Každá solární elektrárna se skládá z několika hlavních prvků zařízení, z nichž každý má svou vlastní životnost. Záleží na typu solárních panelů, měniče, regulátoru a baterie a také na jejich provozních podmínkách. Nejdražší modely mají maximální životnost. Z tohoto důvodu je nákup stavebnice vždy spojen s hledáním optimálního poměru ceny a kvality všech součástí v ní obsažených.
Životnost solárních panelů
Moderní trh nabízí obrovskou škálu klasických i tenkovrstvých fotovoltaických modulů. Pro snadnou orientaci jsou bez ohledu na typ rozděleny do čtyř tříd (podrobněji jsme o vlastnostech jednotlivých tříd solárních panelů psali zde ).
1. „Stupeň A“.
Nejvyšší třída kvality. Charakteristickými rysy jsou úplná absence mechanických a strukturálních vad. Výrobci jsou společnosti z TOP 20 známého globálního Tier-1 ratingu od Bloomberg. Odolávají nepříznivým provozním podmínkám lépe než všechny ostatní možnosti. Garantovaná životnost takových solárních panelů je 12-15 let při zachování 90% počáteční účinnosti a 25-30 let – 80%.
2. „Stupeň B“.
Mírně horší kvalita než moduly nejvyšší kategorie. Je téměř nemožné vizuálně určit rozdíly, takže třídu produktu lze zkontrolovat pouze pomocí technické dokumentace. Vyrábějí se především v továrnách v Říši středu. Při absenci podmínek vyšší moci mohou vydržet stejných 25 let se ztrátou ne více než 20 % účinnosti.
3. “Stupeň C”.
Výrobci modulů této třídy jsou málo známé asijské společnosti. Stojí o 25-30% méně, ale vyznačují se přítomností znatelných vnějších vad. Teoreticky si udrží přijatelný výkon 10-15 let, ale mohou prudce degradovat (o důvodu tohoto procesu jsme psali zde) i dříve. Pro spolehlivé SES se jejich nákup specialisty důrazně nedoporučuje.
4. “Stupeň D”.
Tento segment zahrnuje použité produkty a také netříděné panely nabízené šedým a černým trhem. Zbývající dobu jejich efektivního provozu nelze předpovědět.
Životnost měniče
Dalším povinným prvkem výbavy každé solární stanice je střídač. Toto zařízení převádí stejnosměrný proud z panelů na střídavé 220 volty dodávané spotřebičům.
Konstrukčně se střídače pro solární panely od sebe mírně liší. Rozdíl mezi modely spočívá především ve funkčnosti a spolehlivosti. Z tohoto důvodu je životnost měničů prémiové a rozpočtové třídy přibližně stejná a činí 10-15 let. Existuje však inovativní vývoj, který může prodloužit životnost na 20 let nebo více. Záruky výrobců obvykle udávají 5-7 let.
Tento prvek SES může vydržet podstatně méně pouze v důsledku předčasného selhání za okolností vyšší moci.
Životnost baterie
V autonomních a hybridních solárních elektrárnách je přítomnost baterie povinná, protože bez úložných zařízení nebude systém schopen dodávat energii nepřetržitě. Z hlediska technologického provedení a životnosti se baterie od sebe liší více než jakékoli jiné prvky solárních systémů.
V solárních systémech napájení lze použít následující typy baterií.
- Klasické olověné.
- AGM
- Na bázi gelových výplní.
- Li-On a technologicky podobné na bázi lithia.
Životnost solární baterie prvního typu nepřesahuje 3-4 roky, druhá – 5-7 let, třetí – až 12-15, čtvrtá – 20 let nebo více.
Uvedené typy pohonů se výrazně liší svými schopnostmi. Vzhledem k vysokým nákladům na nejúčinnější modely je však pro každý projekt vybrána baterie, jejíž nákup je finančně proveditelný. O tom, jaké baterie jsou pro solární elektrárny nejlepší, jsme již podrobněji psali v blogu.
Životnost regulátoru nabíjení
Všechny solární elektrárny využívající meziakumulátory energie vyžadují zařízení, které řídí rychlost a úroveň jejich nabíjení a vybíjení. Při absenci ovladače baterie rychle selhávají a doba jejich efektivního používání se výrazně zkracuje.
Tato zařízení jsou velmi různorodá. Nejjednodušší z nich jsou běžné proudové jističe, a proto je životnost takového regulátoru téměř nekonečná.
Složitější zařízení využívají řadu elektronických součástek a jejich provozní doba je mnohem kratší. Výrobci obecně poskytují na programovatelné automaty záruku 5 až 8 let. I když existují kopie s 10 a dokonce 12 letou záruční dobou.
Jak prodloužit životnost solárních panelů a dalších komponentů
Existují různé způsoby, jak maximalizovat efektivní provozní dobu jakékoli solární elektrárny. O některé z nich by se mělo pečovat předem, ještě před spuštěním stanice. Zbytek je nutné využívat po celou dobu jeho dalšího provozu.
Baterie je jedním z nejdůležitějších článků řetězce představujícího sluneční soustavu. Zde se akumuluje energie přijatá ze solárních panelů a následně se vynakládá na potřeby spotřebitele. Účinnost celého systému a zajištění jeho maximální účinnosti do značné míry závisí na baterii. Při nákupu baterie je třeba vzít v úvahu mnoho parametrů a technických charakteristik v každém konkrétním případě. Prvním krokem, který je ale potřeba udělat pro výběr správné baterie do solárních panelů, je rozhodnutí pro typ baterie, o kterém si povíme v tomto článku.
Jaké baterie se používají v solárních panelech
Do solárních panelů není možné vybrat jen tak ledajakou baterii. Například běžný automobilový, který je tradičně určen pro krátkodobé špičkové zatížení při startování vozu (provoz startéru) s následným obnovením náboje při pohybu, nebude fungovat. Je nežádoucí nechat takovou baterii vybití pod 45–50 %, což v případě solárních panelů není vhodné. Koneckonců, v noci se baterie instalované v systémech solárních panelů začínají ztrácet na úroveň nepřijatelnou pro běžné startovací baterie. Pro solární systémy je nutné používat baterie s hlubokým cyklem, tedy takové, které jsou často vybité alespoň na 50 % nebo dokonce na 80–90 %. Dnes existuje několik hlavních typů, pojďme se podívat na jejich vlastnosti.
Typy baterií
Olověné akumulátory
Jedná se o dlouholetý a nejrozšířenější typ baterie, která byla dlouho považována za nejpreferovanější pro off-grid napájecí systémy pro svou relativně nízkou cenu, spolehlivost a životnost. Existuje několik různých typů olověných akumulátorů, jako jsou uzavřené olověné akumulátory a zaplavené olověné akumulátory.
Zaplavená olověná baterie
Zaplavená olověná baterie
Hlavním typem této řady je rosol Olověný akumulátor, ve kterém je elektrolyt (kyselina) v kapalné formě. Takové baterie se skládají z článků, jejichž desky musí být zcela ponořeny v kapalině, aby správně fungovaly. Z tohoto důvodu se jim také říká „zatopené“ nebo „zatopené“. Potřebují pravidelně kontrolovat hladinu kapaliny, aby se ujistili, že destičky v ní zůstanou ponořené. Ještě před 10 lety byly takové baterie nejběžnějšími bateriemi s hlubokým cyklem a stále se používají v některých velkých systémech mimo síť. Jednou z jejich nevýhod je nutnost větrání v místnosti, kde se nacházejí, protože při nabíjení a vybíjení těchto baterií vzniká vedlejší produkt v podobě těkavých plynů, které z baterie unikají, aby se zabránilo nárůstu tlaku. Kvůli tomu také klesá hladina elektrolytu – je nutná neustálá údržba, baterii je potřeba hlídat a doplňovat vodu každé 1-3 měsíce, což je také nevýhoda tohoto typu baterie. Kromě toho, že baterie jsou objemné a korozivní a vyžadují pravidelné kontroly, musí být skladovány přísně ve svislé poloze, aby nedošlo k vytečení.
Ale na druhou stranu správným provozem, pravidelnou údržbou a péčí můžete udržet výkon baterie na správné úrovni. Díky tomu mohou takto zaplavené baterie fungovat po dlouhou dobu (až 20 let a více), což je výhoda takových baterií. Jsou také nejdostupnější a cenově nejvýhodnější kategorií pro solární panely. Proto pro ty, kterým nevadí pravidelná údržba a sledování, mohou být tyto baterie tou správnou volbou.
Ti, kteří nechtějí věnovat mnoho času a úsilí údržbě solárních systémů, stále přecházejí na používání jiných modelů.
Nastavitelný olověný akumulátor s regulovaným ventilem
Baterie AGM VRLA
Tento typ utěsněné olověné baterie je utěsněný a bezúdržbový. baterie tento typ je často zkrácen VRLA (z anglického Valve Regulated Lead Acid – olovo-kyselina s nastavitelným ventilem) popř SLA (z angl. Sealed Lead Acid – zatavená olovo-kyselina). Těsnost v tomto případě znamená, že elektrolyt z baterie tohoto typu neunikne, i když je vystavena silnému otřesu nebo pádu na bok. Kromě toho hořlavé páry, které se uvolňují během provozu na baterie, nevycházejí, ale jsou „uzamčeny“ a nouzový ventil se může otevřít pouze v případě vážného porušení provozních podmínek. Pojem „bezúdržbový“ znamená, že u baterií tohoto typu není potřeba hlídat hladinu elektrolytu a doplňovat kapalinu. Uzavřené VRLA nebo ventilem regulované olověné baterie fungují stejně jako zaplavené baterie, ale jsou hermeticky uzavřeny v utěsněném pouzdře s elektrolytem v netekuté formě. Baterie VRLA využívají systém rekombinace plynů, který kombinuje plyny vzniklé během procesu nabíjení/vybíjení a posílá je zpět do baterie. Tím se zabrání téměř všem ztrátám (asi 99 %) elektrolytu v důsledku vývoje plynu. Tyto baterie tedy nevyžadují žádnou údržbu a nehrozí riziko rozlití kyseliny. To znamená, že jsou mnohem bezpečnější, snadněji se s nimi manipuluje a přepravují než zaplavené baterie.
Tento typ baterie má dva podtypy: baterie AGM (Absorbtion Glass Matt) a Gelové (Gelled Electrolite).
Uzavřené olověné baterie AGM
Tato technologie začala získávat na popularitě na počátku 1980. let 6. století s uzavřenými olověnými bateriemi určenými pro vojenská vozidla, letadla a aplikace UPS. Baterie AGM (Absorbtion Glass Matt) využívají systém VRLA, ale elektrolyt je umístěn v absorpční skleněné vrstvě – speciální skelné tkanině (sklolaminátové rohoži) napuštěné elektrolytem – a je umístěn mezi olověno-vápenatými deskami. Jedná se o nejekonomičtější typ VRLA baterie a v posledních letech se stala velmi populární. Jednou z hlavních výhod AGM baterií je, že jejich vnitřní odpor je výrazně nižší než u zaplavených baterií. Díky tomu mohou tyto baterie odolávat vyšším teplotám a také se pomaleji vybíjet. Na rozdíl od zaplavených baterií jsou baterie AGM utěsněné a vyžadují menší nebo žádné větrání. Nejsou nebezpečné, odolné vůči nízkým teplotám, relativně lehké, méně náchylné na zahřívání (kvůli nízkému vnitřnímu odporu) a dokážou si po dlouhou dobu udržet statický náboj. Životnost tohoto typu baterií však může být ve srovnání se zaplavenými a gelovými bateriemi poměrně krátká, obvykle 10–XNUMX let. Obecně vynikající volba pro solární systém mimo síť.
Gelové utěsněné olověné baterie
Gelová baterie
Gelové baterie (Gelled Electrolite) využívají systém VRLA, ale s gelovým elektrolytem. Ve skutečnosti používá kyselinu vázanou se speciálním gelujícím stabilizátorem (silikagel – koloidní oxid křemičitý) k vytvoření hustého gelovitého elektrolytu. Gel se nachází mezi olověnými destičkami v rosolovité formě a zabírá téměř celý prostor mezi nimi. Díky tomuto zařízení jsou tyto baterie pevnější, odolnější, nevyžadují údržbu a jsou vysoce odolné vůči vibracím a otřesům, dobře fungují při vysokých i nízkých teplotách, mají dlouhou životnost, není možné vysychání desek nebo jejich odlévání . Viskozita elektrolytu činí články méně náchylnými k úniku při poškození, funguje velmi dobře při vysokých rychlostech vybíjení a obecně vydrží déle než baterie AGM.
GELOVÉ baterie však mají více nevýhod než jiné typy baterií, díky čemuž jsou méně oblíbené. Tyto baterie nejsou odvětrávány a vybíjejí se o něco rychleji než zaplavené články. Mezi další nevýhody patří úzké nabíjecí profily, které se při nesprávném nabíjení snadno poškodí, nedostatečná kapacita ampérhodin a jejich nízké nabíjecí napětí může vést k náhodnému přebití. To je důležité při aplikaci na solární energetické systémy, kde je produkce elektřiny proměnlivá a může způsobit toto přebíjení. Kromě těchto nevýhod jsou gelové baterie dražší než zaplavené olověné baterie.
Olověné uhlíkové baterie
Olověná uhlíková baterie
Olověné uhlíkové baterie jsou pokročilé uzavřené olověné VRLA baterie, které používají společnou olověnou kladnou desku (anodu) a uhlíkovou (kompozitní) zápornou desku (katodu). Karbon funguje jako jakýsi „superkondenzátor“, který umožňuje rychlejší nabíjení a vybíjení baterie a také prodlužuje životnost při částečném nabití. Stejně jako konvenční gelové utěsněné baterie jsou olověné uhlíkové baterie také utěsněny a obvykle používají gelový elektrolyt pro zvýšení bezpečnosti a snížení provozních nákladů.Mají delší životnost než běžné olověné baterie. Existuje několik společností vyrábějících olověné uhlíkové baterie s nano-uhlíkem nebo pokročilé katodové slitiny, které poskytují delší životnost. Jsou mezi nimi například japonské značky GS Yuasa či YHI Power a tvrdí to i čínský výrobce Narada.
Tubulární gelové baterie OPzV
Tubulární gelové baterie OPzV
Jedním z nejoblíbenějších a nejčastěji používaných typů baterií z plnicích zařízení jsou dobíjecí baterie. OPzV (z němčiny: Ortsfest PanZerplatte Verschlossen – „stacionární uzavřená trubková deska“). Tyto tubulární gel jednočlánkové (2 V) baterie s technologií VRLA jsou zapojeny do série a tvoří baterie s hlubokým cyklem o výkonu 24 V nebo 48 V. Od ostatních baterií se zásadně liší svým montážním obvodem a představují tubulární pozitivní и ploché negativní desky. Některé prvky takových baterií (2B) jsou vyrobeny ve formě pouzder ze speciálního průhledného plastu (materiál SAN – styren-akrylonitril, vysoce odolný proti mechanickému poškození, chemickému napadení, nehořlavý). Proto je hladina elektrolytu v průhledných pouzdrech vždy dobře viditelná, je vyznačeno její maximum a minimum. Tubulární gelové baterie mají dlouhou životnost (až 20 let), značnou mechanickou pevnost samotných desek a jsou nenáročné na údržbu – vodu je potřeba doplňovat přibližně jednou za 1-1 roky. Taky OPzV baterie mají jeden z nejdelších cyklických zdrojů mezi bateriemi: až 5000 cyklů (15 let) při 20% hloubce vybití a 3000 cyklů při 40% hloubce vybití (při dodržení určitých parametrů nabíjení a dodržení správného teplotního rozsahu, obvykle 15–30 °C).
Lithium-iontové baterie
Lithium-iontové baterie jsou dnes považovány za nejlepší typ akumulátoru solární energie kvůli jejich vysoké hustotě energie a vynikající účinnosti. V posledních letech jsou takové baterie mezi majiteli solárních modulů oblíbenější než ty olověné. Navzdory skutečnosti, že tato technologie byla komerčně dostupná teprve asi před 15–20 lety, lithium-iontové baterie se rychle staly velmi populární ve spotřební elektronice (smartphony, notebooky) díky své relativně nízké hmotnosti a vysoké hustotě energie/výkonu. Tyto výhody vedly k tomu, že preferují instalaci do elektromobilů a domácích solárních systémů.
Přestože jsou lithiové baterie dražší než jiné typy baterií, mají mnoho výhod, které jejich cenu kompenzují. Patří mezi ně delší životnost (kolísá od 3000 do 5000 cyklů), efektivnější využití energie, žádná údržba, hlubší vybíjení (vyšší skladovací kapacita), žádné odplyňování a mnoho dalšího. Lithium-iontové baterie jsou při stejné kapacitě mnohem kompaktnější a lehčí, ale lze je také hluboce vybít na 80–90 % celkové kapacity, aniž by byla ohrožena životnost baterie. Jejich vysoké a účinné nabíjení/vybíjení pomáhá optimalizovat výrobu energie ze solárních panelů. Mimochodem, schopnost rychlého nabíjení je obrovskou výhodou pro použití v elektrických vozidlech a systémech solární energie mimo síť, protože pomalá doba nabíjení olověných baterií je pro spotřebitele velkou nevýhodou.
Lithium-iontové baterie jsou dnes považovány za nejlepší volbu pro solární panely. Jednotlivé lithiové články však mají velmi vysokou hustotu energie a mohou se během používání zahřívat, takže mohou vyžadovat složité řídicí systémy pro řízení teploty a napětí článku.
Existují také některé méně běžné typy baterií, které lze použít v solárním průmyslu. Například nikl-solné baterie, které se vyznačují odolností vůči změnám teplot, vysokým a nízkým teplotám a vysoké vlhkosti. Navíc jsou vyrobeny z ekologických materiálů, které lze snadno recyklovat – Fe, Ni, Al, oxid hlinitý, soli. Ale navzdory mnoha výhodám oproti olověným zařízením jsou takové baterie nejdražší.
Dalším typem jsou pancéřové baterie, vyrobené na bázi kladných olověných desek umístěných v tzv. „skořápce“ – pouzdru vyrobeném z ebonitu nebo sklolaminátu. Takové baterie mohou být stacionární, trakční nebo solární. Zařízení tohoto typu poskytují spolehlivé napájení ve ztížených provozních podmínkách a přetížení. Vydrží 850–1600 cyklů.
Novinkou v odvětví skladování energie v domácnostech jsou baterie s mořskou vodou. Na rozdíl od jiných baterií tyto baterie neobsahují těžké kovy, ale využívají elektrolyty mořské vody. Zatímco baterie, které používají těžké kovy, včetně olověných a lithium-iontových, musí být likvidovány speciálními procesy, námořní baterie lze snadno recyklovat. Nicméně, jako nová technologie, baterie s mořskou vodou dosud nebyly dostatečně ověřeny, aby fungovaly, a nejsou široce používány.
V následujících článcích si povíme o dalších faktorech ovlivňujících výběr solární baterie – co dalšího je potřeba zvážit při nákupu tohoto zařízení, aby váš solární systém fungoval efektivně.
