Ogniwa akumulatorów do fotowoltaiki - rodzaje, budowa, działanie, zalety i wady

Instalacja fotowoltaiczna bez ogniw akumulatorów daje nam możliwość korzystania z prądu w ciągu dnia, natomiast nocą nie ma takiej możliwości z powodu braku światła. Warto zainwestować w akumulator solarny, który umożliwi korzystanie z energii całodobowo.

Akumulator elektryczny w fotowoltaice (i nie tylko) stanowi rodzaj ogniwa galwanicznego, które może być wielokrotnie użytkowane i ładowane prądem elektrycznym (jest to tzw. ogniwo wtórne). Akumulatory gromadzą energię elektryczną, powstałą w wyniku przemiany energii elektrycznej w energię chemiczną podczas ładowania, natomiast z energii chemicznej w energię elektryczną w cyklu pobierania prądu.

Wyróżniamy trzy rodzaje ogniw akumulatorów do instalacji fotowoltaicznych

• akumulator klasyczny
• akumulator żelowy
• akumulator AGM

Ogniwo klasyczne

Pierwszy to akumulator klasyczny (ołowiowo-kwasowy). Wypełniony jest on wodnym roztworem kwasu siarkowego stanowiącym elektrolit w postaci ciekłej. Z kolei elektrody bazują na ołowiu i tlenku ołowiu PbO2 (anoda). Dokładne dane jak na przykład pojemność są zależne od wielkości akumulatora, na to miast napięcie wynosi przeważnie 12V (Volt).

Zalety akumulatorów ołowiowo-kwasowych to zdolność dostarczania dużych prądów oraz niskie koszty produkcji, gdyż stosowane są stosunkowo tanie materiały, jak ołów i kwas siarkowy. Również recykling nie stanowi większego problemu. Technologia nie jest obarczona takimi wadami, jak efekt pamięciowy czy efekt leniwego akumulatora. Wadą jest natomiast niska wartość energii właściwej, wynosząca około 30 do 50 Wh/kg (Wh - watogodziny). Możliwości stosowania tych akumulatorów ogranicza ich duża waga oraz spore wymiary. Stosowanie ołowiu jest również problematyczne z punktu widzenia ochrony środowiska.

Ogniwo żelowe

Drugim rodzajem jest akumulator żelowy. W tego typu akumulatorach elektrolit uwięziony w strukturze krzemionki zamieniono w żel. Jako zalety akumulatorów tego typu wymieniane są przede wszystkim wysoka sprawność ładowania, mniejsze wymagania wentylacyjne oraz brak efektu rozwarstwiania elektrolitu w procesie wolnego ładowania. W konstrukcjach dedykowanych do fotowoltaiki zapewniony jest pełny powrót ze stanu głębokiego rozładowania oraz zwiększoną ilość głębokich cykli ładowania i rozładowania przez możliwość zastosowania płyt pancernych w elektrodach. Wszystkie te zalety przemawiają za stosowaniem akumulatorów żelowych w instalacjach o niestabilnej sieci zasilającej.

Ogniwo AGM

Ostatnim typem jest akumulator AGM. W instalacjach fotowoltaicznych bardzo często zastosowanie znajdują akumulatory bazujące na technologii AGM (ang. Absorbed Glass Mat). Cały elektrolit jest skupiony w separatorach stanowiących maty z włókna szklanego, które umieszczone są pomiędzy ołowiowymi płytami akumulatora. Jest więc wyeliminowana możliwość wycieku elektrolitu z uszkodzonego mechanicznie akumulatora. W systemie uszczelnienia akumulatorowego wykonanego w technologii AGM przewidziano jednokierunkowy zawór ciśnieniowy (VRLA), który otwiera się wraz z nadmiernym wzrostem ciśnienia nagromadzonych gazów. Należy podkreślić, że do takiego zjawiska może dojść chociażby podczas przeładowania akumulatora. Zadaniem zaworu jest zatem odprowadzenie nadmiaru powstałego gazu na zewnątrz, przy utrzymywaniu bezpiecznego nadciśnienia wewnątrz obudowy. Taka konstrukcja zapewnia utrzymywanie wysokiej sprawności procesu tzw. rekombinacji wewnętrznej, charakterystycznej dla całej grupy akumulatorów VRLA. Ważne jest, że akumulator może być montowany w dowolnej pozycji.

Jako zalety wynikające ze stosowania akumulatorów wykonanych w technologii AGM, w odniesieniu do akumulatorów żelowych, wymienia się przede wszystkim niższy koszt początkowy. Dodatkowo jest możliwość uzyskania większej wartości natężenia prądu oraz mocy w przypadku krótkich czasów wyładowania. Maksymalna moc akumulatora w dużej mierze wynika z niskiej rezystancji wewnętrznej konstrukcji oraz skróconego czasu reakcji pomiędzy masą czynną płyty a elektrolitem. Na uwagę zasługuje wysoki poziom koncentracji energii oraz skuteczne odprowadzenie ciepła powstającego podczas przepływu prądu. Przy wszystkich powyższych zaletach akumulatory AGM oferują najkrótszy okres eksploatacji oraz najmniejszą ilość cykli ładowania-rozładowania. Z tego względu nie bierze się ich pod uwagę przy projektowaniu magazynów energii większej mocy.