Malý fotovoltaický ostrovní systém – akumulátor a úschova energie

[Seriál �lánků o konstrukci malého fotovoltaického systému v bytě]

Energii, kterou vyrobí solární panely, je samozřejmě možné ihned spotřebovat, ale daleko �astější je nutnost tuto energii uchovat pro pozdější použití. Přeci jenom, doma svítíte většinou až když nesvítí slunce. Nebo jste přes den v práci a po�íta� si pustíte až když přijdete v podve�er domů.

Výběr akumulátoru

Existuje celá řáda typů akumulátorů. Pravděpodobně nejpoužívanějším typem akumulátorů v ostrovních fotovoltaických systémech jsou olověné akumulátory s kyselinou uvnitř. Nejsou ale zdaleka nejvhodnější, spíš nejlevnější na pořízení.

O olovÄ›ných akumulátorech psát nebudu, to již udÄ›lali jiní – Jaký trakÄ�ní akumulátor. Ale nepodlehnÄ›te dojmu, že to je jediná možnost. Jak se zde doÄ�tete dále, jsou lepší cesty. OlovÄ›ný jsem si nevybral a vysvÄ›lím proÄ�.

Při používání jakéhokoli akumulátoru v solárním systému musíme zvážit tyto parametry:

• poÅ™izovací cena
• životnost, která ale téměř zcela závisí na dalším bodÄ› a to je
• průmÄ›rná hloubka vybíjení (% DOD = depth of discharge)
  
• odolnost vůÄ�i prostÅ™edí

I já jsem na za�átku zvažoval pořízení nějakého bezúdržového olověného akumulátoru, technologie VLRA (valve-regulated lead–acid). Tak se ozna�ují ventilem řízené olověné akumulátory. Elektrolyt je nasáknut ve skelné vatě (ozna�ení AGM) nebo je zahuštěný ve formě gelu.
Největší problém je ovšem cyklické používání, které velmi výrazně zkracuje životnost.

Cyklické používání a životnost

Jako jeden cyklus akumulátoru se ozna�uje jedno vybití a nabití (obvykle ze 100% na 20% a znovu na 100%). Při hodnocení vhodnosti akumulátoru musíme být opatrní. Výrobce může inzerovat, že životnost je například 8 let, ale drobným písmem uvede, že to platí při hloubce vybíjení 10-20%. Jinými slovy ze 100Ah aku smíte vybít maximálně 20Ah a pak musí následovat opět dobití na plnou kapacitu.

Při tak lehkém vybíjení je pravděpodobně možné dosahnout inzerované životnosti. Tento způsob provozu je ale velmi vzdálen reálnému.

Po�et cyklů, hloubka vybíjení a životnost akumulátoru jsou propojené veli�iny. Je-li akumulátor každý den vybíjen z 50%, vydrží déle, než když je vybíjen z 80%. Když bude hloubka vybíjení vysoká, například 90%, nemusí olověná baterie vydržet ani 2 roky.

Graf znázorňující vztah mezi hloukou vybití v procentech (osa x) a po�tem cyklů, které baterie zvládne (osa y) (zdroj windsun.com)

Z těchto zkušeností jasně vyplývá, že pokud bych chtěl použít olověné akumulátory, musel bych plánovanou kapacitu navýšit minimálně 4x, abych zajistil průměrnou hloubku vybití cca 25%, v takovém případě by akumulátor mohl vydržet i 2000 cyklů = 5+ let každodenního provozu.

Z nákupní ceny 2350,- K� za 45Ah je ale rázem 4x 2350 = 9400,- K�.  A nelze přehlédnout ani hmotnost takové hromady olova, odhadem 60kg.
Jednotlivé typy olověných akumulýtorů se samořejmě můžou lišit, některé mohou být kvalitnější a vydrží více, ale v obecné rovině platí výše uvedené.

V průběhu nabíjení mohou také vznikat v akumulátoru nebezpe�né plyny a skrz ventil se uvolnit do okolí. Jelikož budu mít akumulátor v bytě, rád bych se tomuto typu vyhnul.

Lithium na scénÄ› – LiFeYPO4

Když jsem procházel forum energetické nezávislosti MyPower.cz, narazil jsem i na zkratku LiFeYPO4.
Lithium-železo-fosfátový (LiFePO₄) akumulátor (také oznaÄ�ovaný „LFP“) je zcela nový druh akumulátoru, který byl objeven výzkumnou skupinou na Texaské univerzitÄ› v roce 1996.

A vlastnosti totoho typu mě přímo nadchnuly:

• životnost 4000 až 8000 cyklů! (i poté pouze pokles kapacity na pÅ™ibližnÄ› 80%!)
• schopnost dodávat vysoký proud pÅ™i Å¡piÄ�kových odbÄ›rech
• téměř zde neexistuje samovybíjení
• nízká výrobní cena
• neobsahuje žádné toxické látky, jedy, žíraviny nebo kyseliny
• dostupnost železa
• vynikající tepelná stabilita
• bezpeÄ�nost – nevznikají žádné plyny
• vysoká specifická kapacita (170 mAh / g)
• nemají paměťový efekt

Nákupní cena za 1W uchované energie je mírně vyšší, ale je to kompenzováno daleko delší životností a uvedenými vlastnostmi.

Takto vypadají jednotlivé �lánky akumulátoru. Jeden �lánek má nominální napětí 3.2V.
Cena za �lánek LiFeYPO4 (3.2V/40Ah) je přibližně 1400K�. Pro 12V akumulátor potřebujeme 4 takové �lánky.

Články LiFeYPO4, napětí 3.2V a nominální kapacita 40Ah

Pro svůj malý ostrovní systém jsem se rozhodl pro LiFeYPO4. V dalším �lánku popíšu jejich pořízení, sestavení �lánků do 12V packu a inicia�ní nabíjení.