В смете стояло 100Ah. Объект получил 55 — вот куда ушло остальное

В смете стояло 100Ah. Объект получил 55.

В прошлом месяце дистрибьютор из Юго-Восточной Азии прислал нам расчёт: восемь блоков AGM 12 В 100 Ah, сборка 48 В, инвертор 3 кВт, резерв для небольшой телеком-площадки. На бумаге выходило 9,6 кВт·ч — он взял ампер-часы, умножил на напряжение и добавил 20 % «на всякий случай».

На объекте инвертор отключился через два с небольшим часа.

Ничего не было сломано. Аккумуляторы исправны, инвертор исправен, неверна была арифметика. Свинцовый блок 100 Ah не отдаёт 100 Ah при нагрузке 3 кВт и никогда не отдавал. Аккумулятор LiFePO4 100Ah этот расчёт тоже не обходит — он просто теряет на нём меньше. Надпись на этикетке — это измерение, сделанное в одном конкретном наборе условий, и почти никто не печатает эти условия рядом с ценой.

Это самое дорогое недоразумение в аккумуляторной торговле, дороже любой ошибки в закупке, которую я знаю. Поэтому давайте посчитаем как следует.

Ампер-часы — не энергия, а у этикетки есть сноска

Аккумулятор 12 В 100 Ah содержит 1,2 кВт·ч номинальной энергии. Это простая часть. То, что из него реально выходит, — другое число, и до вашей нагрузки доходит после четырёх скидок.

Скидка первая: режим разряда. Ёмкость свинцовых батарей обычно указывают при 20-часовом режиме, C20, то есть 5 А для блока 100 Ah. Если взять 50 А, химия не успевает: кислота внутри пластины не диффундирует достаточно быстро, напряжение проседает раньше, и блок сдаётся, не отдав заявленный заряд. Это закон Пейкерта, и для свинца показатель лежит между 1,15 и 1,30 в зависимости от того, залитый это блок, AGM или гель.

У литий-железо-фосфатного элемента показатель близок к 1,03. В этом весь смысл химии на высоких токах: аккумулятор LiFePO4 100Ah отдаёт практически 100 Ah при 0,5 C и всё ещё выше 95 % при 1 C.

Скидка вторая: температура. Ёмкость нормируется при 25 °C. Ниже свинец теряет примерно 0,6–1 % на градус: при −10 °C блок 100 Ah фактически превращается в 75–80 Ah, при −20 °C — ближе к 60 %. LiFePO4 теряет около 0,8 % на градус при разряде и полностью перестаёт принимать заряд при 0 °C.

Скидка третья: глубина разряда. Ни одну из химий не следует разряжать полностью, но правила расходятся резко. Циклический парк AGM обычно держат в пределах 50 % DoD, чтобы сохранить ресурс. LiFePO4 штатно работает на 80–90 %. То есть половина этикетки для одной химии — запретная зона, а для другой — лишь десятая часть. В одной и той же стойке аккумулятор LiFePO4 100Ah тратит девять десятых своей этикетки, а AGM — половину.

Скидка четвёртая: потери системы и отсечка по низкому напряжению. КПД инвертора 85–92 %, поэтому ватты переменного тока — не ватты постоянного. А порог отключения инвертора выставлен для защиты батареи, а не для вашей автономности: в системе 12 В он обычно срабатывает при 10,5 В, и на нагруженном свинцовом блоке это наступает, когда внутри ещё остаётся 20–25 % заряда. Вы за этот заряд заплатили. Вы его не получите.

Те же 200Ah, два объекта, два результата

Возьмём парк 48 В, 200 Ah, инвертор 3 кВт, непрерывная нагрузка, 25 °C. Две химии, одинаковая этикетка, одинаковое напряжение.

Прочитайте последнюю строку дважды. По этикетке литий выглядит на 60–100 % дороже. По доступной энергии он часто дешевле за отданный кВт·ч — ещё до того, как вы начнёте считать ресурс. И при 50 % DoD AGM даёт 400–600 циклов против 4 000–6 000 у литиевой сборки при 90 %.

Это не довод против свинца. Это довод о том, что свинец часто покупают не под ту задачу. Для ИБП, который 99 % жизни стоит на подзаряде, штраф Пейкерта не срабатывает никогда, предел DoD не имеет значения, и качественный AGM — рациональный выбор. Для ежедневного цикла через инвертор тот же блок просят делать то, подо что его не проектировали.

Где расчётная таблица ошибается

В таблицах, которые нас просят проверить, раз за разом повторяются три ошибки.

Умножить Ah на вольты и назвать это кВт·ч. Арифметика верна, ответ неверен, потому что он предполагает условия нормирования. Как исправить: считать в кВт·ч при реальном токе, затем применять температуру и DoD. Именно поэтому аккумулятор LiFePO4 100Ah и блок AGM 100 Ah по одной и той же цене в счёте — это не одна и та же закупка.

Считать батарею и забыть инвертор. Инвертор 3 кВт на парке 48 В потребляет около 70 А. Для свинцового парка 200 Ah это уже C/3, далеко за пределами комфортной зоны. Либо парк растёт, либо инвертор уменьшается; при таком размере совместить нельзя.

Считать отсечку по низкому напряжению полной остановкой. Это не так. Она срабатывает раньше на нагруженном свинцовом парке именно потому, что напряжение проседает под нагрузкой. Владелец, который видит отключение инвертора «при 20 % остатка», делает вывод, что батарея умирает. Правильный вывод — парк мал для этой нагрузки.

Как сравнить два предложения и не попасться

Запросите четыре числа письменно, прямо в коммерческом предложении. Поставщик, который их даёт, продаёт инженерию; тот, кто не даёт, продаёт этикетку.

1. Ёмкость при реальном токе разряда, а не при C20. Если нагрузка 70 А на парке 200 Ah, спросите ёмкость при 0,35 C.
2. Ёмкость при минимальной температуре объекта, а не при 25 °C.
3. Глубину разряда, на которую опирается обещание по ресурсу, и число циклов при этом DoD.
4. Порог отключения по низкому напряжению, который поставщик рекомендует для вашего инвертора.

Затем разделите цену на доступные кВт·ч из этих четырёх ответов. Просчитайте так аккумулятор LiFePO4 100Ah и AGM, который он заменяет, — рейтинг обычно переворачивается. Он перевернулся и у дистрибьютора выше: восемь блоков AGM превратились в двенадцать, объект перестал падать в два часа ночи, а суммарная стоимость оказалась ниже полного перехода на литий, потому что ему нужен был резерв, а не ежедневный цикл.

Что важно знать, если вы покупаете аккумулятор LiFePO4 100Ah

У литиевой стороны свои ловушки, и связаны они обычно с завышением, а не с недодачей.

Аккумулятор LiFePO4 100Ah, который заявляет 100 Ah при 1 C, — нормально. Тот, что заявляет 100 Ah при 2 C, — либо сборка заметно большего размера, либо очень изобретательный даташит. Просите кривую разряда при вашей нагрузке, а не цифру с первой страницы. Спросите, ограничивает ли BMS непрерывный разряд на 100 А или на 50 А: сборка 100 Ah с BMS на 50 А — это сборка на 50 А, что бы там ни умели ячейки.

И посмотрите на другой конец температурной шкалы: сборка, нормированная на 100 Ah при 25 °C, отдаст около 88 Ah при 0 °C и ровно ничего в зарядное устройство при минусе.

Вопросы, которые покупатели задают нам на самом деле

Аккумулятор LiFePO4 100Ah действительно даёт 100 Ah?

При 0,5 C и 25 °C — да, в пределах нескольких процентов. При 1 C рассчитывайте на 95–97 %. Автономность определяет не этикетка, а то, сколько BMS разрешает тянуть непрерывно.

Почему аккумулятор LiFePO4 100Ah дороже за ампер-час, но дешевле за кВт·ч?

Потому что вы тратите 80–90 % при высоком токе вместо 50 % при низком. Разделите цену на доступные кВт·ч при вашей нагрузке — сравнение развернётся в другую сторону.

Можно ли поставить аккумулятор LiFePO4 100Ah вместо AGM 100 Ah в существующую систему?

Обычно да, и автономность заметно вырастет. Сначала проверьте зарядное: LiFePO4 требует другого напряжения абсорбции и не переносит выравнивающий заряд, а старое зарядное может не давать ни того, ни другого.

Важен ли ток для аккумулятора LiFePO4 100Ah при 0,2 C?

Почти нет. Показатель Пейкерта близок к 1,03, поэтому при малом токе ёмкость равна этикетке. У лития кусается температура, а не ток.

Единственное число, которое имеет значение, — на стороне нагрузки

Каждая батарея — это химия, завёрнутая в набор условий. Этикетка описывает те, что выбрал завод. Объект навязывает другие. Разрыв между ними и есть источник недосчитанных парков, споров по гарантии и разочарованных покупателей.

Поэтому прежде чем утверждать парк, сделайте одно: возьмите нагрузку в кВт, разделите на КПД инвертора, примените штраф по току, температуру, DoD — и посмотрите, что осталось. Если осталось меньше, чем нужно нагрузке, вы нашли проблему до отправки контейнера, а не после.

Если вы сравниваете аккумулятор LiFePO4 100Ah с блоком AGM на той же задаче, пришлите нам профиль нагрузки и температуру объекта — мы посчитаем вместе с вами. Серия AGM глубокого разряда публикует значения C10 и C20 отдельно именно ради этой арифметики, а руководство по выбору для солнечного накопителя разбирает выбор химии, который стоит над этим расчётом.