Разновидности и особенности использования солнечных батарей для зарядки автомобильных аккумуляторов

4 Обзор лучших моделей

Рынок наполнен различными моделями солнечных батарей. Большинство из них произведено в странах Юго-Восточной Азии и имеют соответствующие технические возможности. Приобретение подобных устройств всегда сродни участию в лотерее — никогда не известно, чем все закончится на этот раз. Тем не менее, существуют вполне работоспособные и качественные солнечные панели для зарядки аккумулятора 12в.

Небольшой обзор которых поможет сориентировать потенциального пользователя:

• Sunsei SE-500. Детище компании ICP Solar. Представляет собой компактную и производительную солнечную батарею, размеры которой составляют 38×36х3 см. Мощность панели составляет 7,5 Вт, а сила тока — 0,6 А. Относительно небольшая мощность компенсируется возможностью соединения в единую систему нескольких устройств, что позволяет увеличить выходную мощность и ускорить зарядку аккумулятора. Модель комплектуется штангой (штативом) для установки панели в максимально удобное положение.
• SunForce. Известная канадская фирма, выпускающая солнечные батареи различного назначения. 17-ваттная модель имеет силу тока 1,5 А, размеры составляют 97×35х4 см. Рекомендуемое место размещения — крыша салона или кабины автомобиля. В комплекте имеется контроллер заряда, клеммы, вилка для подключения в прикуриватель. Отличием этой модели является высокая чувствительность фотоэлементов, позволяющая получать солнечную энергию даже в пасмурные дни.
• ТСМ-15F. Компактная гибкая панель размером 60×27х0.5 см имеет мощность 15 Вт, сила тока 1 А. Несмотря на гибкую форму корпуса, он надежно герметизирован и прочен. Батарея размещается на крыше салона, обеспечивает КПД в 22 % и вполне качественно выполняет свою задачу.

На рынке постоянно появляются новые модели, позволяющие получить большее количество энергии. Производители занимаются разработками более эффективных устройств, способных ускорить загрузку и получать энергию при неблагоприятной погодной ситуации. При покупке следует внимательно изучать технические характеристики и не стесняться требовать сертификаты соответствия, всегда имеющиеся у качественных образцов солнечных батарей.

4.1 Солнечная батарея «SunForce»

Компания «SunForce» — это производитель солнечных панелей из Канады. Они выпускают солнечные батареи различного назначения. В том числе, для зарядки автомобильных аккумуляторов. В их продуктовой линейке имеются достаточно мощные модели.

Габариты солнечной автомобильной панели «SunForce» составляют 97 на 35 на 4 сантиметра. Мощность составляет 17 ватт. В комплекте с устройством поставляется контроллер 7 ампер / 12 вольт. Также имеются крокодилы и переходник для прикуривателя. Эту гелиопанель можно без проблем разместить на таких транспортных средствах, как автомобиль, трактор, фура, катер. Производитель отмечает, что их устройство функционирует в туман и дождь.

4.2 Солнечная батарея «ТСМ-15F»

Эта гелиосистема для автомобиля выпускается в гибком корпусе.

Габариты ТСМ-15F составляют 60 на 27 на 0,5 см. Мощность устройства равна 15 ватт. Ток заряда 1 ампер. Устройство имеет компактные размеры и без проблем устанавливается на крыше автомобиля.

4.3 Sunsei Solar Power

У этого производителя для автомобилистов есть достаточно популярное устройство под названием Sunsei SE-500. Гелиопанель имеет габариты 37,5 на 36 на 2,6 см. Она производится в водонепроницаемом корпусе. Мощность составляет 7,5 ватт, а сила тока 0,5 ампер.

На автомобиле Sunsei SE-500 крепится с использованием штатива, который приобретается отдельно. Панель предназначена для поддержания аккумулятора в рабочем состоянии.

С его помощью можно спокойно использовать мультимедиа, пользоваться дополнительными приборами при заглушённом двигателе.

Заряд автомобильного аккумулятора выполняется при включённом или выключенном двигателе. Солнечная панель Sunsei SE-500 имеет в комплекте «крокодилы» и адаптер для подключения прикуривателю. Модель пригодится не только для легковых автомобилей, но и на катерах, тракторах и другом транспорте.

Среди минусов можно отметить небольшую мощность панели Sunsei SE-500. Но зато она позволяет соединять несколько этих панелей вместе. Ток можно собрать систему с необходимой мощностью. Эти панели компактны и могут быть установлены практически в любом месте.

Напоследок скажем, что солнечная батарея для зарядки автомобильного аккумулятора представляет собой полезное устройство для тех, кто часто слушает музыку и смотрит телевизор в машине. Хотя о полноценной замене автомобильной АКБ говорить нельзя.

Расчёт и выбор аккумулятора

Для того чтобы рассчитать необходимую ёмкость аккумуляторной батареи необходимо знать мощность подключаемых потребителей и время предполагаемой работы АКБ, для обеспечения потребителей электроэнергией.

Это выражается формулой:

Емкость АКБ = 100 × время × мощность нагрузки

После того, как определена необходимая мощность АКБ, следует рассчитать количество аккумуляторов для обеспечения нормальной работы солнечной электростанции. Для этого полученную общую емкость АКБ необходимо разделить на емкость одного аккумулятора.

Для того чтобы определить время, которое АКБ сможет обеспечивать потребителей электрической энергией, можно воспользоваться следующей формулой:

Время=суммарная ёмкость АКБ × напряжение АКБ × (КПД инвертора/мощность нагрузки)

Когда произведен расчет необходимого количества аккумуляторных батарей, выбран их тип и ёмкость, следует выбрать страну производителя и фирму, выпускающую выбранный тип АКБ.

На российском рынке аккумуляторные батареи представлены как отечественного, так и зарубежного производства, поэтому в данном вопросе советовать сложно, каждый делает свой выбор индивидуально, в зависимости от места проживания, материального достатка и личных предпочтений.

Какие брать?

Фактически, аккумуляторы – главный тормоз развития альтернативной энергетики в целом, её слабая сторона. Современные технологии не сделали батареи компактнее, легче и дешевле. Применительно к системе солнечного электроснабжения используются два типа аккумуляторов:

• Кислотные;
• Гелевые.

Разница есть и в цене и во внутреннем строении, но самая большая разница заключается в эффективности. Гелевый аккумулятор гораздо лучше переносит глубокий разряд, это нормальный режим работы для него. К недостаткам гелевых батарей можно отнести низкие пусковые токи при минусовой температуре, хотя в условиях использования в системе электроснабжения дома такие токи не понадобятся. Также, гелевые аккумуляторы стоят значительно дороже.

Это интересно: Как выбрать солнечную батарею для дома — расписываем во всех подробностях

Разновидности систем

Следует отметить, что небольшие помещения, такие как частные дома и квартиры снабдить необходимым запасом электроэнергии гораздо проще, нежели большие предприятия. Поэтому для частных случаев установку системы можно осуществлять своими руками, чего не скажешь о больших и мощных производствах, на которых площадь панелей может достигать километров.

Использование солнечных батарей сегодня является отличной альтернативой рационального вложения капиталов в прогрессивную технику, которая помогает сохранить не только бюджет, но и окружающий мир.

Какие требования предъявляются к аккумуляторам для солнечных батарей?

Во всех автономных гелиосистемах есть такие обязательные компоненты, как сами солнечные батареи, контроллер, инвертор, а также аккумулятор. Сегодня мы поговорим про аккумуляторы для солнечных батарей. В гелиосистемах они выполняют несколько функций, которые можно объединить одной фразой ─ накопление и последующая отдача электрической энергии. Аккумулятор – это один из ключевых элементов гелиосистемы. На пике производительности при ярком солнечном свете солнечные батареи преобразуют электричества значительно больше, чем необходимо. При этом ночью они простаивают. АКБ решает задачу накопления днём и расходование её ночью. ТО есть, основная функция аккумуляторов в гелиосистемах – это бесперебойное обеспечение электричеством потребителей. В продаже имеется множество аккумуляторов, но не все будут хорошо работать в солнечных системах. В этой статье поговорим о том, какие АКБ лучше всего подходят для работы вместе с солнечными батареями.

Основные задачи АКБ в гелиосистемах можно обозначить так:

• Накопление энергии в дневное время и использование её ночью;
• Поддержание питания потребителей в моменты пиковой нагрузки, когда фотоэлементы не справляются;
• Возмещение недостатка питания от солнечной батареи в пасмурную погоду.

Часто в гелиосистемах работает больше одного аккумулятора. Несколько аккумуляторов объединяются в цепь либо для увеличения ёмкости, либо для увеличения напряжения. А в некоторых случаях для достижения обеих этих целей.
Поэтому используются 3 различных схемы объединения аккумуляторов:

• Последовательно. В такой схеме суммарная ёмкость будет равна значению для одного аккумулятора. Ёмкость должна быть одинаковой у всех батарей в цепи. Напряжение этой системы будет вычисляться как сумма напряжений всех аккумуляторов;
• Параллельно. В такой схеме напряжение остаётся, как у одного аккумулятора, а ёмкости суммируются;
• Комбинированно. Использует две предыдущих схемы.

При объединении аккумуляторов в цепь, помните, что объединять нужно только аккумуляторы одного типа (щелочные, свинцово-кислотные и т. п.), одной ёмкости, возраста, напряжения. Ещё лучше, если они будут одного производителя. В случае если аккумуляторов много, то они должны быть установлены на стеллажах.

Стоит сказать, что последовательное и последовательно-параллельное соединение часто вызывает разбалансировку в работе аккумуляторов. При этом суммарное напряжение соответствует расчётной величине цепочки батарей, а для каждой из АКБ они отличаются. В результате некоторые аккумуляторы перезаряжаются, а другие недозаряжаются. В результате сокращается срок их службы. Для устранения этого негативного эффекта рекомендуется применять контроллеры заряда для балансировки. А также полезно ежегодно проверять ёмкость каждой батареи путём заряда-разряда.

Итак, какие основные требования предъявляются к аккумуляторам, работающим в составе гелиостанций.

• Должны выдерживать как можно большее число зарядов и разрядов;
• Должны заряжаться большим зарядным током;
• Низкий саморазряд;
• Простые в обслуживании;
• Работают в широком диапазоне рабочих температур.

В продаже сегодня можно встретить аккумуляторы, специально разработанные для солнечных батарей. Производители таких устройств заявляют, что их продукты соответствуют перечисленным требованиям, особенно к постоянным циклическим нагрузкам. Это основное требование для работы с солнечными батареями, которые выдают электрическую энергию непостоянно.

Установка панели на автомобиль

Отдача от владения солнечной панелью резко ограничивается, если нет возможности надежно закрепить её на кузове и использовать непосредственно во время поездки.

Вместо панорамного окна в данный автомобиль аккуратно вмонтирована солнечная панель, мощности которой вполне хватит на подзарядку АКБ

Ведь в этом случае речь шла бы просто об обладании портативным генератором низкой мощности, для эксплуатации которого нужны продолжительные стоянки в течение светового дня.

Существуют три основных способа установки на автомашину модулей с фотоэлементами:

1. На крышу, при помощи стоек (багажника). Данный способ установки простой и быстрый. Панели можно в любой момент демонтировать. Применяется в основном для поездок за город: на природу или отдых. Однако, установка на крышу ухудшает аэродинамику машины и требует очень надежной фиксации панели, но зато позволяет закрепить модуль большой площади (до 1 кв.м.) или несколько модулей размером поменьше. В условиях «солнечных» широт и стабильно ясной погоды такие устройства способны заменить собой генератор, работая в связке с АКБ.
2. В салоне, в освещенной его части (над приборной панелью или у заднего стекла). Из-за малой площади размещения и процента потерь солнечного света при переходе через стекло возможно разместить только портативные модели. Основное назначение – освобождение АКБ от энергозатрат на обслуживание периферийной электроники, устройств мультимедиа, средств связи и прочих гаджетов. Основательно зарядить от них аккумулятор невозможно из-за их невысокой мощности.
3.  Интеграция в кузовную деталь автомобиля. Первые попытки внедрения солнечных панелей в кузов автомобиля предпринимали давно (70-80 года), однако, из-за малой эффективности панелей в то время они не вошли в обиход. Сейчас ситуация изменилась, как и панели. Солнечные модули есть гибкие, прозрачные, тонкие. Это позволяет легко монтировать панели в кузовные детали или приклеивать поверх без потери аэродинамики.

Важно. Установка гелиопанелей сильно упрощается и становится более гибкой, если производитель предлагает специальные подставки и крепления с варьируемыми углами

Это позволяет выбирать положение для наилучшей освещенности рабочей поверхности модуля и, как следствие, существенно повысить его КПД на время стоянки.

Еще один пример применения солнечной батареи на крыше автомобиля:

Панель вмонтирована в крышу автомобиля и покрыта слоем инея. однако, все равно выдает заряд. В морозное время года, когда емкость АКБ падает, солнечная панель на крыше может помочь даже завести автомобиль.

Разновидности и классификация

Аккумуляторы, применяемые на современных бытовых комплексах по превращению гелиоэнергии в электричество, классифицируют по следующим признакам.

По видам электролита и его состоянию

со свинцовыми плитами и кислотным электролитом (H2SO4 – растворенная в воде серная кислота), устанавливаются на авто- и мото- технике, их еще называю стартерными, или тяговыми (функционируют на электропогрузчиках),

Стартерные аккумуляторы

• гелевые, которые подразделяются на:

GEL-аккумулятор

изготовленные по технологии AGM (Absorptive Glass Mat электролитом пропитываются абсорбирующие пластинки.

AGM-аккумулятор

По конструкции корпуса

заливные с возможностью обслуживания, производятся по технологии OPZS,

OPZS-аккумулятор

герметичные необслуживаемые – технология OPZV.

Герметичные OPZV-аккумуляторы

Выбор типа АКБ, который следует подключить для резервного хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, напрямую зависит от режима эксплуатации гелиосистемы. При нерегулярном включении комплекса солнечных батарей в энергетическую схему обеспечении объекта электричеством и при наличии централизованной электромагистрали, целесообразно применять более дешевые заливные стартерные или тяговые АКБ.

При постоянном функционировании гелиосистемы в качестве основного источника электричества и высокой энергопотребляемости объекта обслуживания, необходимо выбрать для подключения специализированные аккумуляторы с гелевым электролитом или с литиевым носителем. Их цена будет выше свинцово-кислотных АКБ, но КПД будет оправдывать их применение.

Не последнюю роль играет финансовый вопрос в выборе АКБ. Стоимость 1 Вт/ч произведенного при помощи специальных аккумуляторов равняется 0,4 дол, а для стартерных аккумуляторов эта цифра равняется 0.08 дол. Однако автомобильные АКБ могут выдержать не более 200-т циклов полной разрядки и зарядки, в то время когда гелевые АКБ предназначены для круглосуточного функционирования гелиосистем в схемах выработки электрической энергии и цена будет себя оправдывать.

Также заливные свинцово-кислотные аккумуляторы, кроме того, что требуют регулярного обслуживания и контроля за концентрацией электролита, при работе могут выделять испарения, что приводит к необходимости установки вытяжных систем в помещениях их установки.

Гелиевые герметичные аккумуляторные батареи в большинстве случаев производятся с гарантией 5-ти летней работы без регламентных работ.

Отдельным типом проходят литиевые аккумуляторы для портативных солнечных батарей, применяемых для зарядки гаджетов. Они являются наиболее дорогими, но в тоже время и более долговечными и надежными в эксплуатации, не боятся механических перегрузок.

Компактные модели

солнечную панель

Так же появились портативные модели в виде брелока, представляющие собой небольшую фотоэлектрическую панель, используемую как резервный накопитель для экстренных ситуаций. Наиболее эффективна зарядка устройствами, которые имеют минимальную мощность 5 Вт и выше.

Обратите внимание: портативный внешний аккумулятор в виде брелока может подзарядить смартфон не более, чем на 7-15%. Сегодня в магазинах есть большой выбор внешних аккумуляторов различной мощности

Это может быть зарядное устройство, со встроенными в него солнечными панелями для ноутбука, видеокамеры, очень востребована продукция компании Apple, недавно появились модели, которыми можно заряжать iPhone и iPad

Сегодня в магазинах есть большой выбор внешних аккумуляторов различной мощности. Это может быть зарядное устройство, со встроенными в него солнечными панелями для ноутбука, видеокамеры, очень востребована продукция компании Apple, недавно появились модели, которыми можно заряжать iPhone и iPad.

Универсальным считается довольно мощный внешний аккумулятор мощностью 24W, при помощи которого можно зарядить практически любое мобильное электронное устройство даже, если на улице пасмурно, так как солнечная энергия достигает земной поверхности независимо от погоды.

Правила зарядки

В этом отношении зарядка автомобильного аккумулятора от солнечной батареи является вполне удачным вариантом, так как у большинства видов светочувствительных панелей на выходе не бывает силы тока больше 1 А. Такие устройства обычно используются для поддержания состояния аккумулятора. Их мощность составляет 5-6 Вт. Если требуется полная зарядка, то надо использовать более мощные модели, способные развивать от 30 до 60 Вт. Чаще всего, применяются в следующих ситуациях:

• подзарядка севшего аккумулятора;
• поддержание уровня заряда АКБ при длительной поездке и работающем кондиционере, радиоприемнике или магнитоле и т.д.;
• подзарядка АКБ при необходимости длительного простоя машины (например, на время отъезда владельца).

Для нормальной зарядки автомобильного АКБ рекомендуется применять солнечную зарядку для 12 В аккумулятора на автомобиль длиной не менее 1 м. Они развивают мощность около 15 Вт, при напряжении, соответственно, в 12 В.

Выбираем новый аккумулятор

При покупке любого товара приобретатель руководствуется определенными критериями выбора. Существуют они и к аккумуляторам для солнечных батарей. Можно назвать следующие критерии:

• цена;
• условия, необходимые для эксплуатации аккумулятора (температура, вентиляция, условия обслуживания, учитывается также отсутствие или наличие специального помещения);
• желаемый срок функционирования аккумулятора.

Учитывая критерии отбора, выбирают, как правило, из следующих видов аккумуляторов:

Стартерные батареи

Их стоит выбирать в том случае, если имеются возможности для поддержания работы аккумулятора и места, где размещается аккумулятор, имеет хорошую вентиляцию. Следует отметить также, что при использовании обычных стартерных батарей часть энергии будет утрачиваться на саморазряд. Это, конечно, следует учитывать. Можно использовать и автомобильные аккумуляторы (об этом подробнее будет сказано ниже). Их используют тогда, когда система солнечной батареи работает в тяжелых условиях, ее аккумуляторы постоянно разряжаются, а возможность зарядить ее на 100% отсутствует. Такая ситуация складывается при к аккумулятору, заряжаемому от жидкотопливного генератора, или в том случае, когда генератор применяется при использовании элементарнейших контроллеров заряда.

Гелевые аккумуляторы или аккумуляторы с намазными пластинами;

Они являются наилучшим вариантом в том случае, если постоянно обслуживать аккумулятор нет возможности
. Не обойтись без гелевых аккумуляторов солнечных батарей и в том случае, когда отсутствует хорошо вентилируемое помещение, где предполагается разместить аккумулятор. Гелевые аккумуляторы не являются бюджетным вариантом, и их использование обойдется дороже, чем применение автомобильных аккумуляторных батарей. Кроме того, срок их службы менее продолжительный. Но это компенсируется, кроме вышеназванных положительных качеств, еще и тем, что благодаря малому самозаряду, теряется меньшее количество энергии.

AGM батареи;

Также в резервных системах могут применяться AGM батареи, срок службы которых несколько короче, чем у гелевых аккумуляторов для солнечных батарей. К плюсам данного вида батарей относятся:

• отсутствие газовыделения, что позволяет установить аккумулятор в любом помещении, пусть оно даже не оснащено вентиляцией;
• малые размеры аккумулятора позволяют использовать помещения с малой площадью;
• транспортировать такой аккумулятор можно и в заряженном состоянии;
• его хватает на 500 циклов при соблюдении условия о 80% глубине заряда;
• скорость заряда аккумулятора очень хорошая. Так, за 6-9 часов он полностью восстанавливается;
• при недозаряде аккумулятор работает неплохо или, можно сказать, удовлетворительно;
• несмотря на то, что температура в помещении, где работает аккумулятор, должна быть не менее 15 градусов, все же и при понижении показателя температуры ниже названного порока аккумулятор работает хорошо. Но этого нельзя сказать о высоких температурах, поскольку работа в таких условиях приводит к значительному сокращению срока службы аккумулятора;
• средняя цена.

Если говорить об уровне заряда тока, то у данного аккумулятора он довольно высокий. В отличие от гелевых трубчатых аккумуляторов влияние перезаряда плохо сказывается на функциональных способностях аккумулятора. Перезаряд приводит к выведению батареи из строя. В то же время при недозаряде батарея работает удовлетворительно, хотя это и приводит к сокращению срока службы аккумулятора. Тепловой перебой у данных аккумуляторах встречается редко, но он возможен.

Заливные (OPzS) и герметичные (OPzV).

Такие солнечные батареи следует выбирать тогда, когда мощность работающей системы составляет более 500 Вт, а также, если требуется, чтобы система функционировала длительное время без перебоев. Срок службы заливных и герметичных батарей является наиболее продолжительным. Только данные виды батарей могут обеспечить циклическую , даже если циклы работы являются тяжелыми.

Подведем итог.

Если имеется постоянная возможность поддерживать работу аккумулятора и циклы работы не являются тяжелыми, то можно выбрать простые стартерные батареи
. Отдать предпочтение гелевым аккумуляторам следует тогда, когда нет возможности их обслуживать, и при этом они применяются не для мощной системы. Обеспечить длительное время работы системы с высокой мощностью могут только заливные или герметичные аккумуляторы. Для резервных систем предусмотрены AGM батареи.

“Почему не используется тележка? Можно было бы положить больше снаряжения и держать панели развернутыми, заряжать АКБ в движении?”

Тележка – это ухудшение проходимости и увеличение занимаемого места на трассе.Если с первым пунктом еще можно справиться, то вот второй – стал камнем преткновения.Часто асфальт на дорогах проложен так, что попутная полоса имеет ширину равную ширине одного грузового автомобиля (а подчас и легкового) и порою, без каких-либо тележек тебя не всегда могут обогнать – приходится спрыгивать на обочину, чтобы пропустить автотранспорт. С тележкой, в сложных дорожных условиях, при сильном трафике, такой фокус не пройдет и придется либо постоянно ехать по обочине, по гравию и песку, или задерживать автотранспортный поток, вызывая гнев и негодование водителей своей шириной и тихоходностью.Немаловажным моментом является фактор привлечения внимания у местного населения в отдаленных районах

Не всегда дополнительное внимание от разных социальных слоев бывает полезным. Отсутствие тележки позволяет иметь вид “почти обычного велосипедиста”, который вызывает меньший интерес

Меньше интерес – меньше вероятность вопросов “Сколько жрёт/Сколько прёт/Поставь генератор на переднее колесо для подзарядки”, на которые не всегда есть настроение реагировать.

Принцип работы

Как же функционируют солнечные батареи для зарядки аккумуляторов на 12В? Фотоэлементы, являющиеся основой любой такой панели, представляют собой два слоя полупроводников, имеющих разную проводимость. Посредством припаянных к ним с обеих сторон контактов они включаются в общую цепь. Один из слоев полупроводников (n) является катодом с электронной проводимостью, а второй — соответственно, анодом (p) с «дырчатой».

Что же происходит, когда панель помещается под солнечные лучи? В этом случае начинают движение «дырки» (атомы, потерявшие электрон). За счет этого и создается ток. В действительности «дырки», конечно же, не передвигаются. Такую иллюзию создают перемещающиеся от одного такого атома к другому электроны.

Место соприкосновения полупроводников в фотоэлементе называется p-n-переходом. При освещении n-зоны электроны получают дополнительную энергию и начинают проникать сквозь эту границу. В результате число «дырок» и электронов меняется, что приводит к возникновению разницы потенциалов.