انواع باتری های خورشیدی + مقایسه جامع عملکرد آنها

در این مقاله آموزشی، انواع باتری های خورشیدی و کاربرد آنها در سیستم های فتوولتائیک را بررسی کرده و مقایسه ای بین عملکرد آنها انجام می دهیم و نکاتی را در مورد ساختار و سایر جزئیات آنها خدمت شما بیان خواهیم کرد.

ذخیره انرژی تقریباً در تمامی سیستم های های خورشیدی جدا از شبکه وجود دارد چرا که انرژی خورشیدی به هنگام روز توسط ماژول های خورشیدی به برق تبدیل شده و اکثر مصارف نیز به هنگام شب که خورشید در آسمان نیست وجود دارند بنابراین برق تولیدی به هنگام روز در یک ذخیره کننده بنام باتری خورشیدی ذخیره می شود و در موارد استثنا مانند پمپ خورشیدی است که هنگام روز می توان آب را پمپ کرد و از باتری خورشیدی استفاده نکرد.

اکثر باتری هایی که در سیستم های خورشیدی منفصل از شبکه (آفگرید) مورد استفاده قرار می‌گیرند باتری های اسید سرب می باشند. این نوع از باتری های خورشیدی، قیمت های بسیار مناسبی داشته و می توانند جریان های بالا و پایین را با بازدهی بالا، مورد پوشش قرار دهند در این سیستم ها معمولاً ظرفیت توان مورد استفاده از 0.1 کیلووات تا 100 کیلووات می باشد گرچه موارد بالاتر نیز بعضا وجود دارد.

انواع اقتصادی دیگر باتری ها، باتری های نیکل کادمیوم، هیبرید نیکل فلز و یون لیتیوم می‌باشند. این ها معمولاً در کاربرد های کوچک مانند رادیوها، ساعت ها، چراغ قوه ها و لپ تاپ ها مورد استفاده واقع می شوند.

بررسی باتری های نیکل کادمیوم

مزایا و معایب استفاده از باتری های نیکل کادمیوم در سیستم های خورشیدی عبارتند از :

1. باطری حافظه دار می باشد و باید در مصارفی استفاده شود که از شارژ کامل آن طی فرآیند شارژ اطمینان حاصل کرد و کاربرد آن در سیستم های خورشیدی که میزان انرژی الکتریکی تولیدی روزانه در آن متناسب با شرایط جوی است، مناسب نمی باشد.
2. با توجه به منحنی ولتاژ ظرفیت در این باتری ها می توان دید که افت ولتاژ شدیدی با کاهش ظرفیت آن ها به وجود خواهد آمد که در این شرایط شارژ کنترلر فرمان قطع دشارژ را صادر خواهد کرد. لذا کمتر از ظرفیت نصب شده بار را پوشش خواهند داد.
3. در مناطق سردسیر که باتری های خورشیدی اسید سرب در آن جا یخ خواهند زد، استفاده از این باتری های نیکل کادمیوم توصیه می شود که معمولاً تا دمای ۴۰ درجه زیر صفر نیز یخ نمی زنند.

ساختار باتری های اسید سرب

باتری های اسید سرب شامل چند سلول تکی می باشند که هر یک ولتاژ نامی 2 ولت دارد. به هنگام ساخت این سلول ها داخل یک محفظه قرار می‌گیرند و به صورت سری سیم کشی میشود مثلاً برای باتری های 12 ولت از 6 سلول استفاده می شود.

انواع باتری های اسید سرب

باتری های اسید سرب بر اساس تکنولوژی، صفحه و انواع الکترولیت هائی که در آنها استفاده می شود به انواع مختلفی تقسیم می شوند. در سیستم های خورشیدی معمولاً باتری‌ های با صفحه شبکه‌ ای با الکترولیت مایع (معروف به باتری خورشیدی)، باتری های ژله ای، باتری های با صفحات گرد و باتری های مجتمع استفاده می شوند.
باتری های اسید سرب شبکه ای به همراه الکترولیت مایع (باتری های مرطوب) بیشترین انواع باتری های مورد استفاده در سیستم های خورشیدی می باشند چون این باتری ها در خودروها نیز استفاده می شوند، تولیدکنندگان متعددی آنها را تولید می‌کنند.

باتری های اسید سرب ژله‌ ای

مدل پیشرفته باتری اسید سرب سنتی با صفحه های شبکه ای، باتری های اسید سرب ژله ای می باشد. مزایای این باتری ها عبارتند از :

• نبود مشکل لایه بندی و کاهش سولفاته شدن
• سیکل های بیشتر برگشت پذیری
• گاز از خود خارج نکرده و در محیط هایی که تهویه مناسب ندارند به راحتی قابل استفاده می باشند
• به صورت کاملا آب بندی بوده و در هر مکان قابل استفاده می باشند
• بدون نیاز به تعمیر و نگهداری

زمانیکه از باتری های اسید سرب ژله ای استفاده می شود در نظر داشت از شارژ کنترلر مناسب استفاده شود چرا که این باتری ها به شدت نسبت به اضافه شارژ حساس می باشند. ولتاژ قطع، باید کاملاً متناسب با باتری باشد تا در باتری گاز تولید نشود. این باتری ها با ظرفیت دشارژ 50 درصد می‌توانند تا 1000 سیکل شارژ و دشارژ طول عمر داشته باشند. نسبت به باتری های خورشیدی اسید سرب سنتی، معمولاً بیش از دو برابر طول عمر دارند، البته گران قیمت تر نیز هستند برای مصارفی که برای تعمیر و نگهداری پرسنل اعزام نمی شود مناسب می‌باشند.

باتری‌ های با صفحات دایره ای یا گرد (انواع OPZS و OPZV)

برای عملکرد طولانی مدت از این باتری ها که بین 15 تا 20 سال کار می کنند، استفاده می شود، مثلاً در ساختمان هایی که دسترسی به شبکه برق ندارند. وزن و حجم بیشتر و همچنین قیمت بالاتر از مشخصه های آن هاست. این باتری ها در دو نوع باتری‌های OPZV که الکترولیت مایع و جداکننده های خاص دارند و باتری‌های OPZS که الکترولیت های ژله‌ای دارند، موجود می باشند. این ها عموما برای سیستم های قدرت در شرایط اضطراری استفاده شده و الزاما برای صنعت انرژی خورشیدی تولید نشده اند ولی چون سالهاست که تولید می شوند به حد بلوغ تکنولوژی خود رسیده‌اند و مناسب برای سیستم های خورشیدی می‌باشند.
سیکل فرایند برگشت پذیری باتری‌های OPZV و OPZS به صورت قابل توجه ای با سایر انواع باتری ها متفاوت بوده، در 50 درصد ظرفیت دشارژ طول عمر 3500 سیکل خواهند داشته که در ظرفیت 45 درصد این مقدار به 5000 سیکل نیز می‌رسد. باتری‌های OPZS نیاز به تعمیر و نگهداری هر یک تا سه سال دارند ولی باتری‌های OPZV نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند.

‏باتری های مجتمع با صفحات مسطح مثبت

باتری های مجتمع (OGI) با الکترولیت مایع می‌باشند. قیمت آنها پایین تر از باتری های با صفحات دایره ای می باشد. این باتری ها سیکل بازگشت پذیری بالا داشته و در جریان های بالا نیز قابل اطمینان می باشند. در 75 درصد ظرفیت دشارژ 1300 سیکل و در 30 درصد 4500 سیکل طول عمر خواهند داشت به تعمیر و نگهداری هر 3 تا 5 سال یکبار نیاز دارند.
این باتری ها برای مصارف خورشیدی بسیار مناسب هستند چرا که می‌توانند جریان های بسیار کوچک را دریافت و باتری را شارژ کنند.

تفاوت باتری های خورشیدی با باتری خودرو

باتری هایی که برای خودرو ها استفاده می شود، برای سیستم های خورشیدی مناسب نمی باشند چرا که صفحات آن نازک بوده و ولتاژ قطع مناسبی را نمی توانند برای سیستم های خورشیدی ایجاد کنند.
در مقابل باتری های خورشیدی صفحات ضخیم تری دارند و سیکل های بیشتری را می‌توانند برای شارژ و دشارژ پوشش دهند و مقدار اسید آنها کمتر بوده و کاهش خوردگی و نتیجتاً طول عمر بالاتر را نتیجه می دهد.

عوامل موثر بر ظرفیت باتری ها

ظرفیت باتری وابسته به شدت جریان دشارژ و همچنین وابسته به درجه حرارت می باشد. هرچه درجه حرارت کاهش پیدا می‌کند، ظرفیت باتری خورشیدی نیز کمتر می‌شود، با افزایش درجه حرارت، ظرفیت باتری نیز افزایش پیدا می‌کند.

در نمودار دوم مشاهده می کنیم، هرچه ظرفیت دشارژ (dod) بیشتر شود ، یعنی درصد ظرفیت بیشتری از باتری خالی شود، سیکل طول عمر باتری کمتر می شود.

عوامل موثر بر طول عمر باتری های خورشیدی

نقطه ضعف اصلی باتری های خورشیدی اسید سرب با صفحه شبکه ای، طول عمر کم آنهاست. با 100 تا 800 سیکل کامل، بین یک تا سه سال عمر خواهند کرد. علت آن، فرایندهای برگشت پذیر و برگشت ناپذیر است که برخی از آنها را بیان خواهیم کرد.

• ته نشینی اسید (برگشت پذیر)
• سولفاته شدن (برگشت ناپذیر)
• خوردگی (برگشت ناپذیر)
• لجن باتری (برگشت ناپذیر)

معیارهای انتخاب باتری خورشیدی برای سیستم های فتوولتائیک

در هر مورد خاص، معیارهای انتخاب باتری خورشیدی وابسته به عوامل متعددی خواهد بود و باید تحت شرایط جوی سیستم انتخابی، انتخاب شوند. باتری هایی که در سیستم خورشیدی مستقل از شبکه استفاده می‌شوند باید مشخصه‌های زیر را داشته باشند :

• قیمت مناسب نسبت به عملکرد شان
• تعمیر و نگهداری کم
• طول عمر بالا
• دشارژ خود به خودی پایین و بازدهی انرژی بالا
• می‌تواند با جریان کم نیز شارژ شود
• مقاومت جابجایی برای کاربردهایی که سیستم در حال حمل و نقل باشد
• محافظ سلامتی و محیط زیست

هیچ باتری خورشیدی وجود ندارد که تمامی موارد بالا را در کنار هم داشته باشد بنابراین بر اساس نوع کاربرد و اهمیت سیستم مورد پوشش، باید باتری معقول انتخاب گردد.
برای سیستم هایی که پروسه شارژ و دشارژ هر روز انجام می شود، بهتر است از باتری‌های خورشیدی ژله‌ای استفاده شود. به هنگام خرید باتری، موارد ذیل باید توسط تولید کننده باتری به صورت مکتوب به اطلاع خریدار برسد :

• مشخصه ظرفیت باتری با زمان های دشارژ
• چگالی نامی اسید، وزن یا حجم اسید
• جدول یا گرافی که برگشت پذیری سیکل یا طول عمر آنرا نشان دهد