Параметры аккумуляторных батарей

N	Параметр	AGM	Гелевые трубчатые	Трубчатые с жидким электролитом
	Газовыделение	Нет газовыделения, может быть установлена в любом месте	Нет газовыделения, может быть установлена в любом месте	Высокое газовыделение, нужно отдельное помещение с вытяжной вентилляцией для размещения батарей
	Обслуживание электролита	Нет	Нет	Требуется часто
	Уровень зарядного тока	высокий	средний	низкий
	Требования к размещению	малый размер элемента, малые занимаемые площади	малый размер элемента, малые занимаемые площади	большой размер элемента, большие занимаемые площади
	Установка	обычно горизонтально или вертикально	горизонтально или вертикально	только вертикально. Установка друг над другом обычно невозможна для больших батарей
	Транспортировка	Может транспортироваться в заряженном состоянии	Может транспортироваться в заряженном состоянии	Транспортировка только разряженными и без электролита
	Саморазряд и восстановление	50% саморазряд за 6 месяцев. Легкое восстановление	50% саморазряд за 6 месяцев. Легкое восстановление	Очень высокий саморазряд. Восстановить трудно
	Срок службы (при 80% глубине разряда), циклов		более 1200	теоретически до 1500
	Срок хранения при подзаряде	средний	большой	большой
	Работа при высокой температуре	удовлетворительно, рекомендуется 20±5°С. Более высокие температуры резко снижают срок службы	Хорошо, особенно в полевых условиях	Хорошо, но требуется обслуживание
	Работа при низкой температуре	удовлетворительно, обычно температура не должна быть ниже -15°С	хорошо, до -25°С	плохо, обычно до -5°С
	Стратификация (разделение плотности электролита по высоте)	пренебрежимо мала, не требуется выравнивающий заряд	пренебрежимо мала, не требуется выравнивающий заряд	заметная, требуется частый выравнивающий заряд для ее предотвращения
	Емкость при очень малых токах разряда	хорошо	очень хорошо	удовлетворительно
	Восстановление после глубокого разряда	удовлетворительно	хорошо	плохо, сильная сульфатация препятствует восстановлению
	Скорость заряда	Отлично, 6-8 часов для 90% восстановления	Удовлетворительно, 8-10 часов для 90% восстановления	Плохо, 12-15 часов для 90% восстановления
	Работа при недоразряде	удовлетворительно	хорошо	плохо
	Влияние перезаряда	плохо, выводит из строя батарею (тепловой пробой)	хорошо	хорошо
	Работа при недозаряде	удовлетворительно, приводит к сокращению срока службы	хорошо	плохо
	Тепловой пробой	возможен, хотя и редко	невозможен	не наблюдался
	Цена	средняя	высокая	низкая

 

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея емкостью 190 А · час с выходным напряжением 12 В при 50 % разрядке может выдавать ток величиной 10 А примерно 9 часов. Запасенная энергия составляет 12 * 10 * 9 = 1.08 кВт · час ~ 3.9 МДж за цикл. При массе батареи 70 кг удельная энергия составит 56 кДж/кг. При работе аккумулятор может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 1080 Вт. Срок службы аккумулятора составляет 3 … 5 лет. Достоинства: от аккумулятора можно получать непосредственно электрическую энергию, выходной ток может достигать величины порядка тысячи ампер, выходное напряжение 12 В соответствует автомобильному стандарту, имеется множество устройств, работающих непосредственно от источника постоянного напряжения 12 В, имеются преобразователи 12/220 В различной мощности.

Кислотный аккумулятор не переносит глубокой разрядки, но не прочь подзаряжаться порциями при каждом случае. Щелочной наоборот, не любит отдавать больших токов, зато токи в количестве примерно 1/10 емкости готов отдавать долго и до изнеможения. То есть полный разряд он не только допускает, но и всячески приветствует (поскольку, если зарядить не разряженный полностью щелочной аккумулятор, он не наберет полной емкости – действует так называемый «эффект памяти», наиболее выраженный у никель-кадмиевых аккумуляторов). Заряжать/разряжать щелочной аккумулятор порциями нельзя. Зато при правильной эксплуатации (помимо зарядки/разрядки она подразумевает промывку банок и замену электролита раз в сезон) щелочники служат по 20 лет. Также, щелочные аккумуляторы плохо заряжаются малыми токами. То есть, ток через них течет, а заряда нет.

Этим объясняется тот факт, что щелочные аккумуляторы не нашли широкого применения в системах автономного электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Никель-кадмиевые батареимогут использоваться в некоторых случаях. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе разряда.

Пневматический накопитель

В стальной резервуар емкостью 1 м³ закачивается воздух под давлением 50 атмосфер. Чтобы выдержать такое давление, стенки резервуара должны иметь толщину примерно 5 мм. Сжатый воздух используется для выполнения работы. При изотермическом процессе работа A, совершаемая идеальным газом при расширении в атмосферу, определяется формулой:

A = (M / m) R T ln (V₂ / V₁)

где M – масса газа, m – молярная масса газа, R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура, V₁ – начальный объем газа, V₂ – конечный объем газа. С учетом уравнения состояния для идеального газа (P₁ V₁ = P₂ V₂) для данной реализации накопителя V₂ / V₁ = 50, R = 8.31 Дж/(моль · град), T = 293 ⁰K, M / m ~ 50: 0.0224 ~ 2232, работа газа при расширении 2232 * 8.31 * 293 * ln 50 ~ 20 МДж ~ 5.56 кВт · час за цикл. Масса накопителя примерно равна 250 кг. Удельная энергия составит 80 кДж/кг. При работе пневматический накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 5.5 кВт. Срок службы пневматического накопителя может составлять 20 и более лет. Достоинства: накопительный резервуар может быть расположен под землей, в качестве резервуара могут использоваться стандартные газовые баллоны в требуемом количестве с соответствующим оборудованием, при использовании ветродвигателя последний может непосредственно приводить в действие насос компрессора, имеется достаточно большое количество устройств, напрямую использующих энергию сжатого воздуха.

Ниже приведена таблица с параметрами рассмотренных накопителей энергии.

Таблица 2.4

Параметры накопителей.

Накопитель энергии	Характеристики возможной реализации накопителя	Запасенная энергия, кДж	Удельная запасенная энергия, кДж/кг	Максимальное время работы на нагрузку 100 Вт, минут	Срок службы, лет
Конденсаторный	Батарея емкостью 1Ф, напряжением 250 В, масса 120 кг	31.25	0.26	5.2	до 20
Копровый	Масса копра 2 т, высота подъема 5 м		0.05	16.7	более 20
Гидравлический гравитационный	Масса воды 10 т, высота перекачки 10 м		0.1		более 20
Маховик	Стальной маховик массой 100 кг, диаметр 0.4 м, толщина 0.1 м				более 20
Свинцово-кислотный аккумулятор	Емкость 190 А · час, выходное напряжение 12 В, масса аккумулятора 25 кг				3 … 5
Пневматический	Стальной резервуар объемом 1 м^3массой 250 кг со сжатым воздухом под давлением 50 атмосфер				более 20