Τρίτη, 25 Μαρτίου 2014

Οι συσσωρευτές . (Batteries).

Η μπαταρία ή ηλεκτρικός συσσωρευτής (ενίοτε και απλά συσσωρευτής) είναι η συσκευή η οποία αποθηκεύει χημική ενέργεια και την αποδεσμεύει με τη μορφή ηλεκτρισμού. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ηλεκτροχημικές διατάξεις όπως η γαλβανική στήλη. Η ανάπτυξη των μπαταριών άρχισε με την κατασκευή της Βολταϊκής στήλης από τον Αλεσάντρο Βόλτα. Εικάζεται όμως ότι κάποια αντικείμενα, που χρονολογούνται γύρω στο έτος 600 και είναι γνωστά σαν Μπαταρίες της Βαγδάτης, είχαν χρησιμοποιηθεί τότε για την παραγωγή μικρής ποσότητας ηλεκτρισμού.
Ο συσσωρευτής στην ηλεκτρολογία είναι χημική πηγή ρεύματος, ικανή να αποθηκεύσει ηλεκτρική ενέργεια (αφού τη μετατρέψει σε χημική) και όταν χρειαστεί, να την αποδώσει σε εξωτερικό κύκλωμα.
Αποτελείται από δοχείο κατασκευασμένο από μονωτικό υλικό (εβονίτη, πλαστικό, γυαλί) με ηλεκτρολύτη (οξύ ή άλκαλι), στο οποίο βυθίζονται τα ηλεκτρόδια.
Η σύνδεσή τους σε εξωτερικό κύκλωμα προκαλεί σε αυτό διέλευση ρεύματος (εκφόρτιση του ηλεκτρικού συσσωρευτή). Έτσι, στον ηλεκτρικό συσσωρευτή γίνονται χημικές διεργασίες, που έχουν σχέση με τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική.
Ο εκφορτισμένος ηλεκτρικός συσσωρευτής φορτίζεται όταν περάσει από αυτόν συνεχές ρεύμα από άλλη πηγή, ενώ ταυτόχρονα στον ηλεκτρικό συσσωρευτή γίνονται αντίστροφες χημικές διεργασίες, με τις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε χημική.

Ο ηλεκτρικός συσσωρευτής χαρακτηρίζεται από τη χωρητικότητα, δηλ. την ποσότητα του ηλεκτρισμού σε αμπερώρια, που μπορεί ο συσσωρευτής να δώσει στο κύκλωμα που τροφοδοτεί, από τη μέση τάση σε Volt κατά το χρόνο της φόρτισης και εκφόρτισης, από την ειδική ενέργεια κατά βάρος και όγκο, δηλ. την ενέργεια σε βατώρια που παρέχεται κατά την εκφόρτιση από 1 kgr βάρους ή 1 δεκατόμετρο του όγκου του ηλεκτρικού συσσωρευτή, από την απόδοση κατά χωρητικότητα, δηλ. τον λόγο της ποσότητας των αμπερωρίων που αποδίδεται κατά την εκφόρτιση προς την ποσότητα των αμπερωρίων που απορροφάται κατά τη φόρτιση, από την απόδοση κατά ενέργεια (ή βαθμό απόδοσης), δηλ. το λόγο της ενέργειας που αποδίδεται κατά την εκφόρτιση προς την ενέργεια που απορροφάται κατά τη φόρτιση.
Υπάρχουν ηλεκτρικοί συσσωρευτές σε μόνιμη εγκατάσταση (για τις ανάγκες των ηλεκτρικών σταθμών, των τηλεφωνικών και τηλεγραφικών σταθμών, των ραδιοσταθμών κ.ά.) και φορητοί (για τροφοδότηση κινητών ραδιοσυσκευών και συσκευών ενσύρματης επικοινωνίας, αυτοκινήτων, αεροπλάνων κ.ά.).
Οι συσσωρευτές (μπαταρίες) παρέχουν την δυνατότητα αποταμίευσης της ηλεκτρικής ενέργειας, μετατρέποντάς την σε χημική, για να την αποδώσουν οποιαδήποτε στιγμή χρειαστεί στην αρχική της μορφή δίνοντας έτσι την λύση στο πρόβλημα της συχνής ασυμφωνίας ζήτησης και παροχής της ηλεκτρικής ενέργειας.
Η ηλεκτρική ενέργεια είναι αποτέλεσμα μιας αυθόρμητης χημικής αλλαγής (δηλαδή μιας αντίδρασης redox με αρνητική ελεύθερη ενέργεια) μέσα στο συσσωρευτή.
Η δομική ηλεκτροχημική μονάδα του συσσωρευτή είναι το στοιχείο (cell) που συνίσταται από μια θετική και μια αρνητική πλάκα, βυθισμένες σε ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη και περιέχονται σε ένα δοχείο.
Για κάθε εφαρμογή είναι απαραίτητα τα χαρακτηριστικά του συσσωρευτή που θα καθορίσουν τις απαιτήσεις στις ηλεκτροδιακές αντιδράσεις και θα ορίσουν το σχέδιο του κελιού. 

Το ενεργό υλικό από την θετική και την αρνητική πλάκα είναι ένας συνδυασμός υλικών τα οποία είναι και οι βασικοί συντελεστές της ηλεκτροχημικής αντίδρασης μέσα στη κυψελίδα. 
Η ποσότητα του ενεργού υλικού μέσα στη μπαταρία είναι ανάλογη της χωρητικότητάς της.
Όσον αφορά την τάση της συστοιχίας συσσωρευτών αυτή επιλέγεται συνήθως με βάση το μέγεθος του συστήματος. Μικρά συστήματα με ισχύ φωτοβολταϊκού κάτω από 1000Watts και αντιστροφείς κάτω από 1.200Watts επιλέται 12V. Μεσαία συστήματα με ισχύ φωτοβολταϊκού 1000-2000Watts και αντιστροφείς κάτω από 3.500Watts επιλέται 24V.Μεγαλύτερα συστήματα με ισχύ φωτοβολταϊκού πάνω από 2000Watts και αντιστροφείς πάνω από 3.500Watts επιλέται 48V.
Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στις μπαταρίες ανοιχτού τύπου στην διαδικασία εξισορρόπησης (Equalizing) η οποία πρέπει να γίνεται 2-3 φορές το χρόνο και βοηθάει στην μακροβιότητα των συσσωρευτών. 
Συνίστατια στην εφαρμογή τάσης αρκετά μεγαλύτερης από την ονομαστική για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.Συνήθως καλοί ρυθμιστές φόρτισης κάνουν αυτόματα την διαδικασία .

Βασικά χαρακτηριστικά των συσσωρευτών είναι η τάση τους (2Volts, 4V, 6V, 12V), η χωρητικότητα (σε Ah) και οι κύκλοι φόρτισης εκφόρτισης. 
Η χωρητικότητα πολλαπλασιαζόμενη με την τάση δίνει την αποθηκευμένη ενέργεια σε Wh. 
Σημειώνεται ότι για λόγους μη γήρανσης των μπαταριών ποτέ δεν λαμβάνεται όλη η αποθηκευμένη ενέργεια αλλά ποσοστό της. 
Οι κύκλοι φόρτισης εκφόρτισης δείχνουν την αναμενόμενη διάρκεια ζωής ενός συσσωρευτή και εξαρτώνται άμεσα από τη χρήση του (ποσοστό εκφόρτισης). Έτσι μία μπαταρία που υφίσταται βαθιές εκφορτίσεις πχ 80% μπορεί να αντέξει 400 κύκλους, ενώ η ίδια μπαταρία για εκφόρτιση μόλις 20% μπορεί να αντέξει 1200 κύκλους. 
Ειδικά στα φωτοβολταϊκά συστήματα, η εκφόρτιση των συσσωρευτών είναι αρκετά συχνή και σε αρκετά μεγάλο βάθος.
Για να αντέξει για πολλούς τέτοιους κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης, θα πρέπει οι πλάκες μολύβδου του συσσωρευτή να έχουν αρκετά μεγάλο πάχος.
Αν είναι λεπτές όπως στις φθηνές μπαταρίες αυτοκινήτου σύντομα θα φθαρούν καταστρέφοντας το συσσωρευτή.
Οι μπαταρίες αυτοκινήτου για παράδειγμα,
έχουν περισσότερες πλάκες αλλά λεπτές, για πολλά Ampere εκκίνησηs ενός οχήματος.
Ποτέ όμως δεν εκφορτίζονται περισσότερο από 5-10% και αμέσως μετά την εκκίνηση το δυναμό φροντίζει να τις επαναφορτίσει πλήρως.
Γι΄ αυτό αντέχουν άνετα μερικά χρόνια με καθημερινή χρήση, ενώ σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα με καθημερινές βαθιές εκφορτίσεις καταστρέφονταi μέσα σε ελάχιστες εβδομάδες .

Tα πιο συνηθισμένα είδη συσσωρευτών:

Lead-Acid (μολύβδου-οξέος)
 
A. Aνοιχτού τύπου
Οι ανοιχτού τύπου μπαταρίες συγκριτικά με τις μπαταρίες κλειστού τύπου έχουν το μειονέκτημα της αυξημένης συντήρησης (συνίσταται σε περιοδικό έλεγχο της στάθμης των υγρών) αλλά με παρόμοιο κόστος προσφέρεται ψηλότερη αποθηκευμένη ενέργεια για περισσότερους κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης και ισχυρότερη αντοχή σε βαθιές εκφορτίσεις.


Semi Traction










έλξης (Traction/Motive)ανοικτού τύπου με υγρό ηλεκτρολύτη
Σωληνωτή θετική πλάκα   
Στιβαρή και ανθεκτική κατασκευή
Μειωμένες απαιτήσεις και χρόνος συντήρησης 
Ισχυρή απόδοση και αξιοπιστία 
Μεγάλη διάρκεια ζωής (σε κυκλική καταπόνηση) 
Ανακυκλώσιμες  

B. Kλειστού τύπου Semi Traction (VRLA, AGM & GEL) με αυτόματη βαλβίδα εκτόνωσης .
Δεν απαιτείται συντήρηση (με προσθήκη νερού ή ηλεκτρολύτη)
Eπιλέγονται κυρίως όταν τοποθετούνται σε κινούμενες κατασκευές (σκάφη-τροχόσπιτα) ή σε χώρους μη καλά αεριζόμενους όπου στεγάζονται άνθρωποι.
Μεγάλη διάρκεια ζωής .
                 
AGM
(αυτοκίνητα, επικουρικά συστήματα αναμονής, βιομηχανία)

 


GEL
(αυτοκίνητα, επικουρικά συστήματα αναμονής, βιομηχανία)
  
 













VRLA SP
Μπαταρίες κατάλληλες για συστήματα αδιάλειπτης τροφοδοσίας (UPS),συστήματα ασφαλείας, τηλεπικοινωνιακά συστήματα, εργοστάσια παραγωγής ενέργειας,  συναγερμών & φωτισμού, συστήματα αυτοματισμού & σηματοδότησης, ηλεκτρολογικό εξοπλισμό, Βιομηχανικός εξοπλισμός .
Τεχνικά Χαρακτηριστικά  
Εύρος χωρητικότητας: 33-210Ah
Εύρος τάσης: 6–12V 
Κατηγοριοποίηση EUROBAT: High Performance 
Δυνατότητα τοποθέτησης σε οποιαδήποτε θέση (οριζόντια ή κάθετη) 
Τεχνολογια VRLA AGM κλειστού τύπου με αυτόματη βαλβίδα εκτόνωσης
Μεγάλη διάρκεια ζωής (10-12 χρόνια στους 20οC) 

C. 2Volt OPZV (GEL)









D. 2Volt OPZS (liquid electrolyte)





Nickel-Cadmium (νικελίου-καδμίου)
(επικουρικά συστήματα αναμονής, βιομηχανία, φωτισμός τραίνων, εκκίνηση μηχανών αεροπλάνων )

Nickel-Iron (νικελίου–σιδήρου)

Nickel-Hydrid (νικελίου–υδριδίου)

Λιθίου

Pb-Sd (μολύβδου-αντιμονίου).

Αργύρου-Ψευδαργύρου
( μικρές φορητές πηγές ενέργειας όπως φακοί, ραδιόφωνα, παιχνίδια)
 


Vanadium-Redox .


Specific energy 10–20 Wh/kg (36–72 J/g)
Energy density 15–25 Wh/L (54–65 kJ/L)
Charge/discharge efficiency 75-80%<.
Time durability 10–20 years
Cycle durability >10,000 cycles
Nominal cell voltage 1.15–1.55 V
(με υψηλό βαθμό απόδοσης και υψηλό αριθμό κύκλων λειτουργίας(16.000) για μεγάλα συστήματα, επαναφορτίζονται και ηλεκτρικά αλλά και μηχανικά ενώ μπορούν να εκφορτιστούν τελείως χωρίς πρόβλημα).


Συγκεκριμένα για τα φωτοβολταϊκά συστήματα, όπου οι ανάγκες της κατανάλωσης δε συμβαδίζουν συχνά με τις ώρες παραγωγής και την παραγόμενη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, περισσότερο κατάλληλοι είναι οι συσσωρευτές που μπορούν να υποστούν βαθιά εκφόρτιση χωρίς να αλλοιώνεται η χωρητικότητά τους και να μειώνεται διαρκώς ο χρόνος ζωής τους. 


Οι συσσωρευτές που χρησιμοποιούνται είναι επαναφορτιζόμενοι και κατηγοριοποιούνται ως δευτερογενείς συσσωρευτές (μολύβδου) σε αντιδιαστολή με τους πρωτογενείς οι οποίοι έχουν ήδη αποθηκευμένη
χημική ενέργεια και δεν μπορούν να επαναφορτιστούν (ορισμένοι
λιθίου).


Στους επαναφορτιζόμενους συσσωρευτές ανήκουν εκτός από τους μολύβδου-οξέος και οι νικελίου-καδμίου, νικελίου-σιδήρου και ορισμένοι
λιθίου επαναφορτιζόμενοι .
Υπολογισμός κατανάλωσης φωτοβολταϊκού συστήματος.

Κάθε συσκευή έχει πάνω της μια μικρή ετικέττα που αναγράφει την ηλεκτρική κατανάλωση της συσκευής σε Watt. Για παράδειγμα, μια μικρή τηλεόραση μπορεί να γράφει 50 Watt. Αυτό σημαίνει ότι η παραπάνω ηλεκτρική συσκευή θα καταναλώνει σε πλήρη λειτουργία 50 watt για κάθε ώρα που θα λειτουργεί. Αν θέλουμε λοιπόν να λειτουργούμε αυτή τη συσκευή για 4 ώρες καθημερινά, τότε θα καταναλώνει 200 Watt/hours (βατ/ώρες) κάθε μέρα (50W επί 4 ώρες = 200W/h).

Με αυτό τον τρόπο υπολογίζουμε την ημερήσια κατανάλωση σε Watt/hours για κάθε συσκευή που σκοπεύουμε να λειτουργούμε και στο τέλος αθροίζουμε όλες αυτές τις ημερήσιες καταναλώσεις των επιμέρους συσκευών, για να βρούμε τη συνολική κατανάλωση σε Watt/hours ανά 24ωρο όλων των συσκευών μαζί. Αυτή τη συνολική κατανάλωση θέλουμε να καλύψουμε με το φωτοβολταϊκό σύστημα.

Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι με τον παραπάνω τρόπο υπολογίσαμε ότι όλες μαζί οι συσκευές μας θα καταναλώνουν 1.200 Watt/hours κάθε 24ωρο. Ας δούμε πόσα πάνελ χρειάζονται και πόσοι συσσωρευτές (μπαταρίες) οι οποίοι θα αποθηκεύουν την ενέργεια που θα παράγουν τα πάνελ.

Υπολογισμός ισχύος των φωτοβολταϊκών πάνελ. Για να βρούμε την απαιτούμενη ισχύ των πάνελ, διαιρούμε τη συνολική ημερήσια κατανάλωση όλων των συσκευών δια 5 (ή δια 3,5 αν είναι και για χειμερινή χρήση). Στο παραπάνω παράδειγμα που υπολογίσαμε ότι όλες οι συσκευές μας θα καταναλώνουν 1.200 Watt/hours ανά 24ωρο, χρειάζονται 1.200W/h δια 5 = 240 Watt/p ισχύος σε φωτοβολταϊκά πάνελ (για άνοιξη-καλοκαίρι-φθινόπωρο).

Υπολογισμός χωρητικότητας συσσωρευτών, οι οποίοι πρέπει να είναι βαθιάς εκφόρτισης. Για να βρούμε την απαιτούμενη χωρητικότητα των 12βολτων συσσωρευτών, διαιρούμε πάλι τη συνολική κατανάλωση όλων των συσκευών δια 12. Στο παραπάνω παράδειγμα που υπολογίσαμε ότι όλες οι συσκευές μας θα καταναλώνουν 1.200 Watt/hours ανά 24ωρο, χρειάζονται 1.200W/h δια 12V = 100 ΑΗ (αμπερώρια) χωρητικότητας συσσωρευτών.

Επειδή όμως δεν επιτρέπεται να εκφορτίζονται πλήρως οι συσσωρευτές, διπλασιάζουμε την παραπάνω χωρητικότητα, άρα στο συγκεκριμένο παράδειγμα απαιτούνται 200ΑΗ χωρητικότητας σε 12βολτους συσσωρευτές. Όσο μεγαλύτερη από την απαιτούμενη χωρητικότητα επιλέγουμε, τόσο το καλύτερο για τη διάρκεια ζωής των συσσωρευτών. Μπορούμε να συνδέσουμε μεταξύ τους παράλληλα όσους συσσωρευτές χρειάζονται για πετύχουμε τη χωρητικότητα που θέλουμε.

Για να προβλέψουμε και για κάποιες - αναπόφευκτες - απώλειες του συστήματος, πρέπει να αυξήσουμε τα παραπάνω μεγέθη φωτοβολταϊκών και μπαταριών κατά 15% έως και πάνω από 40%, ανάλογα με τα υποσυστήματα που θα χρησιμοποιήσουμε.
Καθώς οι έρευνες γύρω από τα φωτοβολταϊκά συνεχίζονται ανελλιπώς όλο και νέες τεχνολογίες αναπτύσσονται με μοναδικό στόχο την αύξηση του βαθμού απόδοσης της φωτοβολταϊκής μετατροπής στο μέγιστο με απλούς & oικονομικούς τρόπους.
Γενικά, θεωρείται ότι οι παραδοσιακές φωτοβολταϊκές τεχνολογίες δεν είναι
αποδοτικές διότι αποτυγχάνουν να συλλέξουν πολύ μεγάλο ποσοστό του διαθέσιμου ηλιακού ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Αξίζει να αναφερθεί εδώ ότι πρόσφατα η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Μισούρι ανέπτυξε ένα λεπτό, εύκαμπτο φύλλο νανοκεραιών (nantennas), οι οποίες εκτός από το φως, μπορούν ακόμα να συλλέγουν τη θερμότητα που παράγεται από βιομηχανικές διαδικασίες και την μετατρέπουν άμεσα σε ηλεκτρική.
Φιλοδοξία των επιστημόνων είναι να εφαρμόσουν την τεχνολογία σε μια συσκευή εξοπλισμένη με νανοκεραίες οι οποίες στραμμένες απευθείας προς τον ήλιο θα
συλλέγουν την υπέρυθρη ακτινοβολία του ηλιακού φάσματος.
Άλλη μια σημαντική έρευνα που εκπονήθηκε στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ και αξίζει να σημειωθεί είναι μια νέα ηλιακή κυψέλη, ικανή να αυξήσει την αποδοτικότητα των φωτοβολταϊκών κατά 25% , συγκριτικά με τα συμβατικά πάνελ σιλικόνης.
Όπως ανακοινώθηκε, οι Βρετανοί ερευνητές ανέπτυξαν μια υβριδική ηλιακή κυψέλη, που μπορεί να μετατρέψει το 44% του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, δηλαδή 25% περισσότερο συγκριτικά με τις συμβατικές ηλιακές κυψέλες.
Οι ηλιακές κυψέλες μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια.
Μέσω ημιαγώγιμων υλικών, όπως η σιλικόνη, απορροφούν ενέργεια από τα σωματίδια του φωτός, που ονομάζονται φωτόνια, και τροφοδοτούν τα ηλεκτρόνια για την παραγωγή ηλεκτρισμού.
Το πρόβλημα είναι ότι τα πάνελ σιλικόνης δενμπορούν να απορροφήσουν όλη την ενέργεια του φωτονίου, με αποτέλεσμα μεγάλο μέρος να χάνεται.
Συνήθως μια ηλιακή κυψέλη παράγει ένα ηλεκτρόνιο για κάθε φωτόνιο που αιχμαλωτίζεται .


                                                 SOLAR THINFILM .
                                 MONOCRYSTALINE PANEL


                                       POLYCRYSTALINE PANEL

Κυριακή, 16 Μαρτίου 2014

Ο ιστιοτοπος αυτός δημιουργήθηκε για την προώθηση πληροφοριών που αφορούν κάθε τύπο μπαταρίας (αυτοκινήτου, μοτοσυκλέτας, σκάφους, φωτοβολταϊκών συστημάτων και άλλων εφαρμογών) .
Επίσης θα παραθέτονται τιμές, αξιολογήσεις τεχνικές προδιαγραφές καθώς και κάθε νέο που αφορά τις μπαταρίες.

Πίνακας εγγυημένων τιμών φωτοβολταϊκών σε στέγες.