Какой выбрать аккумулятор для солнечной станции?

Осенью после первых блэкаутов я просчитывал два варианта резервного питания для своего дома: генератор или аккумулятор к станции. Остановился на аккумуляторе для солнечной электростанции, так как нужна была тихая автономность, а не гул во дворе. Чаще всего выбирают LiFePO4 или свинцово-кислотный AGM. Ниже я подробно рассказываю, чем они отличаются и что проверить перед покупкой.

Нужен ли аккумулятор для солнечной станции

Здесь кроется распространенное заблуждение. Многие думают, что аккумулятор для солнечной электростанции обязателен всегда. На самом деле классическая сетевая станция стоит дешевле всего именно потому, что не требует батарей. Меньше компонентов, проще монтаж, ниже затраты на замену со временем. Избыток генерации уходит в сеть через прибор учета, а не накапливается в аккумуляторе для солнечных панелей.

Ловушка в другом. Сетевая СЭС без аккумулятора автоматически отключается при пропадании внешней сети. Срабатывает защита от островного режима, чтобы станция не подавала напряжение в линию, где могут работать ремонтные бригады. То есть, пока нет электричества, панели не питают дом, даже если на улице светит солнце.

Резерв во время отключений обеспечивает только аккумулятор в составе гибридной станции. Если ваша цель — экономия при стабильной сети, аккумулятор не нужен. Если же цель — автономность во время блэкаутов, без него не обойтись. Накопить избыток генерации на вечер тоже позволяют только системы хранения энергии, собранные на базе батареи.

Типы аккумуляторов для солнечных станций

На рынке для СЭС выбирают три типа аккумуляторов. Химия у них разная, и именно она определяет ресурс, вес и поведение на морозе.

Свинцово-кислотные (AGM и GEL)

Свинцово-кислотные делятся на два подтипа в зависимости от способа связывания электролита. В AGM кислота абсорбируется в стекловолоконных сепараторах, в GEL — сгущается до состояния геля. GEL обычно служит дольше и лучше выдерживает циклирование, чем AGM. Оба типа тяжелые и чувствительны к глубокому разряду, но стоят дешевле лития на старте. Это рабочая база для небольрого резерва, когда бюджет важнее ресурса.

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4)

LiFePO4 выдерживает в разы больше циклов при том же весе и допускает гораздо более глубокий полезный разряд. Стабильный химический состав позволяет такому аккумулятору переносить ежедневное циклирование, которое «убивает» свинец за пару лет. Заряжать его можно в узком температурном диапазоне от 0 °C до 50 °C, а вот разряжать — в более широком, от минус 20 °C до плюс 60 °C. На своих объектах я видел, что именно LiFePO4 устанавливают, когда требуется ежедневный резерв на годы, а не на один сезон.

Литий-ионные (Li-Ion)

Обычные литий-ионные ячейки обеспечивают более высокую плотность энергии, но уступают LiFePO4 в стабильности и безопасности. Для стационарной СЭС высокая емкость на килограмм редко весит больше, чем надежность, поэтому в домах Li-Ion используют реже. Его ниша — там, где критически важны вес и габариты, а не долговечность.

Ключевые параметры выбора аккумулятора

Перед покупкой я свожу выбор к трем показателям: сколько энергии батарея реально отдаст, насколько глубоко ее можно разряжать и сколько таких циклов она выдержит.

Емкость в А·ч

Емкость показывает, сколько энергии запасает аккумулятор. Но паспортные А·ч и полезные А·ч различаются, так как разряжать батарею до конца нельзя. Поэтому под реальное потребление всегда закладывайте запас, иначе до утра резерва не хватит. Как перевести суточные киловатты в требуемую емкость, показывает отдельный расчет солнечной электростанции под конкретный дом.

Глубина разряда

Глубина разряда (DoD) определяет, какую долю емкости можно отбирать без вреда для батареи. LiFePO4 технично разряжается до 100%, но производитель рекомендует придерживаться около 80% ради сохранения ресурса. Свинцово-кислотные резко теряют циклы, если разряжать их глубже чем на 50%. Поэтому при одинаковых паспортных 100 А·ч литий отдаст около 80 полезных, а AGM — всего около 50.

Количество циклов заряд-разряд

Цикл «заряд-разряд» — это один полный цикл от заряда до разряда и обратно. Ресурс измеряют в таких циклах, и он напрямую зависит от глубины разряда. AGM выдерживает около 600 циклов при разряде на 50%, GEL — около 750. LiFePO4, по данным производителя, выдает до 4500 циклов при глубине разряда 80% и температуре 25 °C. Отсюда и разница в сроке службы, которая видна в таблице ниже.

Зачем аккумулятору BMS

BMS, или система управления батареей, следит за каждой ячейкой литиевого аккумулятора и не позволяет ей выйти за безопасные пределы. Свинцово-кислотные работают без такой платы, так как они терпимы к дисбалансу ячеек и не боятся того, что критично для лития. А для LiFePO4 именно BMS определяет, сколько прослужит батарея.

У LiFePO4 эта плата встроена в корпус, у свинцовых батарей ее просто нет. BMS легко перепутать с контроллером заряда [DAUGHTER_LINK: kontroler-zaryadu-sonyachnih-paneley], но это разные устройства. Контроллер управляет потоком энергии от панелей, а BMS защищает сами ячейки.

Как рассчитать необходимую емкость аккумулятора

Емкость рассчитывают на основе реального потребления, а не наугад. Я разделил этот процесс на четыре шага.

1. Сложите суточное потребление в киловатт-часах тех приборов, которые должен питать резерв. Не всего дома, а только необходимого: холодильника, котла, освещения, насоса.
2. Разделите киловатты на напряжение системы и получите необходимые А·ч. Под малую мощность выбирают 12 В, под более высокую — 24 или 48 В.
3. Добавьте поправку на глубину разряда, так как полезная часть емкости меньше паспортной: для AGM делят примерно пополам, для LiFePO4 берут около 80%.
4. Заложите запас автономности в сутках, если хотите пережить не одну ночь без солнца.

Точный расчет емкости [DAUGHTER_LINK: yak-rozhrahuvati-dlya-domu] под конкретный дом с учетом суточного потребления и необходимой емкости в А·ч содержит примеры и готовые поправки. Ориентируйтесь в первую очередь на реальное потребление приборов, а не на емкость батареи с витрины.

Сравнение LiFePO4, AGM и гелевых аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы отличаются от литиевых тем, что AGM и GEL дешевле на старте, но обходятcя дороже за весь период службы. При ежедневном циклировании свинец приходится менять в несколько раз чаще.

При одинаковой полезной емкости свинцовая сборка весит заметно больше, так как полезных А·ч в ней в два раза меньше. GEL лучше переносит нагрев и глубокий разряд по сравнению с AGM, поэтому в нестабильных условиях его выбирают охотнее. Литий выграет там, где батарея задействована ежедневно; свинец остается оптимальным решением для редкого и краткосрочного резерва.

Какой аккумулятор подходит для инвертора

Первое, что сопоставляют с инвертором, — это напряжение системы. Для мощности до 1 кВт обычно выбирают 12 В, до 3 кВт устанавливают 24 В, а свыше 3 кВт переходят на 48 В. Чем выше напряжение, тем меньше сила тока при той же мощности, а значит, требуются более тонкие кабели и снижаются потери энергии.

LiFePO4 отлично работает с гибридными инверторами, но универсальной совместимости не существует. Проверяйте пиковый ток разряда, так как именно он обеспечивает пуск мощных электроприборов. На своих объектах я настраивал порог отсечки разряда для лития выше, чем он был установлен для AGM, чтобы не разряжать батарею в ноль. В более дорогих системах BMS обменивается данными с инвертором по протоколу связи, и тогда инвертор сам видит состояние ячеек.

Что выбрать под вашу задачу

Выбор сводится к сценарию использования. Для резервного питания при кратковременных отключениях хватит недорогого свинцово-кислотного аккумулятора. Для ежедневного циклирования и глубокой автономности окупается LiFePO4, так как он переживет свинец в несколько раз. Под гибридную станцию мощностью 5 кВт я бы сразу закладывал литий, чтобы не менять аккумуляторный банк через два сезони.