Буферний режим заряду

Буферний режим заряду акумуляторів, є основним в системах альтернативної енергетики. Від правильного налаштування і режиму використання устаткування зарядної системи залежить продуктивність всієї системи, надійність і термін служби обладнання.

При використанні в системах альтернативного енергопостачання в якості накопичувачів електричної енергії акумуляторів, є певні складності. Це пов'язано з тим, що надходження електричної енергії від вітряків сонячних батарей нерівномірно. Тому не завжди вдається забезпечити необхідний струм заряду для акумуляторів, щоб через певний заданий час відключити зарядку. Для таких систем використовують буферний режим заряду акумуляторів, коли до акумуляторів постійно підключено зарядний пристрій, а також в будь-який час можуть бути підключені один або кілька споживачів електричної енергії. Буферний режим заряду зазвичай застосовують для аварійного включення резервного живлення і для згладжування пікових навантажень при малопотужному джерелі живлення. В альтернативній енергетиці буферний режим заряду акумуляторів виконує дещо інші функції, забезпечення енергопостачання системи при переривчастому надходженні енергії для заряду акумуляторів і забезпечення необхідної кількості енергії при нерівномірному споживанні енергії споживачами.

Розберемо докладніше наведену схему і роботу буферного режиму зарядки, його переваги і недоліки. Важливою особливістю цього режиму є те, що вихідна напруга зарядного пристрою задається приблизно на 0,05В - 0,1 більше максимальної напруги для зарядженого акумулятора, а значення цієї напруги буде залежати від конкретного типу акумулятора. Навіть кислотні акумулятори різних типів можуть мати різне кінцева напруга заряду, причому оптимальне напруга дещо змінюється при зміні температури акумулятора. При відключеному навантаженні Rн. зарядка буде відбуватися таким чином: ЕРС зарядного пристрою Ез перевищує ЕРС акумулятора Е а і спрямована зустрічно напрузі акумулятора. Сума падінь напруги в контурі заряду, дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС цього контуру. Отже, струм заряду буде залежати від різниці ЕРС зарядного пристрою і від загального опору кола, що складається з внутрішнього опору зарядного пристрою і акумулятора.

Внутрішній опір зарядного пристрою Rз і акумулятора R а будемо вважати практично постійним. Отже, величина струму зарядки буде залежати від різниці ЕРС. Внутрішні опору невеликі за величиною, тому якщо акумулятор розряджений, струм заряду може стати більше допустимого, для конкретного акумулятора або зарядного пристрою. Тому зарядні пристрої виконують за схемою з обмеженням максимального струму і застосовують для акумуляторів певного типу і ємності. У міру заряду акумулятора різниця ЕРС, а значить, і струм заряду будуть зменшуватися. Тому процес заряду акумулятора буде сповільнюватися незалежно від того, яку потужність в цей час здатний видавати джерело альтернативної енергії і може тривати до декількох діб.

Якщо встановлене напруга на зарядному пристрої завищено, то після закінчення хімічного процесу заряду, електрична енергія буде йти на нагрів акумулятора і на розкладання води на водень і кисень. У обслуговуваних акумуляторів це призведе до швидкого зменшення рівня електроліту. Більшість необслуговуваних акумуляторів виготовляються з можливістю рекуперації водню і кисню в воду, але можливості цієї системи обмежені. Якщо не обслуговуються акумулятор періодично скидає через клапан підвищений тиск газу, то це призводить до висихання електроліту, швидкого старіння і виходу акумуляторів з ладу.

Альтернативні джерела енергії не завжди можуть виробляти енергію достатню для заряду акумулятора. Якщо генератор вітряка видає напругу менше, ніж напруга акумуляторів, то заряд не відбувається. Схема зарядного пристрою повинна захищати акумулятор від розряду через зарядний пристрій і генератор.

Розглянемо режим розряду акумулятора при відсутності зарядного струму:

У цьому режимі, відповідно до малюнка, вимикач SA1разомкнут, а вимикач SA2 замкнутий. Струм розряду буде залежати від ЕРС акумулятора і суми внутрішнього і зовнішнього опору і визначається за формулою:

Напруга на висновках акумулятора 1 і 2 буде дорівнює ЕРС акумулятора мінус падіння напруги на внутрішньому опорі:

Струм через навантаження і внутрішній опір однаковий. Внутрішній опір акумулятора невелика і ток в основному залежить від величини опору навантаження. Чим менше опір навантаження, тим більше струм і більше величина падіння на внутрішньому опорі і менше напруга на висновках акумулятора 1 і 2.

Тепер розглянемо режим одночасної роботи зарядного пристрою і навантаження акумулятора, коли замкнуті контакти SA1і SA2.

Якщо під час заряду акумулятора, підключили навантаження, яка споживає невеликий в порівнянні з зарядним струм, то на зарядку акумулятора буде йти вже менша частина струму. При поступовому зменшенні опору навантаження і збільшенні споживаного струму, зарядний струм акумулятора буде зменшуватися і при деякому значенні припиниться. Споживаний від зарядного пристрою струм збільшиться, що призведе до деякого падіння напруги до величини ЕРС акумулятора. Якщо вступник від зарядного пристрою струм менше або дорівнює току, потребляемому навантаженням, то в такому режимі споживати енергію можна дуже довго. Подальше збільшення споживаного струму призведе до того, що падіння напруги ще більше збільшиться і акумулятор почне віддавати запасені раніше енергію. Акумулятор бере на себе пікову підвищене навантаження. Тривала робота в такому режимі може привести до глибокого розряду акумулятора, в результаті знижується ЕРС акумулятора. Занадто глибокий розряд акумулятора значно скорочує термін його служби, тому навантаження краще підключати через перетворювач або інший пристрій, здатний автоматично відключати навантаження при зниженні напруги нижче допустимого рівня. Для кислотних акумуляторів небажано, щоб вони довго перебували в розрядженому стані.

При використанні буферного режиму заряду, необхідно стежити за надходженням енергії від джерела і бажано враховувати, що в той час, коли джерело енергії здатний видавати велику кількість енергії, але ця енергія не споживається, то при заряджених акумуляторах енергія не накопичується, а значить, безповоротно втрачається . При відсутності надходження енергії від джерела, наприклад, вітряка, споживання енергії необхідно скоротити або припинити, щоб не розрядити акумулятори більше допустимої норми, а також мати певний запас на випадок тривалих перерв в надходженні енергії.