Cum se calculează bancul de baterii?

În acest articol am să vă prezint informații despre cum puteți calcula un banc de baterii. Utilitatea articolului este de a vă ajuta la calcule și la achiziție. El poate părea și a tutorial tehnic succint. Volumul de informații pentru a calcula complet un banc de baterii și complexitatea este ceva demn de un doctorat. Noi însă, vom vorbi în mare despre unele noțiuni.

[adinserter block=”3″]

Majoritatea dintre cei care folosesc sau doresc să folosească bancuri de baterii vor fi mulțumiți de informațiile de aici. Am să încep ușor în încercarea de a nu vă plictisi, iar în alte articole am să încerc să vă ajut să aprofundați. Bancul de baterii poate fi încărcat din diferite surse, iar în articolul Soluții energetice pentru situații off-grid am exemplificat unele din aceste posibilități.

Care este puterea electrică a unei baterii?

O baterie are scris pe ea un voltaj. În exemplul nostru, 12 volţi. Îl vom nota cu V de aici încolo. La fel ca voltajul, o baterie va avea un marcaj de capacitate Ah. Asta înseamnă amperi-oră sau Ah, iar noi o vom nota cu C de acum încolo, C de a capacitate. Vreau să fiți foarte atenți aici pentru că ce urmează este foarte important. Majoritatea tutorialelor pe internet vă vor dzinforma pentru ca nu prezintă corect problma. Uneori este mai ușor să oferi o explicație cuiva care nu știe nimic decât cuiva care a învățat greșit.

[adinserter block=”3″]

Este uşor să tragi concluzii greșite atunci când citeşti specificaţiile unei baterii, pentru că presupune unele cunoştinţe. Însă vă pot asigura că dacă învăţaţi aceste noţiuni, totul va face sens, iar semnele de întrebare vor dispărea. Astfel va creşte un nivel de încredere că acel banc de baterii va funcţiona aşa cum te aştepti. Nu am reuşit să fac un articol scurt. Sunt nişte explicaţii destul de lungi în continuare şi este nevoie să citeşti până la ultimul cuvânt. Dacă vei face acest lucru, te asigur că vei înţelege. Am creat niște subtitluri de la a) la f), iar ele vor explica pas cu pas dimensionarea bancului de baterii.

a) Puterea electrică disponibilă într-o baterie

De acum încolo, vom nota cu P, puterea electrică. Ea este dată de voltajul V şi capacitatea bateriei C. În cazul de faţă vom lua o baterie de 12 V şi 100 Ah. Avem relaţia de mai jos care ne indică un rezultat.

P = V * C = 12V  * 100 Ah= 1200 Wh (teoretic)

Din relaţia de mai sus poate să reiasă că o baterie de 12 V şi 100 Ah poate livra 1,2 kWh. Asta înseamnă peste media zilnică de consum la nivel naţional, în regim rezidenţial. Adică energia înmagazinată într-o astfel de baterie ar putea să ne alimenteze casa/apartamentul timp de 1 zile. Acest lucru este doar teoretic într-o lume ideală, însă lucrurile NU stau chiar aşa. În teorie este adevărat, însă cu 5 lucruri de luat în seamă, ceea ce ne duce la punctele b), c), d), e) şi f).

Înainte de a trece la b), vreau să ne uităm un pic la imaginea de mai sus, pentru că voi baza întreaga explicație pe această inscripție pe care am găsit-o pe o baterie AGM. De aici ne vom lua valorile când vom da exemple în explicațiile ce urmează. Având în vedere că bateriile AGM sunt cele mai durabile și cele mai folosite în aplicații de stocare a energiei solare, am ales acest tip de baterie. Titlul articolului spune ceva de bancul de baterii. De exemplu, la un automobil vom avea o baterie de start cu alte specificații. Dacă privim ultimul rând din Fig.1 o să vedem un curent de de pornire de “mai putin de 25 A”. La o baterie de mașină putem avea un curent de pornire în jur de 750 A. Adică de 30 de ori mai mare. Nu toate bateriile sunt de același tip.

b) Cât de repede putem descărca o baterie?

Dacă descarci bateria repede, adică cu 100 A într-o oră, bateria își poate pierde toată capacitatea în mai puțin de 30 de minute. Asta înseamnă că se poate înjumătății capacitatea bateriei. Ar putea să sune ciudat ce spun, însă vreau să vă gândiți în următorul fel. Dacă un om obișnuit aleargă, el va obosi și va trebui să se oprească din alergat după mai puțin de 2 km. Însă dacă merge încet va putea să meargă 20 de km înainte de a avea nevoie să se oprească. A brusca bateria înseamnă să o faceți să aibă pierderi mari. Modalitatea prin care va avea pierderi este emisia de căldură.

[adinserter block=”3″]

Descărcarea bateriilor trebuie făcută la maxim 20-25% din capacitate C. În cazul nostru curentul de descărcare nu trebuie să depășească 25 A în cazul bateriei de 100 Ah. Asta este o regulă de aur ce nu trebuie să fie încălcată. Vorbesc foarte serios!!! Defecțiunea rapidă a bateriilor, scurgerea de acid sau chiar incendiu electric la bancurile de baterii, sunt cauzate de descărcări prea puternice. Mai ales în situațiile în care bateriile sunt plasate una lângă alta. Ele nu vor putea să mai disipe căldura în exces și se vor încălzi până vor lua foc şi li se vor topi carcasele.

Atenție, nu acidul topește carcasa, ci căldura. Acidul te va topi doar pe tine dacă ești prin preajmă. Un consumator o să continue să tragă același curent dintr-o bateria. Chiar și în momentul în care bateria s-a consumat parțial și voltajul a scăzut. Dacă voltajul scade, atunci amperajul trebuie să crească pentru că puterea rezultă din produsul voltajului cu amperajul. În imaginea de mai sus avem un banc de materii dispuse pe podea. Așezarea facilitează răcirea într-o anumită măsură a bateriilor. Cel puțin mai bine ca dispunerea lor pe rafturi.

c) Ce înseamnă cu adevărat capacitate unei baterii

Valoare unor indicatori ai bateriei, sunt strict dependenți de mulți factori. Eu am să vă vorbesc despre factorul termic pentru că este ușor controlabil, și face diferențe mari. Vreau să vă spun câte ceva despre inscripțiile de pe baterii. În exemplu nostru, bateria are scris în specificațiile de produs următoarele valori.

 @20°C >> Capacitate în Ah: @C20h – 106 Ah, @C10h – 100 Ah, @C5h – 85 Ah, @C1h – 63 Ah

Asta înseamnă că dacă golești bateria în 20 de ore, o să ai o capacitate de 106 Ah, adică mai mare decât scrie pe ea. Nu uitați că suntem tot la bateria cu specificațiile menționate mai sus. Dacă o golești în 10 ore, atunci capacitatea ei va fi de 100 Ah, deci exact cât scrie pe cutie. Este de înțeles că producătorul se așteaptă să nu o golești mai devreme de 10 ore. În situația în care vei goli bateria plină în 5 ore, atunci capacitarea scade cu 15%. De la 100 Ah, la 85 Ah, iar 15% din această capacitate se va transforma în căldură. În ultimă instantă dacă o să golești bateria fantastic de repede, adică într-o oră, ea va pierde 37% din capacitatea ei.Mai sus am menționat că dacă o golești într-0 oră, bateria poate pierde chiar jumătate din capacitate. În cazul aceste baterii, când este nouă, vei pierde doar 37%. Această baterie este foarte performantă la 20°C. Însă atenție mare la temperatură, pentru că și un grad Celsius diferență, poate schimba valorile. La 30 de grade Celsius în plus sau în minus diferență, valorile se vor schimba semnificativ, vei avea impresia că te uiți pe valorile altei baterii.

d) Durata de viaţă a bateriilor în funcție de descărcare

Descărcarea totală duce la reducerea accelerată a vieții bateriilor. O baterie corect exploatată și întreținută va servii în condiții optime timp de 10 ani sau mai mult. Producătorul bateriei din exemplul nostru indică o exploatare de 12 ani în condițiile menționate. Exploatarea incorectă implică stricarea bateriei în mai puțin de un an, în funcție de abateri. Atenție! Pentru a nu spori degradarea bateriei, trebuie să descărcăm bateria la maxim 80% DIN CAPACITATEA BATERIEI LA ACEL MOMENT. Am scris cu litere mari pentru că se calculează ținând cont şi de degradarea capacității în timp. Înseamnă că din încărcare completă de 100%, putem lua 20% din energia bateriei şi trebuie să lăsăm 80% în ea! A nu se înțelege GREȘIT că putem consuma 4/5 din baterie şi să lăsăm 1/5. Acesta este cea mai importantă informație din tot articolul, pentru că este cea mai des făcută greșeală.

[adinserter block=”3″]

În timp, în cazul unor baterii bine întreținute, ele încep să se uzeze și efectele uzurii sunt următoarele:

-capacitatea descrește. Dacă inițial aveai 100 Ah, peste 3-5 ani capacitatea poate să descrească cu 20%, iar în 10 ani chiar cu 40%. Bateria ta se va transforma în 3-5 ani în una de 80 Ah, sau în 10 ani în una de 60 Ah. Atenție, ținem cont de acest aspect şi întoarce-te la punctul c) pentru o recalculare a descărcării bateriei. Regula se păstrează şi în 10 ani, mai puțin de 20-25% din capacitatea bateriei, doar că de data asta capacitatea este de 60 Ah şi trebuie să adaptezi consumul. Mare atenție, aceste este motivul pentru care degradarea bancului de baterii se accelerează;

-timpul de reîncărcare va crește. O baterie veche va avea nevoie de un timp de reîncărcare mai mare;

e) Calculul pierderilor din sistemul electric ataşat bateriilor

Pierderile în sistem trebuie calculate. Acest lucru înseamnă că trebuie să ne asigurăm ca totalul pierderilor în sistem sunt luate în calcul când calculăm c) şi d). Descărcarea de maxim 25% din capacitatea bateriei nu este descărcarea calculată la consumul la priză. Descărcare maximă înseamnă amperajul la bornele bateriei. Să spunem că avem un consumator electric, de exemplu un bec de 100W alimentat la curent alternativ. În primul rând, este nevoie să calculăm pierderile prin conductorii de curent alternativ. Am scris un articol despre aceste pierderi, se numeşte Dimensionarea corectă a cablurilor din instalaţii, şi vă recomand să îl folosiţi când doriţi să determinaţi pierderile. Apoi prin invertor şi în ultimul rând, prin cablurile de curent continuu de la invertor la bornele bateriei. În cazul bancurilor se mai adaugă la calcul şi cablurile de conexiune între baterii.

În concluzie, punctul d) şi e) ne spune să nu depășim descărcarea de 80% din capacitatea bateriei ținând cont de vârsta ei și să urmărim pentru a știi ritmul în care a îmbătrânit bateria. La acest calcul vom calcula rezistența pe circuit, de la consumator şi până la bornele bateriei. Invertorul, cablurile electrice, legăturile, etc., toate îmbătrânesc. Este nevoie ca la construcția casei, sau instalației sistemului de consum, să luam valorile inițiale. Apoi să vedem cum sistemul nostru îmbătrânește. Recomand un tabel cu foi de hârtie care se amplasează în manualul construcției. Da, există așa ceva.

f) Considerente de temperatură în camera bancului de baterii

Dacă o baterie este stocată într-o cameră foarte caldă, acesta se va supraîncălzi, va topi carcasa şi va avea scurgeri. Acest lucru se va întâmpla mai ales dacă bateriile sunt una lângă alta. Dacă sunt aerisite, adică cu spațiu între ele, crește prețul sistemului dar cresc și pierderile pentru că toate cablurile de conectare ale bateriilor se vor lungi. Dacă o cameră este mai caldă capacitatea bateriei crește un pic, însă nu exagerați cu căldura pentru că deteriorați bateriile.

[adinserter block=”3″]

Temperatura standard pentru stocarea bateriilor puse în funcțiune este de 20 grade Celsius. Dacă o baterie este stocată într-o cameră foarte rece, capacitatea bateriei scade vertiginos. Chiar până la 20% din Ah-ul iniţial. În această situație bancul de baterii se va descărca foarte repede şi te poţi trezi cu bateriile goale atunci când ai nevoie de ele. Dacă temperatura scade sub -5 grade, este posibil să te trezeşte cu apa din ele îngheţată.

Acidul din baterii este diluat, lichidul conține 3 părți apă și o parte H2SO4 sau acid sulfuric. În acel caz, durata de viaţă a sistemului scade dramatic. Sub presiune apa nu mai îngheaţă la 0 (zero) grade Celsius ci mai jos în funcţie de presiunea din recipientul de plastic. În camere reci, gruparea apropiată a bateriilor este un lucru bun pentru că se încălzesc una pe cealaltă.

Concluzia articolului şi informaţii suplimentare despre bancul de baterii

Este greu să dimensionezi corect un banc de baterii. În unele cercuri există expresia “Este nevoie de un nipon pentru a întreține un ceas elvețian.”, iar această expresie are des sens. Niponii sunt ca niște soldăței, cu o disciplină personală ieșită din comun. Ceasul elvețian este un mecanism foarte precis. Expresia asta are mai multe sensuri. În primul rând, bateriile pot fi proaste şi indiferent cât de japonez ai fi tu, nu se putea să reușești. Al doilea sens este că indiferent cât de bune sunt bateriile, dacă sunt exploatate prost, ele vor ceva imediat.

[adinserter block=”3″]

Al treilea sens presupune că şi operatorul şi bateriile sunt la un standard foarte scăzut, situaţie în care nu ai nici o șansă şi ajungi la concluzii dinalea gen, “înmagazinarea energiei solare este imposibilă!”. Lucru deloc adevărat, cine ar fi crezut acum 200 de ani, că vom putea zbura cu sute de km la oră. Aici vreau să mai fac o paranteză pentru a vă ferii de o greșeală des întâlnită. Niciodată să nu adăugați o baterie nouă într-un banc vechi.

Bateriile sunt uneori produse prost, iar ele se mai strică chiar şi când ai procedat corect cu calcului și cu întreținerea lor. În momentul în care acest lucru se întâmplă, trebuie să scoți bateria stricată din banc. O să fii tentat să pui una în locul ei. Acest lucru nu este posibil pentru că acele baterii au altă capacitate, nu mai sunt noi. Bateria nouă va face mai mult rău sistemului, decât bine. Nu există modalitate economică prin care să poți înlocui acea baterie. De aceea este bine să supradimensionați cu 20% calculul final.