Akumuliatorius elektrinėje schemoje: išsamus paaiškinimas

Įvadas į elektrinius simbolius ir schemas

Kiekvienas elektros elementas turi savo sutartinį grafinį simbolį, kurie nustatomi standartais ir kitais norminiais dokumentais. Lietuvos standartizacijos departamento svetainėje galima pasitikrinti standartų buvimą ir jų galiojimą. Elektrinis ar elektroninis simbolis yra mažas paveikslėlis, skirtas elektriniams ir elektroniniams įrenginiams bei funkcijoms pavaizduoti. Visame pasaulyje naudojama daug elektrinių simbolių ir schemų. Nors jie daugiausia yra standartizuoti, svarbu suprasti jų reikšmę.

Dažniausiai naudojami elektriniai simboliai

Akumuliatoriaus vaidmuo saulės elektrinėse

Turbūt kiekvienas, kas bent kartą susidūrė su saulės elektrinėmis, suprato vieną paprastą tiesą - saulė šviečia ne visada. Dieną gaminate elektrą, o vakare norisi pasižiūrėti filmą ar įkrauti telefoną. Čia ir prasideda visa magija su akumuliatoriais. Akumuliatorius leidžia sukaupti perteklinę energiją, kurią saulės baterijos pagamina saulėtomis dienomis, ir panaudoti ją tada, kai jums reikia. Tai ypač aktualu tiems, kas gyvena atokiau nuo miestų ar nori būti visiškai nepriklausomi nuo elektros tinklų.

Pagrindiniai saulės elektrinės sistemos komponentai

• Saulės baterijos: Tai jūsų energijos šaltinis.
• Akumuliatorius arba akumuliatorių bankas: Energijos saugykla.
• Įkrovimo reguliatorius (įkrovos kontrolierius): Svarbiausias komponentas, kontroliuojantis energijos tekėjimą iš saulės baterijų į akumuliatorių. Be jo akumuliatorius gali būti perkrautas arba per giliai iškrautas, o tai labai sutrumpina jo tarnavimo laiką.
• Inverteris: Jei planuojate naudoti įprastus 220V prietaisus, inverteris yra būtinas. Jis paverčia akumuliatoriuje saugomą nuolatinę srovę į kintamąją.

Saulės elektrinės sistemos schemos ir jungimo principai

Pagrindinis principas paprastas: saulės baterijos → įkrovimo reguliatorius → akumuliatorius → inverteris → jūsų prietaisai.

Saulės baterijų jungimas

Saulės baterijas galima jungti nuosekliai (plius prie minuso) arba lygiagrečiai (plius prie pliuso, minusas prie minuso).

• Nuoseklus jungimas didina įtampą.
• Lygiagretis jungimas didina srovės stiprumą.

Pavyzdžiui, jei turite dvi 12V 100W baterijas ir jas sujungiate nuosekliai, gausite 24V sistemą.

Sistemos konfigūracija

Kokią schemą rinktis? Tai priklauso nuo jūsų akumuliatoriaus įtampos ir įkrovimo reguliatoriaus tipo. Jei turite MPPT reguliatorių, galite drąsiai jungti baterijas nuosekliai ir gauti aukštesnę įtampą - reguliatorius viską suvaldys.

Pavyzdys: Paprasta 12V sistema

Tarkime, kuriate paprastą 12V sistemą savo sodybai ar kemperiui. Turite dvi 100W saulės baterijas po 18V, vieną 12V 100Ah akumuliatorių ir PWM reguliatorių. Tokiu atveju geriausias variantas - sujungti saulės baterijas lygiagrečiai.

Jungimo tvarka

Svarbu laikytis teisingos jungimo tvarkos:

1. Pirmiausia prie įkrovimo reguliatoriaus prijunkite akumuliatorių - tai svarbu, nes daugelis reguliatorių nustato sistemos įtampą pagal pirmą prijungtą komponentą.
2. Tik tada prijunkite saulės baterijas.

Praktiniai patarimai ir dažniausios klaidos

Laidų parinkimas

Viena iš dažniausių klaidų - per ploni laidai. Kai per ploną laidą teka didelė srovė, jis įkaista ir praranda dalį energijos. Tai neefektyvu ir pavojinga.

Bendras principas: kuo didesnė srovė ir kuo ilgesnis atstumas, tuo storesni laidai reikalingi.

Tarp saulės baterijų ir reguliatoriaus, jei atstumas iki 5 metrų ir srovė iki 10A, pakanka 2.5mm² laidų. Nepamirškite, kad nuostoliai laido varžoje yra proporcingi atstumo kvadratui. Kitaip tariant, padvigubinus atstumą, nuostoliai išauga keturis kartus.

Akumuliatorių tipai ir pasirinkimas

Ne visi akumuliatoriai vienodi.

• Švino rūgštiniai akumuliatoriai: Seniausi ir pigiausi. Jie sunkūs, užima daug vietos ir tarnauja 3-5 metus, bet kainuoja mažiausiai.
• Ličio geležies fosfato (LiFePO4) akumuliatoriai: Šiuolaikinė alternatyva. Jie brangesni, bet tarnauja 10-15 metų, yra daug lengvesni ir gali būti iškraunami giliau be žalos.

Svarbu žinoti, kad skirtingiems akumuliatoriams reikia skirtingų įkrovimo parametrų. Švino rūgštiniams reikia apie 14.4V įkrovimo įtampos 12V sistemoje, o LiFePO4 - apie 14.6V.

Dažniausiai pasitaikančios klaidos

Per daugelį metų matau vis tas pačias klaidas:

1. Per mažas akumuliatorius: Apskaičiuokite, kiek energijos sunaudojate per parą, ir pridėkite bent 30% atsargos.
2. Netinkamai parinktas įkrovimo reguliatorius: Reguliatoriaus galia turi būti bent 20% didesnė už saulės baterijų galią. Jei turite 600W saulės baterijų, reikia bent 50A reguliatoriaus 12V sistemai (600W / 12V = 50A).
3. Prasta ventiliacija: Švino rūgštiniai akumuliatoriai išskiria vandenilį, kuris sprogus. LiFePO4 taip pat reikia vėdinimo, nes jie gali įkaisti.
4. Pamirštos apsaugos: Kiekviename grandinės taške turėtų būti saugiklis ar automatinis jungiklis. Tarp saulės baterijų ir reguliatoriaus, tarp reguliatoriaus ir akumuliatoriaus, tarp akumuliatoriaus ir inverterio.

Sistemos priežiūra ir stebėjimas

Kai viskas sujungta ir veikia, nesėdėkite sudėjęs rankų. Sistema reikalauja stebėjimo.

• Reguliariai tikrinkite laidų jungtis - ar neatsijungė, ar neoksiduotos. Ypač svarbu tikrinti jungtis, kuriose teka didelė srovė. Oksiduota jungtis kuria varžą, o tai reiškia šilumą ir energijos nuostolius.
• Švino rūgštiniams akumuliatoriams tikrinkite skysčio lygį (jei tai ne hermetinis tipas) ir kartais atlikite išlyginimą - tai reiškia visiškai įkrauti ir palaikyti aukštą įtampą kelias valandas.

Saulės energijos sistemos tipai

1. Prie skirstomųjų tinklų prijungtos saulės elektrinės

Tai labiausiai paplitusios ir plačiausiai naudojamos namuose ir įmonėse. Šioms elektrinėms nereikia akumuliatorių, jose naudojami saulės energijos inverteriai arba mikroinverteriai ir jos yra prijungtos prie viešųjų elektros skirstomųjų tinklų. Skirtingai nuo hibridinių sistemų, prie skirstomųjų tinklų prijungtos saulės elektrinės negali veikti arba generuoti elektros energijos nutrūkus elektros tiekimui dėl saugumo sumetimų.

2. Autonominės (prie skirstomųjų tinklų neprijungtos) saulės elektrinės

Prie skirstomųjų tinklų neprijungtai elektrinei būtinas akumuliatorius. Dėl didelės akumuliatorių ir prie skirstomųjų tinklų neprijungtų inverterių kainos, šios elektrinės yra daug brangesnės nei prie skirstomųjų tinklų prijungtos elektrinės, todėl dažniausiai jų iš tiesų reikia tik atokesnėse vietose, kurios yra toli nuo elektros tinklo.

Autonominė saulės elektrinė yra sudaryta iš keturių komponentų: galios keitiklio (inverterio), įkrovimo valdiklio, saulės modulių bei baterijos. Šios sistemos sandara yra panaši į standartinę saulės elektrinę, esminis skirtumas yra, jog turėsite Jums priklausančią kaupiamąją bateriją ir į tinklą elektros neatiduosite. Svarbu paminėti, kad ši elektrinė negalės būti prijungta prie tinklo, jei šis atsirastų - negalėsite tapti ir gaminančiu vartotoju.

• Saulės moduliai: Įrengti saulės moduliai ant Jūsų stogo ar kito eksploatuojamo objekto.
• Įkrovimo valdiklis: Veikia kaip reguliatorius tarp gautos saulės energijos ir baterijos. Valdiklis užtikrina, kad kaupiamoji baterija nebūtų perpildyta, bet tuo pačiu pasirūpina jos pilnu pakrovimu/tinkamu iškrovimu.
• Kaupiamoji baterija: Nepanaudota energija yra siunčiama į kaupiamąją bateriją pasaugojimui.

Įsirengiant autonominę saulės elektrinę yra labai svarbu pasirinkti tinkamo galingumo saulės modulius ir baterijos talpą, nes būsite nepriklausomas elektros energijos gamintojas. Jei energija reikalinga ir žiemą - vertėtų pagalvoti apie alternatyvų šaltinį, pavyzdžiui - elektros generatorių.

3. Hibridinės sistemos

Šiuolaikinės hibridinės sistemos tai saulės elektrinės ir akumuliatorių derinys. Hibridinės sistemos būna įvairių formų ir konfigūracijų. Dėl mažėjančios akumuliatorių kainos, sistemos, kurios jau yra prijungtos prie elektros skirstomųjų tinklų, taip pat gali pradėti naudotis akumuliatorių teikiamomis galimybėmis. Tai reiškia, kad galima kaupti dieną generuojamą saulės energiją ir naudoti ją naktį. Kai sukaupta energija išsenka, elektra imama iš atsarginio elektros energijos šaltinio - tinklo, todėl vartotojai gali pasinaudoti visais abiejų sistemų privalumais. Hibridinės sistemos taip pat gali įkrauti akumuliatorius naudodamos pigią elektrą ne piko metu (paprastai nuo vidurnakčio iki 6 val.).

Akumuliatoriaus techninė apibrėžtis

Elektros akumuliatorius - daugkartinio naudojimo cheminis elektros energijos šaltinis. Veikimas pagrįstas grįžtamomis elektrocheminėmis reakcijomis (cheminę energiją verčiančiomis elektros energija), todėl iškrautą elektros akumuliatorių vėl galima įkrauti leidžiant per jį priešingos krypties nuolatinę elektros srovę (tuo elektros akumuliatorius skiriasi nuo tik vieną kartą panaudojamų galvaninių elementų).

Akumuliatorių tipai ir jų veikimo principai

• Rūgštinis elektros akumuliatorius (švino akumuliatorius): Teigiamasis elektrodas yra švino dioksidas PbO2, neigiamasis - švinas Pb, elektrolitas - sieros rūgšties H2SO4 tirpalas.
• Šarminis elektros akumuliatorius (pvz., nikelio-kadmio): Teigiamasis elektrodas yra nikelio oksidas-hidroksidas NiOOH, neigiamasis - kadmis Cd, elektrolitas - kalio hidroksido KOH tirpalas. Iškraunant elektros akumuliatorių kadmis oksiduojamas iki kadmio hidroksido Cd(OH)2, NiOOH redukuojamas iki nikelio hidroksido Ni(OH)2, įkraunant elektros akumuliatorių ant elektrodų vėl susidaro pradinės medžiagos.
• Hidridinis elektros akumuliatorius: Teigiamasis elektrodas NiOOH, neigiamasis - specialus, lengvai su vandeniliu sudarantis hidridą lydinys (paprastai LaNi5), elektrolitas - KOH tirpalas. Iškraunant šį elektros akumuliatorių iš hidrido išsiskyręs vandenilis oksiduojasi iki vandenilio jonų H+, kurie su hidroksilo jonais OH- sudaro vandenį (įkraunat elektros akumuliatorių vandenilis vėl išsiskiria į lydinį).
• Nikelio-metalo hidrido elektros akumuliatorius: Elektrinė talpa 30-40 % didesnė negu nikelio-kadmio elektros akumuliatoriaus, nėra kenksmingų metalų, tačiau įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičius mažas, lengvai savaime išsikrauna.
• Ličio jonų elektros akumuliatorius: Neigiamasis elektrodas yra grafitas, teigiamasis - LiCoO2 arba mangano špinelis, elektrolitas - ličio jonų turintis organinis junginys.

Istorinė apžvalga

• Rūgštinį elektros akumuliatorių 1859 išrado prancūzų fizikas Gastonas Planté.
• Šarminis elektros akumuliatorius išrastas 1899, tačiau pradėtas naudoti tik 1950.
• Ličio jonų elektros akumuliatorius pradėtas gaminti 1991 (už šį išradimą M. S. Whittinghamui, A. Yoshino ir J. B. Goodenoughui 2019 skirta Nobelio chemijos premija).
• Ličio elektros akumuliatorius su kietuoju elektrolitu (ličio polimerinis elektros akumuliatorius) pradėtas gaminti 1999.

Saulės energijos konversijos principai

Visos saulės energijos sistemos veikia pagal tuos pačius pagrindinius principus. Pirmiausia saulės baterijų plokštės konvertuoja elektros energiją (ar saulės šviesą) į nuolatinės srovės energiją naudodamos fotovoltinį efektą. Tada nuolatinės srovės energija gali būti saugoma akumuliatoriuje arba saulės energijos inverterio paverčiama kintamosios srovės energija, kurią galima naudoti buitiniams prietaisams.

1. Saulės modulių veikimas

Dauguma šiuolaikinių saulės baterijų plokščių yra sudarytos iš daugybės silicio fotovoltinių elementų, kurie generuoja nuolatinės srovės (DC) elektros energiją iš saulės spindulių. Fotovoltiniai elementai yra sujungti su saulės baterijų plokšte ir prijungti prie gretimų plokščių kabeliais. Pastaba: Ne šiluma, o saulės šviesa ar spinduliuotė gamina elektros energiją fotovoltiniuose elementuose.

Saulės baterijų plokštės, taip pat žinomos kaip saulės moduliai, paprastai sujungiamos į „eilutes“, kad būtų sukurtas vadinamasis saulės baterijų modulynas. Gaminamos saulės energijos kiekis priklauso nuo kelių veiksnių, įskaitant saulės baterijų plokščių orientaciją ir pasvirimo kampą, saulės baterijų plokščių našumą ir bet kokius dėl pavėsio, purvo, ar net aplinkos temperatūros, atsiradusius nuostolius. Saulės baterijų plokštės gali generuoti energiją debesuotu ir apsiniaukusiu oru, tačiau energijos kiekis priklauso nuo debesų tankumo ir aukščio, nes tai lemia, kiek šviesos per juos gali pereiti. Šviesos energijos kiekis yra žinomas kaip saulės spinduliuotė ir paprastai apskaičiuojamas kaip visos dienos vidurkis, naudojant terminą „Peak Sun Hours“ (liet. pikinės saulės valandos).

2. Inverterio funkcija

Saulės baterijų plokštės gamina nuolatinės srovės elektros energiją, kuri turi būti konvertuojama į kintamosios srovės (AC) elektrą, kurią galima naudoti namuose ir įmonėse. Tai yra pagrindinė saulės energijos inverterio funkcija. Mikroinverterių sistemoje kiekviena plokštė turi savo mikroinverterį, pritvirtintą prie galinės plokštės pusės. Taip pat yra ir pažangesnių į eilutes nuosekliai sujungtų plokščių inverterių sistemų, kuriose naudojami nedideli galios optimizatoriai, pritvirtinti prie kiekvienos saulės baterijų plokštės galinės dalies.

3. Saulės energijos akumuliatoriai

Saulės energijos akumuliatoriai yra dviejų pagrindinių tipų: rūgštinis (AGM ir gelio) ir ličio jonų. Yra keletas kitų tipų, pvz., redokso srauto ir natrio jonų akumuliatoriai, tačiau sutelkiama dėmesį į du dažniausiai pasitaikančius. Akumuliatoriaus talpa paprastai matuojama ampervalandėmis (Ah) rūgštiniams akumuliatoriams arba kilovatvalandėmis (kWh) ličio jonų akumuliatoriams. Tačiau ne visa talpa yra naudingoji. Ličio jonų akumuliatoriai paprastai gali tiekti iki 90 proc. turimos talpos per dieną, o rūgštiniai akumuliatoriai paprastai tiekia tik 30-40 proc. bendros talpos per dieną, kad akumuliatoriaus eksploatavimo trukmė būtų ilgesnė. Prie skirstomųjų tinklų neprijungtoms (t.y. autonominėms) saulės elektrinėms reikalingi specialūs prie skirstomųjų tinklų neprijungti inverteriai ir akumuliatorių sistemos, kurios yra pakankamai didelės, kad galėtų kaupti energiją 2 ar daugiau dienų.

4. Energijos paskirstymas ir naudojimas

Įprastoje, prie skirstomųjų tinklų prijungtoje, saulės elektrinėje kintamosios srovės elektros energija saulės energijos inverterio siunčiama į skirstomąjį skydą, kur ji pernešama į įvairias jūsų namų grandines ir prietaisus. Tai žinoma kaip skaičiavimas iš gauto energijos kiekio atimant į tinklą patiektą energiją, kai bet koks saulės elektrinės pagamintas elektros energijos perteklius siunčiamas į elektros tinklą per energijos skaitiklį arba kaupiamas akumuliatorių sistemoje, jei tai hibridinė sistema. Hibridinės sistemos gali eksportuoti perteklinę elektros energiją ir kaupti energijos perteklių akumuliatoriuje.

Elektros tinklas kaip "virtuali baterija"

ESO tinklu pasinaudojate tarytum baterija. Šis būdas yra vienas populiariausių tarp klientų, kurie nusprendžia įsirengti saulės elektrinę. Jei Jūsų elektrinė dėl nepakankamos apšvitos, galios ar montavimo būdo nepagamintų užtektinai elektros energijos ar nebūsite iš anksčiau šios sukaupę, trūkstamas kiekis bus perkamas įprasta elektros kaina. Elektra, kurią sukaupsite per periodą - kainuos tik pasaugojimo mokestį, priklausomai nuo to, kurį gaminančio vartotojo planą pasirinksite.

Automobilių elektros schemų svarba

Automobilių elektros schemų skaitymas yra fundamentalus įgūdis, kuris leidžia tiksliai identifikuoti, lokalizuoti ir pašalinti elektros sistemos gedimus. Šiuolaikiniuose automobiliuose, kur įdiegta vidutiniškai 2-3 km laidų ir per 80 elektroninių valdymo modulių, schemų supratimas tapo ne prabanga, o būtinybe.

Sudėtingumas ir simbolika

Šiuolaikinių automobilių elektros sistemos tampa vis sudėtingesnės - vidutinis 2023 metų automobilis turi virš 100 atskirų elektros grandinių, palyginti su vos 30 grandinių 1990-ųjų automobiliuose. Automobilių elektros schemos naudoja standartizuotą simbolių sistemą, kuri padeda greitai identifikuoti komponentus. Pagrindiniai simboliai apima akumuliatorius, saugiklius, reles, rezistorius, jungiklius ir įvairius vartotojus. Kiekvienas gamintojas taip pat turi savo unikalius žymėjimus, tačiau 80% simbolių yra universalūs visose schemose. Tyrimas parodė, kad automechanikų mokymo centruose inžinieriai, gerai suprantantys simbolių sistemą, diagnozuoja gedimus vidutiniškai 42% greičiau.

Gamintojų skirtumai

• Vokiški automobiliai (VW, Audi, BMW, Mercedes): Pasižymi itin detaliu komponentų žymėjimu, kur kiekvienas komponentas turi unikalų kodą.
• Japonijos gamintojai (Toyota, Honda, Nissan): Dažnai naudoja kompaktiškesnius žymėjimus ir daugiau spalvinio kodavimo elementų.
• Amerikos gamintojai (Ford, GM): Tradiciškai naudoja daugiau tekstinių aprašymų šalia simbolių ir mažiau pasikliauja vien tik grafiniais elementais.

Laidų spalvų ir kodų sistema

Automobilių laidų spalvų ir kodų sistema buvo sukurta standartizuoti elektros instaliaciją. Pagrindinės spalvos (raudona, juoda, geltona, žarna, mėlyna) nurodo laido funkciją, o spalvų kombinacijos ir kodai - konkrečią paskirtį. Remiantis statistika, 92% profesionalų laiko laidų spalvų sistemos išmanymą būtinu įgūdžiu efektyviam gedimų nustatymui. Automobilių elektros sistemose naudojama plati laidų spalvų sistema, kuri skiriasi priklausomai nuo gamintojo ir automobilio kilmės šalies. Tyrimai rodo, kad 72% automobilių elektros gedimų yra susiję su netinkamu laidų sujungimu ar pažeistais laidais.

Elektros grandinių sekimas

Elektros grandinių sekimas yra metodiškas procesas, kurio metu nuosekliai tikrinama visa sistema nuo maitinimo šaltinio iki vartotojo. Efektyviausia yra naudoti sekimo metodiką "nuo didesnio prie mažesnio", pradedant nuo didesnių sistemos dalių ir pereinant prie detalių, sekant elektros tekėjimo kelią. Efektyvi elektros gedimų diagnostika reikalauja sistemingo požiūrio.

tags: #akumuliatorius #elektrineje #schemoje

Populiarūs įrašai:

• Padangų montavimo procesas
• sniego rogutės su vairu
• Žemės ūkis ir automatinis vairavimas
• BMW 530d Automatas apžvalga
• Kaip pakeisti BMW E60 vairą į M vairą