.;

· Чистая синусоида – преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с чистой синусоидой. Такой инвертор пригоден для любого типа электроприборов: электродвигатели, медицинское оборудование и др.;

· Трехфазный – преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380В. Можно использовать для трехфазного оборудования;

· Сетевой – в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в общественную электросеть. Их стоимость, обычно, в несколько раз превышает стоимость несетевых инверторов [22].

Так как большинство электроприборов работают почти круглый день, сетевой инвертор нам не подходит. Нам необходимо два типа инверторов: один - синусоидальный будет преобразовывать напряжение постоянного тока 24В в напряжение переменного тока 220В для работы осветительного и бытового оборудования, а другой - трёхфазный будет преобразовывать напряжение постоянного тока 24В в напряжение переменного тока 380В для работы насосов, вентиляторов и прочего вспомогательного оборудования для котельной.

Для преобразования напряжения из 24 в 220В мы выбрали инвертор от российской фирмы «МАП Эекргия» мощностью в 9 кВт (рис.7.3.1.). В таблице 7.3.1. представлены все технико-экономические параметры и характеристики выбранного инвертора.

 

Рис.7.3.1. Инвертор МАП SIN Энергия PRO 24В

 

       Для того чтобы обеспечить в полной мере необходимой электроэнергией приборы на 220 В будем использовать 4 таких инвертора, соединённых параллельно в сеть, тем самым увеличив выходную мощность.

 

Таблица 7.3.1. Технико-экономические параметры и характеристики инвертора МАП SIN Энергия PRO 24В

Параметр	Значение
Мощность	9 кВт
Пиковая мощность	13 кВт
Входное напряжение	24 В
Выходное напряжение	220 В
КПД	93%
Рабочий температурный диапазон	от -25 до +50^оС
Масса прибора	48 кг
Цена	85 000 руб.

Для преобразования напряжения из 24 в 380 В мы выбрали инверторы этого же производителя «МАП Энергия» мощностью в 27 кВт (рис.7.4.3.2.). В таблице 7.3.3.2. представлены все технико-экономические параметры и характеристики выбранного инвертора.

Рис. 7.3.2. Инвертор МАП HYBRID 24-9 х 3 фазы

 

Таблица 7.3.2. Технико-экономические параметры и характеристики инвертора Инвертор МАП HYBRID 24-9 х 3 фазы

Параметр	Значение
Мощность	27 кВт
Пиковая мощность	39 кВт
Входное напряжение	24 В
Выходное напряжение	380 В
КПД	93%
Рабочий температурный диапазон	от -25 до +50^оС
Масса прибора	122 кг
Цена	320 000 руб.

 

       Для того чтобы обеспечить в полной мере имеющейся электроэнергией приборы на 380В будем использовать 3 таких инвертора, соединённых параллельно в сеть, тем самым увеличив выходную мощность.