Как выбрать накопитель электрической энергии для частного дома

Супермаховик

Накапливать электроэнергию можно и в механическом виде. Раскрутить тяжелый маховик, и он некоторое время будет вращаться, приводя в действие генератор. Для того, чтобы не мешало трение воздуха, маховик вращается внутри герметичного кожуха, из которого откачан воздух. Технически реализовать эту идею очень просто, КПД достигает 98%. Выпускаются накопители на супермаховиках с емкостью до 25 кВтч. Но широкого применения они пока не получили. Причина заключается в том, что не удается быстро управлять отдачей электроэнергии в сеть. Кроме этого, со временем частота вращения маховика падает, и мощность, отдаваемая накопителем в сеть, падает.

Электричество из дерева

Если сжать древесину, а потом вернуть в исходное состояние, она вырабатывает электрическое напряжение — правда, очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов и в 2021 году сумели превратить древесину в мини-генератор.

Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры — лигнин — и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в «губку», которая после сжатия самостоятельно возвращается в исходную форму. По словам ученых, такая губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычное дерево.

Так выглядит древесина после растворения лигнина

(Фото: САУ Nano / Empa)

Как это применять: пока исследователи проводят испытания получившегося материала. Они уже выяснили, что энергии 30 деревянных брусков длиной 1,5 см хватит для питания ЖК-дисплея.

Общие сведения об энергетических накопителях

В природе немало постоянных и неисчерпаемых источников энергии, которая и применяется для обслуживания различных потребностей человечества. Но для конечного ее использования она должна пройти много этапов переработки и аккумуляции. Эту функцию выполняют энергостанции и подстанции. В список их непосредственных задач входит генерация энергии с приемлемыми для использования характеристиками, а также ее преобразование и распределение. Основная инфраструктура энергообеспечения жилых домов, объектов промышленности, инженерного оборудования и других ответственных потребителей реализуется через стационарные электросети. В них осуществляется постоянное снабжение, но сегодня стабильно растет спрос на автономное оборудование, устройства и электроприборы. Специально для таких потребителей используется емкостной накопитель энергии, который является независимым источником питания, но условно – с определенными интервалами он должен и сам заряжаться от тех же стационарных сетей. Простейшим примером такого накопителя является телефонная батарея. К примеру, элемент Li-Ion может иметь емкость порядка 2000-3000 мАч. Ее будет достаточно на несколько часов или дней автономной работы обслуживаемого устройства в зависимости от его модели. Но после исчерпания этого объема аккумулятор должен подключаться к розетке на 220 В для восстановления.

«Бесконечная» энергия из воздуха

В 2020 году ученые из Массачусетского университета создали Air-gen — генератор, который создает электричество с помощью натурального белка и влаги из воздуха.

Графическое изображение пленки из белковых нанопроводов, вырабатывающих электричество с помощью влаги из атмосферы

(Фото: UMass Amherst / Yao and Lovley labs)

С помощью протеобактерий Geobacter ученые выращивают белок, который может проводить ток. Из него делают пленку толщиной менее 10 микрон — в несколько раз тоньше, чем человеческий волос — и помещают между двумя электродами. Белок забирает влагу из воздуха и за счет тонких пор создает ток между электродами.

Лучшие результаты Air-gen показывает при влажности в 45%, но справляется и в засушливых регионах вроде Сахары. Генератор не зависит от погодных условий и работает даже в помещении.

Как это применять: пока мощности Air-gen хватает только для питания мелкой электроники. В скором времени ученые разработают версию для мобильных телефонов и смарт-часов, чтобы те никогда не разряжались. А если у исследователей получится совместить Air-gen с краской для стен, в домах появится бесконечный источник электроэнергии.

Аккумулятору какого типа лучше отдать предпочтение и что нужно проверять?

Перед тем как заполучить в своё распоряжение электроскутер СитиКоко, первым делом уточните, какой именно накопитель на нём установлен. Если прислушаться к мнению специалистов, то они отдают предпочтение модификациям оборудованным литий-ионными АКБ. Если у вас возникнут с ними какие-то проблемы, то с ремонтом не должно возникнуть никаких затруднений, да и элементы 18650, у каждого юзера есть возможность купить без лишних проволочек. Совсем другая ситуация с SLA и LIP батареями, которые практически нельзя отремонтировать, даже в том случае, когда неисправности незначительные.

Дешёвые электронакопители производства КНР могут терпимо функционировать примерно месяц, ну а потом ожидать от них стабильной работы будет праздным делом. Нестабильная работа может быть обусловлена разными обстоятельствами: в составе батареи отсутствует балансировочная плата или же имеет место некачественная сварка элементов, входящих в состав АКБ

Очень важно учитывать гарантию: на качественную продукцию производитель предоставляет не менее чем 12-месячные гарантийные обязательства

Само изделие должно иметь стикеры с техническими данными, лого бренда, штрих-код, переливающуюся голограмму, которую кстати очень затруднительно подделать и вдобавок адрес веб-ресурса производителя данной АКБ. Если вам попалось «изобретение», к которому просто прилеплена бумажка типа А4 украшенная иероглифами, то лучше будет обойти такой девайс стороной. На сленге подобные игрушки сведущие люди называют «no name», то есть, продукт неизвестного происхождения. Попадаются и экземпляры, элементы которых были произведены на несколько лет раньше, чем приведённая на упаковке дата сборки. Это обнаруживается при разборке устройства.

Современные решения

Передовые компании, занимающиеся разработкой высоких технологий, продвигают и направление емкостных аккумуляторов. Так, например, инженеры Tesla создали блок Powerwall 2 массой 122 кг, основанный на тех же литий-ионных батареях. Данная установка является модульной и способна хранить порядка 13,5 кВт*ч. Аналогичные разработки предлагает LG. Например, система Chem RESU вмещает порядка 10 кВт*ч, но в остальных эксплуатационных качествах не уступает блоку Tesla. Данный аккумулятор является универсальным накопителем энергии, который можно использовать как в быту, так и в промышленности на производствах. Главное, чтобы мощности соответствовали требованиям к потребляющим системам.

Технические характеристики АКБ для дома

Как заряжать литий ионный аккумулятор

Многие производители предлагают батареи с индивидуальными показателями, но большинство из них относительно схожи и имеют следующие характеристики:

  1. Рабочее напряжение номиналом 12 Вольт. Это средний показатель наиболее распространённых изделий; бывают АКБ и 24 Вольта, но используются они весьма редко;
  2. Емкость батареи для резервирования электроэнергии бывает разной: от 50 до 500 А/час. При необходимости больших объемов питания такие АКБ можно соединить в параллельную схему. Определить номинальную емкость изделия можно по весу: чем он выше, тем больше в детали свинцовых пластин, соответственно, и электрически заряженного материала намного больше;
  3. Габариты и корпус. В большинстве моделей в качестве оболочки используется герметично запаянный пластик, который хорошо переносит перепады температур и не боится влаги, а также окисления внутренней среды;
  4. Максимальный цикл заряда и разряда детали. В зависимости от емкости и устройства АКБ, она бывает от 50 до 250 циклов. Выбирать батарею для использования в бесперебойном электропитании необходимо, учитывая этот параметр, так как чем выше данный показатель, тем дороже будет АКБ.

Это основные характеристики, которые присущи большинству моделей аккумуляторов, используемых в качестве накопителя энергии в системах бесперебойного или аварийного электроснабжения.

Современные решения

Передовые компании, занимающиеся разработкой высоких технологий, продвигают и направление емкостных аккумуляторов. Так, например, инженеры Tesla создали блок Powerwall 2 массой 122 кг, основанный на тех же литий-ионных батареях. Данная установка является модульной и способна хранить порядка 13,5 кВт*ч. Аналогичные разработки предлагает LG. Например, система Chem RESU вмещает порядка 10 кВт*ч, но в остальных эксплуатационных качествах не уступает блоку Tesla. Данный аккумулятор является универсальным накопителем энергии, который можно использовать как в быту, так и в промышленности на производствах. Главное, чтобы мощности соответствовали требованиям к потребляющим системам.

Для чего нужна BMS (основное назначение)

  • Защита составляющих электронакопителя от повреждений.
  • Продления срока службы АКБ.
  • Поддержание агрегата в таких кондициях, при которых он в максимальной степени будет выполнять все поставленные перед ним задачи.

Вообще, понятие BMS — весьма широкое, поэтому оно распространяется практически на всё оборудование, обеспечивающее корректное функционирование АКБ. Это могут быть как простенькие платы защиты либо балансировки, так и более сложные микроконтроллерные приспособления.

То, что сейчас предлагают разработчики, можно условно выделить в 4 категории:

  1. Балансиры.
  2. Защитные устройства (по току и напряжению).
  3. Платы, обеспечивающие подзарядку — они так же относятся к BMS-устройствам.
  4. Сочетания приведённых вариантов (система может включать в себя даже все варианты сразу).

Подробнее о то, как создать электромагнит

Довольно легко построить электромагнит. Все, что вам нужно сделать, это обернуть несколько витков изолированных медных проводов вокруг железного сердечника. Если вы присоедините батарею к проводу, электрический ток начнет течь, и железный сердечник станет намагниченным. Когда аккумулятор отсоединен, железный сердечник потеряет свой магнетизм. Выполните следующие шаги, если хотите построить электромагнит, описанный в нашем эксперименте « Магниты и электромагниты» :

Шаг 1 – Соберите материалы

Чтобы построить электромагнит, описанный в нашем эксперименте « Магниты и электромагниты» , вам понадобятся:

Один железный гвоздь длиной 15 сантиметров. Три метра изолированного многожильного медного провода. Одна или несколько батареек D-cell.

Шаг 2 – Удалите часть изоляции

Медная проволока должна быть выставлена ​​так, чтобы батарея могла хорошо подключиться к электросети. Используйте пару проводов для удаления нескольких сантиметров изоляции с каждого конца провода.

Шаг 3 – Оберните провод вокруг гвоздя

Аккуратно оберните провод вокруг гвоздя. Чем больше проволоки вы обернете вокруг гвоздя, тем сильнее будет ваш электромагнит. Убедитесь, что вы оставили достаточно разматываемого провода, чтобы вы могли прикрепить аккумулятор.

Провод обернут вокруг гвоздя, чтобы создать электромагнит.

Когда вы обматываете провод вокруг гвоздя, убедитесь, что вы делаете это в одном направлении. Вам нужно это сделать, потому что направление магнитного поля зависит от направления создаваемого им электрического тока. Движение электрических зарядов создает магнитное поле. Если бы вы могли видеть магнитное поле вокруг провода, на котором протекает электричество, это было бы похоже на серию кругов вокруг провода. Если электрический ток течет прямо к вам, созданное им магнитное поле крутится вокруг провода против часовой стрелки. Если направление электрического тока отменяется, магнитное поле также меняет направление и направляет провод по часовой стрелке. Если вы оберните часть провода вокруг гвоздя в одном направлении, а часть провода – в другом направлении,

Магнитное поле вокруг токопроводящей проволоки.

Шаг 4 – Подключите аккумулятор

Прикрепите один конец провода к положительной клемме аккумулятора, а другой конец провода – к отрицательной клемме аккумулятора. Если все пошло хорошо, ваш электромагнит теперь работает!

Не беспокойтесь о том, какой конец провода вы прикрепляете к положительной клемме аккумулятора, а какой – к отрицательной клемме. Ваш магнит будет работать так же хорошо, как и в любом случае. Что изменит полярность вашего магнита. Один конец вашего магнита будет его северным полюсом, а другой конец будет его южным полюсом. Реверсируя способ подсоединения аккумулятора, вы можете перевернуть полюсы вашего электромагнита.

Советы по усилению вашего электромагнита

Чем больше оборотов провода у вашего магнита, тем лучше. Имейте в виду, что чем дальше провод от ядра, тем менее эффективным он будет.

Чем больше тока проходит через провод, тем лучше

Внимание! Слишком много тока может быть опасным! Когда электричество проходит через провод, часть электрической энергии преобразуется в тепло. Чем больше ток течет через провод, тем больше тепла генерируется. Если вы удвоите ток, проходящий через провод, генерируемое тепло увеличится в 4 раза ! Если вы утроите ток, проходящий через провод, вырабатываемая теплота увеличится в 9 раз ! Вещи могут быстро стать слишком горячими для обработки

Если вы удвоите ток, проходящий через провод, генерируемое тепло увеличится в 4 раза ! Если вы утроите ток, проходящий через провод, вырабатываемая теплота увеличится в 9 раз ! Вещи могут быстро стать слишком горячими для обработки.

Попробуйте экспериментировать с разными ядрами. Более толстая сердцевина может создать более мощный магнит. Просто убедитесь, что материал, который вы выберете, может быть намагничен. Вы можете проверить свое ядро ​​с помощью постоянного магнита. Если постоянный магнит не притягивается к вашему ядру, он не станет хорошим электромагнитом. Например, алюминиевый стержень не является хорошим выбором для сердечника вашего магнита.

Что такое система управления батареей (BMS)?

BMS — это электронная плата, устанавливаемая на АКБ для выполнения таких задач:

  1. Контроль зарядки/разрядки и количества циклов зарядки/разрядки.
  2. Отслеживание состояния электронакопителя и его компонентов.
  3. Защита элементов АКБ.
  4. Контроль напряжения, температуры и сопротивления элементов электробатареи.
  5. Распределение токов между компонентами электроаккумулятора по ходу процесса зарядки.
  6. Контроль тока заряда.
  7. Защищённое подключение/отключение нагрузки.
  8. Определение потери ёмкости от дисбаланса.

BMS получает данные и на их основе балансирует заряд компонентов, предохраняет батарею от КЗ, излишнего разряда и излишнего заряда, перегрузки по току, перегрева и переохлаждения. Функционал БМС не только повышает эффективность работы аккумуляторов, но и в значительной степени продлевает срок эксплуатации накопителей. Если АКБ доходит до критического состояния, BMS принимает соответствующее решение: она запрещает использование накопителя в системе, просто отключая его. Есть такие вариации BMS, в которых разработчики организовали запись данных о функционировании электробатареи и их передачу на ПК.

BMS очень важна для такой разновидности АКБ, как литий-железо-фосфатная (обозначается LiFePO4). Эти изделия весомо переигрывают своих Li-ion оппонентов по безопасности, производительности, а также стабильности. Однако у LiFePO4 АКБ есть один недостаток: девайсы восприимчивы к перезаряду, а также к разряду ниже допустимого для них напряжения. Поэтому система управления аккумулятором устанавливается на LiFePO4 в обязательном порядке, так будет максимально снижен риск порчи отдельных ячеек АКБ и полной поломки агрегата.

В идеале, напряжение каждого из компонентов находящегося в составе LiFePO4 аккумулятора, не должно выходить за определённые рамки и оно должно быть у всех составляющих одинаковым. Как обстоят дела на самом деле? Очень редко можно встретить аккумуляторную батарею, у которой все элементы входящие в её состав демонстрируют идеально ровную ёмкость. Думаете различие всего на долю-другую ампер-часов останется незаметным и всё обойдётся? Ошибаетесь! Даже такая мизерная разница, может в дальнейшем обусловить разность напряжения при процессе зарядки/разрядки. Для LiFePO4 эта самая разница может обернуться довольно печальными последствиями.

Если ячейки соединены параллельно, то напряжение на каждой будет находиться почти на одном и том же уровне: те компоненты, которые окажутся более заряженными, смогут тянуть своих менее заряженных коллег. А вот при последовательном подключении, к сожалению, ровного распределения заряда ожидать не приходится. Чем это чревато? А тем, что одни компоненты будут недозаряжаться, а другие наоборот, будут получать избыточный заряд. Не стоит обманываться, если общее напряжение по окончанию зарядки дойдёт практически до идеального показателя.

Даже при скромном превышении заряда некоторых элементов аккумуляторной батареи, имеет место деградация: электронакопитель по ходу эксплуатации не сможет отдавать нужную ёмкость и из-за неравномерного распределения заряда, агрегат в ускоренном режиме станет сдавать свои былые позиции и по итогу, дойдёт до полной неработоспособности. Компоненты с самым маленьким уровнем заряда станут просто-напросто слабым звеном аккумуляторной батареи: они будут довольно быстро разряжаться, а вот элементы обладающие большей ёмкостью будут разряжаться только отчасти.

В этом случае помогает балансировка аккумулятора, которую осуществляет BMS. Микросхема тщательно отслеживает чтобы все компоненты АКБ по окончанию зарядного процесса получили равномерное напряжение. Когда зарядное мероприятие подходит к логическому окончанию, БМС осуществляет балансировку посредством шунтирования подзарядившихся компонентов либо же переправляет энергию ячеек с повышенным напряжением, компонентам на которых оно меньше. Блок контроля АКБ, балансируя агрегат и контролируя температурный режим, а также осуществляя ряд других функций, обеспечивает максимально долгий срок эксплуатации батареи.

Преимущества:

– инновационная конструкция. Накопитель изготовлен в прочном стальном корпусе и рассчитан на настенный монтаж в двух положениях – горизонтальном и вертикальном.

Для отображения информации о текущем состоянии и режиме работы накопителя используется обычный Android-планшет. Возможен вывод информации о работе накопителя на любые Android-устройства (смартфоны, планшеты и пр.) по интерфейсу USB или Bluetooth.

Встроенная в накопителе система мониторинга и контроля следит за параметрами каждой ячейки батареи в режиме реального времени, и включает защиту, если эти параметры становиться критическими.

Для коммутации нагрузки используются инновационные твердотельные реле (SSR), которые занимают меньше места внутри корпуса накопителя, и имеют значительно больший ресурс работы, чем традиционные электромеханические реле.

– гибкость и универсальность. Настенный монтаж корпуса в двух положениях предоставляет клиенту множество вариантов размещения накопителя, и позволяет экономить место в доме, офисе или в производственных помещениях.

Также концепция накопителя подразумевает установку на него пластиковой крышки-кожуха, которая позволит превратить брутальный промышленный вид накопителя в дизайнерский арт-объект. Планируется разработка и выпуск нескольких вариантов крышек, удовлетворяющих вкусам разных групп потребителей.

– сделано для отечественного потребителя. Накопитель спроектирован и изготовлен полностью в России, с использованием  литий-железофосфатных ячеек-аккумуляторов российской компании «Лиотех».  По своим техническим и потребительским характеристикам не уступает зарубежным аналогам.

Накопитель можно использовать со многими имеющимися на отечественном рынке сетевыми инверторами и устройствами для солнечной и ветроэнергетики, рассчитанными на номинальное напряжение батареи 24В. Это дает возможность выбрать такое оборудование для сопряжения с накопителем, которое наиболее полно соответствует техническим требованиям потребителя, его предпочтениям и бюджету. Для сравнения: накопители Powerwall компании Tesla имеют рабочее напряжение батареи около 450В. Преобразовательное оборудование, которое работает на таком напряжении, производиться лишь несколькими компаниями в мире, и стоит, как правило, в несколько раз дороже оборудования, рассчитанного на традиционные напряжения 24-48В.

Технические преимущества литий-ионных АКБ:

  • токи заряда и разряда беспрецедентно высоки;
  • батарея теряет только порядка 2% от первоначального заряда в месяц (щелочные и кислотные аналоги — 20%);
  • быстрое восстановление после полного разряда;
  • отсутствует эффект памяти (не требует полной разрядки перед циклом заряда);
  • высокий электрохимический потенциал (энергетическая плотность);
  • допустима эксплуатация в широком диапазоне температур (от -40°C +50°C).
Электрические характеристики литий ионных аккумуляторов
Номинальная емкость, А*ч от 20 до 770
Номинальное напряжение, В 3,2
Удельная энергия по массе, Вт.ч/кг 90
Рекомендованные режимы эксплуатации
Непрерывный разряд, C 0,5
Ток заряда, C 0,5
Заряд при температуре, °С от 0 до +30
Разряд при температуре, °С от -20 до +30
Предельные рабочие режимы
Непрерывный разряд, C 3
Ток заряда, C 3
Максимальное напряжение заряда, В 3,9
Минимальное напряжение на аккумуляторе, В 2,5
Заряд при температуре, °С от 0 до +50
Разряд при температуре, °С от -40 до +50
Габаритные характеристики
Длина, мм
Ширина, мм
Высота, мм
Хранение при температуре, °С от 0 до +40
Ресурс, заряд/разряд при глубине разрядки до 80%, циклов >5000
Саморазряд полностью заряженного аккумулятора при 28-сут. хранении (+25°С), % в месяц <1

Мы предлагаем оптимальные варианты использования современных аккумуляторов для решения ваших проблем энергообеспечения. Ознакомьтесь с примерами наших работ, где наглядно представлены некоторые варианты наших решений.

Если остались вопросы — звоните нам. — ваш надежный энергетический партнер!

Полезная информация:

  • купить генератор тока
  • качество электроэнергии
  • стабилизаторы напряжения однофазные отзывы

Что это за устройство

ИБП — это электронное устройство, которое обеспечивает бесперебойную, но кратковременную подачу электроэнергии для компьютера.

Инвертор и стабилизатор, которые регулируют подачу питания от аккумулятора

Основное предназначение данного механизма — сохранение важной информации, которая содержится на компьютере, во время несанкционированных отключений электричества или перебоев с его подачей

Этот механизм является вторичным источником питания и оборудован аккумулятором. Он может поддерживать работу не только компьютера, но и схемы управления котельной системой.

Для начала давайте посмотрим одно видео на эту тему

ИБП не подходит для постоянного питания механизмов, работающих от внешних источников питания. Для этого лучше выбрать резервный источник или генераторы.

Соль, уголь и графит

Какой аккумулятор выбрать

Для этого устройства не нужна кислота, так как используется щелочная реакция. Как сделать аккумулятор этого типа? Основой накопителя энергии этого типа служит ёмкость с электролитом в виде раствора воды и хлорида натрия – поваренной соли. Для его создания требуются:

  • графитовые стержни, с металлическим колпачком для припаивания контакта;
  • активированный или древесный уголь, истолчённый в крошку;
  • тканевые мешки для размещения угольного порошка;
  • ёмкость для электролита с плотной крышкой для фиксации концов электрода.

В качестве электродов служит графитовый стержень в плотной угольной обкладке. Графит можно использовать из пришедших в негодность батареек, а уголь – древесный или активированный, из противогазных фильтров. Для создания плотной обкладки уголь можно поместить в водопроницаемый мешок, после чего вставить внутрь графитовый стержень, а ткань мешка обмотать нитью или проводом с изоляционным покрытием.

Для увеличения показателей этого рода конструкции можно создать батарею из нескольких электродов, размещённых в одной ёмкости.


Газовый накопитель

Важно! Накопительная ёмкость и напряжение на контактах самодельных устройств для накопления электроэнергии сравнительно невелики, но в то же время их вполне хватает для подключения маломощного источника света или других целей. Батарея из нескольких электродов имеет более высокие показатели, но они более громоздкие