Акумулятори для сонячної станції: AGM, GEL чи LiFePO4
Зміст
Для домашньої сонячної станції підходять два класи акумуляторів: свинцево-кислотні AGM і GEL та літій-залізо-фосфатні (LiFePO4). Свинцеві дешевші на старті, але розряджати їх бажано лише наполовину, і живуть вони кілька сотень глибоких циклів. LiFePO4 дорожчі, зате віддають 80–90 % ємності, витримують тисячі циклів і мають вбудовану систему керування BMS, яка спілкується з інвертором. Під щоденні цикли і графіки відключень сьогодні зазвичай обирають LiFePO4; свинцеві лишаються варіантом для рідкісних блекаутів і невеликого бюджету. Нижче — порівняння, вплив глибини розряду, зима і на що дивитися при виборі.
Коротко:
- Стартерні автомобільні акумулятори для СЕС не підходять: вони розраховані на короткий великий струм, а не на глибокі цикли.
- AGM за даними виробника витримує близько 400 циклів при розряді на 80 % і 600 — на 50 %; GEL — 500 і 750. Для порівняння, LiFePO4-модулі для СЕС мають заявлений ресурс понад 6000 циклів.
- Глибина розряду — головний фактор ресурсу: що менше розряджаєте, то довше живе батарея.
- Тепло скорочує життя свинцевих батарей, а мороз заважає заряду: LiFePO4 не можна заряджати нижче 0 °C, розряджений свинцевий акумулятор може замерзнути.
- Для будинку беріть батарею на 48 В і того ж виробника чи зі списку сумісності гібридного інвертора.
Яку роль акумулятор грає в СЕС
У гібридній станції батарея працює в одному з двох режимів. Перший — резервний: акумулятор повний і чекає відключення, розряджається лише в блекаут. Другий — щоденний: удень батарея заряджається від надлишку панелей, а ввечері віддає його будинку. Перший режим м'якший для батареї, другий дає більшу економію, але вимагає великого ресурсу циклів.
Звідси і вибір. Якщо відключення рідкісні, а станція працює переважно на резерв, свинцева батарея відпрацює свої роки. Якщо батарея щодня розряджається ввечері і вночі чи графіки відключень щоденні, свинцевий акумулятор вичерпає ресурс за рік-два.
Ємність під своє навантаження порахуйте за кроками зі статті інвертор для котла: розрахунок акумулятора: там розібрано енергію на відключення, глибину розряду і час заряду. Тут — про те, який тип батареї взяти.
Типи акумуляторів для сонячної станції
Стартерні — ні
Автомобільний акумулятор має тонкі пластини, щоб на кілька секунд віддати сотні ампер стартеру. Глибокий розряд він переносить погано і швидко втрачає ємність. Для інвертора і СЕС потрібні батареї глибокого циклу, які позначаються як deep cycle, solar або для ДБЖ.
AGM
Електроліт просочує скловолоконні сепаратори між пластинами, батарея герметична і не потребує доливання води. За даними Victron, AGM краще за гель віддає великі струми, тому підходить для інверторів із потужними пусковими навантаженнями. Ресурс: близько 400 циклів при розряді на 80 % і 600 — на 50 %.
GEL
Електроліт загущений до гелю. Гелеві батареї служать довше і в режимі постійного підзаряду, і в циклах: близько 500 циклів при розряді на 80 % і 750 — на 50 %. Зате при великому струмі розряду їхня ефективна ємність падає сильніше, ніж у AGM.
LiFePO4
Літій-залізо-фосфатна хімія — одна з найбезпечніших серед літієвих: стабільна при нагріві і не схильна до займання так, як інші літій-іонні типи. Готові модулі для СЕС на 48 В зібрані з елементів, BMS і корпусу на заводі. Заявлений ресурс популярного 48-вольтового модуля на 4,8 кВт·год — понад 6000 циклів. Збирання батарей з окремих елементів — окрема велика тема, і без досвіду та вимірювального обладнання братися за неї не варто.
| Параметр | AGM | GEL | LiFePO4 (готовий модуль) |
|---|---|---|---|
| Рекомендована глибина розряду | до 50 % | до 50 % | 80–90 % |
| Ресурс при розряді на 50 % | ~600 циклів | ~750 циклів | кілька тисяч |
| Ресурс при розряді на 80 % | ~400 циклів | ~500 циклів | понад 6000 (заява виробника модуля) |
| Термін служби в режимі підзаряду при 20 °C | 7–10 років | 12 років | залежить від циклів і BMS |
| Ємність при розряді за 1 годину | ~65 % номіналу | ~61 % номіналу | втрати значно менші |
| Заряд на морозі | можна, зниженим струмом | можна, зниженим струмом | нижче 0 °C заборонено |
| Зв'язок з інвертором | ні, налаштування вручну | ні, налаштування вручну | так, CAN або RS485 |
| Вага на 1 кВт·год | велика | велика | значно менша |
Цифри для AGM і GEL — з технічних даних Victron для їхніх батарей глибокого циклу; в інших виробників вони свої, тому порівнюйте за паспортом.
Глибина розряду і цикли
Глибина розряду (DoD) — частка ємності, яку батарея віддала від повного заряду. Розряд на 80 % означає, що в батареї лишилося 20 %. Для свинцевих батарей залежність ресурсу від глибини розряду дуже крута: та сама AGM при розряді на 30 % витримує близько 1500 циклів, на 50 % — 600, на 80 % — 400.
Практичний висновок: свинцеву батарею беруть удвічі більшою за потрібну енергію і в налаштуваннях інвертора ставлять відключення на рівні 50 %. Тоді її реальна корисна ємність — половина номіналу.
Друга пастка — струм розряду. Номінальна ємність свинцевої батареї вказана для розряду за 20 годин. Якщо інвертор бере з неї стільки, що вона сяде за годину, AGM віддасть лише близько 65 % номіналу, а GEL — 61 %. Для інвертора з котлом це не страшно, для будинку з насосом і чайником — суттєво.
LiFePO4 таких втрат майже не має і спокійно працює на розряд 80–90 % щодня. Тому при однаковій номінальній ємності літієвий модуль дає майже вдвічі більше корисної енергії.
Ціни: гібридні інвертори
Індекс цін Трибуни 45 565 ₴ ≈ 1 003 $
| # | Модель | Ціна, ₴ | від, $ | 30 дн. | Магазинів | Індекс | Оцінка читачів |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Victron Energy MultiPlus II GX 48/3000/35-32 (PMP482306000) | 34 999–46 899 | 771 | 16 | 70 | |||
| Covax CV-PS-2200-12V Найкраща ціна · 10.11 | 11 999–13 536 | 264 | 19 | 61 | |||
| EcoFlow PowerOcean-Inverter-P1-3.68kW-EU | 37 999–76 999 | 837 | 3 | 59 | |||
| 4 | Victron Energy MultiPlus-II 48/6k5/100-50 (PMP482605012) | 42 030–61 246 | 926 | 4 | 59 | ||
| 5 | Deye SUN-6K-SG03LP1-EU WiFi | 49 100–70 350 | 1 081 | 3 | 54 | ||
| 6 | Victron Energy MultiPlus II 48/5000/70-50 (PMP482505010) | 39 999–65 672 | 881 | 7 | 47 | ||
| 7 | Solis Solar S6-EH3P12K02-NV-YD-L | 72 292–110 136 | 1 592 | 13 | 41 | ||
| 8 | Deye SUN-16K-SG05LP3-EU-SM2 16KW 48V 2 MPPT Wi-Fi 220/380V Трифазний | 102 695–134 232 | 2 261 | 6 | 40 | ||
| 9 | Deye SUN-125K-SG02HP3-EU-GM10 | 329 150–474 100 | 7 248 | 42 | 39 | ||
| 10 | Deye SUN-12K-SG01HP3-EU-AM2 | 50 000–110 180 | 1 101 | 7 | 32 |
BMS: що вона робить
BMS (система керування батареєю) — обов'язкова частина будь-якої літієвої батареї. Вона:
- відключає заряд при перевищенні напруги елементів і розряд — при їх надмірному розряді;
- обмежує струм і захищає від короткого замикання;
- контролює температуру і забороняє заряд на морозі та роботу при перегріві;
- вирівнює заряд елементів (балансування), щоб жоден не перезаряджався і не розряджався глибше за інші;
- передає інвертору по CAN або RS485 дозволений струм заряду і розряду та рівень заряду.
Без зв'язку з BMS інвертор заряджає літієву батарею «наосліп», за напругою, і може недозаряджати її або впиратися в захист. Тому перед покупкою перевірте, чи є модуль у списку сумісності вашого гібрида. Для свинцевих батарей BMS немає, а напруги заряду і відключення налаштовують в інверторі вручну за паспортом батареї.
Як збирають банк і на яку напругу
На зображенні вище — три способи з'єднати чотири однакові батареї 12 В 100 А·год. Паралельно виходить 12 В 400 А·год, дві послідовні пари паралельно — 24 В 200 А·год, усі чотири послідовно — 48 В 100 А·год. Енергія однакова, 4,8 кВт·год, різниться лише струм.
Для будинку беріть 48 В: при потужності 5 кВт струм від батареї 48 В — близько 100 А, від 12 В було б понад 400 А. Правила для свинцевого банку:
- батареї однієї моделі, ємності, виробника і бажано однієї партії;
- нові разом зі старими не з'єднують: стара тягне вниз увесь банк;
- перемички однакової довжини, щоб струм розподілявся рівно;
- від інвертора — запобіжник або автомат постійного струму біля батареї.
Готові LiFePO4-модулі на 48 В з'єднують паралельно за інструкцією виробника, з'єднуючи і силові кабелі, і кабелі зв'язку між BMS.
Акумулятори взимку
Українська зима б'є по батареях з двох боків. Сонця мало, тому батарея довго буває недозарядженою, а холод зменшує ємність і обмежує заряд.
Свинцеві
Ємність на морозі помітно падає, а заряджену і розряджену батарею мороз шкодить по-різному. Повністю заряджений акумулятор має електроліт густиною близько 1,265 і замерзає приблизно при −55 °C, а розряджений, з густиною 1,15, — уже при −15 °C. Замерзання руйнує батарею назавжди. Тому в неопалюваному гаражі чи на балконі свинцеві батареї тримають повністю зарядженими.
Напругу заряду свинцевих батарей коригують за температурою: за даними Victron — на −4 мВ на елемент, тобто −24 мВ на кожен градус для 12-вольтової батареї відносно 25 °C. Холодна батарея потребує трохи вищої напруги, тепла — нижчої. Якщо гібрид має датчик температури батареї, обов'язково його підключіть.
Тепло для свинцю гірше за холод: за таблицею Victron термін служби AGM у режимі підзаряду при 20 °C — 7–10 років, при 30 °C — 4, при 40 °C — 2 роки. Саморозряд нижче 2 % на місяць при 20 °C і подвоюється на кожні 10 °C.
LiFePO4
Розряджати LiFePO4 на легкому морозі можна (у паспорті поширеного модуля на 48 В розряд дозволено від −10 °C), а заряджати нижче 0 °C — ні. При заряді на холоді на аноді осаджується металевий літій, і це назавжди знижує ємність і безпеку елемента. BMS у такому разі забороняє заряд, і інвертор пише про помилку або не заряджає батарею. Висновок простий: літієві батареї ставлять в опалюваному приміщенні або в моделях із вбудованим підігрівом.
Для обох типів: між відключеннями дозвольте інвертору заряджати батарею від мережі. Взимку саме мережа, а не панелі, наповнює її до наступного відключення.
Ціни: зарядні станції
Індекс цін Трибуни 37 525 ₴ ≈ 826 $
| # | Модель | Ціна, ₴ | від, $ | 30 дн. | Магазинів | Індекс | Оцінка читачів |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BLUETTI Premium 30 V2 | 13 939–20 199 | 307 | 82 | 75 | |||
| Allpowers S2000 Pro | 32 500–48 999 | 716 | 59 | 67 | |||
| Marstek A300 Pro Найкраща ціна · 10.11 | 8 998–10 129 | 198 | 40 | 64 | |||
| 4 | Marstek A500 Pro | 14 598–16 999 | 321 | 32 | 64 | ||
| 5 | Allpowers R1500 | 25 800–40 000 | 568 | 9 | 57 | ||
| 6 | Aferiy AF-P210 | 43 750–113 999 | 963 | 26 | 51 | ||
| 7 | Gendome Home 3000 | 56 901–64 000 | 1 253 | 3 | 45 | ||
| 8 | EcoFlow DELTA 3 Max Plus Extra Battery (EFD3MP-EB) | 42 549–73 899 | 937 | 46 | 42 | ||
| 9 | BLUETTI Elite 300 (P-EL300-EU-GY-10) | 69 149–111 120 | 1 523 | 75 | 39 | ||
| 10 | BLUETTI Apex 300 3840W | 70 900–171 300 | 1 561 | 86 | 37 |
Як вибрати акумулятор для СЕС
- Порахуйте корисну енергію на найдовше відключення чи на вечір і ніч.
- Виберіть тип. Щоденні цикли або часті відключення — LiFePO4. Рідкісні відключення і обмежений бюджет — GEL або AGM з подвійним запасом ємності.
- Перевірте сумісність з інвертором: напруга 48 В, список сумісних батарей, протокол зв'язку BMS.
- Перевірте струми. Максимальний струм розряду батареї має бути не меншим за струм, який бере інвертор на повній потужності.
- Подумайте про місце. Сухе приміщення з температурою вище нуля, подалі від котла і джерел тепла, з доступом для огляду.
- Плануйте розширення. Модульні LiFePO4-батареї легко доповнити ще одним модулем, свинцевий банк — практично ні, бо нові батареї не дружать зі старими.
Для квартири, де потрібно живити лише роутер, світло і зарядку телефонів, простіше взяти портативну зарядну станцію з LiFePO4 всередині: батарея, інвертор і зарядний пристрій вже зібрані в одному корпусі.
Купівлю батареї для будинку можна профінансувати через державний «Енергокредит»: програма покриває генератори, акумулятори і СЕС, а після введення обладнання в експлуатацію держава компенсує частину тіла кредиту — 25 % за генератор з акумулятором і 30 % за комплект із СЕС.
Безпека і коли кликати майстра
- Батарея 48 В при короткому замиканні дає тисячі ампер. Працюйте ізольованим інструментом, знімайте годинник і каблучки, закривайте клеми.
- Свинцеві батареї при перезаряді виділяють водень. Приміщення має провітрюватися, поруч не має бути відкритого вогню та іскор.
- Не ставте батареї у житловій кімнаті без вентиляції і на шляху евакуації.
- Не розбирайте готові LiFePO4-модулі і не обходьте BMS.
- Здута, гаряча чи тріснута батарея — привід негайно відключити її і звернутися до сервісу.
Кличте майстра для підключення батареї до гібрида, налаштування зв'язку з BMS і для будь-яких банків на 48 В зі свинцевих батарей.
Резервні лінії будинку і після встановлення батареї мають бути захищені ПЗВ, а від стрибків при поверненні світла — реле контролю напруги. Для невеликих задач, наприклад живлення комп'ютера, простіше джерело безперебійного живлення.
Часті питання
Чи можна використати автомобільний акумулятор для сонячної станції?
Як тимчасове рішення для невеликого інвертора — можна, але ненадовго. Стартерна батарея розрахована на короткий великий струм і швидко деградує від глибоких розрядів. Для щоденної роботи потрібні батареї глибокого циклу.
Що краще для резерву на блекаут: AGM чи GEL?
Якщо навантаження з великими пусковими струмами і розряд швидкий — AGM. Якщо розряд повільний, а батарея довго стоїть на підзаряді — GEL, вона служить довше. В обох випадках не розряджайте нижче 50 %.
Чому LiFePO4 не заряджається взимку?
BMS забороняє заряд при температурі нижче 0 °C, щоб захистити елементи від осадження літію. Перенесіть батарею в тепле приміщення або оберіть модель із підігрівом.
Скільки прослужить LiFePO4-батарея?
Ресурс рахують у циклах: заявлений для модулів СЕС — понад 6000. При одному циклі на добу це понад 15 років, але на практиці на ресурс впливають температура, струми і якість BMS. Гарантія виробника зазвичай коротша за розрахунковий ресурс.
Чи можна змішувати свинцеві і літієві батареї в одній системі?
Ні. У них різні напруги заряду і характер розряду, а інвертор може працювати лише з одним типом батареї на вході.