Fotovoltaický systém se dvěma bateriemi: Centrální konfigurace a analýza poruch venkovních solárních pouličních osvětlení
Venkovní solární pouliční svítidla obvykle využívají dvoubateriový fotovoltaický systém, který pracuje ve sériových nebo paralelních kombinacích, aby zajistil výdrž a prodloužil životnost baterií. Společný provoz duálních baterií však znamená, že selhání jedné z obou baterií může ovlivnit celý systém. Níže jsou uvedeny běžné problémy dvoubateriových systémů z hlediska jevů, principů, příčin a řešení.
I. Poruchové jevy: Typické projevy abnormálních dvoubateriových systémů
1. Porucha zkratu (přímé spojení mezi kladným a záporným pólem další baterie)
- Pouliční osvětlení se náhle spustí a nemůže pokračovat v provozu ani po vystavení slunečnímu záření;
- Prostor pro baterie nebo oblast spojovacích vedení nabízí vysokou teplotu, doprovázenou zápachem spáleniny z izolační vrstvy;
- Vadná baterie bobtná, vytéká (u olověných baterií) nebo má prasklý obal (u lithiových baterií); v sériových systémech může být druhá baterie vyhřívaná současně;
- Kontrolka ovladače nesvítí nebo zobrazuje kód ochrany proti přetížení a nelze ji normálně spustit.
2. Porucha otevřeného okruhu (odpojení libovolného okruhu baterie)
- Pouliční osvětlení nefunguje naplno, žádná odezva napájení ani při dostatečném slunečním světle;
- Baterie nemá žádné zjevné vnější poškození, žádné teplo a úniky;
- V sériových systémech je celkové napětí měřené jednoduchým nástrojem pro detekci napětí 0; V paralelních systémech celkového napětí na úroveň jedné baterie a nemůže pohánět zátěž;
- Ovladač může zobrazovat zprávy jako „Battery Connection Broken“ nebo „Undervoltage“.
II. Principal připojení a dopady selhání duálních baterií
Sériové a paralelní režimy systému dvou baterií určují cestu a rozsah šíření poruch:
1. Sériové připojení (překrytí napětí, např. dvě 12V baterie tvořící 24V systém)
- Pokud má jedna baterie přerušený obvod: Celý obvod je přerušen, systém nemá napěťový výstup a pouliční osvětlení se zastaví, ale druhá baterie zůstane nepoškozená;
- Pokud je baterie zkratovaná: Vnitřní odpor zkratované baterie prudce poklesne, což nutí druhou baterii vydávat velký proud do zkratového obvodu, což například přebíjení, přehřívání nebo dokonce poškození. Celkové systémové napětí prudce klesne na úroveň jedné baterie a nedojde k nabití;
- Dlouhodobý dopad: Pokud se výkon jedné baterie sníží (kapacita klesne o více než 30 %), způsobí to časté přebíjení a vybíjení druhé baterie, což zkracuje její životnost o více než 50 %.
2. Paralelní připojení (překrytí kapacity, např. dvě 100Ah baterie tvořící 200Ah systém)
- Pokud má jedna baterie sníženou o polovinu, solární pouliční osvětlení může fungovat, ale životnost baterie se zkrátí o 50 % a druhá baterie funguje bez poškození;
- Pokud dojde ke zkratu jedné baterie: Zkratovací smyčka stáhne systémové napětí téměř na 0 V, což způsobí okamžitě přebití druhé baterie, její desky spálené nebo vyřazené články a systém zcela paralyzovaný;
- Dlouhodobý dopad: Baterie se sníženým výkonem odvede proud, což způsobí, že druhá baterie bude fungovat při dlouhodobém vysokém zatížení, čímž se urychlí útlum kapacity.
III. Běžné příčiny poruch v systémech se dvěma bateriemi
Složité venkovní prostředí je hlavní příčinou selhání dvou baterií:
1. Příčiny zkratů
- Dešťová voda proniká do prostoru baterie a voda vodní přemostění mezi svorkami (zejména na společných místech připojených paralelních systémů, která je náchylná k hromadění vody);
- Izolační vrstva vedení je opotřebována kovovými součástmi uvnitř světelného sloupu, což vede k přímému kontaktu mezi kladným a záporným vodičem;
- Stárnutí baterie natažením vnitřní membrány (lithiové baterie) nebo adlupování a hromadění desek (olověné baterie);
- Okamžité vysoké napětí blesku rozbije izolační vrstvu a způsobí zkrat v mistě připojení duálních baterií.
2. Příčiny otevřených obvodů
- Oxidace a koroze připojovacích svorek (v silném dešti nebo prostředí s vysokou vlhkostí), což vede ke špatnému kontaktu nebo dokonce k poškození;
- Uvolnění pájecích bodů baterie (při dlouhodobých vibracích, jako jsou pouliční lampy ve větrných oblastech);
- Nízké teploty způsobují tuhnutí elektrolytu v bateriích (olověné baterie), což vnitřní přerušené obvody;
- Vnější poškození (jako jsou kolize na staveništi), které má za následek přerušení vedení nebo poškození pouzdra baterie.
IV. Ochrana a řešení pro systémy se dvěma bateriemi
Na základě kolaborativních charakteristik duálních baterií by měla být přijata opatření ze tří hledisek: výběr, ochrana a údržba:
1. Optimalizace výběru systému
- Přidržte ovladač s „dvou ochranou vyvážení baterií“, který automaticky zjišťuje stav jednotlivých baterií a přebíjení a nadměrnému vybíjení;
- Duální baterie musí odpovídat značce, modelu a kapacitě (chyba ≤5 %); je zakázáno michat staré a nové baterie;
- Sériové systémy upřednostňují články s vysokou přenosovou rychlostí a paralelní systémy přidávají samostné pojistky pro každou baterii.
2. Vylepšená venkovní ochrana
- Prostor pro baterie má vodotěsný provedení IP67; terminály používají poniklované antioxidační materiály; Izolační chráničky jsou instalovány v paralelním společném přípojném tělese;
- Vedení jsou vedena potrubím, aby bylo možné přímému kontaktu s kovovými součástmi, přičemž délky nárazníků jsou vyhrazeny v ohybech;
- Zařízení ochrany proti napětí (SPD) jsou instalovány v oblastech náchylných k bouřkám a zemnímu odporu budiče je ≤4Ω.
3. Body pravidelné údržby
- Měsíční kontrola připojovacích svorek dvojité baterie na uvolnění a korozi; v případě zjištění problémů okamžitě vyčistěte a dotáhněte;
- Čtvrtletní zjišťování kapacity každé baterie (zkušební vybíjení); Vyměňte spárované baterie včas, když rozdíl překročí 10 %;
- Vyměňte celou sadu baterií po dosažení životnosti 3 let (olověné) nebo 5 let (lithiové), abyste předešli selhání řetězu způsobeného rozdíly mezi novými a starými.
Shrnutí
Dvoubateriový fotovoltaický systém je základní konfigurací venkovních solárních pouličních osvětlení a jeho sériové a paralelní charakteristiky určují poruchový řetězový dopad. Identifikace typických zkratových a otevřených jevů, pochopením role principů připojení při šíření poruch a posílení cílené ochrany a údržby lze výrazně snížit poruchovost systému a zajistit tak dlouhodobý stabilní provoz pouličního osvětlení.