Рассчитать количество батарей отопления для частного дома: Как рассчитать радиаторы отопления для частного дома

Стены с окнами, уличные и с дверными проемами, изменяют стандартную формулу. Необходимо полученное количество секций умножить на коэффициент теплоотдачи комнаты, но его нужно сначала высчитать.

Этот показатель будет складываться из теплоотдачи окна, дверного проема и стены. Всю эту информацию можно получить, обратившись к СНиП, согласно своему типу помещения.

Полезные советы для правильного обустройства системы отопления

Биметаллические радиаторы идут с завода соединенными по 10 секций. После расчетов у нас получилось 10, но мы решили довить еще 2 про запас. Так, лучше не делать. Заводская сборка значительно надежнее, на нее дается гарантия от 5 до 20 лет.

Сборка из 12 секций будет производиться магазином, при этом гарантия составит менее года. Если радиатор потечет, вскоре после окончания этого срока, ремонт придется проводить своими силами. Итог – лишние проблемы.

Поговорим об эффективной мощности радиатора. Характеристики биметаллической секции, указанные в паспорте изделия, исходят из того, что температурный напор системы равен 60 градусов.

Такой напор гарантирован, если температура теплоносителя батарее равна 90 градусов, что не всегда соответствует реальности. Это необходимо учитывать при расчете системы радиаторов комнаты.

Ниже приведены несколько советов по установке батареи:

• Расстояние от подоконника до верхнего края батареи, должно быть, минимум 5 см. Воздушные массы смогут нормально циркулировать и передавать тепло всей комнате.
• Радиатору необходимо отставать от стены на длину от 2 до 5 см. Если позади батареи будет крепиться отражающая теплоизоляция, то нужно приобрести удлиненные кронштейны, обеспечивающие указанный зазор.
• Нижнему краю батареи полагается отступ от пола, равный 10 см. Несоблюдение рекомендации ухудшит теплоотдачу.
• Радиатор, монтируемый у стены, а не в нише под окном, должны иметь с ней зазор, минимум 20 см. Это предотвратит скопление пыли за ним и поможет обогреву помещения.

Очень важно производить подобные расчеты правильно. От этого зависит, насколько эффективной и экономичной будет полученная система отопления. Вся приведенная в статье информация направлена помочь обывателю с этими вычислениями.

Мы подобрали для Вас ещё восемь полезных статей, смотрите далее.

Расчет количества радиаторов для отопления частного дома

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

В подавляющем числе случаев основными приборами конечного теплообмена в системах отопления остаются радиаторы. Значит, важно не только правильно заранее рассчитать требуемую тепловую мощность котла отопления, но и правильно расставить приборы теплообмена в помещениях дома или квартиры, чтобы обеспечить комфортный микроклимат в каждом из них.

Калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления

В этом вопросе поможет калькулятор расчета количества секций радиаторов отопления, который размещен ниже. Он также позволяет определить необходимую суммарную тепловую мощность радиатора, если тот является неразборной моделью.

Если в ходе расчетов будут возникать вопросы, то ниже калькулятора размещены основные пояснения по его структуре и правилам применения.

Часто можно встретить утверждение, что для расчета требуемой тепловой отдачи радиаторов достаточно принять соотношение 100 Вт на 1 м² площади комнаты. Однако, согласитесь, что такой подход совершенно не учитывает ни климатических условий региона проживания, ни специфики дома и конкретного помещения, ни особенностей установки самих радиаторов. А ведь все это имеет определенное значение.

В данном алгоритме за основу также взято соотношение 100 Вт/м², однако, введены поправочные коэффициенты, которые и внесут необходимые коррективы, учитывающие различные нюансы.

— Площадь помещения – хозяевам известна.

— Количество внешних стен – чем их больше, тем выше теплопотери, которые необходимо компенсировать дополнительной мощностью радиаторов. В угловых квартирах часто комнаты имеют по две внешних стены, а в частных домах встречаются помещения и с тремя такими стенами. В то же время бывают и внутренние помещения, в которых теплопотери через стены практически отсутствуют.

— Направление внешних стен по сторонам света. Южная или юго-западная сторона будет получать какой-никакой солнечный «заряд», а вот стены с севера и северо-востока Солнца не видят никогда.

— Зимняя «роза ветров» – стены с наветренной стороны, естественно, выхолаживаются намного быстрее. Если хозяевам этот параметр неизвестен, то можно оставить без заполнения – калькулятор рассчитает для самых неблагоприятных условий.

— Уровень минимальных температур – скажет о климатических особенностях региона. Сюда должны вноситься не аномальные значения, а средние, характерные для данной местности в самую холодную декаду года.

— Степень утепления стен. По большому счету, стены без утепления – вообще не должны рассматриваться. Средний уровень утепления будет соответствовать, примерно, стене в 2 кирпича из пустотного керамического кирпича. Полноценное утепление – выполненное в полном объеме на основании теплотехнических расчетов.

— Немалые теплопотери происходят через перекрытия – полы и потолки. Поэтому важное значение имеет соседство помещения сверху и снизу – по вертикали.

— Количество, размер и тип окон – связь с теплотехническими характеристиками помещения очевидна.

— Количество входных дверей (на улицу, в подъезд или на неотапливаемый балкон) – любое открытие будет сопровождаться «порцией» поступающего холодного воздуха, и это необходимо каким-то образом компенсировать.

— Имеет значение схема врезки радиаторов в контур – теплоотдача от этого существенно изменяется. Кроме того, эффективность теплообмена зависит и от степени закрытости батареи на стене.

— Наконец, последним пунктом будет предложено ввести удельную тепловую мощность одной секции батареи отопления. В результате будет получено требуемое количество секций для размещения в данном помещении. Если расчет проводится для неразборной модели, то этот пункт оставляют незаполненным, а результирующее значение берут из второй строки расчета – она покажет необходимую мощность радиатора в кВт.

В расчетное значение уже заложен необходимый эксплуатационный резерв.

Что необходимо еще знать про радиаторы отопления?

При выборе этих приборов теплообмена следует учитывать ряд важных нюансов. Подробнее об этом можно узнать в публикациях нашего портала, посвящённых стальным , алюминиевым и биметаллическим радиаторам отопления.

Как рассчитать количество радиаторов отопления?

Расчет радиаторов нужно выполнять правильно, иначе малое их количество не сможет достаточно прогреть помещение, а большое, наоборот, создаст некомфортные условия пребывания, и придется постоянно открывать окна. Известны разные методики расчета. На их выбор влияет материал батарей, климатические условия, обустройство дома.

Расчет количества батарей на 1 кв. м

Площадь каждой комнаты, где будут установлены радиаторы, можно посмотреть в документах на недвижимость или измерить самостоятельно. Потребность тепла для каждой комнаты можно узнать в строительных нормах, где приведено, что для отопления 1м2 в определенной зоне проживания потребуется:

• для суровых климатических условий (температура достигает ниже -60 град.) – 150-200 Вт;
• для средней полосы – 60-100 Вт.

Чтобы рассчитать, нужно умножить площадь (P) на значение потребности тепла. Учитывая эти данные, в качестве примера, приведем расчет для климата средней полосы. Чтобы достаточно отопить комнату в 16 кв. м, нужно применить расчет:

16 х 100 = 1600 Вт

Далее рассчитывается количество секций батарей (N) – полученное значение делиться на тепло, которое выделяет одна секция. Принимается, что одна секция выделяет 170 Вт, исходя из этого, проводится расчет:

Лучше округлить в большую сторону – 10 штук. Но для некоторых комнат целесообразней округлять в меньшую сторону, например, для кухни, в которой есть дополнительные источники тепла. Тогда будет 9 секций.

Расчеты можно провести по другой формуле, которая при этом аналогична выше представленным расчетам:

• N – количество секций;
• S – площадь комнаты;
• P – теплоотдача одной секции.

Так, N = 16 / 170 * 100, отсюда N = 9,4.

Выбор точного количества секций биметаллических батарей

Они бывают нескольких видов, каждый из них имеет свою мощность. Минимальное выделение тепла достигает – 120 Вт, максимальное – 190 Вт. При расчете количества секций нужно учитывать необходимое потребление тепла в зависимости от места расположения дома, а также с учетом теплопотерь:

• Сквозняки, которые происходят из-за некачественно выполненных оконных проемов и профиля окон, щелей в стенах.
• Растраты тепла по пути следования теплоносителя от одной батареи к другой.
• Угловое расположение комнаты.
• Количества окон в помещении: чем их больше, тем больше теплопотери.
• Регулярное проветривание комнат зимой также накладывает отпечаток на количество секций.

Для примера, если нужно обогреть комнату в 10 кв. м, расположенную в доме, находящемся в средней климатической полосе, то нужно приобрести батарею с 10 секциями, мощность каждой из них должна быть равна 120 Вт или ее аналог на 6 секций при теплоотдаче в 190 Вт.

Расчет количества радиаторов в частном доме

Если для квартир можно брать усредненные параметры потребляемого тепла, так как они рассчитаны на стандартные габариты комнаты, то в частном строительстве это неправильно. Ведь многие владельцы строят свои дома с высотой потолков, превышающей 2,8 метра, к тому же практически все помещения частного владения получаются угловыми, поэтому для их обогрева потребуется больше мощности.

В таком случае расчеты, основанные на учете площади помещения, не подходят: нужно применять формулу с учетом объема комнаты и делать корректировку, применяя коэффициенты уменьшения или увеличения теплоотдачи.

Значения коэффициентов следующие:

• 0,2 – на этот показатель умножается полученное конечное число мощности, если в доме установлены многокамерные пластиковые стеклопакеты.
• 1,15 – если установленный в доме котел работает на пределе своей мощности. В этом случае каждые 10 градусов нагреваемого теплоносителя понижают мощность радиаторов на 15%.
• 1,8 – коэффициент увеличения, который нужно применить, если комната угловая, и в ней присутствует более одного окна.

Для расчета мощности радиаторов в частном доме применяется следующая формула:

• V – объем помещения;
• 41– усредненная мощность, необходимая для обогрева 1 кв. м частного дома.

Пример расчета

Если имеется комната в 20 кв. м (4х5 м – длина стен) с высотой потолков 3 метра, то ее объем легко рассчитать:

Полученное значение умножается на принятую по нормам мощность:

60 х 41 = 2460 Вт – столько требуется тепла, чтобы отопить рассматриваемую площадь.

Расчет количества радиаторов сводится к следующему (если учесть, что одна секция радиатора в среднем выделяет 160 Вт, а точные их данные зависят от материала, из которого изготовлены батареи):

2460 / 160 = 15,4 штуки

Примем, что всего нужно 16 секций, то есть нужно приобрести 4 радиатора по 4 секции на каждую стену или 2 по 8 секций. При этом не нужно забывать о коэффициентах корректировки.

Расчет отдачи тепла одного алюминиевого радиатора (видео)

В видео вы узнаете, как рассчитать теплоотдачи одной секции батареи из алюминия при разных параметрах входящего и выходящего теплоносителя.

Одна секция алюминиевого радиатора имеет мощность 199 Ватт, но это при условии, что заявленный перепад температур в 70 град. будет соблюдаться. Это означает, что на входе температура теплоносителя составляет 110 град., а на выходе 70 град. Помещение при таком перепаде должно прогреваться до 20 град. Обозначается эта разница температур DT.

В качестве примера, можно рассчитать этот параметр при следующих данных:

• Температура теплоносителя на входе в радиатор – 85 град.;
• Остывание воды при выходе из радиатора – 63 град.;
• Обогрев помещения – 23 град.

Нужно сложить между собой два первых значения, разделить их на 2 и вычесть температуру помещения, наглядно это происходит так:

(85 + 63) / 2 – 23 = 52

Полученное число равняется DT, по предлагаемой таблице можно установить, что при нем коэффициент равняется 0,68. Учитывая это можно определить теплоотдачу одной секции:

199 х 0,68 = 135 Вт

Затем, зная теплопотери в каждом помещении, можно рассчитать, сколько всего нужно секций радиаторов для установки в определенную комнату. Даже если по расчетам получилась одна секция, нужно устанавливать минимум 3, иначе вся система отопления будет выглядеть нелепо и достаточно не обогреет площадь.

Расчет радиаторов отопления – как не прогадать с количеством секций?

С выбором радиаторов отопления сегодня никаких проблем. Тут тебе и чугунные, и алюминиевые, и биметаллические – выбирай, какие хочешь. Однако сам факт покупки дорогих радиаторов особенной конструкции – еще не гарантия того, что в вашем доме будет тепло. В этом случае играет роль и качество, и количество. Давайте разберемся, как правильно рассчитать радиаторы отопления.

Расчет всему голова – отталкиваемся от площади

Неправильный расчет количества радиаторов может привести не только к недостатку тепла в помещении, но и к чересчур большим счетам за отопление и слишком высокой температуре в комнатах. Расчет следует производить как во время самой первой установки радиаторов, так и при замене старой системы, где, казалось бы, с количеством секций давно все понятно, поскольку теплоотдача радиаторов может существенно отличаться.

Разные помещения – разные расчеты. Например, для квартиры в многоэтажном доме можно обойтись самыми простыми формулами или же расспросить соседей об их опыте отопления. В большом частном доме простые формулы не помогут – нужно будет учесть множество факторов, которые в городских квартирах попросту отсутствуют, например, степень утепления дома.

Самое главное – не доверяйте цифрам, озвученным наобум всевозможными «консультантами», которые на глаз (даже не видя помещения!) называют вам количество секций для отопления. Как правило, оно значительно завышено, из-за чего вы будете постоянно переплачивать за лишнее тепло, которое буквально будет уходить в открытую форточку. Рекомендуем использовать несколько способов расчета количества радиаторов.

Простые формулы – для квартиры

Жители многоэтажных домов могут использовать достаточно простые способы расчетов, которые совершенно не подходят для частного дома. Самый простой расчет радиаторов отопления не блещет высокой точностью, однако он подойдет для квартир со стандартными потолками не выше 2.6 м. Учтите, что для каждой комнаты проводится отдельный расчет количества секций.

За основу берется утверждение, что на отопление квадратного метра комнаты нужно 100 Вт тепловой мощности радиатора. Соответственно, для того, чтобы вычислить количество тепла, необходимое для комнаты, умножаем ее площадь на 100 Вт. Так, для комнаты площадью 25 м 2 необходимо приобрести секции с совокупной мощностью 2500 Вт или 2,5 кВт. Производители всегда указывают теплоотдачу секций на упаковке, например, 150 Вт. Наверняка вы уже поняли, что делать дальше: 2500/150 = 16,6 секций

Результат округляем в большую сторону, впрочем, для кухни можно округлить и в меньшую – помимо батарей, там еще будет нагревать воздух плитка, чайник.

Также следует учесть возможные потери тепла в зависимости от расположения комнаты. Например, если это помещение, расположенное на углу здания, то тепловую мощность батарей можно смело увеличивать на 20 % (17 *1,2 = 20,4 секций), такое же количество секций понадобится и для комнаты с балконом. Учтите, что если вы намерены запрятать радиаторы в нишу или скрыть их за красивым экраном, то вы автоматически теряете до 20 % тепловой мощности, которую придется компенсировать количеством секций.

Расчеты от объема – что говорит СНиП?

Более точное количество секций можно высчитать, учитывая высоту потолков – этот способ особенно актуален для квартир с нестандартной высотой комнат, а также для частного дома в качестве предварительного расчета. В этом случае мы определим тепловую мощность, исходя из объема помещения. Согласно нормам СНиП, для обогрева одного кубического метра жилой площади в стандартном многоэтажном доме необходим 41 Вт тепловой энергии. Это нормативное значение необходимо умножить на общий объем, который можно получить, перемножим высоту комнаты на ее площадь.

Например, объем комнаты площадью 25 м 2 ­ с потолками 2,8 м составляет 70 м 3 . Эту цифру умножаем на стандартные 41 Вт и получаем 2870 Вт. Дальше действуем, как и в предыдущем примере – делим общее количество Вт на теплоотдачу одной секции. Так, если теплоотдача равна 150 Вт, то количество секций – приблизительно 19 (2870/150 = 19,1). К слову, ориентируйтесь на минимальные показатели теплоотдачи радиаторов, ведь температура носителя в трубах редко когда в наших реалиях соответствует требованиям СНиП. То есть, если в техпаспорте радиатора указаны рамки от 150 до 250 Вт, то по умолчанию берем меньшую цифру. Если вы сами отвечаете за отопление частного дома, то берите среднее значение.

Точные цифры для частных домов – учитываем все нюансы

Частные дома и большие современные квартиры никак не попадают под стандартные расчеты – слишком много нюансов нужно учесть. В этих случаях можно применить самый точный способ расчета, в котором эти нюансы как раз и учитываются. Собственно, формула сама по себе весьма простая – с такой справится и школьник, главное – правильно подобрать все коэффициенты, которые учитывают особенности дома или квартиры, влияющие на возможность сохранять или терять тепловую энергию. Итак, вот наша точная формула:

• КТ = N*S*K 1 *K 2 *K 3 *K 4 *K 5 *K 6 *K 7
• КТ – это количество тепловой мощности в Вт, которое нам необходимо для отопления конкретной комнаты;
• N – 100 Вт/кв.м, стандартное количество тепла на метр квадратный, к которому мы и будем применять понижающие или повышающие коэффициенты;
• S – площадь помещения, для которого мы будем рассчитывать количество секций.

Следующие коэффициенты имеют как свойство повышать количество тепловой энергии, так и понижать, в зависимости от условий комнаты.

• K 1 – учитываем характер остекления окон. Если это окна с обычным двойным остеклением, коэффициент равен 1,27. Окна с двойным стеклопакетом – 1,0, с тройным – 0,85.
• K 2 – учитываем качество теплоизоляции стен. Для холодных неутепленных стен этот коэффициент равен по умолчанию 1,27, для нормальной теплоизоляции (кладка в два кирпича) – 1,0, для хорошо утепленных стен – 0,85.
• K 3 – учитываем среднюю температуру воздуха в пик зимних холодов. Так, для -10 °С коэффициент равен 0,7. На каждые -5 °С добавляем к коэффициенту 0,2. Так, для -25 °С коэффициент будет равен 1,3.
• K 4 – принимаем во внимание соотношение пола и площади окон. Начиная с 10 % (коэффициент равен 0,8) на каждые следующие 10 % добавляем 0,1 к коэффициенту. Так, для соотношения 40 % коэффициент будет равен 1,1 (0,8 (10%) +0,1 (20%)+0,1(30%)+0,1(40%)).
• K 5 – понижающий коэффициент, корректирующий количество тепловой энергии с учетом типа помещения, расположенного выше. За единицу берем холодный чердак, если чердак отапливаемый – 0,9, если над комнатой отапливаемое жилое помещение – 0,8.
• K 6 – корректируем результат в сторону увеличения с учетом количества стен, контактирующих с окружающей атмосферой. Если 1 стена – коэффициент равен 1,1, если две – 1,2 и так далее до 1,4.
• K 7 – и последний коэффициент, корректирующий расчеты относительно высоты потолков. За единицу берется высота 2,5, и на каждые полметра высоты прибавляется 0.05 к коэффициенту Таким образом, для 3 метров коэффициент – 1,05, для 4 – 1,15.

Благодаря этому расчету, вы получите количество тепловой энергии, которая необходима для поддержания комфортной среды обитания в частном доме или нестандартной квартире. Остается только разделить готовый результат на значение теплоотдачи выбранных вами радиаторов, чтобы определить количество секций.

Как рассчитать количество батарей отопления для частного дома

Комфортные условия жизни в зимнее время всецело зависят от достаточности снабжения теплом жилых помещений. Если это новостройка, например, на дачном или приусадебном участке, то необходимо знать, как рассчитать радиаторы отопления для частного дома.

Как рассчитать радиаторы отопления для частного дома

Все операции сводятся к вычислению количества секций радиаторов и подчиняются четкому алгоритму, поэтому нет нужды быть квалифицированным специалистом – каждый человек сможет проделать довольно точное теплотехническое вычисление своего жилища.

Почему необходим точный расчет

Теплоотдача приборов теплоснабжения зависит от материала изготовления и площади отдельных секций. От правильных вычислений зависит не только тепло в доме, но также сбалансированность и экономичность системы в целом: недостаточное число установленных секций радиаторов не обеспечит должное тепло в комнате, а излишнее количество секций ударит по карману.

Виды радиаторов отопления

Для вычислений необходимо определиться с типом батарей и системы теплоснабжения. К примеру, расчет алюминиевых радиаторов теплоснабжения для частного дома отличается от других элементов системы. Радиаторы бывают чугунными, стальными, алюминиевыми, алюминиевыми анодированными и биметаллическими:

• Наиболее известны чугунные батареи, так называемые «гармошки». Они долговечны, стойки к коррозии, обладают мощностью секций 160 Вт при высоте 50 см и температуре воды 70 градусов. Существенный недостаток этих приборов – неприглядный внешний вид, но современные производители выпускают гладкие и достаточно эстетичные чугунные батареи, сохраняя все преимущества материала и делая их конкурентоспособными.

Чугунные батареи отопления

• Алюминиевые радиаторы по тепловой мощности превосходят чугунные изделия, они прочны, обладают легким собственным весом, что дает преимущество при монтаже. Единственный недостаток подверженность к кислородной коррозии. Для его устранения взято на вооружение производство анодированных радиаторов из алюминия.

Алюминиевые радиаторы отопления

• Стальные приборы не обладают достаточной тепловой мощностью, не подлежат разборке и увеличению секций при необходимости, подвержены коррозии, поэтому не пользуются популярностью.

• Биметаллические радиаторы отопления – это сочетание стальных и алюминиевых деталей. Теплоносителями и крепежными деталями в них являются стальные трубы и резьбовые соединения, покрытые алюминиевым кожухом. Недостаток – довольно высокая стоимость.

По типу системы теплоснабжения различают однотрубное и двухтрубное подключение элементов отопления. В многоэтажных жилых домах в основном применена однотрубная схема системы теплоснабжения. Недостатком здесь является довольно значительная разница температуры входящей и исходящей воды на разных концах системы, что свидетельствует о неравномерности распределения тепловой энергии по приборам батареям.

Однотрубная и двухтрубная система отопления

Для равномерного распределения тепловой энергии в частных домах можно применять двухтрубную систему теплоснабжения, когда горячая вода подается по одной трубе, а охлажденная выводится по другой.

Кроме этого, точное вычисление количества батарей отопления в частном доме зависит от схемы подключения приборов, высоты потолка, площади оконных проемов, количества наружных стен, типа помещения, закрытости приборов декоративными панелями и от других факторов.

Помните! Необходимо правильно рассчитать требуемое число радиаторов отопления в частном доме, чтобы гарантировать достаточное количество тепла в помещении и обеспечить экономию финансовых средств.

Таблица для расчета количества секций батареи

Виды расчетов отопления для частного дома

Вид расчета радиаторов отопления для частного дома зависит от поставленной цели, то есть насколько точно вы хотите рассчитать батареи отопления для частного дома. Различают упрощенный и точный методы, а также по площади и по объему рассчитываемого пространства.

По упрощенному или предварительному методу подсчеты сводятся к умножению площади помещения на 100 Вт: стандартную величину достаточной тепловой энергии на метр в квадрате, при этом формула подсчета примет следующий вид:

Q – потребная мощность тепла;

S – расчетная площадь комнаты;

Вычисление нужного числа секций разборных радиаторов ведется по формуле:

N – требуемое количество секций;

Qx – удельная мощность секции по паспорту изделия.

Так как эти формулы для высоты комнаты – 2,7 м, для других величин требуется вводить коэффициенты поправки. Вычисления сводятся к определению количества тепла на 1 м3 объема помещения. Упрощенная формула выглядит так:

H – высота комнаты от пола до потолка;

Qy – средний показатель тепловой мощности в зависимости от вида ограждения, для кирпичных стен равен 34 Вт/м3, для панельных стен – 41 Вт/м3.

Эти формулы не могут гарантировать комфортные условия. Поэтому требуются точные вычисления, учитывающие все сопутствующие особенности здания.

Точный расчет приборов отопления

Наиболее точная формула необходимой тепловой мощности выглядит следующим образом:

Q = S*100*(K1*К2*…*Kn-1*Kn), где

K1, K2 … Kn – коэффициенты, зависящие от различных условий.

Какие условия влияют на микроклимат в помещении? Для точного расчета учитывается до 10 показателей.

K1 – показатель, зависящий от числа наружных стен, чем больше поверхности соприкасается с внешней средой, тем больше потери тепловой энергии:

• при одной наружной стене показатель равен единице;
• если две наружные стены — 1,2;
• если три внешние стены — 1,3;
• если все четыре стены наружные (т.е. здание однокомнатное) — 1,4.

К2 – учитывает ориентацию здания: считается, что комнаты хорошо прогреваются, если расположены в южном и западном направлении, здесь К2 = 1,0, и наоборот недостаточно – когда окна выходят на север или восток – К2 = 1,1. С этим можно поспорить: в восточном направлении помещение все же прогревается по утрам, поэтому целесообразнее применить коэффициент 1,05.

Расчитываем, насколько сильно должна греть батарея

К3 – показатель утепления наружных стен, зависит от материала и степени термоизоляции:

• для наружных стен в два кирпича, а также при использовании утеплителя для не утепленных стен показатель равен единице;
• для неутепленных стен – К3 = 1,27;
• при утеплении жилища на основании теплотехнических расчетов по СНиП – К3 = 0,85.

К4 – коэффициент, учитывающий самые низкие температуры холодного периода года для конкретного региона:

• до 35 °С К4 = 1,5;
• от 25 °С до 35 °С К4 = 1,3;
• до 20 °С К4 = 1,1;
• до 15 °С К4 = 0,9;
• до 10 °С К4 = 0,7.

Расчет радиаторов отопления по площади

К5 – зависит от высоты помещения от пола до потолка. В качестве стандартной высоты принята h = 2,7 м с показателем равной единице. Если высота комнаты отличается от стандартной, вводится поправочный коэффициент:

• 2,8-3,0 м – К5 = 1,05;
• 3,1-3,5 м – К5 = 1,1;
• 3,6-4,0 м – К5 = 1,15;
• более 4 м – К5 = 1,2.

К6 – показатель, учитывающий характер помещения, находящегося сверху. Полы жилых зданий всегда утепляются, комнаты сверху могут быть отапливаемыми или холодными, а это неизбежно повлияет на микроклимат рассчитываемого пространства:

• для холодного чердака, а также если помещение сверху не отапливается, показатель будет равен единице;
• при утепленном чердаке или кровле – К6 = 0,9;
• если сверху расположено отапливаемая комната – К6 = 0,8.

К7 – показатель, учитывающий тип оконных блоков. Конструкция окна существенным образом влияет на потери тепла. При этом величина коэффициента К7 определяется следующим образом:

• так как окна из дерева с двойным остеклением недостаточно защищают комнату, показатель самый высокий К7 = 1,27;
• стеклопакеты обладают отличными свойствами защиты от теплопотерь, при однокамерном стеклопакете из двух стекол К7 равен единице;
• улучшенный однокамерный стеклопакет с аргоновым заполнением или двойной стеклопакет, состоящий из трех стекол К7 = 0,85.

Однотрубная и двухтрубная система отопления

К8 – коэффициент, зависящий от площади остекления оконных проемов. Теплопотери зависят от количества и площади установленных окон. Соотношение площади окон к площади комнаты должно быть урегулировано таким образом, чтобы коэффициент имел низшие значения. В зависимости от отношения площади окон к площади помещения определяется искомый показатель:

• менее 0,1 – К8 = 0,8;
• от 0,11 до 0,2 – К8 = 0,9;
• от 0,21 до 0,3 – К8 = 1,0;
• от 0,31 до 0,4 – К8 = 1,1;
• от 0,41 до 0,5 – К8 = 1,2.

Схемы подключения отопительных приборов

К9 – учитывает схему подключения приборов. В зависимости от способа подключения горячей и вывода холодной воды зависит отдача тепла. Этот фактор необходимо учитывать при установке и определении требуемой площади приборов теплоснабжения. С учетом схемы подключения:

• при диагональном расположении труб подача горячей воды осуществляется сверху, обратка – снизу с другой стороны батареи, а показатель равен единице;
• при подключении подачи и обратки с одной стороны и сверху, и снизу одной секции К9 = 1,03;
• примыкание труб с двух сторон подразумевает и подачу, и обратку снизу, при этом коэффициент К9 = 1,13;
• вариант диагонального подключения, когда подача производится снизу, обратка сверху К9 = 1,25;
• вариант одностороннего подключения с подачей снизу, обраткой сверху и одностороннее нижнее подключение К9 = 1,28.

Потеря теплоотдачи из-за установки экрана радиатора

К10 – коэффициент, зависящий от степени закрытости приборов декорирующими панелями. Открытость приборов для свободного обмена теплом с пространством помещения имеет немаловажное значение, так как создание искусственных барьеров снижает теплоотдачу батарей.

Имеющиеся или искусственно созданные преграды могут изрядно понизить отдачу батареи из-за ухудшения обмена теплом с комнатой. В зависимости от этих условий коэффициент равен:

• при открытом расположении радиатора на стене со всех сторон 0,9;
• если прибор прикрыт сверху единице;
• когда радиаторы прикрыты сверху ниши стены1,07;
• если прибор прикрыт подоконником и декоративным элементом 1,12;
• когда радиаторы полностью прикрыты декоративным кожухом 1,2.

Правила установки радиаторов отопления.

Кроме этого, существуют специальные нормы расположения приборов отопления, которые необходимо соблюдать. То есть батарею располагать не менее, чем на:

• 10 см от низа подоконника;
• 12 см от пола;
• 2 см от поверхности наружной стены.

Подставляя все необходимые показатели, можно получить достаточно точное значение требуемой тепловой мощности помещения. Путем разделения полученных результатов на паспортные данные отдачи тепла одной секции выбранного прибора и, округлив до целого числа, получаем количество требуемых секций. Теперь можно, не опасаясь последствий, подобрать и установить необходимое оборудование с нужной тепловой отдачей.

Установка батареи отопления в доме

Способы упрощения расчетов

Несмотря на кажущуюся простоту формулы, на самом деле практический расчет не так прост, особенно если количество рассчитываемых комнат велико. Упростить расчеты поможет применение специальных калькуляторов, размещаемых на сайтах некоторых производителей. Достаточно ввести все необходимые данные в соответствующие поля, после чего можно получить точный результат. Можно воспользоваться и табличным методом, так как алгоритм вычисления достаточно прост и однообразен.

Вот, что нужно знать для расчета радиаторов отопления по площади в частном доме

Знание точных данных о тепловых потерях позволяет проектировать системы отопления.

Даже в самый холодный день, при наличии сильного ветра и высокой влажности, будут обеспечены комфортные условия, соответствующие нормам, в каждой комнате или иного помещения дома.

Как рассчитать количество радиаторов отопления по отдельным помещениям частного дома

По результатам расчётов теплопотерь для каждого помещения определяются теплопотери, которые следует компенсировать путём подачи теплоты с помощью радиаторов.

Важно! Для подобных расчётов составляют схему здания, а также расчётную таблицу.

Теплопотери здания и размерные характеристики

Внутри каждой комнаты могут быть установлены радиаторы из чугуна, стальные плоские батареи, нагреватели плинтусного типа или алюминиевые радиаторы.

Биметаллические нагревательные приборы в частных домах обычно не устанавливают. У каждого типа используемых батарей свои особенности теплоотдачи.

Чугунные имеют меньший коэффициент теплопередачи чем алюминиевые.

Трубопроводы отопления могут быть стальными, металлопластиковыми или полипропиленовыми. В зависимости от вида использованных трубопроводов по-разному учитывается их теплоотдача.

Методы расчёта количества батарей

В обычной практике применяют два разных метода теплотехнического расчета системы обогрева. Большинство пользователей предпочитает применять упрощённый способ. Он достаточно прост.

Важно! Однако ошибка в полученных данных иногда может достигать величин 15—20%. Поэтому грамотные проектировщики всегда используют иную методику, её называют точный теплотехнический расчёт и подбор радиаторов отопления.

При упрощённом способе учитывают усреднённую теплоотдачу от батареи, не задаваясь параметрами теплоносителя и температурой внутри помещения. Корректировка данных выполняется потом, после завершения монтажа всей отопительной системы, для чего на нагревательных приборах устанавливают регулировочные шаровые краны.

Устанавливая краны в определённое положение, добиваются требуемой теплоотдачи. При этом все проверки работоспособности и настройки выполняют задолго до начала отопительного сезона. В дальнейшем пользователь вынужден самостоятельно подстраивать работу приборов в зависимости от реальных условий за пределами дома. Кому-то везёт, тогда во всех помещениях добиваются получения необходимого комфорта. Чаще с настройками происходят ошибки.

Фото 1. Здесь условно изображена лучевая схема подачи теплоносителя к нагревательным приборам.

Для более надёжного результата предложена иная схема подачи теплоносителя к нагревательным приборам, её называют лучевой. Состоит:

1. подпитка котла;
2. датчик температуры воздуха в помещении, совмещённый с регулятором;
3. гребёнка с автоматическими регуляторами температуры.

По этой схеме имеется центральный распределитель подачи теплоносителя. Он представляет собой гребёнку, на которой установлены несколько шаровых кранов, их количество соответствует числу отапливаемых помещений. Часто применяют схему автоматического поддержания комфортной температуры, которую задают на термометре каждой комнаты.

Её рекомендуют в случае большой протяжённости стен или при необходимости обогрева значительного количества комнат, расположенных на разных этажах.

По упрощённой методике

Упрощенная методика принимает условие, что температурный напор Δt = 70 °C. На самом деле величина Δt не является постоянным значением. Он уменьшается из-за остывания воды в трубах.

Справка! При использовании однотрубной системы отопления понижение температурного напора происходит постоянно. Поэтому точность уменьшается с увеличением количества секций батарей.

Для каждого помещения количество секций определяется по формуле:

• теплопотери i-того помещения, Вт;
• теплоотдача отдельной секции радиатора, Вт.

Значения по теплоотдаче для чугунных и алюминиевых приборов представлены в табл. 2 и табл. 3.

По результатам расчётов полученные данные вносят в таблицу (табл. 4).

Таблица 2. Теплоотдача чугунных радиаторов

Сколько тепла выделяет свинцово-кислотная батарея?

Сколько тепла выделяет свинцово-кислотная батарея?

Иногда нам задают очень интересные вопросы. Недавно нас спросили, сколько тепла выделяет промышленная резервная батарея. Честно говоря, это зависит от того, кого вы спрашиваете. У разных производителей аккумуляторов разные ответы на этот вопрос, и разные методы расчета дают существенно разные ответы.

Выделяемое или генерируемое тепло иногда называют «потерей тепла».

Автор статьи не дает рекомендаций по методам, приведенным ниже. Статья подготовлена, чтобы показать, что между различными используемыми методами существует противоречие.

В общих чертах вопрос задается для расчета требований к вентиляции, и в этой статье исследуются различные методы и демонстрируется изменчивость результатов.

Тепло выделяется при подзарядке, подзарядке и разрядке. Тепло, выделяемое при зарядке, является конечным, т.е. когда аккумулятор полностью заряжен, тепло больше не выделяется, но в этот момент аккумулятор переходит в фазу плавающего заряда, и пока аккумулятор находится на зарядке, тепло выделяется.Тепло, выделяемое при разряде, также ограничено, потому что после полной разрядки аккумулятора тепло не выделяется. Следовательно, у нас есть три условия, которые необходимо учитывать:

1) нагрев при подзарядке.

2) нагрев на плавающем заряде.

3) нагрев при разряде.

Все мы знаем, что свинцово-кислотные батареи тяжелые и имеют большую тепловую массу. Из-за этого во время перезарядки, плавающего заряда и разряда тепло, генерируемое внутри элементов, не будет немедленно рассеиваться в окружающую атмосферу, и существуют разные мнения о том, насколько быстро это будет происходить.Частично разногласия являются результатом разных размеров и форм элементов или моноблоков, составляющих батарею, а также того, являются ли они типами VRLA AGM, VRLA GEL или вентилируемыми.

В общих чертах, тепло — это ватты, а ватты можно рассчитать из V x I (вольт x ампер) или мы можем использовать I2R (амперы x амперы x сопротивление). Этот принцип эти формулы могут использоваться для расчета выделяемого тепла.

В этой статье в примерах используется следующая система батарей.В примерах рассматривается следующее: —

a) Аккумуляторная батарея мощностью 300 кВт в течение 15 м при температуре 20 ° C до не менее 408 В (в среднем 1,70 В на канал).

b) Батарея состоит из 3 параллельных цепочек, каждая из которых состоит из 40 моноблоков на 12 В; то есть 240 ячеек.

c) Напряжение холостого хода 2.27Vpc = 545V.

г) Номинальная емкость каждой гирлянды составляет 110 Ач, т.е. общая емкость батареи 330 Ач.

e) Внутреннее сопротивление каждого моноблока равно 3.8мОм. Это значение взято из информации производителя аккумулятора. Следовательно, сопротивление батареи составляет 3,8 мОм x 40 блоков / 3 струны = общее сопротивление 50,7 мОм.

f) Полностью заряженный ток холостого хода 1 мА на Ач = 330 мА. Значение 1 мА на Ач соответствует I-поплавку. (примечание ниже) значение из BS EN 50272.

g) Параметры перезарядки: ток 10% (33 А) и постоянное напряжение 2,27 В на канал (544,8 В).

(Примечание) — Полностью заряженный ток холостого хода можно получить у производителя батареи.Однако в соответствии с BS EN 50272 (Требования безопасности для вторичных батарей и их установки) типичное значение можно найти в таблице 1. В таблице приведены значения тока при зарядке с помощью зарядных устройств IU или U. Хотя эти значения используются для расчета выбросов газа при зарядке, их также можно использовать для оценки силы тока при полной зарядке. На практике это значения для наихудшего сценария со встроенным запасом прочности.

Для вентилируемых свинцово-кислотных аккумуляторов, свинцово-кислотных аккумуляторов VRLA и для никель-кадмиевых аккумуляторов значение указано как 1 мА на Ач для условий плавающего напряжения.Мы должны рассматривать Ah как номинальное значение при скорости 10 часов для свинцово-кислотного продукта и 5 часов для продукта NiCd.

Во-первых, нам нужно определить «перезарядку», и в этом контексте мы имеем в виду ток / время, необходимое для возврата емкости, удаленной для предыдущей разрядки. Мы только рассматриваем время полной зарядки.

Количество выделяемого тепла существенно не меняется, даже если параметры подзарядки могут отличаться. Например, ток зарядного устройства, то есть 5%, 10% или 15% C10 ампер, или при использовании истинного плавающего напряжения (например.грамм. 2.27Vpc) или повышенное напряжение (например, 2,40Vpc), существенно не изменяют выделяемое тепло или тепловые потери от батареи. Однако выделяемое тепло будет существенно отличаться в зависимости от глубины предыдущего разряда. Для промышленных резервных аккумуляторов и в этой статье мы рассматриваем характеристики перезарядки при постоянном напряжении / ограниченном токе; иначе известный как метод IU или модифицированного постоянного потенциала, такой как 2,27 В на канал или 2,40 В на канал или аналогичный, с ограничением тока.

На этом этапе стоит отметить, что некоторые производители аккумуляторов считают, что количество тепла, выделяемого при перезарядке, можно рассчитать с использованием того же метода, как если бы аккумулятор находился на плавающем заряде.Этот метод используется ниже в п. 1.1). Эта точка зрения принята, потому что любое тепло, выделяемое при перезарядке, не будет немедленно выделено из-за тепловой массы батареи.

Вычисления тепла усложняются, если мы принимаем во внимание удельные тепловые характеристики аккумулятора и, по крайней мере, один производитель аккумуляторов представил результаты, основанные на фактическом типе и конфигурации аккумулятора. Это не помогает определить количество тепла, выделяемого для каждой конфигурации батареи, и нам нужно что-то гораздо более простое для использования в повседневной ситуации.В конце концов, мы смотрим на типичное значение, которое может использоваться для целей охлаждения помещения, а не на конечную «лабораторную оценку». На практике хорошее приближение является достаточно точным.

Отсюда следует, что если количество тепла, выделяемого при перезарядке, меняется с предыдущим разрядом, все остальные параметры в целом не имеют значения. Затем мы можем оценить количество тепла, выделяемого при перезарядке, в зависимости от предыдущего разряда. Чтобы сделать расчет немного более точным, мы должны оценить время до полной зарядки на основе характеристик IU и предыдущей глубины разряда.У большинства производителей есть таблицы или даже программный метод определения времени до различных состояний заряда, включая время полной зарядки. Однако в целом можно сказать, что время полной зарядки будет составлять много часов, но время до 80% заряда будет зависеть от характеристики IU. Во время перезарядки большая часть тепла будет выделяться в виде потерь, вплоть до того, что батарея будет заряжена на 80%, что будет составлять «постоянный ток» части перезарядки. Во время фазы постоянного тока i.е. до 80% заряда, тепло можно оценить с помощью принципа I2R. От 80% до 100% ток поплавка может использоваться для расчета тепла. Некоторые производители аккумуляторов считают, что ток заряда от 80% до 100% вдвое превышает теоретический ток холостого хода. В контексте реальной жары это можно рассматривать как разумный метод. Этот метод используется в п. 1.2) ниже.

1.1) Учитывая тепло, такое же, как если бы аккумулятор находился на плавающем заряде, мы имеем: —

V x I = W или альтернативно методом I2R = W.

1.1.1) В x I = Вт.

Единственная проблема — решить, какое напряжение и какой ток использовать.

Для напряжения разумно рассматривать напряжение как фактическое напряжение холостого хода на клеммах батареи.

Для тока разумно использовать значение I float, как определено в BS EN 50272.

Рассчитать на 1 блок: —

2,27 В на канал x 6 ячеек x 110 мА = 1,498,2 мВт

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 1498.2 x 40 x 3 = 179 784 мВт = 179,784 Вт.

Это тепло будет на время перезарядки 76 часов. Следовательно, тепло можно выразить как 180 Вт x 76h = 13 680 Втч , но более 76h = 180 Вт.

1.1.2) I2R = Вт

Мы можем использовать тот же ток, что и выше, т.е. я плаваю, а для напряжения R мы можем использовать сопротивление блока, то есть 3,8 мОм. Из расчета на 1 блок: —

110 мА x 110 мА x 3.8 мОм. = 0,04598 мВт

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5,5176 мВт.

Это тепло будет на время перезарядки 76 часов. Следовательно, тепло можно выразить как 5,5176 мВт x 76 ч = 0,42 Втч , но за время перезарядки 76 часов = 5,5 мВт.

1.2) Нагрев до 80% заряда плюс нагрев от 80 до 100% заряда

1.2.1) Нагреть до 80% заряда

Учитывая описанную выше систему батарей, мы знаем, что ток перезарядки будет составлять 33 А до 80% заряда, а с 80% мы будем использовать 2-кратный плавающий ток, то есть, если мы используем метод 2-кратного плавающего тока, ток 330 х 2 = 660 мА.Нам нужно установить состояние заряда после разряда. Предположим наихудший случай максимального тока на 15 м: —

Максимальный ток = 300кВт x 1000 / 408В = 735A

Удаленная емкость = (735 А x 15 м) / 60 = 184 Ач или 146 Ач заряженных (330 Ач — 184 Ач).

Эти 184 Ач соответствуют 56% разряженным или 44% заряженным.

Мы знаем, что ток перезарядки 33 А (11 А на цепочку) будет течь до тех пор, пока аккумулятор не будет заряжен на 80%.Состояние заряда 80%: = 330 Ач x 0,8 = 264 Ач.

Время от 146Ач в аккумуляторе в конце предыдущего разряда до 264Ач в аккумуляторе = 118Ач / 33А = 3,6ч.

Теперь мы можем оценить тепло от начала подзарядки до 80% заряда, как показано ниже.

Использование I2R на блок: —

11A x 11A x 3,8 мОм = 495,8 мВт.

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 59,496 мВт

Этот ток будет течь 3.6h, что может быть выражено как 214Wh.

ПРИМЕЧАНИЕ. Внутреннее сопротивление промышленных аккумуляторов существенно не меняется от 100% заряженных до 10% заряженных. Следовательно, принцип I2R действителен.

1.2.2) Нагрев с 80% до 100% заряда

Нам необходимо установить время от 80% заряда до полного заряда, и производитель батареи должен предоставить эту информацию. Однако разумным предположением для оценки тепла было бы 72 часа.Принято считать, что полностью разряженный аккумулятор можно перезарядить, используя постоянный ток и ток перезарядки от 5% до 15% в течение 72 часов. Если мы предполагаем полные 72 часа, мы рассматриваем наихудший сценарий.

Теплоотдача на блок теперь может быть оценена как: —

110 мА x 110 мА x 3,8 мОм. = 0,04598 мВт

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5,5176 мВт.

Это тепло будет на время перезарядки 72 часа.Следовательно, тепло можно выразить как 5,5176 мВт x 72ч = 0,40 Втч , и если мы удвоим это значение, мы получим 0,79Втч.

Складывая 1.2.1) с 1.2.2), получаем 214Wh + 0,79Wh = 215Wh. Это соответствует времени полной зарядки, что составляет 215 Втч / 76 часов = 2,83 Вт

Большинство производителей аккумуляторов рассматривают тепловыделение при подзарядке как простое выражение вольт x ток. V x I = W, то есть вольт x ток = ватт. В качестве альтернативы может использоваться принципал I2R.

Для получения информации о токе мы можем связаться с производителем батарей или обратиться к международным стандартам, таким как BS EN 50272.

Теперь мы можем произвести расчет. Ниже приведен расчет для той же батареи, о которой говорилось выше, то есть для батареи, состоящей из 40 моноблоков на 12 В по 330 Ач. Можно сделать два альтернативных расчета. В 2.1) мы используем метод V X I, а в 2.2) мы используем метод I2R.

2.1) С учетом метода V x I: —

С учетом 1 блока: 2.27 В на канал x 6 ячеек x 1 мА на А · ч x 110 А · ч = 1,496 Вт.

Следовательно, для полной батареи из 40 блоков и 3-х гирлянд: —

1,496 Вт x 40 x 3 = 180 Вт.

Это тепло будет генерироваться, пока аккумулятор находится в режиме постоянного заряда.

2.2) С учетом метода I2R: —

Рассмотрим для одного блока: 110 мА x 110 мА x 3,8 мОм = 0,04598 мВт

Следовательно, для блоков 40 x 3 = 5.5176 мВт или 0,005 Вт.

Это тепло будет генерироваться, пока аккумулятор находится в режиме постоянного заряда.

Интересно, что многие производители аккумуляторов не указывают значение тепла, выделяемого при разряде, потому что свинцово-кислотные аккумуляторы считаются эндотермическими. Однако производители обычно соглашаются с тем, что все внутренние компоненты и внешние соединения имеют сопротивление и будут выделять тепло при протекании тока.

Опять же, можно использовать простой математический расчет, и большинство производителей батарей принимают I2R как разумное приближение к потерям тепла при разряде.Нам нужно знать ток разряда и внутреннее сопротивление аккумуляторной системы.

Используя ту же батарею 40 x 12 В, разряженную на 300 кВт на 15 м, нам сначала нужно изменить 300 кВт на ток, который можно использовать в расчетах. «Безопасный вариант» — это рассмотреть конец напряжения разряда, а затем рассчитать максимальный ток. Конечное напряжение разряда было задано равным 408 В (см. Выше). Следовательно, максимальный ток составляет 300кВт x 1000 / 408В = 735А.

Тепловые потери рассчитываются как: —

735A x 735A x 50.7 мОм = 27,4 кВт.

Это может быть выражено как Втч, т. Е. 27,4 кВт x 0,25 ч = 6,85 кВт-ч

Поскольку аккумулятор имеет тепловую массу, может пройти много часов, прежде чем это тепло передается в окружающий воздух. Батарея в этой статье будет весить приблизительно 4800 кг. Некоторые производители считают, что тепло, рассеиваемое в комнате, будет распределяться в 10 раз больше времени разряда. В этом примере это будет 2,5 часа. Это будет 2.74кВт за 10ч.

Стоит посмотреть на общие размеры и вес батареи, чтобы оценить потери тепла по сравнению с физическими параметрами батареи. Если бы тепло производилось в пределах 1 м3, это было бы значительно. Однако, если бы тепло находилось в пределах 10 м3, воздействие было бы минимальным. Следующие параметры являются реальными для батареи из блоков 3 x 40 x 110 Ач x 12 В, что дает такую ​​перспективу.

Несмотря на то, что размеры и вес, указанные ниже, являются действительными, мы должны помнить, что подставка открытого типа с большим свободным объемом вокруг моноблоков.Общий объем с учетом открытого пространства внутри ячеек, а также между рядами и ярусами рассчитывается как: —

3,7 x 0,8 x 1,3 = 3,8 м3

Тип стойки: 2 ряда х 3 яруса открытого стального типа.

Длина: 3,7 м

Глубина: 0,8 м

Общая высота: 1.3м

Объем: 3,8 м3

Вес: 4000 кг

Трудно обосновать результаты нагрева, когда батарея находится на подзарядке или плавающем заряде, потому что батареи не соответствуют стандартным электрическим характеристикам, и поэтому результаты должны быть сомнительными. Мы знаем, что закон Ома применительно к батареям не работает. Во многом это связано с характеристиками ОБРАТНОЙ ЭДС аккумуляторов, что делает расчеты V x I сомнительными.Следовательно, любые математические результаты, основанные на этом принципе, должны вызывать подозрение. Соответственно, расчеты V x I должны вызывать подозрение. Чтобы понять это более полно, мы можем рассчитать теоретический ток холостого хода, используя метод I = V / R. В наших примерах мы знаем, что приложенное напряжение холостого хода составляет 2,27 В на канал, то есть 13,62 В для блока из 6 ячеек 12 В, и мы знаем, что сопротивление составляет 3,8 МОм. По закону Ома ток холостого хода должен быть I = V / R = 13,62 В / 3,8 мОм = 3584 А. Ясно, что это неверно.

Если расчеты V x I ненадежны, мы также должны подвергнуть сомнению результаты I2R.Что мы действительно знаем, так это то, что ток — это реальная величина, и внутреннее сопротивление также реально. Поэтому, надеемся, результаты должны быть более точными!

Результаты I2R более реальны, потому что мы знаем, что такое ток, и мы знаем внутреннее сопротивление продукта. Результаты I2R для подзарядки очень малы, и с практической точки зрения нагрев можно не учитывать. В данном примере это всего 5,5 мВтч.

Опять же, если результаты I2R более реальны, а метод V x I ненадежен, то 0.005 Вт тепла на плавающем заряде снова можно считать несущественным.

Единственный метод, который, похоже, используется для нагрева при разряде, — это I2R, и, как и ожидалось, нагрев при разряде значительно выше, чем при подзарядке или плавающем заряде. Что мы должны помнить, так это то, что тепло не будет прекращено немедленно, и необходимо произвести некоторую оценку времени, в течение которого оно будет прекращено. Без сомнения, это будут часы, а не минуты, но это вопрос мнения без консультации с инженером-теплотехником.

При подзарядке и подзарядке нагревается очень мало, особенно если учесть массу аккумулятора. Это к счастью, потому что, хотя используются разные методы, результаты незначительны, если рассматривать их в контексте отвода тепла из аккумуляторной.

Что касается тепла, выделяемого при разряде, ситуация иная, потому что большинство производителей аккумуляторов считают метод I2R наиболее точным. Кроме того, мы можем с большей готовностью принять результаты, потому что при разряде нет обратной ЭДС.В этом примере выделяемое тепло может быть выражено как 27,4 кВт · ч, но, учитывая массу батареи, мы должны учитывать, что это тепло выделяется в течение более длительного времени, чем фактический период разряда, равный 15 мес. Не все производители считают, что время разряда в 10 раз превышает время разряда, но ясно, что тепло не будет отдано мгновенно.

Солнечные батареи отопления дома: эффективность, расчет, установка. Как установить солнечные батареи для дома: видео и советы.

Обеспечение жилого дома электричеством — важная прерогатива каждого собственника.Наряду с более привычным подключением к центральной системе начали появляться новые варианты. Недавно даже установили солнечные батареи для дома. Стоимость комплекта несколько высока, но в эксплуатации такие системы полностью себя оправдывают.

Компактное расположение панелей на крыше здания

Производство электрического тока становится возможным за счет воздействия солнечного излучения на поверхность кремниевых пластин. При попадании прямых лучей электроны движутся со своих орбит, создавая направленное движение заряженных частиц.Перед покупкой солнечных батарей для частного дома необходимо ознакомиться с основными типами преобразователей.

Характерной чертой таких изделий является односторонняя ориентация светочувствительных клеток. Благодаря этому можно значительно повысить КПД, но в этом случае в пасмурную погоду снижается восприимчивость к солнечному свету. В связи с этим прибор рекомендуется использовать в южных регионах, где пасмурных дней не так много.

Из-за неоднородности кристаллических ячеек кремния КПД элементов несколько снижается, но эффективность работы в пасмурную погоду повышается. Панели имеют форму квадрата и неоднородную структуру, что объясняется наличием разнородных кристаллов.

Основным преимуществом солнечных панелей является высокая энергоэффективность в пасмурную погоду, когда свет рассеивается.

Подобные изделия имеют слой кремния очень небольшой толщины. Его нанесение на поверхность осуществляется в вакууме. В качестве основы используется пластик, металл или стеклянная фольга. Хотя эффективность панелей относительно невелика, работа в пасмурную погоду и уровень светопоглощения находятся на должном уровне.

Существенным недостатком тонкопленочных пластин является относительно быстрое выгорание кремниевого покрытия.

Отдельно стоит упомянуть гибридные солнечные батареи для дома, отзывы о которых пользователи оставляют в основном положительные. В этом случае аморфный кремний соединяется непосредственно с микрокристаллами. В отличие от тех же поликристаллических аналогов эффективность гибридных систем в рассеянном свете выше.

Статья по теме:

Поскольку цена на солнечные домашние комплекты может варьироваться в зависимости от исходных параметров, предлагается рассмотреть несколько систем, подходящих для определенных условий эксплуатации.Правильный подбор мощности и других характеристик позволит обойтись без лишних затрат.

Обычно в комплект входят:

• солнечные батареи;
• аккумуляторы;
инвертор
• ;
• контроллер заряда.

К сведению! Все элементы системы имеют разный срок службы. Пластины могут прослужить в среднем 50 лет, инвертор с контроллером — до 20 лет, а аккумуляторы — не более 10 лет.

Продукция достаточно популярна HiminSolar . Производитель выпускает надежные солнечные батареи для дома. Стоимость комплекта для компании с высоким стандартом качественных характеристик вполне приемлема. Панели способны работать в широком температурном диапазоне, терять работоспособность в дождливую погоду не так уж и много.

Полезный совет! Приобретая солнечные панели для загородных домов, можно выбрать системы с меньшей мощностью, так как затраты на электроэнергию в таких постройках не очень велики.

Другой надежный производитель — SunShines . Компания успешно работает на российском рынке с 2010 года. Также она производит готовые комплекты разных ценовых категорий, чтобы потребитель мог подобрать оптимальный вариант для конкретных условий.

Цены на готовую систему были выше, но при необходимости ее элементы можно приобрести отдельно.

Полезная информация! Аккумуляторы Delta, представленные серией GX, производятся по технологии GEL.Электролит — серная кислота, загущенная в виде геля, за счет чего обеспечивается температурная стабильность.

В целях экономии некоторых потребителей устанавливают солнечные батареи для дома своими руками. Этот процесс предполагает фиксацию панелей в подходящем месте и последовательное подключение комплектующих элементов.

Сами плиты можно монтировать в нескольких местах:

• Монтаж на крыше дома предполагает создание несущей конструкции из профилей.
• Крепление на стены не так уж и часто, но допустимо. В этом случае устраивается специальная рамочная система для удержания.
• Крепление к отдельной опоре типа бруса уместно, если крыша дома затенена или имеет слабую несущую способность.

Полезная информация! В некоторых случаях солнечные панели устанавливают на балконах, если они не закрыты деревьями, соседними домами и другими строениями. При таком варианте снаружи перил устраивается металлический каркас.

Прежде всего, при установке необходимо придерживаться определенного угла наклона, который обычно равен географической широте. Соблюдение азимута важно. Для северного полушария это 180 градусов.

Когда выпадает снег, эффективность системы может быть снижена до нуля, поэтому должен быть обеспечен беспрепятственный доступ для уборки. Об этом можно не позаботиться, если панели крепятся к боковой поверхности под углом, близким к 90 градусам.

При установке большого количества плит, расположенных рядами на наклонных конструкциях, необходимо избегать затенения элементов друг другом. Расстояние между линиями должно быть достаточным.

Хотя стоимость комплекта солнечных панелей для дома достаточно велика, системы начинают активно использовать индивидуальные застройщики разных категорий. Их часто комбинируют с другими вариантами, особенно если поблизости нет централизованной сети.Это один из экологически чистых способов получения электроэнергии.

• Гидроизоляция пола в квартире перед стяжкой — что важно знать?

В последние годы все большую популярность приобретают альтернативные возобновляемые источники энергии, среди которых особняком стоит энергия Солнца. Этот источник энергии хорош тем, что неисчерпаем еще как минимум 5 миллиардов лет.

Количество излучаемого им тепла и света огромно. В эпоху развития новых технологий «грех» не пользуется этим природным даром. Но для сбора и накопления энергии Солнца необходимо установить.

То есть после покупки сего «чуда» все равно надо как следует установить, для лучшей работы. О том, как установить солнечную батарею и пойдет речь в нашей статье.

Где установить

Для максимальной эффективности солнечных элементов необходимо учитывать некоторые особенности их расположения на поверхности:

Имейте в виду: слой снега на поверхности солнечной батареи может привести к прекращению выработки энергии, поэтому необходимо следить за состоянием передней части солнечных батарей и убирать их как можно чаще.

Собираем самостоятельно или с помощью специалистов

Выбор за вами! Если у вас рабочие руки и голова на плечах, можно смело переходить к самостоятельной установке солнечной батареи.

Но перед этим изучите литературу по самостоятельной установке солнечных батарей, выберите подходящее место, исходя из вышеперечисленных особенностей, запаситесь необходимым инструментом и смело приступайте к установке.

Плюсы самостоятельной сборки безоговорочные — экономия денег и получение бесценного опыта, который в будущем может пригодиться.Но есть и минусы: вы потеряете время, а в случае неправильной установки и, как следствие, низкого КПД батареи будете виноваты только вы.

Если вы обратитесь к квалифицированным специалистам, вы получите качественную услугу, а в случае неисправности вы сможете связаться с ними, чтобы устранить ошибку.

Вы не потратите на это время, но понесете материальный ущерб. Поэтому взвесьте все за и против перед окончательным выбором варианта установки.

Этапы крепления

Процесс установки солнечных батарей на крышу Прежде чем определиться с этапами монтажных работ, для начала нужно определиться, где вы собираетесь монтировать: на крыше своего дома или на специальных фермах.

Если вы остановились на первом варианте, есть два этапа :

• установка профилей на крышу;
• крепление панелей к профилям болтами диаметром 6-8 мм.

Профили и панели должны быть прочно закреплены и неподвижны.Выбирая этот вид крепления, вы сэкономите место на своем участке, а также крыша приобретет привлекательный эстетичный вид.

Если вы решили установить солнечные батареи на специальной наземной ферме, вам необходимо выполнить следующие действия:

После выполнения этих шагов вы можете перейти к подключению солнечных панелей, аккумуляторов к и, а последнее — к электросети вашего дома или другого объекта.

Нюансы установки

Для любого из выбранных типов установки необходимо следить за углом наклона.В случае сборной фермы можно установить любую степень наклона, а также ориентацию на север или юг.

При установке на крышу эти регулирующие функции отпадают, вы не будете перестраивать крышу для поддержания желаемого угла наклона.

Обязательно учтите момент затенения батареек друг другом. Если на крыше поставить их в одну плоскость, то на фермах некоторые применяют несколько уровней.

В этом случае учитывайте расстояние, необходимое для предотвращения затенения.Это расстояние 1,7 от высоты фермы.

Совет специалистов: Для более эффективного использования пространства рекомендуется комбинировать типы расположения солнечных панелей. Монтируют панели на крышу дома и на специальных земельных участках хозяйства.

После первой установки вы можете предложить эту услугу другим, и, учитывая тот факт, что продажи солнечных панелей в настоящее время растут, это может принести дополнительную «копейку» в ваш карман.

Смотрите видео, в котором подробно описаны этапы установки солнечных батарей:

Глядя на океан энергии, льющейся с неба на землю, мы остаемся зависимыми от электричества.

Если в городе подача тока более-менее стабильна, то за городом жители регулярно становятся участниками «конца света».

Как обеспечить свой дом надежным источником электричества и не лишить себя комфорта, невозможного без «направленного движения электронов»? Теоретически ответ довольно прост, но на практике многим почти незнаком.

Это солнечные батареи для частного дома, это главное условие автономного существования.

Что это за устройства, их типы, характеристики и эффективность применения мы рассмотрим в этой статье.

Типы солнечных батарей

Из школьного курса физики мы знакомы с фотоэлектрическим эффектом. Это происходит в полупроводниках под действием света. Все солнечные батареи работают по этому принципу.

Мы не будем вдаваться в теорию процесса, а только самые важные практические моменты:

• Есть три типа солнечных элементов: монокристаллические и поликристаллические, а также панели из аморфного кремния (гибкие).
• Все они вырабатывают постоянный ток (напряжение 12 или 24 В).
• Срок службы этих устройств более 20 лет.
• Мощный аккумулятор не может эффективно работать без дополнительного оборудования (контроллер, аккумулятор, инвертор).

Теперь просмотрите детали для каждого элемента. Монокристаллическая панель по сравнению с поликристаллической панелью производит более высокую мощность на единицу поверхности. При этом цена намного выше.

Производительность поликристаллической ячейки на 15-20% меньше, но при пасмурной погоде она существенно не снижается.Напротив, в монокристалле при диффузном освещении производство электричества резко снижается. Солнечная батарея из аморфного кремния дешевле поликристаллического кремния, но срок ее службы в 2-3 раза меньше. Исходя из этих фактов, выгоднее покупать поликристаллические панели.

Комплект оборудования для солнечной станции

Мощная солнечная батарея для дачи — устройство не самодостаточно. Полученную энергию нужно где-то накапливать, чтобы вечером и в пасмурную погоду можно было полноценно пользоваться бытовыми электроприборами.

Поэтому емкий и прочный аккумулятор в любом случае потребуется. В его выборе есть один важный нюанс: не пытайтесь сэкономить, купив стартерный автомобильный аккумулятор. Он плохо подходит для циклического накопления энергии и плохо переносит глубокий разряд. Его основное предназначение — дать мощный, но кратковременный ток для запуска двигателя.

Для хранения и медленного потребления энергии вам понадобятся батареи другого типа: AGM или гелевые. Первые дешевле, но имеют небольшой срок службы (до 5 лет).Гелевые батареи дороже, но работают намного дольше (8-10 лет).

Контроллер — еще один важный элемент автономной солнечной электростанции. Выполняет несколько задач:

• Отсоединяет аккумулятор от аккумулятора во время полной зарядки и включает его для новой загрузки питания.
• Выбирает оптимальный режим зарядки, увеличивая запас энергии.
• Обеспечивает максимальное время автономной работы.

В солнечных станциях используется несколько типов контроллеров:

• ВКЛ / ВЫКЛ «вкл / выкл»;
• MPPT.

Самый дешевый прибор просто отключает солнечную батарею от аккумулятора, когда напряжение на ее выводах поднимается до максимального уровня. Не лучший вариант, потому что на данный момент аккумулятор еще не полностью заряжен.

Более дорогой ШИМ-контроллер действует умнее. После набора максимального напряжения понижает его до заданного уровня и держит пару часов. Таким образом достигается более полный уровень хранения энергии.

Наконец, самый интеллектуальный контроллер типа MPPT максимизирует мощность солнечной панели во всех режимах ее работы.Это позволяет хранить в аккумуляторе от 10 до 30% электроэнергии.

Независимо от типа используемых полупроводниковых материалов (поликристаллы, монокристаллы, аморфный кремний) солнечная батарея представляет собой цепочку последовательно соединенных модулей элементов. Каждый из них генерирует небольшое напряжение (в пределах 0,5 вольт) и слабый ток (десятые доли ампера). Работая вместе, они «сливают» накопленную энергию в общий канал и на выходе из аккумулятора мы получаем ток большой мощности и постоянного напряжения (12 или 24 вольт).

Стандартные бытовые электроприборы рассчитаны на 220 вольт, поэтому от «постоянной» работать не будут. Преобразование постоянного тока в переменный выполняет отдельное инверторное устройство. Они завершают цепочку оборудования, необходимого для солнечной батареи.

Несмотря на относительно высокую стартовую стоимость комплектующих солнечной станции, ее эксплуатация выгодна за счет большого «жизненного» ресурса основных элементов: фотокристаллической панели и аккумулятора.

Сколько солнечных батарей нужно для дома и дачи?

Здесь все просто.Покупателю не нужно заниматься сложным расчетом мощности солнечной станции и подбирать для нее аккумуляторы. Эта работа уже проделана специалистами компаний, производящих и продающих данное оборудование.

Потребитель может выбрать только из предложенной серии комплектацию, исходя из своих потребностей. В качестве примера рассмотрим несколько стандартных вариантов, которые представлены на сайтах продавцов (актуальных на 2016 год).

Солнечная станция, построенная на одной панели мощностью 250 Вт, предназначена для электроснабжения потребителей, перечисленных в таблице 1.

Таблица №1 Комплект потребителей для солнечной станции мощностью 250 Вт

Его ориентировочная цена складывается из стоимости устройств, указанных в таблице 2.

Стол №2 Стоимость оборудования на 250-ваттную станцию ​​

Солнечная станция мощностью 500 Вт способна обеспечивать электроэнергией набор бытовых приборов, указанных в таблице 3.

Таблица №3 Энергетический потенциал гелиостанции мощностью 500 Вт

Его ориентировочную стоимость (по типам и моделям оборудования) вы найдете в таблице 4.

Солнечная электростанция мощностью 1000 Вт способна питать не только экономичные светодиодные лампы, телевизор, ноутбук и спутниковую антенну. Одновременно с ними «тянет» микроволновку, водяную помпу или мощную электроплиту (таблица № 5).

Основу гелиостанции составляют 4 солнечные батареи мощностью 250 Вт каждая. За весь комплект оборудования (без стоимости монтажа, муфт и кабеля) необходимо оплатить сумму, указанную в таблице № 6

Таблица №6 Ориентировочная стоимость оборудования солнечной электростанции мощностью 1 кВт

Изучив представленные комплекты оборудования, легко убедиться, что стоимость инвертора сопоставима с ценой солнечной батареи.Поэтому некоторые владельцы солнечных станций предпочитают обходиться без инверторного преобразователя. Они покупают для дома бытовую технику, работающую от 12-вольтного постоянного тока. Помимо высокой цены, инвертор потребляет около 10% энергии, получаемой от солнечной батареи. Поэтому его исключение из цепочки оборудования дает хорошую экономию.

Монтажные характеристики

Установка солнечных батарей — процесс технически простой, но очень ответственный. Площадь и вес мощных панелей достаточно велики, поэтому они нуждаются в надежном креплении с помощью направляющих и специальных креплений.Кроме того, крыша должна обеспечивать легкий доступ к аккумуляторным батареям для очистки от пыли и снега.

От величины угла, под которым солнечные лучи падают на фотоэлементы, напрямую зависит производство энергии. Поэтому солнечные панели не фиксируются в одном положении, а устанавливаются на поворотные устройства.

Есть два основных положения гелиопанели: летняя и зимняя. Изменяя угол наклона, солнечная станция получает максимальный КПД.

Характеристическая обратная связь

Их можно разделить на две группы: отзывы тех, кто уже пользуется данными устройствами, и мнения всех тех, кто только изучает вопрос автономного питания.

Большинство владельцев солнечных станций довольны своим выбором. Обустроив загородный дом, они отмечают надежность, всесезонность и экономичность гелиопанелей. Размышляя о покупке, они выражают сомнения в экономической целесообразности, опасаясь долгосрочной окупаемости техники.

Мы выскажем свои мысли по этой теме. Учитывая стабильный рост стоимости электроэнергии, получаемой из внешних сетей, использование гелиостанции нельзя назвать убыточным. Если речь идет об участках, где полностью отсутствует электроснабжение или для которых характерны частые отключения, то гелиостанция не вариант.

Самостоятельная сборка

Попробовать свои силы в солнечной энергетике отечественным мастерам подсказывают два фактора: желание удешевить гелиофенели и новизна этой работы.

Экономия от самостоятельной сборки впечатляет. Комплект своими руками, состоящий из фотоэлементов и монтажной токопроводящей ленты, почти на 50% дешевле, чем аккумулятор, собранный на заводе. Купить его можно на российских торговых интернет-площадках или заказать прямую доставку из страны происхождения.

Ответов на вопрос, как сделать солнечную батарею для дома своими руками во всемирной сети можно найти очень много. Помимо устного описания процесса, здесь вы можете найти интеллектуальные видеоролики, наглядно демонстрирующие его основные этапы.

Практические советы, содержащиеся в таких руководствах, основаны на бесценном опыте проб и ошибок. Они помогают новичкам без серьезных финансовых потерь успешно выполнить эту работу.

Сборка солнечной батареи включает следующие этапы:

• последовательная пайка фотоэлементов в единую энергетическую цепь с помощью токопроводящей ленты;
• изготовление рамы со стеклом.

Самым важным моментом является заполнение фотоэлементов прозрачным герметиком и их интеграция с остекленной рамой.Здесь есть проверенная технология, в основе которой лежит толстый лист поролона, защищающий хрупкие фотоэлементы от разрушения.

До недавнего времени идея о возможности получения в жилом частном доме бесплатного электричества, которое будет производить солнечная энергетическая система, снабжающая энергией каждую лампу и лампу в доме, была фантастикой. Но все же развитие технологий на земном шаре не стоит на месте. Возобновляемые альтернативные источники энергии становятся все более популярными и привлекают все больше и больше поклонников.

Солнечные батареи для отопления частного дома

Все чаще потребители обращаются за помощью к продукции последних разработок, где главным расчетом человека является собственная электростанция, необходимая для полной автономности, что особенно актуально на удаленных от крупных населенных пунктов объектах.

Ветрогенераторы и солнечные батареи, действительно, эффективное и готовое оборудование, позволяющее добиться принципа автономности электроснабжения. Здесь можно рассчитать полный комплект оборудования для установки.Вся система монтируется вручную. Схема подключения достаточно простая, поэтому вы легко сможете подключить все лампы — и каждая лампа будет работать на возобновляемой энергии.

Обеспечение частного дома электричеством с помощью ветрогенераторов

А теперь определим, какие необходимо соблюдать условия, как рассчитать, целесообразно ли устанавливать солнечные батареи и ветрогенераторы для организации автономное электроснабжение в климатических условиях России.Также мы научимся рассчитывать мощность, которой должна соответствовать вся система, устанавливать и производить ее подключение своими руками. Разберемся, какой принцип работы лежит в основе оборудования.

Сферы применения и использования

Солнечные батареи используются для обогрева дома, дачи, загородного жилища — их использование для этих целей является довольно распространенной практикой. Такая система водяного отопления имеет неплохой КПД, ведь ею можно обогреть даже комнату в загородном мотеле. Принцип подключения довольно прост — это уже готовые системы отопления, которые легко подключить своими руками.Все чаще солнечные панели устанавливаются для дома, чтобы получить автономное электроснабжение. Такие системы тоже продаются готовыми к эксплуатации, их несложно установить своими руками. В результате вы бесплатно обеспечите электроэнергией светильники для уличного освещения, каждая лампа в доме будет снабжаться возобновляемой энергией, которую вырабатывает ваша собственная электростанция.

С помощью солнечных батарей можно бесплатно подавать электроэнергию в светильники для уличного освещения

Принцип здесь прост — вы перестаете зависеть от основных высоковольтных линий электропередач.Использование солнечной батареи обеспечивает свободный доступ к бесплатному электричеству. Вам нужно только рассчитать мощность, а именно сколько ее потребуется для питания освещения, уличного освещения или бытовой техники, чтобы определить схему, по которой будет работать система. Проще говоря, вы можете использовать солнечные панели и их комплекты где угодно, где их можно подключить и установить — там, где есть потребность в дополнительном источнике электроэнергии.

Какие бывают солнечные батареи для отопления дома, сколько их нужно, по какому принципу выбирать схему подключения?

Солнечные элементы для частного дома — это конструкция, состоящая из большого количества кварцевых фотоэлементов, собранных и скрепленных вместе алюминиевым или пластиковым каркасом в единый корпус.Возможна сборка оборудования своими руками. В рабочем состоянии кварцевые фотоэлементы обеспечивают питание системы, от которой затем питается уличное освещение, каждая лампа в доме и другие лампы.

Солнечные элементы состоят из фотоэлементов, скрепленных между собой алюминиевой или пластиковой рамой.

Эта схема энергоснабжения разработана с целью создания автономного источника питания путем преобразования солнечной энергии в электричество. Главное правильно рассчитать, посчитать, сколько мощности потребуется в доме каждому светильнику, а также уличному фонарю.Необходимо правильно подобрать оборудование.

Часто устанавливают комплекты солнечного энергетического оборудования везде, где солнце светит круглый год, так как в затененных местах ставить такую ​​систему нет смысла. Выбирать место, открытое солнцу стоит потому, что принцип действия фотоэлементов заключается в том, что чем больше солнечного света и интенсивности его лучей, тем эффективнее будет работать оборудование.

Кроме того, необходимо учитывать географическую широту, в которой находится ваш дом.Чем дальше от экватора расположен дом, тем менее эффективными будут батареи, им будет сложнее вырабатывать электричество и включать лампы с подсветкой. Однако даже если зимой солнце днем ​​не светит ярко, расчет показывает, что набор установленного силового оборудования все равно значительно снизит общее потребление электроэнергии из сети, поскольку как минимум освещенные лампы будут питаться от возобновляемых источников энергии. энергия, обеспечивающая автономное освещение.

Даже зимой солнечные панели значительно сократят общее потребление электроэнергии из сети

Комплекты солнечных элементов, их разновидности

Сегодня рынок предлагает потребителю три основных типа оборудования:

1. Одно- наборы кристаллов;
2. Наборы поликристаллические;
3. Наборы тонких пленок.

Эта схема солнечных фотоэлементов состоит из отдельных кристаллических ячеек, собранных в единую структуру.Для надежности они залиты силиконом. Имея отличную гидроизоляцию, фотоэлементы хорошо работают в судоходной отрасли. Прекрасно смотрится и установлен на крыше, можно использовать для электроснабжения комнаты в лесной гостинице. Разместив аккумуляторы на солнечной стороне крыши, можно добиться лучших характеристик элементов, в этом случае лучше работает схема, дольше светят светильники.

Обязательно примите во внимание тот факт, что наличие препятствий для солнечных лучей делает преобразование электричества менее эффективным.

Преимущество фотоэлементов на основе монокристаллов заключается в их небольшой массе, меньших габаритах при сохранении КПД и выходной мощности, гибкости конструкции, длительного срока службы, но при довольно высокой стоимости — все это должно быть учитывались при выборе оборудования.

Монокристаллические солнечные панели для дома

Поликристаллические солнечные фотоэлементы

Основное отличие солнечных батарей на основе монокристаллов — это структура молекулярных решеток кварца.При производстве монокристаллических элементов используется высокотехнологичное оборудование, выравнивающее структуру кварцевых решеток, что значительно увеличивает КПД аккумуляторов. Однако это очень дорогостоящий процесс. Процесс изготовления поликристаллических ячеек проще, но структура молекулярной решетки разнонаправленная, но это, по идее, является недостатком, помогает лучше трансформировать рассеянные лучи солнца, что позволяет снизить зависимость от местоположения аккумулятор, избавляя от необходимости производить долгий расчет эффективной зоны использования.

Солнечные элементы на основе поликристаллических фотоэлементов намного дешевле. Сфера их успешного применения — электричество для частных домов, офисных зданий, уличное освещение, а также их можно использовать для освещения гостиничного номера.

Поликристаллические солнечные панели для частного дома

Тонкопленочные фотоэлементы

Данная схема оборудования состоит из тонких пленок, натянутых на каркас, их очень легко установить вручную в любом удобном месте, доступном для прямых солнечных лучей .Такие фотоэлементы не боятся пыли, хорошо показывают себя даже в не очень благоприятных условиях. Во время облака работа немного хуже, КПД снижается на 20 процентов. Они имеют невысокую стоимость, но занимают достаточно много места для размещения батарей.

Оправдано ли использование солнечных батарей в частном секторе?

Солнечные фотоэлектрические электростанции зарекомендовали себя не только в частном секторе, но и в масштабах промышленности. В связи с тем, что такая продукция сейчас производится в России, цены на нее стали значительно ниже.Приобретение солнечной установки сегодня становится все более доступным широкому кругу потребителей. На рынке большая часть продукции предлагается со сроком службы до 25 лет.

Насколько экономически оправдано и насколько эффективно использование солнечных батарей для электроснабжения загородного дома?

Перед покупкой необходимо учесть период максимальной солнечной активности в нужной местности

Затем необходимо разделить общую стоимость всего оборудования на период гарантированной эксплуатации (25 лет ) и количество солнечных дней в этот период.Полученные данные покажут вам целесообразность покупки предлагаемого оборудования, вы поймете, стоит ли покупать этот тип аккумулятора. Кроме того, примите во внимание площадь поверхности, необходимую для установки фотоэлементов для выработки мощности в один киловатт — эту цифру вам сообщит поставщик оборудования. Необходимо учитывать период максимальной солнечной активности, в наших природных условиях — это обычно летний сезон.

1. Вода для отопления;
2. Освещение дома и прилегающей территории;
3. Электроснабжение бытовой техники.

Если ставится задача поставить горячее водоснабжение, то будет достаточно солнечного коллектора, он на несколько порядков дешевле солнечной фотовольтаики. И в принципе при должной смекалке можно сделать самому. Коллекционер хорошо справится с этой задачей в осенне-зимний период года.

Если целью является горячее водоснабжение, тогда будет достаточно обычного солнечного коллектора

Однако, если ваша цель — автономное освещение, то вам необходимо установить солнечные фотоэлектрические устройства, с такой задачей — солнечная батарея справится однозначно.В использовании такого оборудования есть один важный нюанс. Придется систематически заменять элементы хранения. Схема работы такова, что преобразованная электроэнергия изначально поступает и накапливается в батареях, а уже от них распределяется по системе электроснабжения. Вы можете посчитать свои финансовые затраты на такое обслуживание системы за 25 лет ее эксплуатации, узнать, сколько стоит хороший автомобильный аккумулятор и сколько он прослужит, а затем подсчитать сумму затрат.Помните, что эффективные аккумуляторные батареи будут стоить дороже, чем обычный автомобильный аккумулятор.

Примите во внимание показатели эффективности типов аккумуляторов, продаваемых в вашем регионе. Далеко не все они будут иметь необходимую эффективность в условиях Российской Федерации. Продавцы рекламного оборудования пообещают, что эффективность работы не снизится в результате пыления, но все же это не так.

Различные типы солнечных батарей для частного дома

В связи с этим знайте, что вам придется периодически очищать активную поверхность аккумуляторов.

Сегодня еще не все повсеместно доступны для использования этих технологий — все равно даже самое дешевое оборудование имеет приличную стоимость. Однако темпы развития отрасли внушают в этом отношении здоровый оптимизм. Однозначно будут изобретены более дешевые способы преобразования солнечной энергии в электрический ток.

В том случае, если вы хотите сэкономить на электричестве или жить на труднодоступной территории для ЛЭП, предлагаем поискать и купить качественные солнечные батареи по доступной для дома стоимости на сайте интернет-магазин «Солнечные батареи» в Москве.Опытные и приветливые менеджеры ответят на все вопросы. Вы примете правильное решение, точно зная, какой именно модуль требуется (поликристаллический, тонкопленочный или монокристаллический). Привезем товар без предоплаты, в короткие сроки.

Наука развивается, создается все больше и больше эффективных вариантов этих систем, оптимизируется цена и повышается способность преобразовывать свет. Если раньше их имели возможность заказывать только богатые люди или крупные корпорации, то на данный момент стоимость для дома комплекта солнечных батарей-электростанций мощностью 5 кВт является общедоступной.

Больше всего такая вариация выгодна жителям сельских частных домов. Не возникнет сложностей в том случае, если вы после изнурительной работы на садовом участке решите сесть за компьютер или посмотреть телевизор, вам просто нужно разместить, заказав у нас по приятной цене, комплект солнечных батарей для дома или давая.

К преимуществам таких энергетических комплексов можно отнести:

• Надежность и долговечность. При бережном использовании нормальный срок службы до 30 с 25 лет.
• Очень экономичен в применении. Практически без обслуживания. Чистка светочувствительных поверхностей проводится только раз в год.
• Безвреден для природы. Не используйте жидкое топливо.
• Тихо работает.
• Простота установки и транспортировки. Устанавливается на крышу освещенной стороной.

Люди ищут другие источники электроэнергии и совершенствуют методы, позволяющие получать ее из новых источников. Купить солнечные панели-электростанции 5 кВт для частного дома или дачи по доступной цене — разумное и разумное решение.

достаточно эффективно решит свою задачу — бесплатно обеспечит владельцев электроэнергией. Один комплект может дать столько электроэнергии, что более чем удовлетворит все основные потребности. Теплым летом можно обойтись без подключения к внешним сетям. Стоимость комплекта для дачи или частного дома батарей-солнечных электростанций приятна и, если вы часто пользуетесь электроприборами, быстро окупится.

Одна из причин, по которой вам нужно с нами сотрудничать: наша цена (стоимость) комплекта солнечных батарей для частного дома одна из самых экономичных.Если вы ищете новые функции, более дешевые и безопасные блоки питания для своей бытовой техники, то мы рекомендуем купить комплект батарей на солнечных батареях по экономичной цене для частного дома. Тепло, безопасность, экономия денег — наш девиз: жизнь беззаботнее, жизнь комфортнее!

Коэффициент охлаждения элемента: стандарт для определения отвода тепла от литий-ионных батарей

(LIB) становятся все более важными для обеспечения устойчивой мобильности и надежного энергоснабжения в будущем из-за серьезных проблем, связанных с качеством воздуха, выбросами парниковых газов и энергетической безопасностью. ^1–3 Одной из основных проблем использования LIB в таких требовательных приложениях, как гибридные и электрические транспортные средства, является управление температурой, поскольку во время работы элементы выделяют значительное количество тепла. ^4–8 Если это тепло не отводится эффективно, температура элементов повышается, что ускоряет разрушение. ^9–13 Однако удаление тепла создает температурные градиенты внутри ячеек из-за конечной и анизотропной теплопроводности. Импеданс ячейки сильно зависит от температуры, поэтому температурные градиенты приводят к тому, что разные области имеют разные импедансы, что приводит к неоднородностям тока. ¹⁴ Следствием этого является ускоренная и изменяющаяся скорость деградации, наблюдаемая между слоями внутри ячейки ^15,16 и между ячейками в упаковке. ¹⁷ Как ни странно, вклад этих температурных градиентов в деградацию иногда может быть больше, чем влияние более высоких средних абсолютных температур. ¹⁴

Значительное увеличение срока службы батарей за счет разработки более совершенных систем управления температурным режимом необходимо для инноваций в этой области. ¹⁵ Однако влияние внутренних температурных градиентов редко учитывается при проектировании ячейки. Пути генерации тепла и отвода тепла часто упускаются из виду, вместо этого оптимизируются мощность и плотность энергии. Однако плохо спроектированный элемент с точки зрения управления температурным режимом может привести к снижению мощности, меньшей полезной емкости и снижению плотности энергии на уровне блока. В настоящее время невозможно без обширного моделирования или тестирования для системных инженеров понять, какие ячейки были хорошо спроектированы для управления температурным режимом, исходя из информации, содержащейся в листе технических характеристик.Следовательно, существует потребность в простой метрике, которая, если бы она была введена, позволила бы проектировщикам ячеек и системным инженерам оценивать элементы друг относительно друга с точки зрения их способности отводить тепло. Включение этой метрики в спецификации элементов может произвести революцию во всей отрасли, сделав оптимизацию элементов управления температурой столь же важной, как оптимизацию мощности и / или энергии.

В этом исследовании используется новый показатель — коэффициент охлаждения ячейки (CCC) с единицей измерения W.K ⁻¹ и стандартизированный метод его измерения вводятся для оценки тепловых путей клетки на основе ее физической конструкции. Эта особая метрика количественно определяет скорость отвода тепла через различные тепловые пути внутри геометрии ячейки в результате внутренних температурных градиентов. Поскольку это не зависит от конструкции ячеек, форм-фактора или внутренних материалов, это позволяет сравнивать различные форматы ячеек, химические составы и геометрические формы, что недостижимо с существующими стандартами в отрасли.Ячейка с более высоким CCC позволит использовать более высокие непрерывные мощности с меньшими градиентами температуры внутри ячейки и, следовательно, с большей полезной емкостью. Это означает более низкую среднюю температуру элемента во время работы, что в сочетании с меньшими градиентами температуры приведет к увеличению срока службы. Эта новая метрика должна позволить не только конечным пользователям, системным инженерам и проектировщикам, но также проектировщикам, производителям и разработчикам ячеек соревноваться в проектировании ячеек, которые могут эффективно управляться термически, предлагая значительные улучшения в производительности, сроке службы и стоимости на уровне системы.

Температура является критическим фактором в оптимизации производительности аккумулятора. Для большинства комбинаций материалов подходящий диапазон рабочих температур для LIB составляет от 20 ° C до 40 ° C. Большие отклонения температуры, особенно во время быстрой зарядки, могут привести к ускоренному ухудшению характеристик и, в крайних случаях, к тепловому разгоне. ^4,5,13,18,19 Температурные градиенты в LIB и управление температурой LIB, таким образом, стали предметом интенсивных исследований, направленных на улучшение характеристик и срока службы батарей. ^14–16,20 Несмотря на растущие исследования в этой области, выработка тепла клетками и пути отвода тепла обычно не рассматриваются на этапе проектирования клетки, что приводит к клеткам, склонным к внутренним температурным градиентам.

Температурные градиенты внутри ячейки или между ячейками в пакете сами по себе способствуют неравномерному выделению тепла при работе из-за положительной обратной связи. ^14–17 Тепло генерируется внутри элемента во время работы из-за как обратимых, так и необратимых процессов в масштабе пор. ^4,5,21–26 В обратимой теплоте преобладает изменение энтропии, связанное с фазовыми изменениями материала в ячейке. Необратимое тепло является следствием потерь из-за разницы между потенциалом холостого хода ячейки и рабочим потенциалом и включает: 1) омическое тепло, которое связано с дальнодействующими взаимодействиями (т.е. перенос заряда и частиц в твердом теле). и фазы электролита) и 2) кинетическое тепло, связанное с короткодействующими взаимодействиями (т.е. реакциями переноса заряда на межфазной границе). ²⁷ Общее уравнение для оценки скорости тепловыделения отдельной ячейкой, как описано Bernardi et al. ²⁸ в упрощенном виде:

Первый член представляет необратимую теплоту с учетом перенапряжения переноса заряда на границе раздела, омического тепла, кинетического тепла и ограничений массообмена, а второй член учитывает обратимое энтропийное тепло. Коэффициент энтропии в этом последнем члене (dUOC / dT) является функцией состояния заряда (SOC), плотности активного материала и температуры. ²⁹

В литературе представлено несколько экспериментальных методов определения скорости тепловыделения отдельного элемента. ⁴ Наиболее часто упоминаемый метод — калориметрия с ускоренной скоростью, которая определяет тепловыделение путем регистрации повышения температуры ячейки в ходе процедуры в адиабатической среде. ^30–34 Однако адиабатические испытания не облегчают оценку путей рассеяния тепла. Xie et al. позволил большой ячейке мешка рассеивать тепло за счет принудительной и свободной конвекции в камере климат-контроля. ³⁵ При принудительной конвекции коэффициент конвективной теплопередачи неоднороден по всей поверхности ячейки, и, следовательно, количественная оценка скорости теплопередачи будет содержать внутреннюю ошибку. ^15,36 Дополнительные ограничения использования принудительной конвекции для терморегулирования подробно оценены Ardani et al. ³⁷

Система терморегулирования (TMS) обычно используется для отвода тепла, выделяемого элементами внутри аккумуляторной батареи. TMS используется для поддержания всех ячеек при оптимальной рабочей температуре, сводя к минимуму разницу температур между ячейками, чтобы избежать накопления температурного градиента внутри блока. ^6,8 Конструкция TMS варьируется в зависимости от стратегии, используемой для охлаждения ячеек, жидкости, используемой в качестве охлаждающей среды, и того, как эта жидкость применяется к ячейке. ^{29,34,38–40}

Принудительная конвекция воздуха была обычным подходом к управлению температурным режимом для ячеек в различных областях применения, ⁵ то есть, система охлаждения Toyota Prius 2001 года выпуска с вентиляторным приводом. ⁴¹ Воздуху, однако, не хватает удельной теплоемкости, достаточной для нынешнего и будущих поколений чистых электромобилей. ⁴² Эта тенденция преувеличивается, если рассматривать карманные ячейки по сравнению с цилиндрическими ячейками, поскольку их увеличенный коэффициент упаковки позволяет увеличить удельную мощность батареи. ⁴³ Воздушное охлаждение теперь предназначено только для систем с низкой скоростью нагнетания. ⁵

Повышенная теплоемкость жидкостей делает их предпочтительными для приложений с высокой мощностью. ²⁹ Системы жидкостного охлаждения можно разделить на две категории: прямое (иммерсионное) охлаждение и непрямое (холодная пластина) охлаждение. ⁵ Непрямое жидкостное охлаждение, по сравнению с прямым охлаждением с той же мощностью, как сообщается, поддерживает более низкую среднюю температуру на поверхности большой ячейки пакета. ⁴⁴ Кроме того, прямое охлаждение требует использования диэлектрических жидкостей, которые имеют худшие тепловые свойства, чем те, которые используются в непрямых системах ²⁹ , и могут представлять проблемы безопасности в отношении удержания жидкости. ⁷

На основании этих аргументов логично предположить, что следующее поколение литий-ионных элементов будет охлаждаться за счет теплопроводности от поверхности.Если говорить о ячейках мешочка, то поверхность мешочка является самой большой и, следовательно, теоретически самой идеальной поверхностью для применения охлаждения. ^45,46 Тем не менее, охлаждение поверхности имеет существенные ограничения. Hunt et al. ¹⁵ обнаружил, что деградация ускоряется, вызванная температурными градиентами от слоя к слою, сокращая срок службы пакетного элемента с поверхностным охлаждением на 66% по сравнению с идентичным элементом с охлаждением язычком. ¹⁴ Кроме того, Bazinski et al. наблюдали снижение температурных градиентов на поверхности ячейки мешочка, когда активное охлаждение применялось к положительному язычку. ⁴⁷ Эффективная теплопроводность для межслойной теплопередачи (представляющая охлаждение поверхности) в ячейке-пакете была экспериментально определена и составляет 5,22 Вт / м · К. ³⁵ Теплопроводность, передаваемая вдоль слоя (внутри слоя) внутри пакета электродов, при этом увеличивается на один порядок. ^15,48 Однако охлаждение язычка ограничено скоростью отвода тепла, поскольку тепло должно проходить через очень маленькую площадь поперечного сечения язычка. Несмотря на это, охлаждение вкладок рассматривается для промышленного применения. ⁴⁹

Охлаждение поверхности ячейки пакета почти всегда применяется равномерно по всей поверхности ячейки ^7,42 и, следовательно, поддается количественной оценке, учитывая разницу температур между ячейкой и охлаждающей пластиной, а также измеримое качество термоинтерфейса. В отличие от этого, охлаждение язычка ячейки пакета зависит от множества геометрических и тепловых параметров, и, следовательно, его очень трудно определить количественно. Сопротивление рассеиванию тепла через язычки зависит от их размера, толщины и свойств материала, в то время как величина температурных градиентов внутри ячейки дополнительно зависит от положения язычков.Samba et al. обнаруженные температурные градиенты в ячейке пакета (длина = 230 мм; ширина = 150 мм) могут быть уменьшены на 41,7%, если язычки расположены по центру на соседних длинных краях, а не симметрично на одном и том же коротком крае. ⁵⁰ Два выступа данной ячейки чаще всего отличаются не только геометрически, но и термически. Медь обычно используется в качестве коллектора отрицательного тока, в то время как алюминий предпочтительнее для положительного. ^44,51 Следовательно, при использовании отрицательного вкладыша можно ожидать более высокой скорости теплопередачи при равных градиентах температуры. ⁵¹

Безразмерное число Био может использоваться для определения способности отдельного тела рассеивать тепло на поверхности и последующего отвода тепла от поверхности. ⁵² Теоретически он описывает переходную реакцию теплопроводности на внутренние температурные градиенты и может быть получен из уравнения 2, где k _b — теплопроводность материала тела, L _C — характерная длина (чаще всего длина, на которой происходит кондуктивная теплопередача) и h _s — коэффициент теплопередачи охлаждаемой поверхности.Особый характерный размер длины ограничивает применимость числа Био для тела со сложной топологией, такого как LIB. Сингулярная теплопроводность не учитывает составную и анизотропную природу ячейки, а также наличие нескольких границ раздела в ячейке.

Дрейк и др. ⁵³ возвращаются к использованию коэффициента теплопроводности (единицы W.m ⁻² .K ⁻¹ ) для термической характеристики тестируемых ячеек. Хотя следует отметить, что анизотропная теплопроводность усложняет теплопроводность, эту проблему можно облегчить путем определения теплопроводности для каждого измерения теплопередачи.Однако истинная теплопроводность зависит от постоянной площади поперечного сечения для теплопроводного теплового потока, что не относится к охлаждению язычка ячеек пакета. Кроме того, теплопроводность по определению определяет параметр кондуктивной теплопередачи от одной плоскости к другой и не учитывает сложный характер тепловыделения по всему активному материалу внутри ячейки. Такой же критический анализ проводится и с использованием термического сопротивления. ⁵⁴

Единая мера, которая определяет скорость теплопроводной передачи тепла, которая достигается к охлаждаемой поверхности ячейки (например, к одному или обоим выступам) в результате температурного градиента от самой горячей точки ячейки к охлаждаемой поверхности. , было бы очень полезно для термической характеристики ячеек.Кроме того, мера не должна требовать ввода площади поперечного сечения, как в случае с обычными определенными тепловыми коэффициентами. Исключение метрики площади позволит сравнивать две геометрически разнородные ячейки.

Отсутствие знаний об отводе тепла от элемента, данные элементы часто не оптимизированы с точки зрения управления температурой, приводит к неоптимальным конструкциям ячеек и неэффективным TMS. ⁴⁰ Последствия этого для отрасли неизвестны.Расширение знаний о тепловых путях вкладок позволит выделить охлаждение вкладок как эффективный метод для продления срока службы LIB, ¹⁵ и приведет к изменениям в конструкции ячеек и систем управления температурой следующего поколения.

Это исследование предлагает новую стандартную метрику для оценки тепловых путей ячейки для охлаждения вкладок. Это позволит количественно оценить охлаждающую способность различных ячеек на основе их физической конструкции, независимо от их химического состава, формата или геометрии.Эта метрика, «Коэффициент охлаждения ячейки» (CCC), может использоваться в качестве инструмента проектирования и оптимизации ячейки, а также в качестве стандарта для информирования производителей о регулировании температуры, необходимом для конкретной ячейки в упаковке, на основе способность клетки отводить тепло. CCC преследует три цели: повышение безопасности батарей с точки зрения дизайна (облегчение выбора ячеек с учетом их критического повышения температуры и соответствующий дизайн управления температурным режимом, что снижает вероятность запуска теплового разгона), руководство исследованиями конструкции элементов путем количественной оценки возможности отвода тепла от ячеек и стандартизация ячеек в контексте отвода тепла.

В этом исследовании представлены экспериментальное оборудование и методология, необходимые для вывода CCC. Кроме того, два типа клеток оцениваются и сравниваются с использованием показателя CCC, что облегчает количественный анализ конкретного теплового пути. Многомерная электротермическая модель используется для аппроксимации внутренних температур ячейки, которые не могут быть зарегистрированы во время экспериментов. Эти результаты были использованы для обоснования использования измерений температуры поверхности ячеек для приблизительного определения внутренней температуры.Модель также использовалась для проверки паттернов отвода тепла, наблюдаемых в экспериментальных результатах.

Свойства элемента

В настоящем исследовании использовались два типа элементов: литий-ионный аккумулятор Kokam 5Ah высокой мощности (SLPB11543140H5) (LIB A) и аккумулятор Kokam 7,5Ah высокой энергии (SLPB75106100) (LIB B). Обе ячейки используют графитовый анод и катод LiMnNiCoO ₂ (NCM) для LIB A и катод Li (Ni _0,4 Co _0,6 ) O ₂ для LIB B ^15,55 .Таблица I определяет внешние геометрические параметры двух ячеек. Значимость больших геометрических различий заключается в том, что геометрическая характеристика каждой отдельной ячейки напрямую влияет на качество общей способности ячейки эффективно охлаждаться. Все клетки, использованные в исследовании, были совершенно новыми, то есть жизнеспособными.

Таблица I. Геометрические свойства LIB A и LIB B. Каждый из них напрямую влияет на вкладки ячеек как путь отвода тепла.

Таблица II подробно описывает внутренние геометрические и термические свойства тех же двух ячеек. ^15,55 Различные объемные пропорции физических материалов в каждом слое пакета электродов (токоприемники, электроды и сепаратор), которые обычно не известны конечному пользователю, оказывают значительное влияние на общее тепло ячейки отклоняющие свойства.Сравнивая относительные внутрислойные теплопроводности, k _eff , которые были рассчитаны с использованием представленных данных, взятых из литературы, было обнаружено, что рассеяние тепла внутри слоя происходит, теоретически, со скоростью на 107% выше в LIB A.

Таблица II. Геометрические и термические свойства компонента слоя для LIB A ¹⁵ и LIB B ⁵⁵ .

Аппарат

Ячейки циклически менялись в соответствии со специально разработанной процедурой циклирования, чтобы дать возможность характеризовать значение CCC.Устройство, представленное на рисунке 1, использовалось для измерения тепловыделения и рассеивания тепла от LIB A и LIB B.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. Схема экспериментального устройства, используемого в настоящем исследовании для каждого теста, и положения термопар (пронумерованные точки) на (a) LIB A и (b) на LIB B.

Всего 15 k Были использованы термопары (TC): по три с каждой стороны ячейки (попарно), по одной в каждом зажиме, по три в каждой сборной шине и одна для контроля окружающей среды, как показано на рисунке 1.Для LIB A все ТК были расположены вдоль центральной линии ширины. В продольном направлении они находились на расстоянии 5 мм от каждого конца пакета электродов (TC1 и TC4 на отрицательном конце, TC3 и TC6 на положительном конце) и 45 мм от отрицательного конца (TC2 и TC5). Для LIB B две пары были расположены на расстоянии 5 мм (длина и ширина) от углов на краю ячейки напротив выступов (TC1 и TC4, а также TC2 и TC5). Последняя пара (TC3 и TC6) располагалась по центру между выступами, на расстоянии 5 мм от края пакета электродов.

Все ТК были проведены с использованием термостойкой смолы 3M TC2810. Для шины и зажима TC были закреплены на 6 мм в латуни для обеспечения наиболее точных показаний. Измерения температуры регистрировались двумя регистраторами данных TC-108 Pico (производства Pico Technology). Корпус устройства был изготовлен из твердой изоляции Celotex CW4000, тщательно изолирующей поверхности ячеек. Ячейка, шины и зажимы вставляются в специально обработанные внутренние карманы в изоляции. Второй блок изоляции, показанный на рисунке 1, вид сбоку, расположен поверх нижней половины, таким образом, полностью закрывая ячейку.Сборные шины и зажимы были изготовлены из латуни (CZ121), имеющей удельную теплоемкость c _{p BB} , 0,380 кДж. кг ⁻¹ .K ⁻¹ и теплопроводность k _BB. , из 123 Втм ⁻¹ K ⁻¹ .

Все эксперименты проводились на установке, помещенной в термокамеру. Вырезаны канавки для всех ТК, выходящих из изоляции. Таким образом, ячейка и оба зажима были тщательно изолированы, что позволяло не учитывать конвективную теплопередачу в окружающую среду тепловой камеры.Шины также были изолированы, за исключением их контролируемых концов, которые были полностью покрыты элементами Пельтье (European Thermoelectric, APH-127-10-20-S) (PE), по одному приклеенному к каждому.

PE использовались для точного управления температурой конца каждой шины, не являющегося элементом ячейки (далее называемого контролируемым концом). PE определяют граничную температуру внутри чисто проводящей системы и, следовательно, полностью исключают конвекцию как способ передачи тепла из системы. Использование PE в качестве теплоотвода от системы усиливает представление о CCC как о чисто проводящем параметре системы.PE контролировали с помощью программного обеспечения PID, встроенного в Arduino Uno с экраном контроллера двигателя (Cytron, RB-Cyt-116) и считывателем термопар (Lysignal BL-012), с точностью до ближайшей 0,25 ° C. Противоположная сторона ПЭ охлаждалась с помощью радиатора и вентилятора.

Отвод тепла от язычков ячейки отслеживался по сборным шинам, показанным на рисунке 1. Сборные шины создавали доминирующий путь для отвода тепла от ячейки, таким образом воспроизводя сценарий охлаждения язычков. Было важно, чтобы производные ССС зависели исключительно от свойств клетки.Таким образом, шины позволяли зажимать язычки по всей поверхности. Влияние свойств сборной шины на вывод CCC было устранено за счет обеспечения того, чтобы температура выступа (необходимая для расчета CCC) измерялась очень близко к выступу, в зажимах, TC7 и TC8 для отрицательной и положительной температуры выступа соответственно. Следовательно, температурный градиент, создаваемый в сборной шине, используемый для контроля скорости отвода тепла, не повлияет на температуру пластины. Таким образом, одни и те же CCC могут быть рассчитаны для тестируемых ячеек с использованием геометрически термически разнородных шин на другой экспериментальной установке.

Шины были достаточно длинными, чтобы обеспечить 1D кондуктивную теплопередачу от TC9 к TC11 и, соответственно, от TC10 к TC12, на расстоянии 100 мм, как показано соответствующими стрелками и определено как x _BB . Скорость теплопередачи через отрицательную шину, вычисленная по уравнению 3, где A _BB — это площадь поперечного сечения шины, а ΔT _BBneg — разница между TC9 и TC11. То же уравнение используется для _, с использованием ΔT _BBpos .Удлиненные стержни изменяют переходную характеристику системы: увеличивая тепловую массу и задержку системы. Однако, когда ячейка находится в тепловом установившемся состоянии, то есть тепло выделяется с той же скоростью, что и отбраковывается, удлиненные шины не влияют на систему. Незарегистрированные кондуктивные потери тепла по кабелям были выделены в литературе ⁵⁶ как возможный источник ошибок в аналогичных экспериментальных процедурах. Ошибка была устранена с помощью этого экспериментального устройства, так как скорость кондуктивной теплопередачи была определена на стороне ячеек кабелей.Площадь поперечного сечения шины была достаточно большой, так что омический нагрев в шине был незначительной ошибкой, рассчитанной как 0,0169 Вт при пропускании тока 20 А. Латунь была выбрана вместо меди, поскольку пиковая электрическая проводимость не требовалась из-за поперечного сечения шины. Латунь имеет сравнительно низкую теплопроводность, что позволило создать значительный температурный градиент между ТС на входе и выходе и, таким образом, уменьшить погрешность измерения температурного градиента.Сборные шины были очищены и отполированы в месте контакта с язычком, чтобы обеспечить минимальное электрическое сопротивление контакта и последующий омический нагрев.

Для обеспечения равномерного давления и контакта по всему выступу ячейки температура выступов измерялась с помощью зажимов, что исключает необходимость использования термопары между зажимом и выступом. Термопаста (Fischer Elektronik, WLPK 10) была нанесена между верхней стороной язычка и зажимом для обеспечения минимального температурного градиента на границе раздела. Кроме того, каждая ячейка удерживалась на месте зажимами и шиной как можно ближе к краю выступа, чтобы минимизировать длину открытого выступа, через который должно рассеиваться тепло.Это было определено как критическая часть процедуры для обеспечения повторяемости эксперимента, поскольку дополнительная длина открытого выступа привела бы к большей разнице измеренных температур от ячейки к язычку и изменила бы результат.

Процедура

Ячейки циклировали с помощью циклического устройства для аккумуляторов Bio logic BCS-815. Процедура полного цикла приведена ниже, а текущий профиль и тепловой отклик ячейки показаны на рисунке 2. Первые 10 секунд цикла импульсов показаны с более высоким разрешением в верхнем левом углу рисунка.ТС были откалиброваны путем удаления любых смещений в последний час этапа 1, когда предполагалось тепловое равновесие внутри камеры. SOC был приблизительно установлен перед периодом пульсации каждого теста. Точное значение SOC для каждого теста было определено из OCV ячейки до последнего часа шага 1. Затем температура шины поддерживалась на заданном уровне с помощью PE в начале шага 2, что обеспечивало неизменность калибровки TC.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Профиль тока для определенной процедуры испытания и температура, зарегистрированная TC1 во время Испытания 1.

Метод прямоугольных импульсов использовался для того, чтобы поддерживать относительно постоянное значение SOC в ячейке в течение длительного периода времени, в то время как ток постоянно оставался неизменным. прошло, и поэтому тепло генерировалось с постоянной скоростью. Для этого было необходимо быстрое переключение клеточного циклера, 1 мс. Тепло, генерируемое во время этой процедуры, в основном является необратимым теплом (первый член в уравнении 1), возникающим в результате перенапряжения переноса заряда на границе раздела и омического тепла.На градиенты концентрации не оказывают существенного влияния из-за очень небольшого количества ионов, которые раскачиваются в электролите между двумя электродами. ⁵⁷ Поскольку SOC изменяется на небольшую величину в течение одного периода, обратимой энтропийной теплотой можно пренебречь, но иногда ее можно увидеть в небольших колебаниях. ⁵⁸ Необходимость импульсного метода подробно рассматривается в конце этого раздела. Тест разрядки 1С (шаг 5) проводился в конце каждого теста пульсации, чтобы проверить, есть ли заметное ухудшение характеристик.Помимо проверки емкости, также сравнивалось изменение температуры во время разряда. Чтобы сбросить ячейку до желаемого SOC, ячейку снова зарядили до 100% (этап 6), затем разрядили 1С до тех пор, пока не будет пройдено желаемое количество кулонов.

• (1)

  8-часовой отдых для обеспечения теплового равновесия во всем аппарате в термокамере

• (2)

  Прямоугольные импульсы тока в течение 6 часов при различных частотах C при 1 Гц

• (3)

  2-часовой перерыв для достижения постоянных тепловых условий перед анализом разложения

• (4)

  1C CC-CV Зарядка до 4.2 В с отсечкой 500 мА с последующим 1-часовым перерывом в работе

• (5)

  1C CC разряд до 2,7 В для анализа деградации с последующим 1-часовым перерывом в работе

• (6)

  1C CC-CV зарядка до 4,2 В с отключением 500 мА с последующим перерывом в 0,5 часа

• (7)

  Разряд 1С до требуемого состояния заряда ячейки с последующим 2-часовым перерывом

Из-за несовершенной теплоизоляции прибор был охарактеризован для количественной оценки неизбежных потерь.Измеренные данные были откалиброваны на основании следующих результатов. Устройство характеризовалось введением известного количества тепла в оба типа ячеек для определения доли тепла, отводимого через язычки, и доли, теряемой в изоляцию. Резистивный нагреватель (RS Pro), настроенный на выработку 1,49 Вт тепла, был приклеен по центру к верхней поверхности LIB A1 и B1. Для LIB A расчетная скорость теплопередачи сборной шины составила 1,24 Вт (83,2% от подводимой тепловой мощности), когда ячейка находилась в тепловом равновесии.Таким образом, 16,8% тепла было потеряно на другие неизмеряемые пути рассеивания тепла: проводимость через твердую изоляцию и провода термопары. Тщательная изоляция ячейки приводит к рабочему выводу, что скорость конвекции от ячейки к окружающей среде незначительна. Для LIB B было измерено всего 0,73 Вт (49,0% от введенного теплового потока), проводящего вдоль шин в устойчивых тепловых условиях. Увеличение тепловых потерь было ожидаемым, учитывая большую площадь поверхности LIB B и меньшие выступы. Анализ в этом исследовании основан на тепловыделении, рассеиваемом через вкладки, поэтому эти потери не повлияли на расследование, если они учтены.Скорость потери тепла _потеря , пропорциональная скорости кондуктивной теплопередачи через шины, _транс , поэтому может быть определена с помощью уравнения 4. Коэффициент пропорциональности α _потеря , зависит от типа ячейки: 0,1975 для LIB A и 1,0411 для LIB B.

В течение периода пульсации электродные потенциалы и реакционные токи практически постоянны. Импульсы приводят к мгновенной миграции ионов в электролите.Таким образом, тепло генерируется по всей ячейке из-за движения ионов в электролите. ⁵⁷ Резистивный нагреватель, хотя и эффективен для определения характеристик устройства, не смог воспроизвести тепловые условия внутри элемента под нагрузкой. Было проведено численное сравнение тепловыделения внутренней ячейки за счет импульсного тока и нагрева внешней поверхности через резистивный нагреватель.

В данной работе использовалась двумерная электротермическая модель, разработанная ранее, ¹⁶ .Модель была разработана в MATLAB R2017a с использованием Simulink (v8.8) и Simscape toolbox (v4.1). Модель была параметризована для LIB A. Модель была специально разработана для учета неэлектродных компонентов, таких как сварной шов, для обеспечения точного прогноза внутренней температуры. Для данной работы не было внесено никаких изменений в структуру модели активной ячейки и ее параметры. Граничное тепловое условие было изменено, чтобы отразить экспериментальную установку, используемую в данной работе. К поверхностям пакета электродов ячейки прикладывались теплоизолирующие условия.На выступах ячеек были смоделированы латунные шины, а также радиаторы, контролируемые PE.

Общее эквивалентное тепловое сопротивление на поверхности и выступе элементарной ячейки соответственно определяется уравнениями 5 и 6.

R _{total, surf} — общее тепловое сопротивление на поверхности и R _{total, tab} — общее тепловое сопротивление на выступе, R ^* _{граница} — эквивалентное тепловое сопротивление связанный с тепловым потоком от границы проводящей системы, R ^* _{изоляция} — эквивалентное тепловое сопротивление изоляционного материала, R _{интерфейс} — эквивалентное тепловое сопротивление, связанное с материалом термоинтерфейса, R _кожух — эквивалентное тепловое сопротивление, связанное с кожухом ячейки, R _BB — эквивалентное тепловое сопротивление, связанное с латунной шиной, а R _выступ — эквивалентное тепловое сопротивление, связанное с точкой сварного шва при каждая вкладка.

Тепловые условия, вызванные пульсацией с частотой 1 Гц, с величиной тока 20 А и SOC ячейки 50%, показаны на рисунке 3b. Распределение внутренней температуры от поверхностного (резистивного) нагрева до верхней поверхности элемента при той же тепловой мощности (1,49 Вт) показано на рисунке 3c. Максимальная разница температур ячейки в первом случае составляет менее 1 ° C, а во втором — более 3 ° C. Импульсный эксперимент вызывает температурный градиент в плоскости электрода, в то время как поверхностный резистивный нагрев вызывает тепловой градиент по толщине.Различия в направлении и величине температурного градиента могут привести к изменению тепловых путей и привести к неодинаковой передаче от выступов. На рис. 3d показано распределение температуры, вызванное резистивным нагревом с обеих сторон, при одинаковом общем тепловложении. Величина температурных градиентов в ячейке уменьшается по сравнению с односторонним нагревом, но направление градиента все еще не является репрезентативным для работы. Кроме того, сложность измерения любой надежной температуры ячейки будет увеличена, если и верхняя, и нижняя поверхности будут покрыты резистивными нагревателями.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Профили распределения температуры, полученные в определенном контроллере ЭСУД, моделирующие LIB A при различных тепловых нагрузках. Все с 50% SOC и температурой окружающей среды 25 ° C. а) геометрия модели; (b) импульсный цикл 20А; (c) 1,49 Вт тепла, равномерно добавленного к одной поверхности моделируемой ячейки; (d) 1,49 Вт тепла, равномерно добавленного к обеим поверхностям моделируемой ячейки; (e) профиль распределения плотности тока во время цикла импульсов 20 А.

Модель показывает, что разработанный импульсный цикл обеспечивает более равномерное распределение тепловыделения от всех областей ячейки. На рисунке 3e показана плотность тока через ячейку, когда параметры цикла импульсов вводятся в модель. Результаты согласуются с предыдущими исследованиями ^15,16 , в которых анализировалось распределение тока в рабочей ячейке, охлаждаемой на выступах. Таким образом, это считается наиболее эффективным методом ввода постоянного и равномерного количества тепла.На рисунке 3e также выделено место, в котором находится пиковая температура ячейки в представленной модели: в центре по ширине ячеек и в 45 мм от отрицательного конца. Это геометрическое положение использовалось для размещения ТС2 и ТС5 в экспериментальной установке.

Масса отдельной ячейки, сборной шины и зажима определялась с помощью технических весов. Удельная теплоемкость LIB A, c _{p LIB A} , была измерена эмпирически с помощью калориметрического эксперимента, проведенного в калориметре с ускоряющейся скоростью ( ARC EV + ), изготовленном Thermal Hazard Technology.Эти свойства собраны в Таблице III.

Таблица III. Тепловые свойства основных компонентов.

Средняя температура ячейки, T _{, ячейка, av} , вычисляется с учетом постоянного температурного градиента от точки, в которой наблюдается максимальная температура, T _{ячейка, max} , до соответствующих вкладок.Уравнение 7 определяет ячейку T _{, av} для LIB A и уравнение 8 для LIB B. В каждом случае коэффициенты уравнения вычисляются на основе конкретной геометрии ячейки и точного размещения TC. Средние температуры шин, T _{BBneg, av} и T _{BBpos, av} , рассчитываются в их центре масс, таким образом предполагая постоянные температурные градиенты по их длине, в соответствии с уравнением 9 (и аналогично для положительной шины ). T _neg и T _pos , которые регистрируются TC7 и TC8 соответственно, дополнительно используются для температур зажима, зажим T _{, neg} и T _{зажим, pos} .

Экспериментальная процедура была повторена для 18 испытаний. В экспериментах использовались три LIB As и один LIB B: далее именуемые LIB A1, A2, A3 и B1. Процедурные параметры, величина тока, контролируемая температура конца шины и SOC ячейки были изменены, чтобы оценить теплоотвод от ячеек в различных рабочих условиях. Таблица IV суммирует каждый тест. Различная скорость тепловыделения ячеек в сочетании с диапазоном используемых контролируемых температур на конце сборных шин позволяла варьировать температуру ячейки во время цикла импульсов.Таким образом, для всех тестов на LIB A повышенная стационарная температура ячейки находилась в диапазоне от 19,89 ° C (тест 5) до 34,25 ° C (тест 11). Вычисленные CCC _— также отображаются для ясности и будут использоваться в анализе.

Таблица IV. Сводка всех тестов в настоящем исследовании. Средняя температура ячейки определяется как средняя температура ячейки во всем установившемся диапазоне. Все испытания проводятся при температуре окружающего воздуха 25 ° C, за исключением испытания 5 (10 ° C).

После каждого теста проводилась проверка, чтобы убедиться, что внутри ячеек не произошло заметной деградации. Здесь оцениваются результаты анализа тестов 1–4. Цель этого анализа — убедиться, что на пути генерации и отвода тепла внутри клетки не влияет индуцированный импульсный цикл.

На рис. 4 показаны кривые напряжения при разряде 1С и результирующее изменение на ячейку _{Т , макс. .Разряженная емкость была рассчитана и составила 95,83%, 95,83%, 95,90% и 95,76% от общей емкости элемента для испытаний 1–4 соответственно. Количественно она составила 3,57 ° C, 3,53 ° C, 3,48 ° C и 3,46 ° C для испытаний 1–4 соответственно. Максимальное отклонение от минимального в этом наборе данных составляет всего 3,18%, и это связано с ошибкой измерения TC и несовместимыми экспериментальными граничными условиями.}

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 4. Зарегистрированное напряжение элемента (сплошная линия) и повышение температуры (пунктирная линия) в ходе разряда 1С, после испытаний 1–4.

Температурное поведение ячейки

На рисунке 5 показаны определенные мгновенные значения тепловой мощности в системе во время Теста 1, который используется в качестве примера в следующем разделе. Компоненты теплового потока можно разделить на две категории: тепловыделение и тепловыделение. Температура ячейки постепенно повышается во время начальной переходной области.Здесь значительная часть общего тепла остается в системе, вызывая повышение температуры ячеек и сборных шин. Эти части теплового потока: ячейка _{, усиление} , и _{BB, усиление} соответственно, определяются с помощью уравнений 10 и 11.

Увеличивающаяся разница температур от ячейки к охлаждаемым концам сборной шины вызывает повышение скорости теплопроводной передачи тепла через язычки ячейки. _neg и _pos выводятся из температурных градиентов вдоль шин, как указано в уравнении 3, и их сумма отображается как _trans .Скорость отвода тепла через поверхности ячеек, а не через язычки ячеек, _потери , определяется в уравнении 4. Составляющие теплового потока суммируются, чтобы дать _gen , экспериментально полученную скорость тепловыделения ячеек. , Уравнение 12. Устойчивые тепловые условия достигаются, когда _транс + _потери = _gen , и, следовательно, ячейка _{, усиление} и _{BB, усиление} пренебрежимо малы. _gen уменьшается по мере увеличения T _ячейки . Это явление, отображаемое в переходном периоде на Рисунке 5, конструктивно действует с описанным энергетическим балансом тепловой системы, увеличивая скорость, с которой достигаются условия устойчивого состояния.

Для количественного сравнения необходимо учитывать разницу температур от ячейки к пластине, которая определяет кондуктивный теплообмен. Уравнения 13, 14 и 15 определяют соответственно ΔT _neg , ΔT _pos и ΔT _av .

На рисунке 6 показаны компоненты _trans . Результаты показывают, что отрицательный язычок обеспечивает более теплопроводный путь. Отношение _pos / _neg для каждого из 14 тестов, проведенных на LIB A, показано на рисунке 7. Для расчета отношения использовались средние значения для продолжительности устойчивого температурного диапазона. Результаты согласованы: стандартное отклонение результатов для LIB A1, A2 и A3 составляет 0,0111, 0,0101 и 0.0026 соответственно, тогда как общее стандартное отклонение составляет 0,0106. Также включен коэффициент для контрольного теста, который на 12,8% ниже среднего значения набора. Несоответствие между результатами импульсных испытаний и результатами управления резистивным нагревателем дополнительно подтверждает необходимость использования внутренних электрохимических реакций ячейки для добавления тепла в систему в манере, характерной для области применения.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 5. Скорости нагрева ячейки и температура ячейки в течение цикла импульсов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. Скорость теплопередачи через язычки в импульсном цикле.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. Соотношение скоростей теплопередачи положительного / отрицательного вкладыша для каждого из 14 тестов, проведенных на LIB A.

Отношение _pos / _neg было также определено из выходных данных модели, когда был введен тот же цикл импульсов, и два конкретных случая показаны на рисунке 7. Введенная величина тока составляла 20 А, SOC ячейки был 50%, а температура контролируемого конца шины изменялась от 10 ° C до 25 ° C. Температура окружающей среды в камере, которая повлияла на незначительную потерю тепла через изоляцию, изменялась в соответствии с контролируемыми температурами концов сборных шин.Очевидно, что модель демонстрирует аналогичные характеристики теплового пути: среднее смоделированное соотношение на 5,0% ниже среднего экспериментальных данных.

На рисунке 8 показаны разности температур: ΔT _neg , ΔT _pos и ΔT _av для продолжительности периода пульсации. Более высокая установившаяся температура отрицательного язычка может быть объяснена тем, что он более теплопроводен, чем положительный, и, следовательно, способен более точно соответствовать температуре ячейки.Эту характеристику также можно наблюдать в переходном тепловом отклике каждой вкладки во время начальной стадии периода пульсации. С начала импульса в Тесте 1 отрицательной вкладке требуется 594 секунды, чтобы достичь 95% своей температуры в области устойчивого состояния. Ответ на положительную вкладку составляет 882 секунды, что на 48,5% больше. Разница во времени отклика также очевидна в области термического распада. Применяя то же определение теплового равновесия, положительная вкладка откликается на 39,8% медленнее, чем отрицательная.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Разница температур, от максимальной температуры ячейки до температур на выступах, в течение цикла импульсов.

Коэффициент охлаждения ячейки

Качество теплового тракта через каждую вкладку можно количественно оценить только с учетом введенных показателей тепловых характеристик: скорости теплопередачи и разницы температур между ячейкой и выступом по отношению друг к другу.Это потому, что они связаны, и поэтому отклонение одного из них напрямую влияет на другое. Этому способствует коэффициент охлаждения ячейки. Анализ покажет, что CCC не зависит от всех других процедурных характеристик: величины тока, SOC ячейки и рабочей температуры ячейки. Следовательно, CCC являются постоянными значениями для данной ячейки, зависящими только от ее уникальных геометрических и составляющих материалов, а также тепловых свойств поверхности раздела.

Уравнения 16, 17 и 18 определяют CCC _neg , CCC _pos и CCC _tot , значения для количественной оценки качества тепловых путей, используемых для отвода тепла через одну или обе вкладки ячейки .Коэффициенты в ваттах на градус Кельвина описывают скорость теплопроводной передачи тепла, вызванной определенным перепадом температуры. На рисунке 9 показаны CCC _neg , CCC _pos и CCC _tot , рассчитанные в течение области устойчивого состояния Теста 1. CCC являются истинными значениями только в области установившейся температуры, поскольку они основаны на предположении, что тепло отводится от элемента с той же скоростью, с которой оно генерируется. Ранее обсужденный улучшенный путь отрицательной табуляции можно наблюдать по более высокому значению CCC _neg по сравнению с CCC _pos .

Таким образом, CCC является единственной мерой, определяющей способность отдельной ячейки рассеивать тепло по определенному пути. Поэтому берутся средние значения CCC, усредненные по области устойчивого состояния. На рисунке 10 показаны CCC, рассчитанные по каждому тесту на LIB A1. CCC также является надежным параметром ячейки, который можно определить в любых условиях эксплуатации, при которых достигается установившаяся температура ячейки, превышающая температуру контролируемого конца сборной шины и, таким образом, вызывая теплопередачу. Анализ ошибок максимального и стандартного отклонения, суммированных в верхнем ряду таблицы V, был проведен для производных CCC из каждого теста на LIB A1.Результаты показывают, что методика получения CCC является повторяемой для данной ячейки. Высокие уровни корреляции достигаются при дисперсии экспериментальных параметров, подробно описанной в Таблице IV.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 9. Коэффициенты охлаждения ячейки, рассчитанные для LIB A1 по результатам Теста 1, для всей области установившегося состояния в пределах импульсного цикла.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 10. Коэффициенты охлаждения ячейки для каждого теста, проведенного на LIB A1.

Таблица V. Анализ ошибок для процесса определения коэффициента охлаждения ячейки.

На рисунке 11 показаны CCC _neg , CCC _pos и CCC _tot для каждого проведенного теста.В средней строке таблицы V приведен анализ ошибок, проведенный по всем 14 тестам, проведенным с LIB A. Стандартные отклонения набора данных остаются низкими, предполагая, что значения CCC постоянны для определенной модели ячейки. Максимальное отклонение от средних значений наборов данных увеличивается. Теория нормального распределения утверждает, что диапазон значений набора данных увеличивается с его размером, и поэтому ожидалась дополнительная дисперсия.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 11. Коэффициенты охлаждения ячейки для всех тестов. (a) Отрицательная вкладка: CCC _neg ; (а) Положительный язычок: CCC _pos ; (c) Комбинированный: CCC _— .

Разница в рассчитанных значениях CCC также может быть отнесена на счет экспериментальной ошибки и вариации изготовления элемента, которые в определенной степени связаны. На рисунке 12 представлены изображения негативных и позитивных вкладок на LIB A1, A2 и A3. В аннотации 1 выделена несогласованная и несглаженная поверхность, оставшаяся в месте сварки для положительных выступов.Эти несоответствия могут привести к изменению как теплового, так и электрического контактного сопротивления. В аннотации 2 подчеркивается непоследовательное положение положительного язычка относительно язычка: для трех использованных ячеек оно варьировалось от 0,4 мм слева от центра до 0,3 мм справа от центра: отклонение 3,5% на язычке 20 мм. ширина, которая была бы ошибкой, перенесенной в площадь поперечного сечения этой части теплового пути. В аннотации 3 подчеркивается смещенный угол положительного выступа на LIB A3 (то же самое можно увидеть, обозначенное цифрой 5, для отрицательного выступа LIB A2).Следовательно, открытая длина выступа на стороне сварного шва со стороны ячеек была непостоянной по ширине выступа, уменьшившись с 1,2 мм до 1,0 мм. Это окажет прямое влияние на ячейку, чтобы зафиксировать разницу температур для заданной скорости отвода тепла. Вариация изготовления также видна на отрицательной вкладке. В примечании 4 выделено различное количество смолы, вытекшей из пакета. Это означало, что между концом материала пакета LIB A1 и точкой, в которой может быть наложен зажим, будет выступать язычок большей длины, напрямую влияющий на качество теплового тракта: 0.6 мм для LIB A1, 0,4 мм для LIB A2 и 1,0 мм для LIB A3. Эквивалентные скорости теплопередачи через отрицательную пластину привели бы к увеличению разницы температур в ячейке для LIB A1.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 12. Отрицательные и положительные вкладки каждой LIB A, использованной в экспериментах. Аннотация с указанием вариантов изготовления.

Таблица IV позволяет сравнить все тесты LIB A.Можно видеть, что температура ячейки, усредненная в течение периода времени, используемого для вычисления CCC, не оказывает заметного влияния на полученные значения CCC _до . Это независимо от процесса, посредством которого изменяется повышенная температура ячейки: будь то изменение контролируемой конечной температуры шин, изменение величины тока или регулировка SOC ячейки. Тепловые и геометрические свойства отдельных материалов внутри пакета электрода ячейки сами по себе зависят от температуры, и поэтому ожидалось небольшое изменение истинных значений CCC для ячейки, в очень небольшой степени.Разрешение и точность, обеспечиваемые TC в настоящем исследовании, не смогли связать корреляцию между температурой клеток и экспериментально полученными CCC.

Независимость величины тока и дисперсии SOC от значения CCC графически отображается на рисунке 11. CCC для каждого теста нанесены на график в зависимости от устойчивого состояния _gen , которое зависит от величины тока, температуры ячейки и SOC. Корреляция между _gen и CCC не наблюдается.

На рисунке 11 также показаны CCC для каждого теста, проведенного на LIB B1. Анализ ошибок обобщен в нижнем ряду таблицы V. Процесс вывода CCC, основанный на предположении о независимости от факторов, вызывающих вариации в _gen , работает для LIB B, несмотря на значительные геометрические и материальные различия. с LIB A. CCC учитывает каждое изменение параметра, будь то теплопроводность материала или геометрический размер, подробно описанные в Таблице I и Таблице II.CCC также учитывает другие физические свойства, такие как термическое сопротивление, вызванное сваркой электрических выводов и токосъемников, или теплопроводность материалов пакета электродов во влажном состоянии. Информация уточняется до единственного значения для каждого интересующего теплового пути, как показано в Таблице VI.

Таблица VI. Все коэффициенты охлаждения ячеек табуляции для LIB A и LIB B.

Нынешняя нехватка понимания отвода тепла в ячейках подтверждается сложностью и взаимосвязанным характером отдельных геометрических и тепловых параметров, управляющих процессом.Получение единственного эмпирического значения гораздо более осуществимо, чем определение связи каждой теплопроводности и физического размера ячейки. Выходная мощность, то есть величина, определяющая отвод тепла к охлаждаемой поверхности ячейки, такая же. Следовательно, эмпирически определенные CCC могут иметь существенное преимущество для определения тепловых характеристик и, соответственно, для сравнения между ячейками. Из Таблицы VI очевидно, что отрицательная вкладка по сравнению с положительной обеспечивает путь 63.На 6% больше способно отводить тепло от ячейки для LIB A и на 61,7% больше для LIB B. Сосредоточившись на сравнении между ячейками, с использованием CCC _— , LIB A на 62,7% больше способен рассеивать заданное количество тепла через вкладки. Эти величины при сравнении двух ячеек с аналогичными форм-факторами могут быть использованы напрямую для улучшения конструкции систем терморегулирования ячеек.

Термические характеристики

CCC определяет кондуктивную теплопередачу за счет приложенного температурного градиента и в этом отношении сопоставим с установленными тепловыми коэффициентами: числом Био, теплопроводностью или тепловым сопротивлением.Однако CCC определяет отвод тепла к определенной охлаждаемой поверхности элемента, которая сама выделяет тепло. Это контрастирует с тремя идентифицированными тепловыми коэффициентами, которые параметризуют способность тела проводить тепло от одной плоскости к другой. Попытка получить CCC таким образом с использованием внешних источников тепла была проанализирована и сочтена непригодной в этом исследовании.

Кроме того, CCC — это эмпирический и непосредственно применимый коэффициент, поскольку он определяет отвод тепла от всей ячейки как единый объект, а не требует измерения площади поперечного сечения.Это позволяет напрямую сравнивать две геометрически разнородные ячейки с помощью CCC, что не имело бы места с использованием числа Био, теплопроводности или теплового сопротивления, без предварительного учета различных площадей поперечного сечения, через которые проходит тепло, и без учета эффектов различные топологии, например, вкладок.

Коэффициент охлаждения элемента в приложении

CCC _— , как стандартизация способности определенного элемента рассеивать тепло, может стать ценным инструментом для проектирования аккумуляторной батареи.Представлен пример анализа производительности LIB A по сравнению с LIB B для конкретного приложения аккумуляторной батареи. В таблице VII приведены основные параметры LIB A и LIB B, которые включают метрику CCC _— , необходимую для процесса понижающего выбора.

Таблица VII. Ключевые показатели производительности LIB A и LIB B.

В этом примере все тепло, выделяемое отдельными ячейками в соответствующих пакетах, должно отводиться через язычки. Блок должен иметь емкость 15 Ач и обеспечивать непрерывный разряд 4 ° C, что находится в пределах спецификации производителя для обоих элементов.Пиковая рабочая температура ячеек в пакетах, T _{cell max} , должна поддерживаться ниже 40 ° C, что является типичным целевым показателем для промышленного применения. Предполагается, что температура окружающего воздуха составляет 20 ° C.

Используя устройство, представленное ранее в этом исследовании, средняя скорость тепловыделения в ходе разряда 4C была определена как 4,97 Вт для LIB A и 8,28 Вт для LIB B. Уравнение 19 включает CCC _to и используется для определения необходимого температурного градиента, от T _{cell max} до T _{вкладок} .Этот градиент обозначен как ΔT _{cell max для вкладок} .

Следовательно, для LIB A:

и для LIB B:

Следовательно, язычки LIB B должны поддерживаться на 40,59 ° C ниже требуемой максимальной рабочей температуры ячеек, составляющей 40 ° C, и, следовательно, должны охлаждаться до -0,59 ° C. С практической точки зрения, контур охлаждающей жидкости, работающий при температуре ниже 0 ° C, что на 20,59 ° C ниже температуры окружающей среды, потребует дорогостоящей системы охлаждения, а также компонентов высокой мощности для отвода тепла.Напротив, необходимое управление температурным режимом для LIB A резко сокращается. Язычки ячеек должны поддерживаться на 14,97 ° C ниже требуемой максимальной рабочей температуры ячеек, и поэтому им может быть позволено достичь максимальной температуры 25,03 ° C, что на 5,03 ° C выше температуры окружающей среды. В этом случае может использоваться гораздо более простая система управления температурой, такая как контур непрямого жидкостного охлаждения, который отводит тепло в окружающий воздух.

Для этого приложения, несмотря на то, что обе ячейки работают в пределах пределов скорости C, установленных производителем, и, кроме того, могут достигать требуемых скоростей тока и емкости конструкции блока, разработчик блока выявил фундаментальную проблему с использованием LIB B.Таким образом, это совершенно непригодно для этого приложения. Показатель CCC подтвердил пригодность LIB A для желаемого аккумуляторного блока. Эта ячейка снизит потребность и сложность всей системы управления температурой и, в свою очередь, упростит требования к компонентам и, следовательно, значительно упростит стоимость.

Следует отметить, что большая мощность LIB B не дает преимуществ с точки зрения требований к отводу тепла. Хотя для достижения требуемой емкости блока требуется только два LIB B, по сравнению с тремя LIB As, скорость тепловыделения в блоке B все же выше, 16.56 Вт по сравнению с 14,92 Вт.

CCC позволяет разработчику упаковки дифференцировать и отбирать ячейки на этапе проектирования без необходимости создания тестовых пакетов. В свою очередь, это говорит о сложности системы управления температурой, необходимой для поддержания данной ячейки и упаковки ниже требуемой максимальной рабочей температуры.

В таблице VIII обобщены результаты аналитической методологии, изложенной выше.

Таблица VIII. Сравнение LIB A и B для определения пригодности для использования в примере аккумуляторной батареи.

В этой статье мы выявили значительный пробел в информации, содержащейся в технических характеристиках, о способности литий-ионных аккумуляторов отводить тепло. Мы представляем решение этой проблемы, эмпирически определенный коэффициент охлаждения ячейки (CCC, единицы WK ^-1 ) и метод его измерения, который предлагается в качестве стандартизированной метрики для сравнения различных ячеек, и мы рекомендуем включить его. на всех спецификациях ячеек.

Отвод тепла от ячеек обычно не определяется производителями ячеек количественно и, следовательно, не является оптимизированным параметром. Учитывая влияние повышенных температур и больших температурных градиентов на ускорение деградации и увеличение риска теплового разгона, способность отводить тепло от элемента должна иметь такое же значение, как мощность и плотность энергии при проектировании или выборе элемента. Например, нет смысла разрабатывать элемент с высокой мощностью, если он выделяет слишком много тепла для эффективного охлаждения.Внедрение этого стандарта в промышленности предоставит конечным пользователям гораздо большее понимание тепловых возможностей элементов, а разработчики элементов получат количественный показатель, который они могут оптимизировать, ускоряя инновации в дизайне элементов и систем и потенциально революционизируя литий-ионные батареи. промышленность.

CCC описывает скорость теплопередачи, которая будет происходить из-за теплового градиента от максимальной температуры ячейки и ее охлаждаемой поверхности, когда она генерирует тепло во всем своем объеме.Таким образом, величина CCC характеризует ограниченную проводимостью тепловую реакцию данного метода охлаждения для данной ячейки.

Приведено подробное описание испытательного оборудования и процедур для расчета CCC. Было показано, что CCC не зависит от скорости тепловыделения ячейки и рабочей температуры ячейки, что обеспечивает значительную гибкость в условиях измерения. Последовательность CCC как показателя оценивалась путем проведения 14 тестов с различными экспериментальными параметрами и с использованием трех разных ячеек.Повторяемые результаты показывают, что CCC является эмпирическим свойством конкретного литий-ионного элемента и, следовательно, может использоваться для описания его способности отводить тепло в любых рабочих условиях.

Для каждой ячейки будет свой CCC _x для каждого теплового пути. В этом исследовании изучалась разница между отрицательными и положительными вкладками. Некоторые известные характеристики, например, большая площадь поперечного сечения отрицательного вывода и повышенная теплопроводность материала отрицательного токосъемника, очевидны при сравнении CCC _neg с CCC _pos .Для данной ячейки CCC и, следовательно, скорость отвода тепла через отрицательный язычок, оказались на 63,6% выше для данного температурного градиента.

Настоящее исследование также представляет собой рабочий пример, демонстрирующий, как CCC можно использовать на ранних этапах проектирования аккумуляторной батареи. Сравниваются две ячейки, каждая из которых может обеспечить ток, необходимый для данного приложения. Первый способен отводить тепло через свои вкладки с необходимой скоростью, чтобы оставаться в пределах определенного рабочего температурного окна.Второй оказывается совершенно непригодным для применения, учитывая температурный градиент, необходимый для обеспечения необходимой скорости теплопередачи. Таким образом, CCC является полезным инструментом для системных инженеров для выявления и выбора ячеек на основе их способности отводить тепло, а также их способности обеспечивать желаемую мощность, мощность, стоимость или срок службы на этапе предварительного проектирования.

Методологии охлаждения различаются для разных форм-факторов ячейки, например, охлаждение язычка для ячейки пакета связано, но не идентично основному охлаждению цилиндрической ячейки.С помощью CCC возможно сравнение между несколькими форм-факторами. Процесс определения температурного градиента, возникающего в ячейке при выделении тепла с заданной скоростью, остается прежним. Однако ожидаются процедурные изменения в процессе получения CCC, и ожидается, что масштабирование коэффициента для учета объемной скорости тепловыделения ячейки повысит актуальность предлагаемой метрики.

Эта работа была поддержана Институтом Фарадея (номер гранта EP / S003053 / 1, FIRG003), проектом Innovate UK THT (номер гранта 133377), проектом Innovate UK BATMAN (номер гранта 104180), проектом Innovate UK CoRuBa (133369 ) и проект EPSRC TRENDS (номер гранта EP / R020973 / 1).

Сколько в моем доме я могу работать от батареи?

Если вы исследуете солнечную батарею, у вас, вероятно, возникнет один важный вопрос: какую часть вашего дома вы можете получить от обычной солнечной батареи и как долго вы сможете обеспечивать электроэнергией свой дом? Как и в большинстве случаев, короткий ответ всегда неудовлетворителен: все зависит от обстоятельств! Более длинный ответ — сложный, поэтому мы здесь, чтобы помочь.

Мы разделили эту статью на два отдельных вопроса — сколько и как долго — так как оба вопроса важны, когда вы решаете, какую батарею установить, но ответы зависят от разных факторов.

Факторы, которые влияют на то, сколько площади вашего дома может обеспечить аккумулятор

При обсуждении того, какую часть вашего дома вы можете зарядить от аккумулятора, следует учитывать два основных фактора а именно: сколько энергии вам нужно и сколько энергии питает ваша батарея, с мощностью, измеряемой в киловаттах (кВт) или амперах (A).

Амперы и киловатты: в чем разница?

Не волнуйтесь, мы не будем утомлять вас техническими деталями, мы просто хотим убедиться, что если вы больше знакомы с усилителями или киловаттами, вы сможете понять другое! Ампер — это мера силы тока.Киловатты — это мера мощности. Чтобы перейти от тока к мощности, нужно умножить на напряжение. В домах в США есть электрическая панель на 120 или 240 вольт, поэтому, чтобы преобразовать амперы в ватты, вы просто умножаете амперы на напряжение (а затем делите на 1000, чтобы получить киловатты): при 120 вольт ток 20 ампер будет быть 2400 Вт или 2,4 кВт мощности. Легко, правда?

Устройства / цепи, для которых требуется резервное копирование

Чтобы определить, сколько энергии вам нужно, вам необходимо знать, для каких устройств (или цепей) планируется резервное копирование.Во многих домах в США есть электрическая панель на 200 ампер. Если вы хотите сделать резервную копию всей электрической панели, обеспечивая питание всех цепей одновременно, вам потребуется много энергии. Однако, как вы увидите в следующем разделе, батареи обычно обеспечивают гораздо меньшую мощность, чем это.

К счастью, маловероятно, что вы будете запускать каждое отдельное устройство в своем доме в любой конкретный день, и еще меньше вероятность того, что вы будете запускать все они одновременно. Что менее интересно, это означает, что вам (или вашему установщику) нужно будет рассчитать потребление энергии различными приборами в вашем доме или различными цепями на вашей электрической панели (большинство цепей могут выдерживать максимум от 15 до 20 ампер).

Батареи имеют номинальную мощность в кВт и номинальный ток в амперах, поэтому, если вы знаете потребляемую мощность или текущие требования различных устройств, вам повезло! Если вы случайно не знаете эти значения, вот два ресурса для начала: во-первых, наш объяснение того, что такое электрическая нагрузка, и, во-вторых, калькулятор нагрузки для бытовой техники Министерства энергетики США. Определив мощность каждого отдельного устройства, вы можете рассчитать требования к мощности для резервного копирования вашего дома: 200 Вт для холодильника, 20 Вт на лампочку, 25 Вт для зарядного устройства для телефона, 300 Вт для телевизора и т. Д.

Номинальная мощность вашей батареи (мгновенная и непрерывная)

После того, как вы узнаете, сколько энергии вам нужно для резервного копирования части или всего вашего дома, вы можете начать определять размер системы накопления энергии соответствующим образом. Есть два ключевых показателя мощности, на которые следует обратить внимание: мгновенная мощность и постоянная мощность. Мгновенная мощность определяет, можете ли вы обеспечить дополнительную мощность для устройств, которые в ней нуждаются. Например, скважинному насосу или отстойнику может потребоваться много энергии при первом включении, но затем его требования к мощности снизятся на все остальное время, в течение которого вы его используете.Если у вас есть устройство, которому при первом включении требуется скачок напряжения, обязательно внимательно ознакомьтесь с этой спецификацией.

Непрерывная мощность представляет собой количество энергии (в киловаттах), которое ваша батарея может обеспечить стабильно. Это показатель, на который следует обратить внимание, чтобы определить, сколько различных приборов и цепей вы можете включать одновременно в течение нескольких часов. Большинство батарей имеют постоянную номинальную мощность от 5 до 8 киловатт, что означает, что они могут одновременно питать несколько цепей или несколько приборов.

Факторы, которые влияют на то, как долго вы можете питать свой дом от аккумулятора

При определении того, как долго вы можете питать свой дом от аккумулятора, основными факторами, которые следует учитывать, являются полезная емкость аккумулятора и какие устройства вы используете , и как долго. Но также важно подумать о том, работает ли ваша батарея с солнечной батареей, а также о том, включаете ли вы какие-либо системы управления нагрузкой вместе с вашей системой хранения.

Полезная емкость аккумулятора

Первый фактор, который необходимо знать, — это количество электричества, которое хранит аккумулятор.Если вы изучаете спецификации или расценки на хранилище (что EnergySage позволяет легко сделать с помощью нашего Руководства для покупателей и нашей торговой площадки для сравнения товаров в Интернете), вам следует искать метрику: полезной емкости . Полезная емкость хранения указана в киловатт-часах (кВтч), поскольку представляет собой использование определенной мощности электроэнергии (кВт) в течение определенного времени (часов).

Чтобы применить это на практике, если у вашей батареи 10 кВтч полезной емкости, вы можете использовать 5 киловатт энергии в течение 2 часов (5 кВт * 2 часа = 10 кВтч) или 1 кВт в течение 10 часов.Как и в случае с телефоном или компьютером, аккумулятор разряжается быстрее, если вы используете устройство больше.

Какие устройства вы используете в течение какого времени

Когда вы знаете, сколько полезной емкости имеет ваша батарея, и энергопотребление ваших устройств, следующим шагом будет определение того, какие устройства вы планируете использовать и как долго вы? я смогу их использовать. Если ваша батарея имеет полезную емкость 10 кВтч, вы можете питать:

• воздушный тепловой насос мощностью 3500 Вт менее 3 часов;
• ТВ 300 Вт на 33 часа;
• Холодильник 200 Вт на 50 часов;
• Пять лампочек мощностью 20 Вт на 100 часов;
• зарядное устройство для телефона 25 Вт на 400 часов;
• Или WiFi-роутер мощностью 6 Вт на 1600 часов.

Скорее всего, вы будете запускать несколько устройств одновременно, что делает расчет резервного копирования более динамичным со многими компромиссами. Например, если вы включите телевизор на два часа, это на три часа меньше, чем вы сможете запустить холодильник. Но если вы планируете поддерживать в рабочем состоянии все необходимое — телефоны, компьютеры, Wi-Fi, холодильник и некоторые светильники — во время перебоев в работе, вы можете рассчитывать, что батарея емкостью 10 кВт-ч обеспечит их работу в течение почти 24 полных часов.

Сопряжена ли ваша батарея с солнечной батареей

Если вы установите автономную батарею, то в случае отключения сети у вас не будет возможности подзарядить батарею, пока сетевое обслуживание не будет восстановлено.Поэтому, если вы испытываете частые, но непродолжительные отключения электричества, автономная батарея — отличный способ сохранить ваш дом в рабочем состоянии, пока у вас нет электричества. Но если вы испытываете более длительные перебои в работе — до суток и более, — автономная батарея не является подходящим решением для резервного питания.

В этом случае лучше всего подключить батарею к системе солнечных батарей. Когда вы соединяете солнечную батарею с накопителем, вы можете обеспечивать резервное питание для своего дома на неопределенный срок, пока солнце продолжает восходить. Даже если у вас облачный день или два, как только солнце снова начнет светить в полную силу, вы можете подзарядить аккумулятор и поддерживать дом под напряжением, даже если остальная часть вашего квартала остается в темноте.

Как устройства управления нагрузкой могут продлить ваш запас энергии

Поскольку батареи не имеют достаточной выходной мощности для одновременного резервного копирования всего вашего дома, большинство систем хранения включают панель критической нагрузки, вторичную электрическую панель с меньшим количеством цепей, которые могут питаться от батареи во время отключения. Идея состоит в том, что если вы не заметите, что произошел сбой, и попытаетесь включить кондиционер и стиральную машину одновременно, это может повредить многие электрические компоненты в вашей батарее.Очень часто, если вы устанавливаете аккумулятор, вам нужно решить, какие розетки, комнаты и устройства вы хотите использовать для резервного питания на протяжении всего срока службы аккумулятора.

Но если вы устанавливаете аккумулятор с устройством управления нагрузкой, например интеллектуальной электрической панелью от Span, Lumin, Schneider или других, или чем-то вроде интеллектуальных модулей управления Generac, тогда вы можете позволить программной системе эффективно и безопасно работать с аккумулятором. . Больше нет необходимости в панелях критической нагрузки: вы можете поддерживать каждую или почти каждую цепь с питанием от батареи, а система управления нагрузкой поможет вам не перегружать батарею, включая слишком много вещей одновременно во время отключения.

Как рассчитать, сколько из вашего дома вы можете проработать от батареи и как долго

Вообще говоря, батарея с постоянной мощностью 5 кВт сможет питать сразу несколько различных приборов: холодильник (800 Вт для запуска, 200 Вт для работы), вентилятор печи для газового обогрева (600 Вт), зарядные устройства для сотовых телефонов (25 Вт на батарею), WiFi-роутер (6 Вт), дюжина лампочек (21 Вт на лампочку, ~ 250 Вт), телевизор (300 Вт) и даже микроволновая печь (800 Вт) или кофейник (900 Вт). В зависимости от того, чем еще вы пользуетесь, вы можете даже запустить стиральную машину (800 Вт) или посудомоечную машину (1800 Вт).

Можно ли поддерживать домашний климат в кондиционере, не используя одну батарею? Возможно, но маловероятно: типичный блок переменного тока может иметь потребляемую мощность 5 кВт, в то время как более эффективный тепловой насос с воздушным источником может использовать около 3 кВт мощности для обогрева и охлаждения вашего дома.

И, что наиболее важно, вам нужно помнить, как долго вы планируете использовать каждое устройство — чем дольше вы держите каждое устройство включенным, тем меньше у вас будет накопленной энергии для питания других устройств, чтобы вы могли прожить ночь. или в следующий солнечный день.Если вы держите телевизор включенным весь день каждый день, он будет потреблять более 7 кВтч электроэнергии в день, что составляет значительную часть типичных 10 кВтч полезного хранилища энергии, которое есть у многих аккумуляторов.

При сравнении вариантов аккумуляторов проверьте, сообщит ли приложение для аккумуляторов (или приложение от вашего инвертора или интеллектуальной электрической панели), сколько у вас осталось времени работы от аккумулятора при различных сценариях и условиях использования.

Получите расценки на хранение на EnergySage сегодня!

Если вас интересует система «солнечная энергия плюс накопитель» для резервного питания, лучше всего начать с индивидуальных предложений от местных компаний, занимающихся солнечной энергетикой и хранением.Не смотрите дальше, чем EnergySage! Вы можете зарегистрироваться, указав только адрес электронной почты, свой физический адрес и оценку ежемесячного потребления электроэнергии, и мы предоставим вам индивидуальные расценки на солнечную энергию и хранение от семи местных установщиков. Посмотрите, сколько вы можете сэкономить с помощью солнечной энергии — и резервной копии с помощью хранилища — сегодня!

содержимое хранилища

Миф о резервном питании от аккумулятора для всего дома

Системы резервного питания от аккумуляторов в сочетании с солнечной батареей провозглашаются лучшим решением для отключения электричества в целях общественной безопасности в Калифорнии, не говоря уже о нашей архаичной электросети.

Эти системы не только идеально подходят для электроснабжения дома при отключении электроэнергии, но также помогают снизить затраты на электроэнергию и предоставляют услуги по поддержке сети, когда это необходимо местным коммунальным предприятиям. По причинам выбросов и стоимости обычные газовые или дизельные генераторы не подходят.

Поэтому неудивительно, что спрос на эти системы превышает предложение оборудования, а также наличие квалифицированного монтажного персонала.

Но в этом есть одна загвоздка.Нам нравится верить в миф о резервном копировании всего дома или в представление о том, что наш образ жизни в 21 ^-м -м веке будет продолжаться, несмотря на адский пожар или половодье. На самом деле все обстоит иначе: типичные системы резервного питания от батарей работают лучше всего, когда они спроектированы так, чтобы ограничивать емкость батарей и сводить к минимуму использование основных бытовых приборов.

Мифы часто возникают на самом деле: аккумуляторные системы для всего дома действительно работают для автономных приложений. В США около 180000 таких домов

. Но эти дома были спроектированы для автономного проживания: они обычно меньше по размеру и хорошо изолированы; использовать топку с подпиткой пропаном; включать активные и пассивные солнечные тепловые системы; и не имеют энергоемких систем кондиционирования воздуха, зарядных устройств для электромобилей 2-го уровня или плавательных бассейнов.

Есть два фундаментальных технических ограничения, которые делают непрактичным запуск всего дома только от батареи. Во-первых, энергоемкость типичных литий-ионных аккумуляторных систем недостаточна для питания всего дома во время ночного отключения электроэнергии. Во-вторых, инверторы с резервным аккумулятором недостаточно мощны для запуска и работы многих крупных приборов.

Конечно, эти ограничения по энергии и мощности можно решить с помощью нескольких батарей и инверторов. Но стоимость 20+ киловатт инверторов и 40+ киловатт-часов батарей непомерно высока для типичного домовладельца.

Более практичным подходом является разработка системы резервного питания от батарей для питания только критических нагрузок: никаких крупных бытовых приборов, таких как кондиционеры, 240-вольтные зарядные устройства для электромобилей или электрические плиты. Вместо этого, всего четыре-восемь меньших контуров в доме для охлаждения, освещения, развлечений, связи и розеток.

В нашем нынешнем жилищном фонде используется много электроэнергии, а из-за множества подключенных устройств в новых домах часто используется еще больше.

Устройства с высоким энергопотреблением являются наиболее сложными для систем резервного копирования всего дома.Потребляемая мощность большого центрального кондиционера составляет 5000 Вт, зарядного устройства EV — 7000 Вт, электрической плиты — 10 000 Вт, а насосов для бассейнов — 2200 Вт.

Итак, как долго типичная солнечная и аккумуляторная система работает ночью при работе с этими более крупными приборами? Ответ: совсем недолго.

Математика проста. Если аккумулятор разряжен до 2,5 киловатт-часов ночью (типично, если аккумулятор используется в вечернее время для максимальной экономии собственного потребления), энергии аккумулятора достаточно только для работы насосов бассейна в течение 60 минут, что является центральным Переменный ток на 30 минут, зарядное устройство для электромобилей на 20 минут или электрическая плита на 15 минут.

При работе любого из этих устройств — после относительно короткого интервала автоматического резервного копирования всего дома — батарея скоро разрядится и не сможет питать критически важные нагрузки. В лирическом выражении: никаких огней. Нет телефона. Никакого электромобиля. Ни единой роскоши. Как Робинзон Крузо, настолько примитивен, насколько это возможно.

Одно из возможных решений — вручную отключить большую нагрузку на бытовую технику во время отключения электроэнергии. К сожалению, часто случаются отключения электроэнергии днем, когда никого нет дома, или ночью, когда люди спят.Клиенты, которые пытались вручную сбросить нагрузку, обычно разочаровываются в своей системе резервного копирования.

Другое решение (если позволяют бюджет домовладельца и пространство на стене) — добавить вторую аккумуляторную батарею, что фактически удвоит срок хранения энергии.

За последние несколько месяцев мы работали с клиентами, у которых был ряд хороших и плохих опытов с резервным аккумулятором. Во время первого отключения электроэнергии в нашем районе, которое произошло примерно в 22:30, один клиент, который использует аппарат с постоянным положительным давлением в дыхательных путях (CPAP), разрядил свою аккумуляторную батарею примерно за 2 часа дня.м. (он начал храпеть, и его жена велела ему спать на диване). Другой клиент использовал резервную систему для питания одной из субпанелей в своем доме, и он не осознавал, что произошел сбой питания, пока не разрядился аккумулятор.

Решение для обоих клиентов заключалось в том, чтобы удалить несколько дискреционных цепей из резервных субпанелей, чтобы батареи хватило на всю ночь.

Максимальная выходная мощность аккумуляторного инвертора (в киловаттах) — вторая причина мифа о резервном питании всего дома.

Большинство инверторов с резервным аккумулятором были разработаны для бытовых электросетей на 200 А, что подразумевает максимальную выходную мощность переменного тока 7600 Вт при подключении к сети. При питании от батареи (которая имеет ограниченную пиковую скорость разряда) эти инверторы обычно могут обеспечивать 5000 Вт постоянной мощности или 6000 Вт пиковой мощности (около 25 ампер).

Однако требования к мгновенному пусковому импульсному току двигателя переменного тока или насоса часто в два или три раза превышают нормальный потребляемый ток — это означает, что инвертор просто не переключится в резервный режим.Даже если аккумулятор полностью заряжен в солнечный день, насос переменного тока и бассейн не запустятся, и ни одна из критических нагрузок не получит питания.

Независимо от этих энергетических, энергетических и финансовых ограничений, хорошо спроектированная солнечная и резервная система может обеспечивать электроэнергию почти бесконечно. Решающее значение имеют три элемента дизайна.

Во-первых, энергоемкость батареи (киловатт-часы) и мощность инвертора (киловатт) должны быть согласованы с потребностями дома в ночное время, когда батарея частично разряжена.Во-вторых, количество резервных цепей должно быть строго ограничено, чтобы предотвратить питание слишком большого количества небольших устройств или любых крупных устройств. В-третьих, размер солнечной системы должен быть достаточным для частичной подзарядки аккумулятора даже в пасмурный зимний день.

Предстоящие технологии электрических систем умного дома устранят эти практические ограничения за счет автоматического отключения нагрузки во время отключения электроэнергии. На выставке Solar Power International 2019 компании представили интеллектуальные средства управления бытовой техникой и автоматические выключатели, которые могут автоматически отключать крупную бытовую технику.Также была продемонстрирована технология умных электрических панелей, которые могут автоматически управлять всеми цепями в доме.

К концу 2019 года в Калифорнии будет более 10 000 домов и предприятий, оборудованных комбинированными системами солнечной энергии и резервного питания от батарей. По мере того, как эти системы становятся менее дорогими (как за счет снижения стоимости оборудования, так и за счет стимулов), они станут для людей наиболее целесообразным и эффективным способом приспособиться к новым нормам отключения электроэнергии в целях общественной безопасности.

Не говоря уже о самом чистом, безопасном и экономичном способе восстановления нашей архаичной электросети.

***

Барри Корица — генеральный директор калифорнийской компании Cinnamon Energy Systems.

Срок службы батареи: гонка за хранилищем для экологически чистой энергии в будущем

Мари Кинг указывает на ветреную морскую стену на северном побережье Кента в Англии на мили пустых заболоченных сельскохозяйственных угодий, где скоро появятся тысячи солнечных панелей и одна из них. крупнейшие аккумуляторные установки в стране.

В миле от нормандской церкви в деревне Грейвни сотни транспортных контейнеров, заполненных аккумуляторными батареями, помогут доставить электроэнергию в энергосистему Великобритании.Он будет предоставлять услуги, необходимые для управления растущим использованием энергии ветра и солнца, запасы которой колеблются в зависимости от погоды, и для выполнения обещаний политиков о более зеленом будущем.

«Меня беспокоит масштаб этого проекта, — говорит г-жа Кинг, пенсионерка, которая раньше работала в сфере финансовых услуг в Лондоне. «Мы не против возобновляемых источников энергии — мы просто думаем, что они должны быть в нужном месте».

Такие аккумуляторные заводы станут привычным явлением в Великобритании и других странах.Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, становятся дешевле ископаемых видов топлива в большинстве частей мира, но они нуждаются в хранении, чтобы быть жизнеспособным и стабильным источником энергии. На прошлой неделе премьер-министр Великобритании Борис Джонсон пообещал установить к 2030 году достаточное количество ветряных турбин, чтобы обеспечить электричеством каждый дом, но для этого потребуются решения для управления прерывистым энергоснабжением.

Вот где подходят батареи — устройства, которые хранят электричество в виде химической энергии. Литий-ионные батареи, используемые в мобильных телефонах и электромобилях Tesla, в настоящее время являются доминирующей технологией хранения и устанавливаются от Калифорнии до Австралии, и, скорее всего, Кент, чтобы помочь электросетям справиться с резкими скачками поставок возобновляемой энергии.Илон Маск, исполнительный директор Tesla, сказал, что ожидает, что энергетический бизнес компании, включая поставки солнечных батарей и огромных литий-ионных батарей для энергосистемы, в долгосрочной перспективе будет таким же большим, как и ее автомобильный бизнес.

Но наряду с литий-ионными батареями, для полной замены электростанций, работающих на ископаемом топливе, и обеспечения 100-процентного использования возобновляемых источников энергии потребуются более дешевые и долговечные технологии хранения, большинство из которых еще не являются рентабельными.В настоящее время газовые электростанции сокращают разрыв от возобновляемых источников энергии, чтобы обеспечить стабильные поставки энергии на более длительный срок, чем нынешние батареи.

Частью зеленой промышленной революции, начатой ​​правительством Великобритании на прошлой неделе, является создание фонда энергетических инноваций в размере 1 млрд фунтов стерлингов, призванного помочь коммерциализировать новые низкоуглеродные технологии. К ним относятся воздушно-воздушные батареи, которые строит компания Highview Power за пределами Манчестера.

Без хранилищ странам будет труднее значительно сократить использование газовых и угольных электростанций и уменьшить вредные последствия изменения климата, от повышения уровня моря до экстремальных погодных условий.

От аккумуляторных технологий, которые используют обильное сырье, до вулканических пород, резервуаров, заполненных жидким воздухом, и систем, снижающих вес заброшенных шахтных стволов, компании стремятся разработать следующий прорыв, который откроет широкие возможности возобновляемой энергии к середине века. Это поиски поддержали несколько видных бизнес-лидеров, в том числе основатель Microsoft Билл Гейтс и Масаеши Сон из SoftBank.

«Если мы хотим полной декарбонизации, тогда потребуются все эти технологии», — говорит Рори Маккарти, аналитик консалтинговой компании Wood Mackenzie. . «Но размер инвестиций, которые вам нужны, чтобы что-то изменить, составляет миллиарды долларов».

Цепочка поставок «с нулевыми запасами»

Ежедневно электросети должны постоянно согласовывать предложение и спрос — задача, которая становится намного сложнее, когда вы отказываетесь от угольных и газовых электростанций, которые обеспечивают надежное и стабильное снабжение энергией.Дональд Садоуей, канадский профессор химии в Массачусетском технологическом институте, сравнивает сеть с «крупнейшей в мире цепочкой поставок с нулевыми запасами».

В первом квартале возобновляемые источники энергии обеспечили рекордные 47% электроэнергии Великобритании. Тем не менее, этот успех создал проблему всего несколько недель спустя, когда спрос на энергию упал на целых 20 процентов после первой национальной изоляции от коронавируса в марте. Работа National Grid становится более сложной, когда выработка электроэнергии из возобновляемых источников достигает примерно 50 процентов от общего объема — ей требуется помощь больших вращающихся турбин электростанций, работающих на ископаемом топливе, для уменьшения нестабильности в системе.

С падением спроса это означало, что доля возобновляемых источников энергии в структуре энергобаланса превысила половину, и инженеры в центре управления национальной энергосистемой были вынуждены выполнить тонкий баланс, часть которого заключалась в увеличении использования хранилищ — в подтверждение, как утверждают защитники, расширение технологии.

Это оказался тестовый пример того, как сеть будет выглядеть в будущем, когда будет увеличиваться доля возобновляемых источников энергии, — говорит Питер Кавана, исполнительный директор Harmony Energy, которая обеспечивает электроэнергией в сеть от шести литиевых ламп Tesla. ионные батареи в Пуле на южном побережье Англии.

«Солнце и ветер — самая дешевая форма генерации во многих странах, но вам нужно это хранилище, чтобы оно работало, как только вы добьетесь проникновения возобновляемых источников в определенный размер вашего энергобаланса, как мы видели во время Covid», — говорит он. . «У Covid есть. . . доказали экономическую выгоду [для хранения аккумуляторов] за пять лет вперед ».

Более 97 процентов мировых запасов энергии в настоящее время производится за счет использования электричества для перекачивания воды в высокий резервуар и последующего ее сброса, что приводит в движение турбину для выработки еще большего количества электроэнергии, так называемой «гидроаккумулируемой воды».Резервуар с водой действует как способ хранения энергии. Но этим системам угрожает географическое положение, и они могут быть ограничены из-за увеличения дефицита воды в будущем. Литий-ионные батареи

Преимущество литий-ионных аккумуляторов в том, что они могут быть размещены где угодно и могут обеспечивать электроэнергию в сеть очень быстро, как в электромобилях.Они могут реагировать в течение миллисекунд и обычно обеспечивают до четырех часов хранения, помогая сетям справляться с внезапными перебоями в производстве электроэнергии, но в долгосрочной перспективе они менее рентабельны. В Великобритании большинство крупногабаритных литий-ионных аккумуляторов обеспечивают энергию в течение 30-90 минут.

И местные жители, такие как госпожа Кинг, беспокоятся о своей безопасности после серии возгораний батарей за последние несколько лет. Только в период с 2017 по 2018 год на объектах в Южной Корее произошло 33 пожара, а в последнее время произошли инциденты в Великобритании и США.

Лоскутное одеяло технологий

Альтернативные технологии могут позволить более безопасное хранение больших объемов энергии в течение более длительных периодов времени, что позволит еще больше интегрировать энергию ветра и солнца. Но их необходимо быстро масштабировать, чтобы удовлетворить растущий спрос и стать конкурентоспособными по стоимости.

В январе Энергетическая комиссия Калифорнии, агентство по политике и планированию первичной энергетики штата США, призвала к долгосрочному хранению энергии, определяемому как обеспечение энергией более 10 часов, — достаточного для хранения дневной солнечной энергии на ночь. использовать.

Одним из победителей тендера стала Invinity Energy Systems, компания, которая использует большие батареи на основе ванадия, сырья, используемого сталелитейной промышленностью для повышения прочности металла. Эти так называемые проточные батареи окислительно-восстановительного потенциала, впервые разработанные НАСА в 1970-х годах, используют большие резервуары с отдельно заряженными электролитами для хранения энергии, что упрощает увеличение емкости по сравнению с обычными батареями.

Мэтт Харпер, коммерческий директор компании, говорит, что ванадиевые батареи могут хранить от восьми до 10 часов возобновляемой энергии в течение дня и использовать их во время пикового спроса или в ночное время, что помогает снизить цены на электроэнергию. Они также «с большей вероятностью тушат пожар, чем разожгут его», — говорит он, потому что используют электролит на водной основе. Они также служат дольше, чем литий-ионные элементы, и могут работать до 30 лет.

В центре Даляня, на северо-востоке Китая, Rongke Power строит крупнейшую в мире ванадиевую батарею.При мощности 800 мегаватт-часов это будет более чем в три раза больше, чем у крупнейшей в мире литий-ионной аккумуляторной установки в Калифорнии. Это помогло бы электросети провинции Ляонин лучше интегрировать энергию ветра.

«Нам не разрешат установить крупногабаритную литий-ионную батарею в центре города [из соображений безопасности]», — говорит Ли Бинь, директор по маркетингу Rongke. «Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов не решены».

Тем не менее, цены на ванадий очень волатильны и выросли до 127 долларов за килограмм в ноябре 2018 года, а затем упали до 25 долларов за килограмм сегодня, что может повлиять на себестоимость производства.

Батарея Ambri предназначена для хранения энергии более шести часов, и г-н Садовей считает, что ее стоимость может упасть ниже 150 долларов за киловатт-час при широкомасштабном развертывании, что сделает ее дешевле, чем существующие литий-ионные системы. «Мы хотим снизить потребление литий-ионных аккумуляторов», — говорит он.

Компании еще предстоит найти крупного коммерческого клиента, и г-н Садовей предупреждает о длительных сроках разработки новых химических компонентов батарей: «Это сложная технология, это тяжелая промышленность, это не похоже на написание кода», — говорит он.«Это действительно сложно».

Мышление «каменного века»

Другие, ищущие варианты хранения, вообще избегают аккумуляторов и пробуют природные и физические решения, подобные гидроаккумулирующим, которые могут передавать энергию в течение 20 часов, но без необходимости в естественных резервуарах.

За пределами немецкого города Гамбург, большое серое бетонное здание без окон, на фасаде фиолетовыми буквами написано «Добро пожаловать в новый каменный век». Завод находится в ведении компании Siemens Gamesa, второго по величине производителя ветряных турбин в мире, и использует 1000 тонн вулканической породы из Норвегии для хранения 130 МВт-ч энергии в виде тепла, обеспечивая электроэнергией около 3000 немецких семей, или примерно 750 электромобили.

Климатическая столица

Там, где изменение климата встречается с бизнесом, рынками и политикой. Изучите покрытие FT здесь

Электричество используется для первого нагрева вулканических пород до температуры не менее 600 ° C. Энергия может храниться до недели, но цель состоит в том, чтобы передать электроэнергию в одночасье. По словам Хасана Оездема, руководителя инновационных проектов Siemens Gamesa, систему можно установить на закрывающихся угольных электростанциях, использующих свои турбины.

«Вы можете превратить их в гигантские хранилища», — говорит он.«Крупнейшие коммунальные предприятия отчаянно ищут вариант второй жизни, потому что вы не можете их продать — никто не покупает угольные электростанции. Мы предлагаем сохранить его работоспособность с зелеными целями ».

На окраине Манчестера аналогичный проект реализуется на месте выведенной из эксплуатации электростанции — с использованием сосудов с жидким воздухом, а не с вулканическими породами. Highview Power приступила к строительству своей электростанции мощностью 250 МВтч в Trafford Energy Park в ноябре после того, как выиграла грант в размере 10 млн фунтов стерлингов от Министерства бизнеса, энергетики и промышленной стратегии Великобритании.

«Литий-ионная технология — отличная технология, но она слишком мала для проблем, с которыми сталкивается сеть», — говорит Хавьер Кавада, исполнительный директор компании. «Бизнес-модель долгосрочного [хранения] заключается в том, чтобы убедиться, что используется вся ветровая и солнечная генерация.”

Литий-ионный: на сиденье водителя

Несмотря на различные преимущества, этим технологиям будет трудно превзойти масштабы производства литий-ионных аккумуляторов, чему способствовал рост инвестиций в электромобили за последнее десятилетие. . По данным Bloomberg New Energy Finance, цена на литий-ионные аккумуляторы упала на 87 процентов в реальном выражении с 2010 по прошлый год, примерно до 156 долларов за киловатт-час.

Эта цена, вероятно, продолжит падать. По словам Вуда Маккензи, в глобальном масштабе количество аккумуляторных батарей для сетевых хранилищ должно вырасти до 741 гигаватт-час, большая часть из которых будет литий-ионной, во главе с США и Китаем.Одного ГВт-ч достаточно, чтобы обеспечить электричеством 1 млн домов в течение часа.

Кроме того, водород, который производится путем электролиза воды с использованием электричества, может стать конкурентоспособным решением для хранения энергии в течение более длительных периодов времени. Водород можно хранить в подземных пещерах или истощенных месторождениях нефти и газа.

Hive Energy, которая планирует строительство солнечной электростанции и хранилища в Клив-Хилл недалеко от Гравени , решает, какую технологию использовать для своей батареи, но, скорее всего, выберет литий-ионный, говорит управляющий директор компании Хью Бреннан.

«Это все равно, что не покупать iPhone», — говорит он. «Также выгоднее обеспечить краткосрочное хранение энергии, чтобы воспользоваться преимуществами разницы в ценах на электроэнергию». По его словам, компания планирует установить не менее 200 МВтч батарей.

В Грейвни, однако, снаружи церкви и вдоль дороги стоят плакаты с изображениями противогазов и лозунгом «Никакой солнечной электростанции!» Г-жа Кинг и другие жители говорят, что они не против расширения использования возобновляемых источников энергии, но надеются, что на этом объекте будет использоваться другая технология хранения.

«Несмотря на весь риск, это не дает им большой возможности накапливать энергию», — говорит г-жа Кинг. «Если бы существовала другая технология, которая была бы более безопасной, мы, несомненно, приветствовали бы ее».

Дополнительный отчет Натали Томас из Эдинбурга

Помимо литий-ионных технологий: технологии хранения энергии

Для хранения возобновляемой энергии требуются недорогие технологии с длительным сроком службы, где их можно заряжать и разряжать много раз, и они безопасны и может хранить достаточно энергии с минимальными затратами, чтобы удовлетворить спрос.

Ванадиевые проточные окислительно-восстановительные батареи используют два резервуара, содержащих положительно и отрицательно заряженные жидкие ванадиевые электролиты, которые прокачиваются через мембрану в элементе. Батареи имеют меньшую деградацию, чем литий-ионные, и имеют более длительный срок службы.

Воздух жидкий охлаждается до минус 196С, после чего хранится в емкостях. Затем он нагревается, что приводит в движение турбину для выработки энергии. В качестве альтернативы используется нагретый сжатый воздух для хранения энергии в специально построенных пещерах.

Гравитационное хранилище включает подъем тяжелых блоков вверх и вниз по заброшенным шахтным стволам в качестве способа хранения и выработки энергии.

Накопитель тепловой энергии Malta, компания, поддерживаемая Breakthrough Energy Ventures Билла Гейтса, хранит энергию в виде тепла в форме расплавленных солей. Компания заявляет, что технология может прослужить более 20 лет и может храниться более шести часов.

В жидкометаллических батареях используются металлы, которые естественным образом разделяются при нагревании с образованием катода и анода, разделенных солевым электролитом.После первоначального нагрева аккумулятор поддерживает высокую рабочую температуру за счет выделения тепла при разряде и зарядке.

Недорогие батареи, использующие дешевое сырье , такое как железо, сера и цинк, предлагают альтернативу технологии литий-ионных батарей. Разработчик цинковых батарей EOS, например, заявляет, что их батарея способна разряжать энергию в течение от трех до 12 часов. Form Energy, стартап, поддерживаемый Биллом Гейтсом, заявляет, что его батарея может экономично хранить энергию до 150 часов.

Водород Использование электричества для производства водорода — это способ сохранения энергии, но при этом происходит значительная потеря энергии. в процессе, что делает его менее эффективным, чем батареи.

Письма в ответ на эту статью :

Не забывайте гидроэнергетику при переходе к зеленой энергии / От Эдди Рича, исполнительного директора Международной гидроэнергетической ассоциации, Лондон, Великобритания

Даже скромный резервуар для воды выигрывает от умных технологий / От Блеза Келли, Бристоль, Великобритания

Емкость аккумулятора — обзор

20.2.3 Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора соответствует количеству электрического заряда, который может накапливаться во время заряда, накапливаться во время пребывания в разомкнутой цепи и высвобождаться во время разряда обратимым образом.Он получается путем интегрирования тока разряда, начиная с полностью заряженной батареи и заканчивая процесс разряда при определенном пороге напряжения, часто обозначаемом как напряжение отсечки или U _{cut_off} , достигнутом в момент t _{cut_off} . В этом случае она обозначается как разрядная емкость или C _d , а в случае электрохимии свинцово-кислотных аккумуляторов она может быть выражена как

(20.5) Cd = ∫0tcut_offIdt = −2FMPbO2 (mPbO2initial − mPbO2cut_off) = — 2FMPb (mPbinitial − mPbcut_off)

Уравнение (20.5) показывает, что емкость аккумулятора пропорциональна количеству активных материалов, которые могут быть преобразованы электрохимическим способом. напряжение достигает порога напряжения U _{cut_off} . Знак разрядной емкости отрицательный; однако на практике его значение рассматривается как модуль. Когда батарея разряжается постоянным током, ее емкость определяется формулой C _d = I · t _d , где t _d — продолжительность разряда.Когда последнее выражается в часах, типичной единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час.

Разрядная емкость новой батареи (т. Е. До заметного начала деградации батареи) является функцией температуры и профиля тока разряда. Основным этапом разработки каждого алгоритма управления батареями является оценка зависимости разрядной емкости от тока и температуры. Обычно это делается путем подвергания одной или нескольких идентичных батарей или элементов нескольким циклам заряда / разряда при постоянной температуре с использованием гальваностатического разряда с разными токами разряда и фиксированным режимом полной перезарядки.Процедура повторяется при нескольких разных температурах. При разработке такого плана экспериментов следует учитывать типичную скорость разрушения батареи при циклическом включении. Для аккумуляторов, скорость старения которых в режиме глубокого цикла высока (например, свинцово-кислотные аккумуляторы с тонкими пластинами и решетками, не содержащими сурьмы), количество таких глубоких циклов характеризации должно быть меньше, а количество экспериментальных точек на батарею должно быть ограничено. может быть компенсировано тестированием большего количества батарей.

Зависимость разрядной емкости от тока разряда часто соответствует уравнению Пойкерта [2]:

(20.6a) Cd = K · I1 − n

, где K и n — эмпирические константы. Коэффициент n сильно зависит от конструкции электродов. Например, свинцово-кислотные батареи с толстыми пластинами имеют значение n в диапазоне 1,4 [3], а для конструкций с более тонкими пластинами n находится в диапазоне 1,20–1,25 [4].Для таких технологий, как литий-ионные батареи, где пластины очень тонкие (в диапазоне 0,2–0,3 мм), значение n близко к 1 [5]. В этом случае уравнение Пойкерта и соответствующие экспериментальные данные могут быть представлены с использованием продолжительности разряда t _d вместо емкости:

(20,6b) td = K · I − n

Когда экспериментальные данные t _d (I) нанесены в двойных логарифмических координатах уравнение (20.6б) преобразуется в прямую с наклоном, равным коэффициенту n . Уравнение Пойкерта демонстрирует одну и ту же тенденцию почти для всех типов первичных и аккумуляторных батарей — чем выше ток разряда, тем меньше емкость. Последнее с электрохимической точки зрения соответствует меньшему количеству активных материалов, превращающихся в продукты разряда. В технологии аккумуляторов степень этого преобразования обозначается как «использование активных материалов».’Снижение использования активных материалов при высоких токах разряда очень часто можно приписать эффектам диффузии. Например, в случае разряда свинцово-кислотной батареи (уравнения (20.1a) и (20.1b)) серная кислота, необходимая для преобразования PbO ₂ и Pb в PbSO ₄ , должна диффундировать из объема электролита. к геометрической поверхности электрода, а затем внутрь его пористого объема. При высоких токах разряда электролит из объема элемента, расположенного между пластинами батареи, не успевает диффундировать внутри объема пластин, где он быстро истощается из-за электрохимических реакций.Это приводит к развитию локальных градиентов концентрации и появлению диффузной поляризации [6]. Последнее вызывает быстрое снижение напряжения разряда ячейки. По логике вещей, мы можем достичь большей емкости при более высоких токах только в аккумуляторных технологиях, использующих конструкции ячеек с более тонкими пластинами, где диффузия происходит быстрее.

Уравнение Пейкерта имеет различный диапазон применимости для каждой технологии батарей — для очень высокого и очень низкого тока разряда оно больше не действует.Следует отметить, что точный алгоритм BMS должен также полагаться на набор параметров n и K , измеренных для конкретного типа батареи, используемой в энергетической системе, т. Е. Пара «батарея плюс BMS» ведет себя как ключ и замочная скважина.

Уравнение (20.6b) можно использовать для объяснения терминов «номинальная емкость» и «номинальный ток», которые часто используются в аккумуляторной практике. Здесь «номинальный» соответствует выбору тока, который соответствует заданной продолжительности разряда (или желаемой автономности), или наоборот — как долго мы будем работать от батареи при приложенном токе разряда.Таким образом, ток, соответствующий 20-часовому разряду, обозначается как 20-часовой номинальный ток или I ₂₀ (или I _20h ). Когда последнее умножается на 20 часов, произведение обозначается как 20-часовая номинальная производительность C ₂₀ (C _20h ).

Еще один термин, связанный с емкостью батареи, — это «номинальная емкость» (или емкость, указанная на паспортной табличке), обозначенная как C _n . Определение C _n часто связано с определенным приложением или стандартом тестирования батарей.Например, номинальная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов для запуска, освещения и зажигания обычно совпадает с 20-часовой номинальной емкостью C _20h . Номинальная емкость может использоваться для выражения плотности тока заряда и разряда в виде рейтинга C, представленного как отношение между номинальной емкостью и « целевой » длительностью разряда или заряда (последняя отличается от реальной продолжительности заряда или продолжительности заряда). увольнять). Таким образом, для тока, предназначенного для зарядки или разрядки аккумулятора в течение 10 часов, плотность тока выражается как C _n /10 час.Более высокие токи, такие как C _n /1 ч, обозначаются как 1 C, C _n /30 мин как 2 C, C _n /15 мин как 4 C и т. Д. позволяет применять одинаковые условия тестирования к батареям разного размера и надежно сравнивать полученные результаты.