Восени після перших блекаутів я рахував два варіанти резерву для свого будинку: генератор чи акумулятор до станції. Зупинився на акумуляторі для сонячної станції, бо потрібна була тиха автономність, а не гул у дворі. Найчастіше беруть LiFePO4 або свинцево-кислотний AGM. Нижче розкладаю, чим вони різняться і що перевірити перед покупкою.
Чи потрібен акумулятор для сонячної станції
Тут є поширена помилка. Багато хто думає, що акумулятор для сонячної станції обов'язковий завжди. Насправді класична мережева станція коштує найдешевше саме тому, що батарей не вимагає. Менше компонентів, простіший монтаж, нижчі витрати на заміну з часом. Надлишок генерації йде в мережу через облік, а не накопичується в акумулятор для сонячних панелей.
Пастка в іншому. Мережева СЕС без акумулятора автоматично вимикається, коли зникає мережа. Спрацьовує захист від острівного режиму, щоб станція не подавала струм у лінію, де можуть працювати ремонтні бригади. Тобто поки немає світла, панелі дім не живлять, навіть якщо надворі сонце.
Резерв під час відключень дає лише акумулятор у складі гібридної станції. Якщо ваша мета економія на стабільній мережі, акумулятор не потрібен. Якщо мета автономність під час блекаутів, без нього не обійтись. Накопичити надлишок генерації на вечір теж дає змогу лише системи зберігання енергії, зібрані навколо батареї.
Типи акумуляторів для сонячних станцій
На ринку для СЕС беруть три типи акумуляторів. Хімія в них різна, і саме вона задає ресурс, вагу й поведінку на морозі.
Свинцево-кислотні (AGM і GEL)
Свинцево-кислотні діляться на два підтипи за тим, як зв'язаний електроліт. У AGM кислота вбирається у скловолоконні сепаратори, у GEL загущується до гелю. GEL зазвичай служить довше і краще тримає цикл, ніж AGM. Обидва важкі й чутливі до глибокого розряду, зате коштують менше за літій на старті. Це робоча база для невеликого резерву, де гроші важливіші за ресурс.
Літій-залізо-фосфатні (LiFePO4)
LiFePO4 тримає в рази більше циклів за ту саму вагу й значно глибший корисний розряд. Хімія стабільна, тому такий акумулятор терпить щоденне циклування, яке свинець добиває за пару років. Заряджати його можна у вузькому вікні від 0°C до 50°C, а ось розряджати ширше, від мінус 20°C до плюс 60°C. На своїх об'єктах я бачив, що саме LiFePO4 ставлять, коли потрібен щоденний резерв на роки, а не на сезон.
Літій-іонні (Li-Ion)
Звичайні літій-іонні комірки дають більшу щільність енергії, але поступаються LiFePO4 у стабільності й безпеці. Для стаціонарної СЕС вища ємність на кілограм рідко важить більше за надійність, тому в будинках Li-Ion беруть рідше. Його ніша там, де критична вага й габарити, а не довговічність.
Ключові параметри вибору акумулятора
Перед покупкою я звожу вибір до трьох чисел. Скільки енергії батарея реально віддасть, наскільки глибоко її можна розряджати і скільки таких циклів вона витримає.
Ємність в А·год
Ємність показує, скільки енергії акумулятор запасає. Але паспортні А·год і корисні А·год різняться, бо до кінця розряджати батарею не можна. Тому під реальне споживання завжди закладайте запас, інакше до ранку резерву не вистачить. Як перевести добові кіловати у потрібну ємність, показує окремий розрахунок сонячної електростанції під конкретний дім.
Глибина розряду
Глибина розряду визначає, яку частку ємності можна відбирати без шкоди для батареї. LiFePO4 технічно розряджається до 100%, але виробник радить тримати близько 80% заради ресурсу. Свинцево-кислотні різко втрачають цикли, якщо опускати їх глибше ніж на 50%. Тому на однакових паспортних 100 А·год літій віддасть близько 80 корисних, а AGM лише близько 50.
Кількість циклів заряд-розряд
Цикл заряд-розряд це один повний прохід від заряду до розряду й назад. Ресурс рахують у таких циклах, і він прямо залежить від глибини розряду. AGM витримує близько 600 циклів за розряду на 50%, GEL близько 750. LiFePO4 за даними виробника тягне до 4500 циклів за глибини 80% і температури 25°C. Звідси й різниця у строку служби, яка видна в таблиці нижче.
Навіщо акумулятору BMS
BMS, або система керування батареєю, стежить за кожною коміркою літієвого акумулятора й не дає їй вийти за безпечні межі. Свинцево-кислотні працюють без такої плати, бо терплять дисбаланс комірок і не бояться того, що небезпечне для літію. А для LiFePO4 саме BMS визначає, скільки батарея проживе.
П'ять задач вона закриває одночасно:
- Балансування комірок вирівнює заряд між банками, щоб одні не перезаряджались, поки інші недозаряджені.
- Захист від перезаряду зупиняє зарядку, коли напруга комірки сягає межі.
- Захист від глибокого розряду відключає віддачу нижче безпечної напруги.
- Захист від надструму розриває коло при короткому замиканні чи перевантаженні.
- Температурний захист блокує заряд нижче 0°C, щоб уникнути осідання металевого літію, і зупиняє роботу при перегріві.
У LiFePO4 ця плата вбудована в корпус, у свинцю її просто немає. BMS легко сплутати з контролером заряду [DAUGHTER_LINK: kontroler-zaryadu-sonyachnih-paneley], але це різні пристрої. Контролер керує потоком від панелей, BMS береже самі комірки.
Як розрахувати потрібну ємність акумулятора
Ємність рахують від реального споживання, а не навмання. Розклав це на чотири кроки.
- Складіть добове споживання в кіловат-годинах, яке має тримати резерв. Не весь дім, а необхідне: холодильник, котел, світло, насос.
- Поділіть кіловати на напругу системи й отримаєте потрібні А·год. Під малу потужність беруть 12 В, під більшу 24 або 48 В.
- Додайте поправку на глибину розряду, бо корисна частина менша за паспортну: для AGM ділять приблизно навпіл, для LiFePO4 беруть близько 80%.
- Закладіть запас автономності в добах, якщо хочете пережити не одну ніч без сонця.
Під добове споживання й потрібну ємність А·год точний розрахунок ємності [DAUGHTER_LINK: yak-rozhrahuvati-dlya-domu] під конкретний дім дає число з прикладами й готовими поправками. Орієнтуйтесь спершу на реальне споживання приладів, а не на ємність батареї з вітрини.
Порівняння LiFePO4, AGM і гелевих акумуляторів
Свинцево-кислотні від літію відрізняються тим, що AGM і GEL дешевші зараз, але дорожчі за весь строк служби. На щоденному циклуванні свинець доводиться міняти в рази частіше.
| Тип | Корисний DoD | Цикли при 50% DoD | Цикли при 80% DoD | Строк служби | Старт по ціні | Вага |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AGM | до 50% | ~600 | ~400 | 7–10 років | низька | висока |
| GEL | до 50% | ~750 | ~500 | до 12 років | низька | висока |
| LiFePO4 | до 80–100% | ≥4500 | ~4500 | 10+ років | висока | низька |
На однакову корисну ємність свинцева збірка важить помітно більше, бо корисних А·год у ній удвічі менше. GEL краще за AGM тримає тепло й глибокий розряд, тому в нестабільних умовах його беруть охочіше. Літій виграє там, де батарея працює щодня; свинець лишається доречним для рідкого короткого резерву.
Який акумулятор підходить для інвертора
Перше, що звіряють з інвертором, це напруга системи. Під потужність до 1 кВт зазвичай беруть 12 В, до 3 кВт ставлять 24 В, понад 3 кВт переходять на 48 В. Чим вища напруга, тим менший струм за тієї самої потужності, а отже тонші кабелі й менші втрати.
LiFePO4 добре працює з гібридними інверторами, але універсальної сумісності не буває. Перевіряйте піковий струм розряду, бо саме він тримає пуск потужних приладів. На об'єктах я піднімав поріг відсічки розряду під літій вище, ніж він стояв під AGM, щоб не висаджувати батарею в нуль. У дорожчих зв'язках BMS обмінюється даними з інвертором за протоколом, і тоді інвертор сам бачить стан комірок.
Що обрати під вашу задачу
Вибір зводиться до сценарію. Для резерву на короткі відключення вистачить недорогого свинцево-кислотного акумулятора. Для щоденного циклування й автономності окупається LiFePO4, бо переживе свинець у кілька разів. Під гібридну станцію на 5 кВт я б одразу закладав літій, щоб не міняти банк через два сезони.
Чесно: акумулятор для СЕС окупається не завжди. Якщо світло зникає зрідка й ненадовго, дешевший резервний генератор чи ДБЖ часто розумніший за дорогу батарею. Рахуйте під свою частоту відключень, а не під чужий приклад.