Poruchy solárních pouličních lamp s dvojicí baterií
-- Diagnostika a oprava
Poruchy solárních pouličních lamp s dvojicí baterií: Diagnostika a oprava
Stručná odpověď: Dvě baterie zdvojnásobí kapacitu, ale také počet možných poruch. Při sériovém zapojení obě baterie selžou současně; při paralelním zapojení se jedna z nich může poškodit kvůli přetížení. Baterie musí být vybrány ze stejného výrobního lotu, každá paralelní smyčka musí být chráněna pojistkou a kapacita baterií musí být pravidelně testována (každé čtvrtletí). Pokud je rozdíl v kapacitě mezi dvěma bateriemi větší než 10 %, jedná se o poruchu – bez ohledu na výsledky měření voltmetrem.**
Analýza poruch systému solárních pouličních lamp s dvojicí baterií
První otázka: Opravdu projekt vyžaduje dvě baterie?
Moderní solární pouliční lampy využívají obvykle jedinou baterii typu LiFePO4 spolu s systémem pro správu baterií (BMS), který zajišťuje jejich vyvážení a ochranu. Konfigurace s dvěma bateriemi je vhodná v případech, kdy je potřeba větší kapacita, např. při použití starších, olověno-kyselinových baterií, nebo pokud není dostatek prostoru pro jedinou velkou baterii. Pokud si pořizujete novou lampu a v cenové nabídce jsou uvedeny dvě baterie, zeptejte se, proč je to nutné. Dvě baterie bez opravdového důvodu znamenají vyšší náklady na údržbu, shodu jejich parametrů a jejich výměnu.
Jak se porucha projevuje v jednotlivých konfiguracích?
Sestavy baterií (dva 12 V baterie v sérii vytvářejí 24 V) a sestavy baterií v paralelu (dva 100 Ah baterie v paralelu vytvářejí 200 Ah) reagují na poruchy různými způsoby:
| Porucha | Série (2 × 12 V) | Paralel (2 × 100 Ah) |
|---|---|---|
| Otevřený obvod v jedné baterii | Celá sestava přestane fungovat; druhá baterie zůstává v pořádku | Kapacita sestavy se snižuje na polovinu; druhá baterie pokračuje v činnosti bez poškození |
| Zkrat v jedné baterii | Druhá baterie přenáší velký proud do zkratovaného obvodu; napětí systému klesne na úroveň jedné baterie; dochází k přebití a přehřátí | Napětí systému klesne téměř na 0 V; druhá baterie je okamžitě přebita – její elektrody jsou poškozeny nebo celá baterie je nepoužitelná |
| Odchylky v kapacitě (>30%) | Druhá baterie je opakovaně přebíjena a vybíjena; její životnost se snižuje o více než 50% | Slabší baterie omezuje průtok proudu; druhá baterie pracuje pod vysokým zatížením a rychleji se vybíjí |
Asymetrie mezi těmito sestavami je zásadní: v sérii je otevřený obvod okamžitě zaznamenán a systém může přežít; v paralelu je zkrat okamžitý a smrtelný pro „zdravou“ baterii. Proto je pojistka umístěna na každém paralelním větvi, nikoli na celé sestavě baterií.
Rozpoznávání příznaků poruch
Zkrat (přímý kontakt kladné a záporné strany baterie): Světlo náhle zhasne a po slunném dni se již nezapne; prostor určený k uložení baterie nebo kabelová trasa se zahřívá, někdy s páchnutím z izolace; vadná baterie se nadouvá, úniká kapalina (u olověno-kyselinných baterií) nebo praskne její obal (u lithiových baterií); i spoluúčastnická baterie v sériovém zapojení se zahřívá; ovladač nezobrazuje žádné signály a vykazuje chybu přetížení, čímž se odmítá spustit.
Otevřený obvod (některá ze spojů v bateriovém řetězci je přerušena): Světlo zůstává zcela vypnuté i za plného slunce; baterie není viditelně poškozena, nevzniká žádné zahřívání, žádný únik kapalin; jednoduchá kontrola napětí ukazuje hodnotu 0 V v sériovém zapojení, nebo napětí klesne na úroveň jednotlivé baterie v paralelním zapojení, což znemožňuje napájení zařízení; ovladač může zobrazit hlášení „přerušené spojení baterie“ nebo nedostatečné napětí.
Co skutečně způsobuje tyto poruchy?
Voda: Dešť vstupující do komory způsobuje shromažďování vody na spojovacích bodech mezi elektrodami – právě tyto body jsou nejvíce náchylné k poškození. Opotřebení izolace: Kabely se třou o kovové části uvnitř sloupu, až do doby, kdy dojde ke kontaktu mezi kladnou a zápornou elektrodou. Stárnutí: U lithiových baterií dochází k poškození vnitřní membrány; u olověno-kyselinových baterií se odlepují desky a vznikají usazeniny, které narušují funkci izolace. Blesk: Náhlý přetlak vzniklý při úderu blesku způsobí poškození izolace na místě spojení obou baterií (informace o ochraně proti náporovým vlivům naleznete v našem průvodci Ochrana proti náporovým vlivům). Korozie a vibrace: Vlivem silného deště a vysoké vlhkosti dochází k oxidaci spojovacích částí; větrnými podmínkami se také uvolňují svary na těchto místech. Chlad: Při nízkých teplotách může elektrolyt olověno-kyselinových baterií ztuhnout, což může vést k poškození baterie. Vnější poškození: Střety během výstavby mohou přerušit kabely nebo poškodit kryty baterií.
Pravidla, která vytváříme…
- Slučená sada, jedna várka: Stejná značka, stejný model, stejná kapacita; odchylky v kapacitě nesmí přesáhnout 5 %. Smíchávání starých a nových baterií je důvodem větších odchylek (až 30 %) uvedených v tabulce výše.
- Ochrana každé baterie: V paralelních systémech je na každou baterii připojen samostatný pojistkový element; v sériových systémech se používají baterie odolné vůči vysokým proudovým zatížením. Je vhodné požadovat kontroler s funkcí vyvážení kapacity obou baterií a individuální ochranou každé z nich.
- Utěsnění a ochrana: Bateriová komora je vybavena krytím typu IP67; konce baterií jsou pozinkovány proti oxidaci; v místech souběžného připojení baterií jsou použity izolační prvky; kabely jsou uloženy v kabelových kanálech, které jsou chráněny před kontaktem s kovovými částmi; v zatáčkách jsou kabely volně připevněny, aby nedocházelo k jejich poškození.
- Zemnění systému: V oblastech náchylných k bouřkám jsou instalovány zařízení na ochranu proti přepětím (SPD – Surge Protection Devices); odpor zemnění kontroleru musí být 4 Ω nebo nižší.
- Pravidelné testy:
– Měsíčně: Kontrolujte, zda jsou konce baterií uvolněny nebo zkorodované; v případě potřeby je čistěte a znovu utahujte. – Čtvrtletně: Provádějte individuální testy kapacity baterií; vyměňte celou sadu, pokud je rozdíl v kapacitách mezi bateriemi větší než 10 %. – Po skončení životnosti: Vyměňte celou sadu baterií – u olověných akumulátorů po 3 letech, u lithiových akumulátorů po 5 letech, nikoli jednotlivé baterie.
Chyba, které se obáváme, nastává v případě použití paralelního zapojení baterií – jedna z baterií se v takovém případě „nabubří“ (tj. její výkon klesne výrazně). Než světlo zhasne, zdravá baterie již po několik týdnů „napájela“ tu poškozenou, a nakonec jsou obě baterie nepoužitelné.
Co tato stránka nezahrnuje
Tato stránka se věnuje systémům osvětlení na solární energii, které využívají dva akumulátory spojené v sériovém nebo paralelním režimu. Nezabývá se vnitřní logikou řídicích systémů (BMS), vyvažováním jednotlivých baterií ani profily jejich nabíjení (viz proč první baterie selže); informace o elektrických principech sériových a paralelních zapojení baterií naleznete na stránce sériové a paralelní konfigurace baterií. Pro jednotky osvětlení, jejichž komponenty jsou předem sladěny v továrně, viz řadu produktů vše v jednom solárním osvětlovacím systému.