Использование в системах автономного питания конденсаторов, аккумуляторов и солнечных батарей

Главная > Статьи >Использование в системах автономного питания конденсаторов, аккумуляторов и солнечных батарей
Статьи

Краткая справка по использованию в системах автономного питания конденсаторов, аккумуляторов и солнечных батарей.

В справке показаны условия, при которых выгоднее использовать конденсатор, чем аккумулятор. Справка касается систем с постоянным потреблением энергии.

 

Исходные данные и допущения:

Потребитель потребляет от 0.1 до 10 Вт, круглосуточно, круглогодично.

Потребитель питается от солнечной батареи (12 часов) и от конденсатора (12 часов).

 

Основные характеристики конденсатора

Потребляемая

потребителем

мощность, Вт

Время работы конд., час

Энергия конд.,

 кДж

Емкость

конд., Ф

Вес конд., кг

Сконд*), тыс.руб.

0.1

12

4.32

1190

0.3

1.19

1.0

12

43.2

11900

2.2

11.9

10.0

12

432

119000

22.0

119.0

*) ориентировочная удельная стоимость конденсатора при собственном производстве (или при покупке на AliExpress) 1руб./Фарада

Количество циклов заряд-разряд не менее 10 000 (более 25 лет).

Малая зависимость энергоемкости от температуры.

Конденсатор может быть разработан для работы при температурах от -50 до +500С.

Характеристики модуля солнечной батареи.

Средняя мощность – 50 Вт.

Размеры модуля – 55 см  х  65 см.

Стоимость модуля – 19 тыс. руб.

Из 19 тыс. руб. – 4 тыс.руб. – стоимость собственно солнечной батареи. 15 тыс. – стоимость электронного оборудования.

 

Выработка электроэнергии для средней полосы 

 

Режим работы солнечной батареи: 12 часов в сутки питает потребителя и заряжает конденсатор. Расчет характеристик солнечной батареи по ноябрю, декабрю, январю и февралю.

 

Основные характеристики солнечной батареи

Потребляемая

Потребителем мощность, Вт

Потребляемая

потребителем энергия, кДж

Энергия на заряд конд., кДж

Требуемая энергия от

СБ, кДж

Количество модулей*)

С, тыс.руб.

0.1

4.32

8.64

13

0.3

16.2

1.0

43.2

86.4

130

2.2

24.0

10.0

432

864.0

1 300

22

103.0

*) трехкратный запас по энергии.

 

 

Характеристики аккумуляторной батареи.

Если заданная минимальная температура работы аккумулятора -200С, то может использоваться аккумулятор типа DELTA.

Если заданная минимальная температура работы аккумулятора -300С, то может использоваться литий-ионный аккумулятор типа LiFeРO4.

Если заданная минимальная температура работы аккумулятора -400С и ниже, то может использоваться кислотный аккумулятор типа 6ст-55 с повышенной плотностью электролита.

Ориентировочные характеристики аккумуляторов.

 

Тип аккумулятора

Запасаемая энергия при 200С, кДж

Вес, кг

Стоимость, тыс.руб.

DELTA,

DTM 1207,

12 В, 7.2 АЧ

311.0

2.4

1.0

LiFeРO4,

3.2, 10 АЧ

115.0

0.33

0.6…1.5

6СТ-20

864

6.5

3.5…4.0

 

При выборе аккумуляторной батареи необходимо учесть:

- снижение емкости при отрицательных температурах;

- снижение емкости при цикличной работе;

- уменьшение циклов от режима работы;

- стоимость обслуживания.

Ниже приведены зависимости емкости аккумуляторов DELTA от температуры и времени работы. Аналогичные зависимости и для других типов аккумуляторов.

<img src="pplk.jpg"

Если заданная минимальная температура работы аккумулятора -200С, то для потребителей с потребляемой мощностью 0.1 – 1.0 Вт может быть использован аккумулятор LiFeРO4, стоимостью 1.5 тыс.руб. Замену аккумулятора необходимо будет осуществлять каждые два года (может чаще).

При работе потребителя 20 лет, стоимость аккумуляторов (в ценах 2017 года) составит 15 тыс. руб. + стоимость выезда бригады для замены аккумуляторов.

Для потребителей с потребляемой мощностью 10 Вт также может быть использован аккумулятор LiFeРO4, стоимостью 7.5…9 тыс.руб. Замену аккумулятора необходимо будет осуществлять каждые два года (может чаще).

При работе потребителя 20 лет, стоимость аккумуляторов (в ценах 2017 года) составит 15 тыс. руб. + стоимость выезда бригады для замены аккумуляторов.

Если заданная минимальная температура работы аккумулятора -400С, то для потребителей с потребляемой мощностью 0.1 – 1.0 Вт может быть использован аккумулятор 6СТ-20 (6СТ-10), стоимостью 4 тыс.руб. Замену аккумулятора необходимо будет осуществлять каждые два года (может чаще). Потребуется обслуживание аккумулятора с выездом бригады на место расположения потребителя.

При работе потребителя 20 лет, стоимость аккумуляторов (в ценах 2017 года) составит 40 тыс. руб. + стоимость выезда бригады для замены аккумуляторов. Стоимость обслуживания может превышать стоимость аккумулятора на порядок и выше.

Таким образом, ориентировочная стоимость аккумуляторов – до полумиллиона руб.

Для потребителей с потребляемой мощностью 10 Вт также может быть использован аккумулятор 6СТ-20 (2 шт.), стоимостью 8 тыс.руб. Замену аккумуляторов необходимо будет осуществлять каждые два года (может чаще).

При работе потребителя 20 лет, стоимость аккумуляторов (в ценах 2017 года) составит 80 тыс. руб. + стоимость выезда бригады для замены аккумуляторов.

Таким образом, ориентировочная стоимость аккумуляторов – до миллиона руб.

Сравнивая стоимости конденсаторов и аккумуляторов можно сделать вывод, что для потребителя с потребляемой мощностью 0.1 Вт – выгодно использовать конденсатор.

Для потребителя с потребляемой мощностью 1 Вт – также выгодно использовать конденсатор, учитывая необходимость замены аккумуляторов.

Для потребителя с потребляемой мощностью 10 Вт – также выгодно использовать конденсатор, учитывая необходимость регулярного обслуживания и замены аккумуляторов.

Опыт разработки систем с автономным питанием (от конденсаторов или аккумуляторов) требует натурных испытаний во всем спектре возможных условий эксплуатации.

Определяющим фактором в выборе источника энергии является эксплуатация в зимних условиях.

Минусовая температура серьезно снижает энергоемкость аккумуляторов (в разы), ресурс снижается в разы, потребность в обслуживании аккумуляторов увеличивает стоимость эксплуатации. И эта стоимость может оказаться определяющим фактором в выборе между аккумулятором и конденсатором.

Кроме того, важным фактором может быть такое требование, как использование систем только отечественного производства.