РЕАЛЬНЫЕ причины отказа солнечных энергосистем

Ладно, давайте приступим к делу! Реальная причина отказа солнечных энергосистем заключается в том, что они не обеспечивают достаточного количества электроэнергии в батареи во время цикла зарядки каждый день. Для этого есть ряд частично совпадающих причин, которые необходимо тщательно изучить и понять по отдельности, чтобы в полной мере оценить их совокупный эффект.

Имейте в виду, мы предполагаем несколько вещей. Во-первых, предположим, что пользователь солнечной энергосистемы знает, что он не может забирать больше электроэнергии из батарей, чем вырабатывают солнечные батареи ежедневно. Другими словами, мы предполагаем, что мощность солнечных батарей примерно равна электрической нагрузке, для питания которой они предназначены. Это означает, что забор слишком большого количества энергии из системы не происходит, поэтому это не может быть причиной сбоя системы.

Допустим также, что все оборудование установлено правильно. И, наконец, предположим, что пользователь солнечной энергосистемы НЕ ЗНАЕТ, как на самом деле работает любое из этих устройств, поэтому он не знает, почему оно выходит из строя!

Превышение порогового значения сценария неудачи:

- Недостаточное количество энергии, вырабатываемой в непиковом солнечном свете

- Аккумуляторные батареи не полностью заряжены в конце дня

- Аккумуляторы необходимо выравнивать на регулярной основе

- Аккумуляторы в конечном итоге выходят из строя и нуждаются в замене.

Несмотря на то, что все эти проблемы происходят с батареями, они не являются причиной этих проблем.

Невозможность солнечных панелей из кристаллического кремния вырабатывать свою номинальную мощность при наличии облаков, блокирующих солнце, уже обсуждалась. Так что это начало цепочки событий, которая приводит к выходу из строя батареи.

Но отсутствие питания от панелей - не единственная причина того, что батареи не полностью заряжены в конце дня! Технически, это работа Контролера зарядки, как следует из его названия. 12-вольтовая свинцово-кислотная батарея заряжается в соответствии с очень специфическим набором технических характеристик, детали которых хорошо известны.

Данный график иллюстрирует этот процесс. Полное объяснение приводится в приложении к этой книге (стр. 36), но этот процесс можно резюмировать здесь. В то время как большая часть энергии поступает в батарею по медленному темпу вдоль линии M - N - O, процесс зарядки завершается, когда напряжение быстро поднимается до точки P, а затем немного опускается назад до точки R. Это электрический индикатор того, что все химические изменения в батарее закончились и что "процесс зарядки" завершен. Как видно из графика, это напряжение чуть выше 15 вольт! Если контроллер зарядки никогда не позволит поднять напряжение аккумулятора до 15,2 вольт, процесс зарядки НИКОГДА не завершится.

Всякий раз, когда батарея заряжается без повышения напряжения до точки P, а затем возвращается в точку R, в пластинах остается небольшое количество серы, что представляет собой неполный цикл зарядки. Это фундаментальное событие, которое при повторении снова и снова приводит к разрядке аккумулятора.

Это ошибка контроллера заряда!

Таким образом, контроллер заряда, который не доводит батарею до ее естественного "верхнего напряжения" в конце каждого цикла зарядки, является первым шагом на пути к отказу батареи.

Следующим шагом в выходе из строя батареи является то, что она состоит из отдельных электрических элементов. Каждый из этих элементов после полной зарядки вырабатывает около 2,1 вольт. Стандартная свинцово-кислотная батарея имеет 6 из этих электрических элементов, упакованных вместе в одном пластиковом корпусе, и эти отдельные электрические элементы соединены друг с другом таким образом, что их напряжение складывается вместе. Таким образом, стандартная свинцово-кислотная батарея называется "12-вольтовая", но при полной зарядке имеет постоянное напряжение 12,6 вольт.

Когда группа отдельных элементов батареи остается слегка заряженной, это состояние недостаточной зарядки может быть неравномерно распределено между элементами. В конце концов, напряжения, вырабатываемые каждым отдельным элементом, начинают становиться "неравномерными". Примером может служить то, что вместо 6 отдельных элементов, каждая из которых имеет напряжение ровно 2,10 вольт, один или несколько элементов могут иметь напряжение 2,09 вольт, а другие могут иметь напряжение 2,11 вольт. Это означает, что большая часть нерастворённого сульфата появляется в элементах с более низким напряжением.

Когда эта ситуация становится достаточно серьезной, это "неравномерное" распределение мощности в последовательно подключенных элементах должно быть снова "выровнено", чтобы все элементы батареи работали вместе более равномерно. Таким образом, батарея, нуждающаяся в регулярном выравнивании, является вторым шагом по нисходящей спирали к выходу из строя батареи.

Подводя итог, можно сказать, что проблема заключается в хронической неполной зарядке аккумулятора. В результате в конце каждого цикла зарядки на пластинах остается сульфат, который остается нерастворённым.

Этот нерастворённый сульфат распределяется неравномерно по различным последовательно подключенным элементам, входящим в состав батареи. Это неравномерное распределение сульфата в батареях усугубляется наличием большего количества батарей, соединенных в более длинные ряды. Это означает, что по мере повышения напряжения батарейного отсека с 12 до 24 вольт или даже до 48 вольт, проблема неравномерного распределения нерастворённого сульфата становится все более острой и трудной для решения.

Несмотря на то, что основной проблемой является неполная зарядка, 48-вольтовые аккумуляторные батареи выходят из строя быстрее, чем 24-вольтовые или 12вольтовые системы. На самом деле, длинные серии элементов, такие как 48-вольтовые аккумуляторные батареи, просто труднее поддерживать "как новые" в течение длительного периода времени.

Процесс "выравнивания" также является неполным решением. (Полным решением является то, что мы называем "омоложение батареи", при котором весь сульфат электрохимически растворяется и пластины батареи возвращаются к своему первоначальному составу).

Выравнивание - это попытка сделать это, но не позволяющая батарее подняться до своего естественного верхнего напряжения. Как правило, в процессе выравнивания напряжения система батарей напряжением 12 вольт достигает 14,8 вольт и кипятит ее там в течение часа или двух. Этот процесс использует много электроэнергии, которая не может быть использована для питания других нагрузок, но НИКОГДА не разрешает все проблемы, связанные с сульфатацией, потому что напряжение никогда не повышается достаточно высоко для этого. Таким образом, выгоды носят временный характер, и этот процесс необходимо повторять все чаще и чаще.

Батареи, заряженные до максимального напряжения в конце каждого цикла зарядки, никогда не нуждаются в выравнивании, поскольку отдельные элементы в батареях всегда химически и электрически равны в конце зарядки. Простая заправка аккумулятора каждый раз позволяет не тратить впустую огромное количество электроэнергии, вырабатываемой солнечной энергией, и она становится доступной для нагрузок.