Аккумулятор для солнечной станции без сети: как выбрать

Чем автономная станция отличается от сетевой

Сетевая солнечная станция отдаёт лишнее в сеть и берёт недостающее из неё, а батарея там лишь сглаживает пики. В автономной системе сети нет, и аккумулятор для солнечной станции становится её сердцем: почти вся энергия, которую потребляет дом ночью, вечером и в пасмурные дни, сначала проходит через батарею. Она заряжается и разряжается каждый день, 365 раз в год, а в серую неделю уходит в глубокий разряд.

Отсюда требования, которые важнее цифры ёмкости на корпусе: ресурс в циклах при ежедневной работе, запас на дни без солнца, способность выдержать пусковые токи насосов и компрессоров, работа при перепадах температуры и минимум обслуживания там, где до ближайшего специалиста полдня пути.

Какая химия подходит для ежедневных циклов

В автономных станциях встречаются три типа аккумуляторов. Свинцово-кислотные (AGM, гелевые, заливные) дешевле при покупке, но без вреда отдают около половины ёмкости, теряют до 15-20 % энергии на заряде и разряде и при ежедневной работе требуют замены через несколько лет. Никель-марганец-кобальтовые (NMC) лёгкие и компактные, но живут меньше циклов и хуже переносят нагрев. Литий-железо-фосфат отдаёт 80-90 % ёмкости, теряет на заряде и разряде 3-5 % энергии и рассчитан на тысячи циклов.

Ячейки Winston LYP выдерживают 8000 циклов при глубине разряда 70 % - больше двадцати лет при одном цикле в сутки, то есть столько же, сколько служат сами панели. Подробное сравнение химий - в статье «LiFePO4, NMC и свинец».

Ёмкость: сутки плюс пасмурные дни

Батарея должна покрыть не среднее потребление ясного дня, а худший случай: два-три дня подряд без солнца. Если меньше - станция отключится в первую же серую неделю. Пример для летнего дома с потреблением 3 кВт·ч в сутки (холодильник, насос, свет, роутер, телевизор):

• запас на два дня без солнца: 3 × 2 = 6 кВт·ч;
• с учётом КПД инвертора около 92 %: 6 / 0,92 = 6,52 кВт·ч из батареи;
• при глубине разряда 80 %: 6,52 / 0,8 = 8,15 кВт·ч;
• плюс 25 % на рост нагрузки и ошибки оценки: около 10,2 кВт·ч.

Под это подходит батарея 48 В из 16 ячеек WB-LYP200AHA: 51,2 В × 200 Ач = 10,24 кВт·ч, масса ячеек 126,4 кг. В ясные дни ночью дом берёт около 1,6 кВт·ч, это всего 16 % ёмкости, поэтому до конца ресурса такой батарее очень далеко. Полная методика с резервным питанием, током и схемой соединения - в статье о расчёте накопителя.

Пусковые токи насосов и компрессоров

Скважинный насос, холодильник, стиральная машина при пуске берут в три-пять раз больше тока, чем в работе. Если батарея или её система управления (BMS) не выдержит этот бросок, защита отключит питание ровно в тот момент, когда оно нужно.

Посчитаем для той же станции. Инвертор 3 кВт на 48 В берёт из батареи 3000 / (51,2 × 0,92) ≈ 64 А - это 0,32 C для ячейки 200 Ач. Кратковременный пик инвертора 6 кВт при пуске насоса - около 127 А, или 0,64 C. Ячейки Winston допускают постоянный разряд до 3 C (600 А для WB-LYP200AHA) и импульсный до 10 C, так что ограничением будут не они, а предохранитель, кабель и BMS. Их и подбирают с запасом к пиковому току. Мало запаса по току - и напряжение проседает, а инвертор отключается по нижнему порогу.

Напряжение системы: 12, 24 или 48 В

Чем выше напряжение, тем меньше ток при той же мощности, тоньше кабели и ниже потери в проводке. Сравнение для нагрузки 3 кВт:

Напряжение выбирают один раз под инвертор и контроллер. Потом поменять его можно только вместе с ними, а ёмкость нарастить проще: второй цепочкой тех же ячеек. Поэтому число последовательных ячеек закладывают сразу окончательным.

Большая ячейка вместо параллели

Для станции на 20-50 кВт·ч можно собрать несколько параллельных цепочек из ячеек средней ёмкости, а можно одну цепочку из крупных ячеек. Winston специализируется на втором: WB-LYP700AHA даёт 35,8 кВт·ч в сборке на 48 В, WB-LYP1000AHC - 51,2 кВт·ч, и всё это всего 16 ячеек. Меньше ячеек - меньше болтовых соединений, мест, где со временем растёт сопротивление контакта, и проще балансировка: системе управления не нужно следить за распределением тока между цепочками. На удалённом объекте, куда специалиста везут на вездеходе, это важнее модульности.

Зима и обслуживание

Зимой автономная станция получает двойной удар: в средней полосе декабрьская выработка панелей в 8-10 раз меньше июньской, а батарея на холоде временно отдаёт меньше ёмкости. Ячейки Winston LYP заряжаются и разряжаются при температуре от −45 до +85 °C, так что мороз не останавливает станцию. Но чем холоднее, тем меньше доступная ёмкость и отдача тока, поэтому батарею ставят в отапливаемое помещение или утеплённый ящик, а на зиму планируют генератор: он дешевле, чем батарея на неделю пасмурной погоды. Подробнее - в статье «LiFePO4 на морозе».

Обслуживание у литий-железо-фосфата сводится к простым вещам:

• не держать батарею постоянно на 100 %: буферное напряжение 3,35-3,40 В на ячейку, окончание заряда 3,55-3,60 В;
• раз в год проверять затяжку болтов на шинах и чистоту контактов;
• следить за разбросом напряжений ячеек по системе управления батареей;
• смотреть на счётчик ёмкости, а не только на напряжение: оно у LiFePO4 почти не меняется в середине разряда.

Доливать воду и проводить выравнивающий заряд, как у свинца, не нужно. Саморазряд не больше 1 % в месяц, так что станцию на летнем доме можно оставить на зиму, заряженную на 40-60 % и отключённую от нагрузок. Примеры объектов - в разделе о солнечных станциях.