Трохи про герметичні свинцеві акумулятори
Герметичні свинцеві акумулятори зазвичай виробляються за двома технологіями - гелевими та AGM. Докладніше розглянуто відмінності та особливості цих двох технологій. Надано загальні рекомендації щодо експлуатації таких акумуляторів.
Невід'ємним компонентом автономних сонячних енергосистем є акумуляторні батареї великої ємності, що не обслуговуються. Такі АКБ гарантують постійне якість і збереження функціональних можливостей протягом всього заявленого життєвого циклу.
Основні типи АКБ рекомендовані для застосування в автономних сонячних енергосистемах:
Технологія AGM - (Absorbent Glass Mat) Українською мовою це можна перекласти як "поглинаюче скловолокно". Як електроліт також використовується кислота в рідкому вигляді. Але простір між електродами заповнений мікропористим матеріалом-сепаратором на основі скловолокна. Ця речовина діє як губка, вона повністю всмоктує всю кислоту та утримує її, не даючи розтікатися.
При протіканні хімічної реакції всередині такого акумулятора також утворюються гази (в основному водень та кисень, їх молекули є складовими частинами води та кислоти). Їх бульбашки заповнюють деякі з пір, при цьому газ не випаровується. Він бере безпосередню участь у хімічних реакціях під час заряджання батареї, повертаючись назад у рідкий електроліт. Цей процес називається рекомбінацією газів. Зі шкільного курсу хімії відомо, що круговий процес не може бути 100% ефективним. Але в сучасних акумуляторах AGM ефективність рекомбінації досягає 95-99%. Тобто. всередині корпусу такого акумулятора утворюється мізерно мала кількість вільного непотрібного газу та електроліт не змінює своїх хімічних властивостейпротягом багатьох років. Тим не менш, через дуже довгий час вільний газ створює всередині батареї надлишковий тиск, коли він досягає певного рівня, спрацьовує спеціальний випускний клапан. Цей клапан також захищає батарею від розриву у разі виникнення позаштатних ситуацій: робота в екстремальних режимах, різке підвищення температури у приміщенні через зовнішні фактори тощо.
Основні переваги акумуляторів AGM перед технологією GEL, є нижчий внутрішній опір акумулятора. Насамперед це впливає на час заряду АКБ, який в автономних системах дуже обмежений, особливо в зимовий час. Таким чином, АКБ AGM швидше заряджається, а значить швидше виходить з режиму глибокого розряду, який згубить для обох типів АКБ. Якщо система автономна, то при використанні АКБ AGM її ККД буде вищою, ніж у такої системи з АКБ GEL, т.к. для заряду АКБ GEL потрібно більше часу та потужності, яких може не вистачати у похмурі зимові дні. При негативних температурах гелевий акумулятор зберігає більше ємності і вважається більш стабільним, але як показує практика, в похмуру погоду при слабких струмах заряду і негативних температурах, гелевий акумулятор не заряджатиметься через високий внутрішній опір і "задубілий" гелевий електроліт як акумулятор AGM буде заряджатися при малих струмах заряджання.
Спеціальне технічне обслуговування батарей AGM не потрібне. АКБ виготовлені за технологією AGM не вимагають обслуговування та додаткової вентиляції приміщення. Недорогі АКБ AGM чудово працюють у буферному режимі з глибиною розряду не більше 20%. У такому режимі служать до 10-15 років.
Якщо їх використовувати в циклічному режимі і розряджати хоча бдо 30-40%, їх термін служби істотно скорочується. АКБ AGM часто використовуються в недорогих безперебійниках (UPS) та невеликих автономних сонячних енергосистемах. Проте останнім часом з'явилися AGM батареї, які розраховані на більш глибокі розряди та циклічні режими роботи. Звичайно, за своїми характеристиками вони поступаються АКБ GEL, але чудово працюють в автономних сонячних системах енергопостачання.
Але головна технічна особливість акумуляторів AGM, на відміну від стандартних свинцево-кислотних АКБ, - можливість роботи в режимі глибокого розряду. Тобто. вони можуть віддавати електричну енергію протягом тривалого часу (годинник і навіть добу) до стану, коли запас енергії падає до 20-30% від початкового значення. Після заряджання такого акумулятора він практично повністю відновлює свою робочу ємність. Звичайно, зовсім безвісти такі ситуації проходити не можуть. Але сучасні AGM акумулятори витримують від 600 і від циклів глибокої розрядки.
Крім того, у AGM батарей дуже малий струм саморозряду. Заряджений акумулятор може зберігатися протягом тривалого часу. Наприклад, за 12 місяців простою заряд акумулятора впаде лише до 80% від початкового. AGM акумулятори зазвичай мають максимальний дозволений струм заряду 0,3С, і кінцева напруга заряду 15-16В. Такі характеристики досягаються не тільки за рахунок конструктивних особливостей технології AGM. При виготовленні батарей використовуються дорожчі матеріали з особливими властивостями: електроди виготовляються з особливо чистого свинцю, самі електроди роблять товстішими, електроліт входить сірчана кислота високого ступеня очищення.
Технологія GEL - ( Gel Electrolite) У рідкий електроліт додають речовину на основі двоокису кремнію (SiO2),внаслідок чого утворюється густа маса, що нагадує за консистенцією желе. Цією масою заповнено простір між електродами всередині акумулятора. У процесі хімічних реакцій у товщі електроліту виникають численні газові бульбашки. У цих порах та раковинах відбувається зустріч молекул водню та кисню, тобто. газова рекомбінація
На відміну від AGM технології, акумулятори гелю ще краще відновлюються зі стану глибокого розряду, навіть у тому випадку, коли до процесу заряду не приступили відразу ж після зарядки батарей. Вони можуть перенести понад 1000 циклів глибокої розрядки без принципової втрати своєї ємності. Так як електроліт знаходиться в густому стані, то він менш схильний до розшарування на складові частини воду і кислоту, тому гелеві акумулятори краще переносять погані параметри струму підзаряду.
Мабуть, єдиний мінус гелевої технології - ціна, вона вища, ніж у батарей AGM такої ж ємності. Тому використовувати гелеві акумулятори рекомендується у складі складних та дорогих систем автономного та резервного електропостачання. А також у випадках, коли відключення зовнішньої електричної мережі відбуваються постійно, із завидною циклічністю. АКБ GEL краще витримують циклічні режими заряду-розряду. Також вони краще переносять сильні морози. Зниження ємності при зниженні температури акумуляторів також менше, ніж інші типи акумуляторів. Їх застосування більш бажано в системах автономного електропостачання, коли батареї працюють у циклічних режимах (заряджаються та розряджаються щодня) і немає можливості підтримувати температуру акумуляторів у оптимальних межах.
Майже всі герметичні акумулятори можуть встановлюватись на боці. Гелеві акумулятори теж відрізняються за призначенням - є як загальногопризначення, і глибокого розряду. Гелеві батареї краще витримують циклічні режими заряду-розряду. Їх застосування більш бажано у системах автономного електропостачання. Однак вони дорожчі за AGM батареї і тим більше стартерні.
Гелеві акумулятори мають приблизно на 10-30% більший термін служби, ніж акумулятори AGM. Також вони менш болісно переносять глибокий розряд. Однією з основних переваг акумуляторів гелю перед AGM є істотно менша втрата ємності при зниженні температури акумулятора. До недоліків можна віднести необхідність суворого дотримання режимів заряду.
Тому гелеві акумулятори рекомендується застосовувати там, де потрібно забезпечити тривалий термін служби при більш глибоких режимах розряду, а також якщо температура акумуляторів опускається нижче 5 градусів Цельсія.
Батареї AGM ідеальні для роботи в буферному режимі як запасний варіант при рідкісних перебоях електроенергії. У разі занадто частого підключення до роботи просто зменшується їхній життєвий цикл. У разі використання гелевих акумуляторів буває економічно більш виправдано.
Системи на основі технологій AGM і GEL мають особливі властивості, які просто необхідні для вирішення завдань в галузі автономного енергопостачання.
Акумулятори, виготовлені за технологіями AGM та GEL, є свинцево-кислотними АКБ. Вони складаються з подібного набору складових елементів. У надійний пластиковий корпус, що забезпечує необхідний ступінь герметизації, поміщені пластини-електроди, виготовлені зі свинцю або його особливих сплавів з іншими металами. Пластини занурені в кислотне середовище - електроліт, який може виглядати як рідина, або бути в іншому, більш густому та менш плинному стані. В результаті хімічних реакцій, що протікаютьміж електродами та електролітом виробляється електричний струм. При подачі зовнішньої електричної напруги заданої величини на клеми свинцевих пластин відбуваються зворотні хімічні процеси, в результаті яких батарея відновлює свої первісні властивості, заряджається.
Також існують спеціальні АКБ за технологією OPzS, які спеціально розроблені для "важких" циклічних режимів. Цей тип АКБ створювалися спеціально для використання у системах автономного електропостачання. Вони мають знижене газовиділення, допускають багато циклів заряду/розряду до 70% від номінальної ємності без пошкодження та значного скорочення терміну служби. Але цей тип АКБ не користується високим попитом в Україні через досить високу вартість АКБ у порівнянні з технологіями AGM і GEL.
Основні правила експлуатації акумуляторних батарей
1. Не допускайте зберігання АКБ у розрядженому стані. І тут відбувається сульфатація електродів. І тут АКБ втрачає ємність і значно скорочується термін служби АКБ.
2. Не допускайте короткого замикання клем АКБ. Це може відбуватися під час монтажу АКБ некваліфікованим персоналом. Сильний струм короткого замикання зарядженого АКБ здатний розплавити контакти клем і завдати термічного опіку. Коротке замикання також завдає серйозної шкоди АКБ.
3. Не намагайтеся розкривати корпус акумулятора, що не обслуговується. Електроліт, що міститься всередині, здатний викликати хімічний опік.
4. Підключайте АКБ у пристрій лише у правильній відповідності до полярності. Повністю заряджений АКБ має значний запас енергії та здатний при неправильному підключенні вивести пристрій (інвертор, контролер тощо) з ладу.
5. Не забудьте утилізувати відслужив свій термінбатарею відповідно до правил утилізації для виробів, що містять важкі метали та кислоти.