Аккумуляторы для ветряных генераторов

Аккумуляторы для ветрогенератора и солнечных батарей

Почему необходимы аккумуляторы для ветрогенератора и солнечных батарей

Часто задают вопрос: «Может ли солнечная электростанция или бытовой ветрогенератор работать без аккумуляторов?» В принципе конечно может. Только для этого необходимо соответствующее оборудование, способное обеспечить как безопасную работу ветряка, так и возможность подачи электроэнергии электроприборам. То есть нужны специальные контроллер и сетевой инвертор.

Но, с одной стороны, это оборудование редко, специфично и дорого. А, с другой, — если нет возможности продать поступающую от ВИЭ электроэнергию в сеть в тот момент, когда самому хозяину она не нужна, то она попросту теряется. Чтобы этого избежать систему солнечных батарей и ветрогенератора дополняют аккумуляторные батареи.

Какие аккумуляторы для солнечных панелей и ветрогенератора применяют

Для автономных электростанций и домовых источников бесперебойного электропитания применяют, чаще всего, аккумуляторы «автомобильного» масштаба. Аккумуляторную батарею составляют обычно из нескольких аккумуляторов ёмкостью 100-200 А/ч.

Господствующее положение здесь занимают кислотные аккумуляторы. Иные виды АКБ ныне не могут конкурировать с ними по цене и полезному действию.

Могут использоваться различные кислотные аккумуляторы: стартерный для автомобиля, гелевые или AGM, специальные аккумуляторы имеющие большое число циклов заряд-разряд.

Стартерные аккумы наиболее доступны по цене. Они продаются в любом автомагазине. Однако они не готовы к большому количеству циклов заряд-разряд. При разряде на 80% количество циклов составляет обычно от 100 до 200.

Аккумуляторы типа AGM – это аналогичные аккумуляторы, но изготовленные по особой технике. Электролит там впитывают стекломаты. Расситаны они ориентировочно на 250 тире 400 циклов.

Батареи типа GEL (гелевые) – также кислотные и герметичные, но в них электролит сгущён специальным гелем. Они рассчитаны на 350 и больше циклов. Эти аккумуляторы идут для солнечных панелей и ветрогенераторов чаще всего. Но и стоят они существенно дороже стартерных.

Специальные панцирные накопители – это аккумы изготовленные особым способом, позволяющим в разы улучшить их возможности. Электроды таких АКБ напоминают трубки. Изготавливаются электроды из сплавов химически чистых свинца и сурьмы. Что значительно удлиняет срок их службы. Такие АКБ выдерживают от 900 — 1500 циклов заряд-разряд на 80%.

Не так давно на рынке стали появляться новые подобные гелевым, но существенно улучшенные аккумуляторы, серии CARBON. Их ещё называют карбоновыми. За счёт изготовления пластин из свинца высокой очистки и укрепления их частицами углерода удалось достичь впечатляющих результатов. В первую очередь это касается увеличения цикличности заряд-разряд. Причём за истекший год этот показатель ещё улучшился за счёт карбонизации не только отрицательной, но и положительной пластин. Если прежние батареи марки KORD давали 2500 циклов при 80-процентном разряде, то нынешние VEKTOR уже — 3760 циклов при 70% разряде. Таким образом, цикличность, а следовательно и срок службы карбоновых аккумуляторов по сравнению с гелевыми увеличился в 6 раз.

На диаграмме ниже показано соотношение роста долговечности и стоимости карбоновых батарей в отношении к традиционным гелевым.

Выбираем оборудование для домашней ветроэлектростанции: контроллеры, инверторы и аккумуляторы

Настоящая статья является продолжением темы, которая посвящена организации автономной ветроэлектростанции на своем участке. В предыдущем материале мы рассмотрели ключевые параметры, по которым следует выбирать основной модуль силовой ветроэнергетической установки – ветрогенератор. Сегодня же предлагаем разобраться в особенностях вспомогательных устройств, обеспечивающих функционирование альтернативной электроустановки в режиме бесперебойного электроснабжения.

В статье будут рассмотрены следующие вопросы:

• Каким функционалом должен обладать контроллер ветрогенератора и какое устройство подойдет для силовой ВЭУ
• Как выбирать аккумуляторы для альтернативной системы электроснабжения
• Как выбрать инвертор и включить его в цепь альтернативной электроустановки

Какой контроллер применим к ветрогенератору

Контроллер заряда аккумуляторов – один из основных элементов альтернативной электроустановки. Его основная функция заключается в том, чтобы обеспечивать правильный и равномерный заряд аккумуляторной батареи, независимо от скорости ветра и разницы в среднесуточном объеме мощности, вырабатываемой ветрогенератором.

В сфере альтернативной энергетики применяются два типа контроллеров: контроллеры для солнечных батарей и контроллеры для ветрогенераторов. Бывают еще гибридные (комбинированные) контроллеры, которые используются в электроустановках, работающих от различных источников тока одновременно (ветрогенератор (ВГ), солнечные батареи (СБ), дизельгенератор и т. д.). И сейчас мы разберемся в том, какие контроллеры подходят именно для ветроэлектростанции.

Если никакого контроллера у вас еще нет, то разумнее всего покупать устройство, которое соответствует особенностям именно вашей системы: если система будет работать исключительно от ветра, то и контроллер нужен для ветрогенератора. Если же система комбинированная (например, ветрогенератор плюс СБ), то и контроллер необходим соответствующий.

Почему контроллер солнечных батарей не рекомендуется подключать к ветрогенератору

Ветряк должен постоянно находиться под электрической нагрузкой. Дело в том, что когда аккумуляторы зарядятся, контроллер, так или иначе, отключит АБ от источника тока. На состоянии солнечных батарей периодическое отключение нагрузки никак не отражается. Если же во время сильного ветра от нагрузки отключить ветрогенератор, последствия могут быть фатальны: ветряк либо сломается (лишившись нагрузки и раскрутившись до немыслимых оборотов), либо выдаст высокое напряжение и выведет из строя не рассчитанный на это солнечный контроллер.

Читайте также: Почему обрывает ремень генератора

Любой ветрогенератор, являющийся электрогенератором ограниченной выходной мощности, при временном поступлении неограниченной входной мощности должен иметь механизм гашения этой излишней энергии. Вот простой пример: имеем ВГ мощностью 1кВт*ч, рассчитанный на номинальную скорость ветра 12 м/с. При ветре 18-24 м/с входящая мощность возрастает пропорционально «кубу» роста скорости ветра. И эту лишнюю мощность надо куда-то деть. При подключении же ВГ к солнечному контроллеру, который не рассчитан на то, что при превышении каких-то параметров источника этот источник надо как-то замедлить, получим следующую ситуацию: аккумуляторы заряжены, ураган раскручивает ветряк, нагрузки нет, ветряк ломается.

Разумеется, что в конструкции современных ветрогенераторов реализована защита от бури (поворотом лопастей, складыванием хвоста и т. д.). Но механическая защита не рассчитана на защиту самого контроллера (особенно солнечного). И в тот момент, когда она сработает, входные транзисторы устройства уже могут сгореть (ведь рассчитаны они на напряжение солнечных батарей, которое не может превысить максимальных расчетных параметров). В силу этих причин специальные контроллеры ВЭУ оснащаются дополнительной балластной нагрузкой.

Контроллеры ветрогенератора и их особенности

Балластная нагрузка, встраиваемая в электрическую цепь контроллера ВЭУ, представляет собой мощный резистор, который сжигает лишнюю энергию, получаемую с ветряка. Балластная нагрузка включается в работу в тот момент, когда напряжение на клеммах аккумулятора достигает уровня, свидетельствующего о полном заряде АБ (примерно 14.2 Вольт – для батареи номиналом 12 В). С этого момента лишняя энергия будет сжигаться на балласте, одновременно защищая аккумуляторы от перезаряда и не давая ветрогенератору развивать слишком больших оборотов. Так ведут себя наиболее технологичные контроллеры ветрогенератора, которые и рекомендуется включать в комплект альтернативных электростанций.

Более простые и дешевые контроллеры ВЭУ (они часто применяются в бытовых системах) при увеличении напряжения на аккумуляторах выше заданных значений, просто замыкают фазы генератора. Такой «электромагнитный тормоз» полностью останавливает винт генератора и держит его в этом положении до тех пор, пока напряжение на АБ снова не упадет, и ей не потребуется дозарядка. Затем цикл повторяется. Полная остановка ветрогенератора отрицательно сказывается на состоянии аккумуляторных батарей, ведь несоблюдение режимов зарядки значительно сокращает срок их службы.

Чтобы продлить срок службы аккумуляторных батарей, домашнюю электростанцию необходимо комплектовать контроллерами ШИМ (PWM). Это устройства широтно-импульсной модуляции, которые обеспечивают оптимизированный цикл зарядки АБ: вовремя подключают и отключают батарею от источника тока, регулируют напряжение и силу тока на всех стадиях зарядки и т. д.

ШИМ контроллеры тоже сбрасывают часть энергии от ветрогенератора на балластную нагрузку, только делают это «умнее» и с относительно высокой частотой. Если ШИМ нет, значит – совсем барахло.

В автономных системах, работающих от солнечных батарей, принято использовать более совершенные контроллеры МРРТ. Они отслеживают точку максимальной мощности на основе вольтамперной характеристики источника тока и обеспечивают оптимальный режим заряда аккумуляторов. Говорить о широком применении МРРТ в ветроэнергетике пока еще рано.

С MPPT контроллером было получено в 1,5-2 раза больше мощности от одного и того же ветряка. Но, как я и говорил, MPPT алгоритм контроллера должен быть жестко привязан к конкретной модели ветрогенератора. Скорее всего, именно по этой причине MPPT контроллеры для ВГ по отдельности продаются редко.

Вывод: ШИМ контроллер ветрогенератора с балластной нагрузкой, который не останавливает генератор полностью, а лишь притормаживает его винт (чтобы обеспечить соблюдение основных параметров зарядки АКБ), будет оптимальным решением для домашней ветроэлектростанции. Главное, чтобы номинальные характеристики устройства соответствовали номиналу ветрогенератора.

Например, выставив порог отключения нагрузки по напряжению аккумулятора – 10,8 Вольт, можно защитить свинцово-кислотные аккумуляторы от глубокого разряда. Такая настройка позволяет отключать нагрузку, подсоединенную к контроллеру напрямую (не через инвертор), когда уровень разрядки АБ достигает критических значений. Это значительно продлевает срок службы аккумуляторов.

В целом, настраивая рабочие параметры контроллера, следует руководствоваться паспортными характеристиками аккумуляторных батарей.

О рациональном использовании излишков электрической мощности

Излишки энергии необязательно «сжигать» с помощью балластной нагрузки. Их можно перенаправить на другие цели.