Švino-rūgštiniai akumuliatoriai

Šiame straipsnyje apžvelgsime pagrindinius dalykus, į kuriuos būtina atkreipti dėmesį pasirenkant ir eksploatuojant įvairius švino-rūgštinius akumuliatorius, skirtus saulės ir vėjo jėgainėms. Jie, palyginus su šarminiais nikelio-geležės ar nikelio-kadmio akumuliatoriais, labiausiai tinka saulės ir vėjo jėgainėms (priežastys aprašytos straipsnyje apie akumuliatorių tipus). Prieš pasirenkant akumuliatorius, būtina suprasti, jog autonominėse jėgainėse naudojami akumuliatoriai yra pagrindiniu elektros energijos šaltiniu. Jie gali būti giliai iškraunami, eksploatuojami dalinai įkrautoje būsenoje, įkraunami nuolat kintančia srove, o įkrovimo laikas neištisinis. Todėl, tai būtinai turi būti kokybiški, gilaus ciklo akumuliatoriai.

Akumuliatorių įkrovimas

Akumuliatorių tarnavimo laikas stipriai priklauso nuo jų įkrovimo teisingumo. Kraunant akumuliatorius patartina griežtai laikytis gamintojo nurodymų. Tačiau, jeigu specifikacijoje nerandate konkrečių reikalavimų, prižiūrėkite, kad absorbcinio įkrovimo režimo įtampa neviršytų 14.7V prie +25 C (12V sistemai) skysto elektrolito akumuliatoriams ir 14.4 V AGM bei želiniams akumuliatoriams. Saugiausia įkrovimo srove yra laikoma 0,1C, kur C – bendra akumuliatorių baterijos talpa, specifikuojamą pagal C20 iškrovimo laiką. Pavyzdžiui Trojan ar S.I.A.P skysto elektrolito akumuliatoriai gali būti įkraunami 0,13 – 0,15 x C srove, o  Victron akumuliatorių įkrovimo srovė gali siekti net 0,2C.

Akumuliatorių įkrovimui rekomenduojama naudoti įkrovimo valdiklius, kurie turi įkrovimo įtampos automatinę korekciją, priklausomai nuo aplinkos temperatūros, absorbcinį įkrovimą su reguliuojamu įkrovimo laiku ir palaikomojo įkrovimo režimą (angl. float mode). Taip pat stenkitės rinktis valdiklius, kuriuose galima keisti įkrovimo įtampos parametrus. Priešingu atveju, parenkant akumuliatorius, reikės derintis prie jūsų valdiklio galimybių. Jeigu papildomam akumuliatorių įkrovimui naudojate išorinį elektros energijos šaltinį (elektros tinklas, generatorius) ir jūsų inverteris neturi akumuliatorių įkrovimo iš 220 V AC tinklo galimybės, tuomet įsitikinkite, jog jūsų įkroviklyje yra įrengtas įtampos reguliatorius. Priešingu atveju rizikuojate perkrauti akumuliatorius. Hermetiškose (VRLA) akumuliatoriuose, dėl perkrovimo padidėjęs dujų išsiskyrimas, sukelia elektrolito išgaravimą,  elektrodų išsikreivinimą, aktyviųjų akumuliatoriaus medžiagų dėvėjimąsi, greitesnę elektrodų koroziją, o akumuliatoriams užvirus – dėl išaugusios vandenilio koncentracijos akumuliatorių patalpoje – gali kilti gaisras ar netgi sprogimas. Todėl siūlome naudoti tik impulsinius akumuliatorių įkroviklius, turinčius absorbcinio ir palaikomojo įkrovimo režimus.

Akumuliatorių iškrovimas

Rekomenduojama įsirengti du kartus didesnės talpos akumuliatorius, negu apskaičiavote pagal savo poreikius. Tai suteiks jums galimybę iškraudinėti akumuliatorius tik iki 50% likutinės vertės, kas ženkliai padidins jų tarnavimo laiką. Gilūs iškrovimai (daugiau nei 50%) skatina didelių švino sulfato kristalų susidarymą, aktyviųjų akumuliatoriaus medžiagų dėvėjimąsi. Dideli ir sunkūs švino sulfato kristalai, susiformavę ant elektrodų paviršiaus, blokuoja kontaktą su elektrolitu ir mažina akumuliatoriaus talpą. Todėl būtina riboti akumuliatorių iškrovimą, naudojant įkrovimo lygį matuojantį prietaisą Victron BMV-700. Taip pat yra labai žalinga per didelė iškrovimo srovė. Iškraunant akumuliatorius didesne nei specifikacijose nurodyta srove, vidinės elektrodų plokštelės gali stipriai įkaisti, o tai negrįžtamai sugadins akumuliatorius. Greitai augančios temperatūros sukeltas staigus vidinių elektrodų plokštelių išsiplėtimas žaloja aktyvųjį jų paviršių ir sukelia akumuliatorių talpos praradimą. Todėl, jeigu akumuliatorių specifikacijoje nenurodyta iškrovimo srovė, stenkitės ilgą laiką (ilgiau negu 10 min.) neviršyti 0,5C iškrovimo srovės.

Iškrovus akumuliatorius, stenkitės negaišti su jų pakartotiniu įkrovimu. Jeigu nėra saulės ar vėjo ir neturite skirstomojo tinklo įvado, būtinai įjunkite el. generatorių ir įkraukite juos. Geriausiai akumuliatorius įkrauti 24 val. laikotarpyje po iškrovimo. Ilgesnį laiką laikyti iškrautus akumuliatorius nepatariame. Taip pat akumuliatoriams kenkia, kai jie yra tik dalinai įkrauti. Stenkitės bent kartą į savaitę akumuliatorius įkrauti iki absorbcinės įtampos (80-90% įkrovimo lygis) ir kartą per menėsį įkrauti juos pilnai.

Aplinkos temperatūra

Būtina atsiminti, kad aplinkos temperatūra stipriai įtakoja akumuliatorių tarnavimo laiką. Visi akumuliatorių parametrai, įskaitant talpą bei tarnavimo laiką, gamintojo specifikacijoje yra nurodomi akumuliatorius eksploatuojant + 20 … + 25 C aplinkos temperatūroje. Temperatūros padidėjimas + 10 C per pusę sutrumpina akumuliatorių tarnavimo laiką. Akumuliatorius, kurie suprojektuoti tarnauti 10 metų, eksploatuojant + 30 … + 35 C aplinkos temperatūroje, naudosite 5 metus, o jiems veikiant + 40 … + 45 C temperatūroje, utilizuosite jau po 2,5 metų. Todėl, akumuliatoriai turi būti įrengiami toliau nuo šilumą skleidžiančių elementų, tokių, kaip transformatoriai, radiatoriai, krosnys ir t.t.

Žemoje temperatūroje mažėja akumuliatorių talpa, todėl ji turi būti parenkama su atitinkamu rezervu. Esant 0 C temperatūrai lieka apie 85 % talpos, o prie -10 C ir -20 C temperatūros atitinkamai 75 % ir 65 % nominalios talpos.

Dar vienas labai svarbus dalykas, susijęs su aplinkos temperatūra, tai temperatūrų skirtumas tarp atskirų akumuliatorių. Jeigu turite pvz. dvylika akumuliatorių, tai visi jie turi būti išdėstyti taip, kad juos veiktų vienoda aplinkos temperatūra. Maksimalus temperatūrų skirtumas skirtingose akumuliatorių eilėse negali viršyti 3C. Esant didesniam temperatūrų skirtumui akumuliatoriai vėsesnėje baterijos dalyje gaus nepakankamą įkrovimo įtampą, tuo tarpu esantys šiltesnėje dalyje bus įkraunami per aukšta įtampa. Tai sukels baterijos elementų įtampų asimetriją. Įtampų disbalansas taip pat gali atsirasti ir dėl kitų priežasčių. Apie tai skaitykite straipsnyje pavadinimu akumuliatorių įtampų balansavimas.

Jeigu Jūsų saulės ar vėjo jėgainė naudojama pvz. sodo namelyje, kuriame būnate tik šiltuoju laikotarpiu, tuomet akumuliatorius galite įrengti nešildomoje patalpoje (skysto elektrolito akumuliatoriai turi būti eksploatuojami gerai vėdinamoje aplinkoje), nes nenaudojami akumuliatoriai bus visuomet įkrauti ir nesušals. Besinaudojantys jėgaine visais metų laikais turėtų rūpintis tuo, kad išsikrovę akumuliatoriai neatsidurtų šaltyje. Sumažėjus elektrolito tankiui, jis užšals ir pažeis akumuliatorių elektrodus.

Akumuliatorių sandėliavimas

Sandėliuojant akumuliatorius, neišvengiamai vyksta savaiminis išsikrovimas. VRLA akumuliatorių savaiminis išsikrovimas nėra itin spartus. Paprastai per mėnesį jie išsikrauna 1-5% (sandėliuojant + 20 … + 25 C aplinkos temperatūroje). Problema pasireiškia po 6 ar daugiau sandėliavimo mėnesių, akumuliatoriams dėl savaiminio išsikrovimo praradus daugiau nei 30% talpos. Akumuliatorių elektrodai gali būti pažeisti negrįžtama sulfatacija. Beje, aukštesnė nei + 20 … + 25 C sandėliavimo temperatūra skatina savaiminį išsikrovimą. Todėl sandėliuojant akumuliatorius aukštoje temperatūroje, negrįžtama žala akumuliatoriams gali būti padaryta ir per kur kas trumpesnį laikotarpį, nei 6 mėnesiai.

Akumuliatorių talpa

Talpa yra matuojama amper-valandėmis (Ah). Jeigu įjungiate elektros imtuvą, kuris vartoja pvz. 20 A srovę ir tokią apkrovą naudojate pusvalandį, tai amper-valandžių suvartojimas apskaičiuojamas taip: 20 A * 0,5 val. = 10 Ah. Saulės ir vėjo jėgainėse naudojami akumuliatoriai parenkami pagal 20 valandų iškrovimo laiką (C20). Jeigu akumuliatoriaus specifikacijoje parašyta pvz. C₂₀ = 100 Ah, tai reiškia, jog esant iškrovimo srovei 100 Ah/20 h = 5 A, akumuliatorius iki nulio išsikraus per 20 val. Kartais gamintojai palyginimui nurodo akumuliatorių talpą, klasifikuojant ją pagal C₆, C₈ arba C₁₀₀ iškrovimo laiką. 6 val. iškrovimas dažniausiai naudojamas pramoninėse (traukos) akumuliatoriuose, nes tai yra tipinis vienos pamainos darbo laikas. Dažnai akumuliatorių pardavėjai tyčia klaidina neišmanančius pirkėjus, reklamuodami talpą, specifikuojamą pagal C100 iškrovimo laiką. Tai daroma tam, kad akumuliatoriaus talpa klientui pasirodytų didesnė (patrauklesnė) nei yra iš tikrųjų. Akumuliatorių grupavimas pagal valandas yra susijęs su Peukert‘o efektu. Peukert‘o vertė yra tiesiogiai susijusi su akumuliatoriaus vidine varža. Kuo didesnė vidinė varža, tuo didesni nuostoliai iškraunant/įkraunant akumuliatorius, ypač esant didelėms srovėms. Tai reiškia, kad kuo greičiau akumuliatoriai yra iškraunami, tuo mažesnė jų talpa. Todėl, kaip jau paminėjome, būtina atidžiai stebėti, kad pardavėjai neįsiūlytų Jums pvz. jūsų pageidaujamos 100 Ah talpos, specifikuojamos pagal C₁₀₀ iškrovimo laiką. Perkant akumuliatorius autonominėms elektrinėms žiūrėkite į parametrą C₂₀. Ir kaip jau buvo paminėta, talpa priklauso nuo iškrovimo srovės. Jeigu pvz. turite C₂₀ = 300Ah talpos akumuliatorių ir naudojate jį 24V sistemoje, tai visą jo talpą galėsite išnaudoti akumuliatorių iškraunant iki 400 W galia. Jeigu prie akumuliatoriaus bus prijungta 1 kW apkrova, tai vietoje 300Ah galėsite panaudoti tik 240 Ah.

Akumuliatorių įkrovimo lygis

Kaip jau minėjome, labai svarbu neiškrauti akumuliatorių per giliai. Gilaus ciklo akumuliatorius rekomenduojama iškrauti ne daugiau 50%. Įkrovimo lygį sekti galima pasinaudojant akumuliatorių įkrovimo lygio matuokliu (rekomenduojame Victron BMV-700), kuris realiuoju laiku atvaizduoja procentinę įkrovimo lygio išraišką. Jeigu tokio matuoklio neturite, akumuliatoriaus įkrovimo lygi galima išmatuoti su įprastu voltmetru, tačiau tai yra labai nepatogu. Reikia nutraukti akumuliatorių įkrovimą, atjungti visus elektros imtuvus, išlaukti mažiausiai 2 val. ir išmatuoti įtampą ant akumuliatorių gnybtų. Gautą voltmetro reikšmę sulyginkite su šia lentele:

Suprantama, jog realiame gyvenime sudėtinga vien dėl akumuliatorių įtampos išmatavimo dviem valandoms atjungti visus el. imtuvus. Todėl įtampos matavimus patartina atlikti ryte, prieš pradedant jungti didesnes apkrovas.

Akumuliatoriai tarnaus ilgiau, jei stengsitės neišeiti iš žaliosios zonos ribų. Kartais galite iškrauti iki 20%, bet nedarykite to dažnai, nes tai ženkliai sutrumpins akumuliatorių amžių.

Svarbu paminėti, kad akumuliatorių įtampos matavimas yra labai apytikslis. Geriausiai matuoti elektrolito tankį, bet tai įmanoma tik su skysto elektrolito aptarnaujamais akumuliatoriais. Mūsų rekomendacija yra neiškrauti akumuliatorių daugiau, negu iki 50%. Turėkite omenyje tai, kad kuo mažiau juos iškraunate ir laikote iškrautoje būsenoje, tuo ilgiau jie Jums tarnaus. Idealiausiai yra parinkti tokią akumuliatorių talpą, kad akumuliatoriai būtų iškraunami iki 70% likutinės vertės, t.y. tik 30%.

Jeigu norite palikti komentarą po šiuo straipsniu, rinkitės vieną iš galimų komentavimo sistemų (Facebook arba Disqus):