Dlaczego bateria pierwsza się wyczerpuje w solarnych latarniach ulicznych?

Matematyka stojąca za „funkcjonowaniem lampy przez kilka miesięcy”

Wyobraźmy sobie klasyczną konfigurację: panel słoneczny o mocy 200 W, dioda LED o mocy 60 W oraz bateria o pojemności 120 Ah i napięciu 12 V. Obliczmy zużywaną energię:

Dioda LED o mocy 60 W zużywa w ciągu 12 godzin około 720 Wh energii. Bateria o pojemności 120 Ah i napięciu 12 V magazynuje nominalnie 1440 Wh energii; po uwzględnieniu rzeczywistego stopnia rozładowania (około 80%) pozostaje do dyspozycji około 1150 Wh energii. To wystarczy na 1,6 nocnych cykli pracy lampy bez konieczności jej ładowania. Trzy z rzędu deszczowe dni – co często wymagają specyfikacji produktów – stanowią już przeszkodę w normalnym działaniu lampy od pierwszego dnia jej eksploatacji.

Dlaczego system wygląda na początku sprawny podczas uruchamiania? Ponieważ w momencie uruchomienia bank akumulatorów ma na początku 100% naładowania, a pierwszy okres złą pogodą nie nastąpił jeszcze. Awaria jest w zasadzie „wbudowana” w system; wystarczy jedna zła pogodowa seria, by problem się pojawił. Gdy bank akumulatorów jest uszkodzony lub częściowo naładowany i rozładowuje się, napięcie spada szybko, co powoduje wyłączenie układu bezpieczeństwa (LVD – Low Voltage Disconnect), a światło nie zapala się albo w ogóle nie świeci. To właśnie oznacza ten problem, o którym mówimy: „Funkcjonuje w lecie, ale przestaje pracować podczas pory deszczowej”.

Dlaczego odmawiamy wykorzystania akumulatorów z drugiej życiowych (recyklowanych) pojazdów elektrycznych

Niektóre produkty są tańsze ze względu na wykorzystanie powtórnie przetwarzanych baterii do pojazdów elektrycznych. Te baterie przekonają początkowy test wydajności – problemem nie jest ich pojemność w momencie dostawy. Problemem są wszelkie nieznane aspekty: nieznana historia ich eksploatacji, nieznany stopień narażenia na szybkie ładowanie, a także baterie, które zostały wykluczone z dalszej produkcji ze względu na niezgodności w ich parametrach. W lampach ulicznych te baterie pracują w połączeniu przez wiele lat w stanie częściowego naładowania, co utrudnia rozpoznanie procesu ich degradacji. Nasz regulamin stosowany przy produkcji własnych produktów, a także radę dla każdego kupca: Lampy uliczne muszą być wyposażone w raporty wyników testów wydajności całej partii oraz gwarancję na 3–5 lat; w przeciwnym przypadku nie są dopuszczone do użycia.

Diagnozuj, zanim zastąpisz stare elementy

Sekwencja diagnostyki, którą stosujemy, to:

1. Zabierz sobie przerwę, a potem zmierz napięcie na otwartym obwodzie (OCV – Open-Circuit Voltage). Po kilku godzinach odpocinku, jeśli napięcie akumulatora 12 V jest znacznie niższe od nominalnego (na przykład poniżej 11 V), to akumulator jest uszkodzony lub w procesie uszkodzenia. Warto pamiętać, że u akumulatorów typu LiFePO4 napięcie na otwartym obwodzie nie jest dobrym wskaźnikiem poziomu naładowania (SoC – State of Charge), ponieważ strefa spadu napięcia podczas rozładowania jest dosyć równa. Akumulator z 30% naładowania może mieć takie same wartości napięcia jak akumulator z 70% naładowania. W przypadku akumulatorów litowych lepiej zaufać informacjom uzyskanym z systemu zarządzania akumulatorem (BMS – Battery Management System) lub wynikom testów obciążenia; pomiar napięcia na otwartym obwodzie jest przeznaczony wyłącznie do akumulatorów typu ołowiano-kwasowych.

1. Zamień akumulator na sprawny akumulator o identycznych specyfikacjach. Jeśli działanie systemu wróci do normy, to oryginalny akumulator jest bez wątpliwości uszkodzony. To nadal najszybszy sposób diagnostyki na miejscu.

1. Sprawdź źródło zasilania w pełnym słońcu: sprawdź napięcie na otwartym obwodzie panelu słonecznego (Voc – Voltage Open-Circuit) oraz prąd krótkiego obwodu (Isc – Current Short-Circuit) w porównaniu z danymi na tabliczce technicznej panelu. W normalnych warunkach wydajność panelu słonecznego spada średnio o około 0,5% rocznie; niskie wartości tych parametrów wskazują na problem z samym panelem, a nie z akumulatorem.

4.

Sprawdź ustawienia kontrolera w odniesieniu do specyfiki używanej „chemii” (w tym przypadku chodzi o parametry związane z procesem rozładowania baterii). Niewłaściwe ustawienia napięć podczas procesu rozładowania, a także niski próg bezpieczeństwa (LVD – Low Voltage Detection) mogą znacząco skrócić żywotność baterii. Ponadto sprawdź też parametry kabli: zbyt cieniutkie przewodniki oraz korodowane połączenia mogą powodować spad napięcia, co prowadzi do marnotratzenia energii podczas zarówno procesu rozładowania, jak i jej ponownego naładowania.

Zasady dobierania rozmiarów:

– Rozmiar musi odpowiadać warunkom pogodowym typowym dla chmurowych dni, a nie średnich nocnych warunków.” Standardowe wymogi obejmują trzy z rzędu chmurne dni; w przypadku krytycznych obiektów potrzebne są aż pięć takich dni. Najpierw oblicz ilość energii zużytej w ciągu nocy, a dopiero potem wybrać odpowiedni typ akumulatora. – Zachowuj ograniczony poziom dziennego rozładowania akumulatora.” Minimalizacja ilości energii zużytej w ciągu dnia to najskuteczniejszy sposób przedłużenia żywotności akumulatora – akumulator, którego poziom rozładowania nie przekracza 50% dziennie, ma znacznie dłuższy okres eksploatacji niż ten, którego poziom rozładowania wynosi 90%, przy tym ilość dostarczonej energii jest identyczna. – **Wybierz odpowiedni typ chemii akumulatora do danej aplikacji.” Akumulatory typu LiFePO4 od renomowanych producentów zwykle zapewniają ponad 2000 cykli pracy, charakteryzują się lepszą termiczzną stabilnością oraz większą odpornością na nadmierny wzrost temperatury w porównaniu z innymi typami akumulatorów litio-jonowych. Do transportu akumulatory tego typu muszą spełniać wymogi normy UN 38.3, a do zastosowań stacjonarnych muszą spełniać wymogi normy IEC 62619.

Czytaj warunki gwarancji jako specyfikację inżynieryjną.

Gwarancja na jakość działania akumulatora na okres 3–5 lat jest standardowym wymogiem w przypadku wysokiej jakości banków akumulatorowych. Nasza rekomendacja: aby gwarancja określała procent utrzymania pojemności akumulatora w określonym roku (proponujemy co najmniej 80% pojemności po trzecim roku, w formie pisemnej). Gwarancja, która obejmuje tylko przypadki awarii akumulatora, ale nie odnosi się do pojemności, nie pokrywa właściwego ryzyka – to pojemność akumulatora jest w rzeczywistości tym, co najczęściej ulega uszkodzeniom.

Co na tej stronie nie jest opisane

Na tej stronie omawiane są aspekty stanu zdrowia akumulatorów, ich wielkości oraz sposoby ich zakupu w kontekście słonecznych latarni z układem połączenia typu DC. Nie są uwzględniane kwestie wyboru typu chemicznego akumulatorów (patrz porównanie typów akumulatorów: gel, AGM i typ z wypełnionym elektrolitem), konfiguracji z dwoma akumulatorami (patrz analiza awarii w takich układach) ani wpływu temperatury na działanie banków akumulatorowych (patrz temperatura otoczenia akumulatorów). Jeśli chcesz uzyskać kompletną jednostkę składającą się z banku akumulatorów, kontrolera i panelu słonecznego, których parametry zostały dostosowane w fabryce, sprawdź produktów z serii słoneczne latarnie typu „all-in-one).