Свинцово-кислотный аккумулятор глубокого разряда для солнечных систем не изношен — он сульфатирован

Батарея, которая умирает через полтора года

Монтажник винит аккумулятор. Поставщик винит зарядное устройство. Владелец винит обоих и переходит на литий.

Почти все неудачные офф-грид свинцовые батареи, которые мы разбираем, умирают одинаково, и дело обычно не в качестве изготовления: им ни разу не дали зарядиться до конца. День за днём массив возвращал 85–90 % того, что забрала нагрузка, пластины оставались в состоянии частичного заряда, остальное делала медленная химия.

Это самая непопулярная цифра в солнечном накопителе, и она объясняет больше преждевременных отказов, чем любой другой фактор.

Число циклов, которое не выживает на крыше

Аккумулятор глубокого разряда для солнечных систем часто продают числом циклов: 500 циклов при глубине разряда 50 %, иногда 600, иногда больше. Эти цифры получены на стенде, который делает три вещи, недоступные на объекте.

Он держит элементы при 25 °C. Он полностью заряжает их после каждого разряда. И он использует профиль заряда, выставленный человеком, который понимает, что такое напряжение абсорбции.

Реальная установка ломает все три. Температура гуляет от 0 °C ночью до 35 °C в шкафу в полдень. Нагрузка вырастает на треть, когда владелец ставит морозильник. А контроллер — маленький MPPT с фиксированным таймером абсорбции, который считает от момента пробуждения, а не от момента, когда батарея действительно дошла до напряжения абсорбции.

Тот же аккумулятор в том же корпусе, работающий два года при 70 % заряда, не увидит 500 циклов. Он увидит около 200, и потеряет ёмкость настолько постепенно, что это заметят только когда холодильник начнёт отключаться в три часа ночи.

Что частичный заряд делает с пластинами

В аккумуляторе глубокого разряда для солнечных систем при разряде на обеих пластинах образуется сульфат свинца. Это нормально и обратимо — так батарея запасает энергию. Заряд превращает его обратно в свинец, диоксид свинца и серную кислоту.

Если сульфат остаётся на месте, он перекристаллизовывается. Кристаллы растут, удельная поверхность схлопывается, материал всё труднее восстановить. Это твёрдая сульфатация, и когда её уже можно измерить, никакой уравнительный заряд не вернёт потерянную ёмкость. Её можно замедлить. Отменить нельзя.

Три признака появляются на объекте задолго до того, как владелец признает проблему:

• Напряжение покоя в норме, под нагрузкой нет. 12,6 В после часа покоя и 11,4 В, как только появляется нагрузка 30 А. Высокое внутреннее сопротивление из-за сульфатации.
• Напряжения блоков расходятся при заряде. Здоровая батарея сходится в пределах 0,05 В на блок 12 В в абсорбции. Сульфатированная расходится на 0,3 В и больше, и самый слабый блок тянет за собой все.
• Ток заряда не спадает. Здоровый VRLA в абсорбции выходит на 0,01–0,02 C за пару часов. Если через четыре часа зарядное всё ещё даёт почти полный ток, батарея либо глубоко разряжена, либо часть её вообще не принимает заряд.

Четыре способа, которыми солнечный объект морит свою батарею голодом

Массив считают под нагрузку, а не под подзаряд. Классическая ошибка: 3 кВт панелей на аккумулятор глубокого разряда для солнечных систем ёмкостью 10 кВт·ч при ночной нагрузке 4 кВт·ч. На бумаге массив покрывает нагрузку дважды. В декабре, с двумя пасмурными днями и коэффициентом 0,6, он покрывает нагрузку и ничего сверху. Батарея не поднимается выше 80 % и не успевает до этой отметки.

Абсорбция задана таймером, а не батареей. Два часа абсорбции звучат щедро, пока не увидишь, что контроллер начал отсчёт на рассвете. Основная фаза заканчивается в 11:00, абсорбция идёт до 13:00, между ними прошло облако, и ток упал ниже уровня, при котором электролит реально перемешивается. Батарея считает себя заряженной. Ареометр другого мнения.

Нет температурной компенсации. Аккумулятор глубокого разряда для солнечных систем, заряжаемый при 2,45 В на элемент в шкафу с +35 °C, перезаряжается: потеря воды и коррозия решёток. Та же уставка при 0 °C — недозаряд, ровно та среда, в которой растёт твёрдый сульфат. Поправка около −3 мВ на °C на элемент, и многие малые контроллеры её просто не делают.

Смешивание возрастов в одной цепи. Добавить новый блок к трёхлетнему аккумулятору глубокого разряда для солнечных систем — самый быстрый способ убить новый блок. Старые первыми доходят до напряжения абсорбции, зарядное снижает ток, и новый никогда не получает той добавки, которая нужна ему для выравнивания. Он сульфатируется рядом с уже сульфатированными.

AGM, GEL и свинец-углерод на одном и том же солнечном объекте

Эти цифры — расчётные данные производителей, они сильно зависят от глубины разряда, температуры и того, насколько аккуратно батарею заряжают. Читайте их как рейтинг, а не как обещание.

Что свинец-углерод меняет, а что нет

Для аккумулятора глубокого разряда для солнечных систем, который редко завершает заряд, свинец-углерод добавляет углерод в отрицательную пластину. Углерод улучшает приём заряда и меняет кристаллическую структуру образующегося сульфата, поэтому пластина легче восстанавливается, когда батарея наконец получает полный заряд. На практике она переносит PSOC-циклы, которые вдвое сократили бы ресурс AGM.

Чего он не делает — не отменяет необходимость полного заряда. Свинцово-углеродный аккумулятор глубокого разряда для солнечных систем, который никогда не видит напряжения абсорбции, всё равно сульфатируется, только медленнее. Он также не отменяет температурную компенсацию и не превращает 50 % глубины разряда в 80 %.

Надбавка обычно называется в 10–20 % к эквивалентному AGM. На объекте с ежедневным циклом и плохим подзарядом она окупается быстро; там, где массив с запасом и профиль заряда в порядке, не окупается никогда.

Уставки, которые решают, сколько проживёт аккумулятор глубокого разряда для солнечных систем

Спорить с монтажником стоит именно об этих цифрах, а не о марке на крышке:

• Коэффициент заряда 1,10–1,20. Ампер-часы, возвращённые делённые на отданные, за неделю, а не за день. Ниже 1,10 батарея уходит вниз безвозвратно.
• Напряжение абсорбции при 25 °C. Около 2,40–2,45 В на элемент для циклического AGM (14,4–14,7 В на блок 12 В), 2,35–2,40 В для GEL. Поддержка около 2,25–2,27 В на элемент.
• Конец абсорбции по току, а не по часам. Переход, когда ток падает до 0,01–0,02 C, либо минимум два-три часа — что дольше.
• Температурная компенсация около −3 мВ/°C на элемент, датчик на батарее, а не в шкафу контроллера.
• Полный заряд минимум раз в неделю, даже если для этого нужен генератор на два часа. Эта привычка полезнее, чем более дорогая батарея.
• Глубина разряда 50 % и меньше; редкий более глубокий разряд вредит меньше, чем постоянный недобор 20 % при заряде.

Что вписать в заказ

1. Для аккумулятора глубокого разряда для солнечных систем — ресурс по IEC 61427-1, стандарту для накопителей возобновляемой энергетики, а не по общему стандарту циклирования.
2. Глубина разряда, температура и критерий конца ресурса, приложенные к числу циклов.
3. Начальная ёмкость и допуск при 10-часовом режиме, а не только при 20-часовом.
4. Рекомендуемые напряжения абсорбции, поддержки и выравнивания при 25 °C плюс наклон температурной компенсации.
5. Прямое указание, допускается ли PSOC-циклирование и по какому испытанию.
6. Данные подбора: напряжение холостого хода и внутреннее сопротивление каждого блока при отгрузке.
7. Условия гарантии по глубине разряда и потере воды простым языком.

Один объект, две зимы, два результата

Ретранслятор на вершине холма в жарком сухом регионе: восемь блоков AGM 12 В 200 А·ч в роли аккумулятора глубокого разряда для солнечных систем. Первая зима закончилась на 71 % номинальной ёмкости. Таймер абсорбции стоял на 90 минутах, а массив был на 20 % слабее нужного для декабря. Исправление обошлось дешево: плюс 1,2 кВт панелей, абсорбция до 3 часов с окончанием по току и полный заряд раз в неделю. Вторая зима потеряла 3 %. Та же модель, тот же монтажник.

Что спрашивают покупатели

Можно ли вернуть сульфатированный аккумулятор выравнивающим зарядом?

Иногда, если сульфат ещё мягкий. 2–4 часа выравнивания при напряжении производителя возвращают часть ёмкости на обслуживаемой или GEL-батарее, которая неделями недозаряжалась. Когда кристаллы затвердели, это пустая трата электричества. Измерьте ёмкость до и после; если ничего не изменилось, прекратите.

50 % глубины разряда — реальный предел или маркетинг?

Это компромисс, а не обрыв. Разряд до 70 % не убьёт батарею за неделю, но ресурс расходуется быстрее, чем подсказывает арифметика: последние 20 % — это зона расслоения электролита и максимальной нагрузки на пластины.

Поможет ли более крупный аккумулятор глубокого разряда для солнечных систем при PSOC?

Нет. При том же токе заряда большая батарея дольше остаётся при более низком заряде, а это хуже. Сначала почините заряд, потом считайте ёмкость.

Герметичные хуже обслуживаемых для солнца?

Не по природе, но у них меньше возможностей. Не измерить плотность, не долить воду, не сделать агрессивное выравнивание. Поэтому профиль заряда должен быть правильным с первого дня.

Строка, которая никогда не попадает в смету

Никто не продаёт аккумулятор глубокого разряда для солнечных систем через качество профиля заряда, потому что профиль заряда не вписать в сравнительную таблицу. Именно он решает, дотянет ли батарея до восьмого года или её поменяют на второй.

XBATT публикует напряжения абсорбции, поддержки и выравнивания по каждой модели — это минимум, который стоит требовать; линейка свинец-углерод аттестована под PSOC-циклирование, а руководство по выбору свинцового накопителя объясняет, как проверить блок перед постановкой в цепь.