Двухаккумуляторная фотovoltaическая система: Основная конфигурация и анализ неисправностей наружных солнечных уличных фонарей
Наружные солнечные уличные фонари в основном используют двухаккумуляторную фотovoltaическую систему, которая работает в последовательной или параллельной комбинации для обеспечения стабильности электропитания и продления срока службы аккумуляторов. Однако совместная работа двух аккумуляторов означает, что неисправность любого из них может повлиять на всю систему. Ниже подробно рассматриваются распространенные проблемы двухаккумуляторных систем с точки зрения явлений, принципов, причин и решений.
I. Феномены неисправностей: типичные проявления аномалий двухаккумуляторных систем
1. Краткое замыкание (прямое соединение между положительным и отрицательным полюсами любого аккумулятора)
- Уличный фонарь внезапно гаснет и не может возобновить работу даже после воздействия солнечного света;
- В районе отсека аккумуляторов или подключающих линий наблюдается аномально высокая температура, возможно, сопровождающаяся запахом горения из изоляционного слоя;
- Неисправный аккумулятор вздувается, течет (для свинцово-кислотных аккумуляторов) или имеет трещину в корпусе (для литиевых аккумуляторов); в системах с последовательным соединением другой аккумулятор может одновременно нагреваться;
- Индикаторное светодиодное устройство контроллера погашено или отображает код защиты от перегрузки, не удается нормально запустить.
2. Открытое цепь (разрыв любой цепочки аккумулятора)
- Уличный фонарь полностью не функционирует, даже при достаточном солнечном свете нет реакции на подачу электропитания;
- Аккумулятор не имеет明显ого внешнего повреждения, нет нагревания или утечки;
- В системах с последовательным соединением общее напряжение, измеренное простым инструментом для измерения напряжения, составляет 0; в параллельных системах общее напряжение падает до уровня одного аккумулятора и не может приводить нагрузку;
- Контроллер может отображать сообщения "Прервано подключение аккумулятора" или "Низкое напряжение".
II. Принципы подключения и влияние неисправностей на двухаккумуляторные системы
Режимы последовательного и параллельного соединения двухаккумуляторной системы определяют путь и масштаб распространения неисправностей:
1. Последовательное соединение (суммирование напряжения, например, два 12V аккумулятора образуют 24V систему)
- Если один аккумулятор имеет открытую цепь: вся цепь прервана, система не имеет выходного напряжения, уличный фонарь парализован, но другой аккумулятор остается неповрежденным;
- Если один аккумулятор имеет короткое замыкание: внутреннее сопротивление замыкнутого аккумулятора резко снижается, вынуждая другой аккумулятор выдавать большой ток в цепь короткого замыкания, вызывая переразрядку, перегрев или даже повреждение. Общее напряжение системы резко падает до уровня одного аккумулятора, не способного приводить нагрузку;
- Долгосрочное влияние: если характеристики одного аккумулятора ухудшаются (емкость снижается более чем на 30%), это приведет к тому, что другой аккумулятор будет часто перезаряжаться и переразряжаться, что сократит его срок службы более чем на 50%.
2. Параллельное соединение (суммирование емкости, например, два 100Ah аккумулятора образуют 200Ah систему)
- Если один аккумулятор имеет открытую цепь: общая емкость системы уменьшается в два раза, уличный фонарь может работать, но срок службы аккумулятора сокращается на 50%, и другой аккумулятор работает один без повреждения;
- Если один аккумулятор имеет короткое замыкание: цепь короткого замыкания снижает напряжение системы практически до 0V, вызывая мгновенное переразрядку другого аккумулятора, сгорание его пластин или отсев элементов, и полную парализацию системы;
- Долгосрочное влияние: аккумулятор с ухудшенными характеристиками будет шунтировать ток, заставляя другой аккумулятор работать при длительной высокой нагрузке, ускоряя угасание емкости.
III. Распространенные причины неисправностей двухаккумуляторных систем
Сложная наружная среда является основной причиной неисправностей двухаккумуляторных систем:
1. Причины коротких замыканий
- Дождевые воды проникают в отсек аккумуляторов, вызывая водяное мостиковое соединение между клеммами (особенно в общем точках подключения параллельных систем, которые склонны к накоплению воды);
- Изоляционный слой линии изнашивается металлическими компонентами внутри столба фонаря, приводя к прямому контакту между положительным и отрицательным проводами;
- Старение аккумулятора вызывает повреждение внутренней мембраны (литиевые аккумуляторы) или обрывание и накопление пластин ( свинцово-кислотные аккумуляторы);
- Мгновенное высокое напряжение от ударов молнии разрушает изоляционный слой, вызывая короткое замыкание в точке подключения двух аккумуляторов.
2. Причины открытой цепи
- Окисление и коррозия подключающих клемм (при сильных дождах или высокой влажности), приводящие к плохому контакту или даже разрыву;
- Ослабление швов сварки клемм аккумуляторов (при длительном вибрации, например, уличных фонарей в ветренных районах);
- Низкие температуры вызывают застывание электролита в аккумуляторах (свинцово-кислотные аккумуляторы), вызывая внутренние открытые цепи;
- Внешнее повреждение (например, столкновения при строительстве), приводящее к разрыву линии или повреждению корпуса аккумулятора.
IV. Защита и решения для двухаккумуляторных систем
На основе совместных характеристик двух аккумуляторов, меры должны быть приняты из трех аспектов: подбор, защита и обслуживание:
1. Оптимизация выбора системы
- Использовать контроллер с "балансировочной защитой двух аккумуляторов" для автоматического обнаружения состояния отдельных аккумуляторов и предотвращения перезарядки и переразрядки;
- Два аккумулятора должны соответствовать по марке, модели и емкости (погрешность ≤5%); смешивание старых и новых аккумуляторов запрещено;
- Системы с последовательным соединением отдают предпочтение элементам с высокой стойкостью к току, а параллельные системы оборудуются индивидуальными предохранителями для каждого аккумулятора.
2. Усиление наружной защиты
- Отсек для аккумуляторов выполнен в соответствии с стандартом защиты IP67; клеммы изготовлены из материала с никелевым покрытием, защищающим от окисления; на параллельных общих точках соединения установлены изоляционные экраны;
- Линии прокладываются через трубы, чтобы избежать прямого контакта с металлическими компонентами, с учетом буферной длины на изгибах;
- В районах, подверженных грозам, устанавливаются устройства защиты от скачков напряжения (SPD), а сопротивление заземления контроллера ≤4Ом.
3. Регулярное техническое обслуживание
- Ежемесячная проверка подключающих клемм двух аккумуляторов на ослабление и коррозию; немедленно очищать и перекручивать, если обнаружены проблемы;
- Ежеквартальное определение емкости отдельных аккумуляторов (дизарядный тест); своевременно заменять парные аккумуляторы, когда разница превышает 10%;
- Заменять весь набор аккумуляторов после достижения срока службы 3 лет ( свинцово-кислотные) или 5 лет (литиевые), чтобы избежать цепных неисправностей, вызванных различиями между новыми и старыми аккумуляторами.
Итог
Двухаккумуляторная фотovoltaическая система является основной конфигурацией наружных солнечных уличных фонарей, и ее характеристики последовательного и параллельного соединения определяют цепное воздействие неисправностей. Определяя типичные явления коротких замыканий и открытых цепей, понимая роль принципов подключения в распространении неисправностей и усиливая целенаправленную защиту и обслуживание, можно значительно снизить уровень неисправностей системы, обеспечивая долгосрочную стабильную работу фонарей.