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Panels Photovoltaische Solarenergie

Speicher für elektrische Energie

Speicher für elektrische Energie

In autonomen Stromversorgungsanlagen ist es erforderlich, die während der Sonnenstrahlung gewonnene Energie zu speichern, um die Versorgung während der Stunden ohne Sonneneinstrahlung abdecken zu können (Tageszyklus und Saisonzyklus).

Funktionen des Akkus:

  • Elektrische Akkumulatoren haben eine sehr wichtige und grundlegende Funktion für den guten Betrieb und die Dauer einer Photovoltaik-Solaranlage.
  • Sie müssen über ausreichende Kapazitäten verfügen, um die Stromversorgung während Wolkenperioden sicherzustellen (Autonomie der Installation).
  • Dies sind elektrochemische Systeme, die auf reversiblen chemischen Reaktionen basieren, die im Inneren stattfinden.

Was sind die Hauptparameter eines elektrischen Akkus?

    Die Hauptparameter eines elektrischen Energiespeichers sind:

    • Kapazität: Die maximale Kapazität, die Sie speichern können.
    • Entladungstiefe
    • Haltbarkeit
    • Selbstentladung

    Kapazität

    Die Kapazität ist die maximale Strommenge, die Sie speichern können. In der Praxis und um irreversible Schäden an der Batterie zu vermeiden, kann sie nur einen Teil der Gesamtkapazität bereitstellen, die wir als nützliche Kapazität bezeichnen.

    Die nutzbare Kapazität hängt von der Art des Akkus und den Arbeitsbedingungen ab, hat jedoch normalerweise Werte von 30% bis mehr als 90% (in Alkalibatterien guter Qualität) der maximalen Kapazität. Die Menge an Elektrizität, die ein Akkumulator bereitstellen kann, hängt auch von der Entladezeit ab. Je langsamer die Entladung erfolgt, desto größer ist die Kapazität.

    Die Batteriekapazität wird in Amperestunden (Ah) angegeben. Die Notation C5, C25, C100 repräsentiert die Entladungszeit in Stunden bzw. 5, 25 oder 100 (C5 = Entladung in 5 Stunden). Diese Werte geben uns die Anzahl der Stunden an, in denen theoretisch eine bestimmte Stromstärke vom Akkumulator ausgehen könnte.

    Entladungstiefe

    Die Entladungstiefe ist der Prozentsatz über der maximalen Kapazität des Akkus, der unter normalen Bedingungen aus der Batterie entfernt werden kann. Es ist ein sehr variabler Begriff, der stark vom Typ des Akkus abhängt und dessen Nutzungsdauer beeinflusst.

    Was ist die Nutzungsdauer eines Energiespeichers?

    Die Lebensdauer wird in der Regel in Zyklen (statt in Jahren) gemessen. Ein Zyklus ist also ein vollständiger Lade- / Entladevorgang (bis zur empfohlenen Entladungstiefe). Wenn wir von einem durchschnittlichen Zyklus von einem Zyklus pro Tag und einem gut gewarteten Akkumulator ausgehen, sollte dieser mindestens 10 Jahre dauern.

    Selbstentladung

    Selbstentladung: Dies ist ein Phänomen, bei dem sich ein Akkumulator aus verschiedenen Gründen langsam, aber kontinuierlich entlädt, obwohl er nicht an einen externen Stromkreis angeschlossen ist.

    Welche Arten von elektrischen Akkus gibt es?

    Wir können verschiedene Arten von Akkumulatoren nach ihrer Verwendung unterscheiden:

    • Stationäre Akkumulatoren: Sie befinden sich normalerweise an einem festen Ort und liefern permanent oder sporadisch elektrischen Strom für verschiedene Zwecke. Zu keinem Zeitpunkt werden sie jedoch gebeten, in kurzer Zeit hohe Intensitätswerte anzugeben.
    • Starterakkumulatoren: Sie sind für die Erzeugung elektrischer Energie mit hohen Stromstärkenwerten für kurze Zeit verantwortlich, beispielsweise in Autos bei jedem Start oder beim Starten eines Motors. Die Elektrodenplatten dieser Akkumulatoren sind dicker als die stationären und ihre Lebensdauer ist aufgrund "rauer" Arbeitsbedingungen kürzer.
    • Traktionsspeicher: Sie sind für die Stromversorgung kleiner Elektrofahrzeuge verantwortlich und werden daher für einige Stunden nach relativ hohen Stromstärken gefragt.

    Verwenden Sie für Photovoltaik-Solaranlagen vorzugsweise stationäre Akkumulatoren.

    In Bezug auf die Eigenschaften des Elektrolyten haben wir die folgenden Arten von elektrischen Akkumulatoren:

    • Säure (Blei-Säure, Pb-Sb, Pb-Cd).
    • Alkalisch (Nickel-Cadmium).

      Was ist die Funktion eines elektrischen Akkus?

      Die Grundfunktionen von Akkumulatoren in Solaranlagen sind:

      • Energieversorgung ohne Strahlung: Nächte und Tage mit Wolken, im Tageszyklus und im Saisonzyklus.
      • Sorgen Sie für ein stabiles Spannungsniveau in der Installation: Die Spannung am Ausgang der Module variiert je nach einfallender Strahlung, was für den Betrieb einiger Geräte möglicherweise nicht sehr gut ist.
      • Stellen Sie eine sofortige oder für eine begrenzte Zeit größere Leistung bereit, als das Feld der Panels selbst in den besten Fällen erzeugen könnte. Dies ist der Fall beim Starten des Motors, beispielsweise beim Kompressormotor eines Kühlschranks.

      Wie bereits erwähnt, werden in Photovoltaik-Solaranlagen am häufigsten stationäre Bleisäuren eingesetzt.

      Welche Arten von elektrischen Energiespeichern gibt es?

      Unter den Blei-Säure-Akkumulatoren auf dem Markt unterscheiden wir drei Typen:

      • Kompaktspeicher, Monoblock-Typ: (ähnlich wie Starter-Typ). Zur gewohnheitsmäßigen Verwendung in kleinen Installationen (Verwendung am Wochenende ...).
      • Stationäre Akkumulatoren: gebaut mit unabhängigen Gefäßen, röhrenförmigen Platten und Stangen mit geringem Antimongehalt. Diese sind ideal für Photovoltaik-Solaranlagen, da sie so konzipiert sind, dass sie langsam entladen und wieder aufgeladen werden können, wenn Energie verfügbar ist.
      • Traktionsspeicher: zum Bewegen von Fahrzeugen und Elektrofahrzeugen; Sie sind billiger als stationäre Anlagen und können in Photovoltaik-Solaranlagen einen guten Service bieten, sofern sie häufiger gewartet werden müssen.

      Es ist wichtig zu wissen, dass die Akkumulatorspannung die Betriebsspannung der Module bestimmt, wenn der Akku an die Photovoltaikmodule angeschlossen wird. Somit hat die Betriebskurve der Module einen vom Akkumulator konditionierten Betriebspunkt und nicht umgekehrt, so dass der vom Modul gegebene Wert der Intensität entsprechend der Spannung des angeschlossenen Akkumulators angepasst wird.

      Obwohl Akkumulatoren normalerweise anhand ihres Nennspannungswerts identifiziert werden, variiert in Wirklichkeit die Spannung jeder Zelle oder jedes Gefäßes in Abhängigkeit vom Ladezustand. Dieser Wert schwankt je nach Typ und Hersteller zwischen ca. 1,85 V (unbelastet) und 2,4 V (geladen).

      In einem Akkumulator, der aus 6 Behältern (nominal 12 V) besteht, reicht die Schwankungsspanne von 10,5 bis 14,4 V.

      Es muss berücksichtigt werden, dass normalerweise in einer Photovoltaik-Solarenergieanlage die Spannung der Module ähnlich der der Batterie ist (außer in Fällen, in denen der Regler dem maximalen Leistungspunkt der Module folgt). Diese Tatsache impliziert, dass die Module bei Spannungen arbeiten, die niedriger als die maximale Leistung und daher bei einer Leistung sind, die niedriger als die maximal mögliche Leistung ist.

      Bei der Auswahl des richtigen Akkumulators für eine Photovoltaik-Solaranlage wird daher immer ein Kompromiss zwischen Wirtschaftlichkeit und Eignung unter Berücksichtigung der Mindestqualität in Bezug auf Zuverlässigkeit und Dauer getroffen.

      In jedem Fall müssen für die richtige Auswahl des geeigneten Akkus die Eigenschaften mit den Betriebskurven übereinstimmen.

      Was sind die Eigenschaften einer Batterie?

      Für die Auswahl einer Batterie ist zumindest Folgendes erforderlich:

      • Batterietyp mit Nennspannung, Abmessungen, Gewicht ...
      • Entladekapazitäten C20, C50, C100 mit entsprechenden Werten der Abschaltspannung.
      • Arbeitstemperaturbereich.
      • Maximale Entladungstiefe.
      • Selbstentladungswert.
      • Maximal zulässiger Tageszyklus.
      • Maximale Arbeitszeit bei 50% Last und einem Zyklus von 10%.
      • Ladeleistung.
      • Variation der Kapazität in Abhängigkeit von der Temperatur.
      • Endspannungen nach Entladungsregime.
      • Maximale Ladespannung abhängig von Temperatur und Ladezustand.
      • Gefriertemperatur.
      • Dichte je nach Ladezustand.

      Verhalten einer Akkumulatorbatterie in einer Photovoltaik-Solaranlage

      Die Spannung an den Batterieklemmen hängt von folgenden Faktoren ab:

      • Höhe oder Ladezustand
      • Upload- oder Download-Geschwindigkeit
      • Temperatur

      Höhe oder Ladezustand

      Die Spannung an den Batterieklemmen nimmt beim Entladen ab und steigt beim Laden auf ein Maximum (z. B. 14 V bei 12 V-Batterien). Beim Entladen wird vor dem vollständigen Entladen ein unterer Grenzspannungswert erreicht, unter dem sich die Batterie möglicherweise nicht erholt, wenn sie weiter entladen wird.

      Für eine typische 12-V-Blei-Säure-Batterie beträgt dieser Wert 10 V. Bei Blei-Säure-Batterien sollte der Sulfatierungseffekt vermieden werden, der auftritt, wenn ein Zustand hoher Entladungstiefe erreicht wird. und es bleibt eine Weile so. Bleisulfat beginnt einen Prozess der irreversiblen Entkristallisation. Es blockiert die Ladungsreaktion und bewirkt, dass sich die Batterie so verhält, als hätte sie einen Teil ihrer Kapazität verloren. Daher muss sie durch eine andere ersetzt werden.

      Andererseits muss darauf geachtet werden, die Batterie nicht zu überlasten, da unter diesen Bedingungen, wenn die Paneele die Batterie weiterhin mit Strom versorgen, weiterhin chemische Reaktionen des Elektrolyten auftreten und es beginnt, gasförmigen Sauerstoff und Wasserstoff zu produzieren, die schädigen und verkürzt die Haltbarkeit. Einige Hersteller verwenden Rückgewinnungsstopfen, die durch "Katalyse" Sauerstoff und Wasserstoff rekombinieren und das Wasser in die Zellen zurückführen. Der beste Weg, um eine Begasung zu verhindern, ist jedoch ein Laderegler.

      Upload- oder Download-Geschwindigkeit

      Wenn eine Batterie geladen ist, ist die Spannung an ihren Klemmen höher als wenn der Ladestrom getrennt wird, so dass der Innenwiderstand der Batterie einen internen Spannungsabfall erzeugt. Beim Entladen geschieht es umgekehrt: Durch den geringen Spannungsabfall im Innenwiderstand ist die Potentialdifferenz an den Klemmen etwas geringer als gemessen.

      Temperatur

      Da die internen Reaktionen in einer Batterie chemischer Natur sind, hat die Temperatur einen entscheidenden Einfluss auf diese Reaktionen. Daher sollte die empfohlene Endspannung zum Erreichen des Vollladungszustands umso höher sein, je niedriger die Temperatur ist, da chemische Reaktionen schwieriger ablaufen und daher mehr Energie für den Prozess erfordern.

      Diese Tatsache ist wichtig, da je nach Installationsort der Wert der angelegten Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur, der die Batterie ausgesetzt ist, korrigiert werden muss. Dies konditioniert den Batterieraum, wie wir später sehen werden.

      Welche anderen Elemente sollten berücksichtigt werden?

        Andererseits muss berücksichtigt werden, dass:

        • Mit steigender Temperatur beschleunigen sich die Reaktionen und damit die Nutzungsdauer.
        • Durch Absenken der Temperatur erhöht sich die Lebensdauer, es besteht jedoch die Gefahr des Einfrierens, was zu nicht behebbaren Schäden an der Batterie führen kann. Um dies vorauszusehen, sollte der Batterieraum daher an moderate Temperaturen angepasst werden.

        In einer normalen Säurebatterie (Pb-Schwefelsäure) beträgt die Säurekonzentration 40% und unter diesen Bedingungen beträgt der Gefrierpunkt -60 Grad Celsius. Wenn sich die Batterie entlädt und die Elektrolytkonzentration abnimmt, steigt der Gefrierpunkt an und erreicht die Gefrierpunktgrenze von 0 ° C, wenn die Elektrolytkonzentration Null ist (Wasser).

        Dann kann die Batterie dauerhaft beschädigt werden (Hochgebirgsanlagen). Dieses Phänomen bekräftigt die Notwendigkeit, den Batterieraum so kalt wie möglich zu halten.

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        Geändert am: 28. März 2020