Fotovoltaïsch systeem met dubbele batterij: centrale configuratie en foutanalyse van buitenverlichting op zonne-energie
Straatverlichting op zonne-energie voor buiten maakt meestal gebruik van een fotovoltaïsch systeem met dubbele batterij, dat in serie of parallelle combinaties werkt om de stabiliteit van de stroomvoorziening te garanderen en de levensduur van de batterijen te verlengen. De gezamenlijke werking van dubbele batterijen betekent echter dat een storing in een van beide batterijen het hele systeem kan beïnvloeden. Hieronder staan de veelvoorkomende problemen van dubbele batterijsystemen vanuit de aspecten van verschijnselen, principes, oorzaken en oplossingen.
I. Faalverschijnselen: typische manifestaties van abnormale dubbele batterijsystemen
1. Kortsluitingsfout (directe verbinding tussen positieve en negatieve polen van elke batterij)
- De straatlantaarn gaat plotseling uit en kan de werking niet hervatten, zelfs niet na blootstelling aan zonlicht;
- Het batterijcompartiment of de verbindingsleidingen vertonen een abnormaal hoge temperatuur, mogelijk vergezeld van een brandgeur van de isolatielaag;
- De defecte accu zwelt op, lekt (bij loodzuuraccu’s) of heeft een gebarsten behuizing (bij lithiumaccu’s); bij seriesystemen kan de andere batterij tegelijkertijd worden verwarmd;
- Het controlelampje van de controller is uit of geeft een overbelastingsbeveiligingscode weer en kan niet normaal starten.
2. Open circuitfout (ontkoppeling van elk batterijcircuit)
- De straatlantaarn werkt niet volledig, geen reactie van de stroomvoorziening, zelfs niet bij voldoende zonlicht;
- De batterij heeft geen duidelijke externe schade, geen hitte of lekkage;
- In seriesystemen is de totale spanning gemeten door een eenvoudig spanningsdetectietool 0; In parallelle systemen daalt de totale spanning tot het niveau van een enkele batterij en kan deze de belasting niet aandrijven;
- De controller kan berichten weergeven zoals 'Batterijverbinding verbroken' of 'Onderspanning'.
II. Verbindingsprincipes en uitvalgevolgen van dubbele batterijen
De serie- en parallelle modi van het dubbele batterijsysteem bepalen het pad en de omvang van de foutvoortplanting:
1. Serieschakeling (spanningsoverlapping, bijv. twee 12V-batterijen die een 24V-systeem vormen)
- Als één accu een open circuit heeft: Het gehele circuit is onderbroken, het systeem heeft geen spanningsuitgang en de straatlantaarn stopt, maar de andere accu blijft onbeschadigd;
- Als een batterij kortsluiting heeft: De interne weerstand van de kortgesloten batterij daalt scherp, waardoor de andere batterij gedwongen wordt een grote stroom naar het kortsluitcircuit te sturen, waardoor overbelasting, oververhitting of zelfs schade ontstaat. De totale systeemspanning daalt abrupt tot het niveau van een enkele batterij, waardoor de lading niet kan worden aangedreven;
- Impact op lange termijn: Als de prestaties van de ene batterij afnemen (de capaciteit daalt met meer dan 30%), zal dit ertoe leiden dat de andere batterij vaak wordt overladen en ontladen, waardoor de levensduur met meer dan 50% wordt verkort.
2. Parallelle aansluiting (capaciteitsoverlapping, bijv. twee 100 Ah-accu's die een 200 Ah-systeem vormen)
- Als één batterij een open circuit heeft: De totale capaciteit van het systeem wordt met de helft verminderd, de straatlantaarn op zonne-energie kan werken, maar de levensduur van de batterij wordt met 50% verkort en de andere batterij werkt alleen zonder schade;
- Als een batterij kortsluiting maakt: de kortsluitlus trekt de systeemspanning naar bijna 0 V, waardoor de andere batterij onmiddellijk te veel wordt ontladen, waarbij de platen doorbranden of de cellen worden weggegooid, en het systeem volledig verlamd raakt;
- Impact op lange termijn: Een batterij met verminderde prestaties zal de stroom omleiden, waardoor de andere batterij onder hoge belasting op lange termijn zal werken, waardoor de capaciteitsvermindering wordt versneld.
III. Veelvoorkomende oorzaken van storingen in systemen met dubbele batterij
De complexe buitenomgeving is de belangrijkste oorzaak van het falen van dubbele batterijen:
1. Oorzaken van kortsluiting
- Regenwater infiltreert in het batterijcompartiment, waardoor er waterbruggen ontstaan tussen de aansluitingen (vooral op de gemeenschappelijke aansluitpunten van parallelle systemen, die gevoelig zijn voor waterophoping);
- De isolatielaag van de lijn wordt gedragen door de metalen componenten in de lichtmast, wat leidt tot direct contact tussen de positieve en negatieve draden;
- Veroudering van de batterij veroorzaakt schade aan het interne diafragma (lithiumbatterijen) of afzetting en plaatopbouw (loodzuurbatterijen);
- De onmiddellijke hoge bliksemspanning breekt de isolatielaag en veroorzaakt kortsluiting op het aansluitpunt van de dubbele batterijen.
2. Oorzaken van open circuits
- Oxidatie en corrosie van de aansluitklemmen (in zware regen of omgevingen met hoge luchtvochtigheid), wat leidt tot slecht contact of zelfs breuk;
- Losraken van de soldeerpunten van de batterijlipjes (in langdurige trillingsscenario's, zoals straatlantaarns in winderige gebieden);
- Lage temperaturen veroorzaken stolling van de elektrolyt in batterijen (loodzuurbatterijen), waardoor interne open circuits ontstaan;
- Externe schade (zoals botsingen op de bouwplaats) resulterend in kabelbreuk of schade aan de accubehuizing.
IV. Bescherming en oplossingen voor dubbele batterijsystemen
Op basis van de samenwerkingskenmerken van dubbele batterijen moeten er maatregelen worden genomen op basis van drie aspecten: selectie, bescherming en onderhoud:
1. Optimalisatie van systeemselectie
- Gebruik een controller met "dubbele batterijbalansbescherming" om automatisch de status van individuele batterijen te detecteren en overladen en overmatig ontladen te voorkomen;
- Dubbele batterijen moeten qua merk, model en capaciteit overeenkomen (fout ≤5%); het is verboden oude en nieuwe batterijen door elkaar te gebruiken;
- Seriesystemen geven prioriteit aan cellen met hoge snelheidstolerantie, en parallelle systemen voegen individuele zekeringen toe voor elke batterij.
2. Verbeterde bescherming buitenshuis
- Het batterijcompartiment heeft een IP67 waterdicht ontwerp; de terminals gebruiken vernikkelde anti-oxidatiematerialen; Isolatiebeschermers worden geïnstalleerd op gemeenschappelijke parallelle verbindingspunten;
- Leidingen worden door buizen geleid om direct contact met metalen onderdelen te vermijden, waarbij bufferlengtes gereserveerd zijn in bochten;
- Overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD) worden geïnstalleerd in gebieden die gevoelig zijn voor onweer, en de aardweerstand van de driver is ≤4Ω.
3. Regelmatige onderhoudspunten
- Maandelijkse inspectie van de dubbele accu-aansluitklemmen op losheid en corrosie; reinig en draai onmiddellijk opnieuw aan als er problemen worden geconstateerd;
- Driemaandelijkse detectie van de capaciteit van elke batterij (ontladingstest); Vervang de gekoppelde batterijen op tijd als het verschil groter is dan 10%;
- Vervang de gehele set batterijen na het bereiken van een levensduur van 3 jaar (loodzuur) of 5 jaar (lithium) om kettingbreuk door verschillen tussen nieuw en oud te voorkomen.
Samenvatting
Het fotovoltaïsche systeem met dubbele batterij is de kernconfiguratie van straatverlichting op zonne-energie voor buiten, en de serie- en parallelle kenmerken ervan bepalen de ketenimpact van storingen. Door typische kortsluitings- en open circuitverschijnselen te identificeren, de rol van verbindingsprincipes bij de voortplanting van fouten te begrijpen en gerichte bescherming en onderhoud te versterken, kan het aantal systeemstoringen aanzienlijk worden verminderd, waardoor de stabiele werking van straatverlichting op lange termijn wordt gegarandeerd.