انواع باتری ها و عملکرد آنها
مقدمه:
در این مقاله هدف آشنایی با انواع باتری و کاربردهای آنها میباشد تا در انتخاب هرچه صحیح تر باتری بتواند استفاده کننده را، راهنمایی کند.
باتریها انرژی الکتریکی را به صورت شیمیایی در خود ذخیره می کنند. در سامانه های فتوولتاییک باتری ها وظیفه پشتیبانی در طول شب و در روزهای ابری را به عهده دارند. از آنجا که توان خروجی صفحات فتوولتاییک در طول روز متغییر میباشد، یک باتری ذخیره کننده می تواند یک منبع نسبتا ثابت برای تولید توان باشد. تا تغییرات نور تابیده شده به صفحات را جبران کند. مزیت دیگر استفاده از باتری در سیستم های خورشیدی تامین جریان راه اندازی موتور های الکتریکی است.
از طرف دیگر باتری ها لوازمی با بهره دهی صد در صد نیستند و مقداری از انرژی را به صورت گرما در واکنش های شیمیایی، در طول شارژ و دشارژ از دست می دهند، برای جبران این انرژی تلف شده باید راندمان باتری را در طراحی سیستم خورشیدی لحاظ کرد.
انواع باتری از نظر ساختار:
به طور کل میتوان باتری ها را به دو دسته قابل شارژ و یک بار مصرف تقسیم کرد. در زیر برخی از انواع باتری های یک بار مصرف آورده شده است:
- Alkaline battery
- Aluminium battery
- Dry cell
- Lithium battery
- Mercury battery
در سیستم های فتوولتاییک باتری های یک بار مصرف جایگاهی نداشته و تنها از باتری های قابل شارژ در این سیستم ها استفاده می گردد. در زیر برخی از انواع باتری های قابل شارژ ذکر گردیده:
- Lead-acid battery
- Lithium-ion battery
- Nickel-cadmium battery
- Nickel-iron battery
- Nickel metal hydride battery
- Nickel-zinc battery
- Sodium-ion battery
در اغلب سیستم های خورشیدی به علت پر هزینه بودن دیگر انواع باتری های قابل شارژ، از باتری های سرب اسید استفاده میشود، تنها در معدود موارد از باتری های نیکل کادمیوم یا انواع دیگر آن برای ذخیره انرژی استفاده میشود که کاربرد های خاص دارند.
باتری های سرب اسید را میتوان به دو دسته تقسیم کرد:
۱- باتری سرب اسید تر ( floaded lead acid battery)
۲- باتری سرب اسید خشک یا سر بسته ( VRLA –Valve Regulated Lead Acid Battery )یا
( SLA-Sealed Lead Acid Battery)
باتریهای خشک نیز به دو دسته تقسیم میشوند:
۱- AGM Battery
۲- GEL Battery
باتری های قدیمی که در خودرو ها مورد استفاده قرار می گرفت از نوع سرب اسید تر میباشند. در این نوع باتری ها از محلول آب اسید استفاده میشود و مزیت آن قیمت مناسب این نوع باتری است.همچنین این نوع باتری معایبی هم دارد که میتوان به تعمیر و نگهداری مداوم و خطرات احتمالی استفاده از اسید را اشاره کرد.
امروزه استفاده از باتری های خشک نسبت به باتری های تر به علت کاهش هزینه تعمیر و نگهداری افزایش یافته است.
انواع باتری از نظر کاربرد:
شرکت های بزرگ باتری سازی، انواع گوناگون باتری را متناسب با کاربرد آن در اختیار مصرف کننده قرار میدهند. این باتری ها از نظر مواد سازنده تقریبا یکسان بوده و تنها از نظر ساختار و نحوه ی تولید با یکدیگر متفاوت میباشند. در زیر برخی از کاربردهای رایج باتری های سرب اسید ذکر گردیده:
۱- GENERAL PURPOSE
۲- DEEP CYCLE
۳-SOLAR POWER
۴-LONG LIFE STANDBY
۵- HIGH RATE / UPS
۶-ELECTRIC MOTOR
ویژگی های باتری سیستم های خورشیدی
باتری مورداستفاده در سیستم های خورشیدی به علت استفاده مداوم هر روزی از آنها در درجه اول باید دارای طول عمر بالا باشند. به طور کل طول عمر یک باتری بر حسب تعداد سیکل شارژ و دشارژ و میزان سطح دشارژ باتری بیان میشود. به عنوان مثال در نمودار زیر طول عمر یک باتری AGM در سطح دشارژ ۴۰ درصد در حدود ۱۵۰۰ سیکل بیان میشود. در سیستم های خورشیدی باتری ها در طول روز توسط پنل شارژ و در طول شب توسط مصرف کننده دشارژ میشوند. لذا هر شبانه روز یک سیکل شارژ و دشارژ برای باتری محسوب میشود. در نتیجه طول عمر باتری مذکور برابر ۱۵۰۰ روز که در حدود ۴ سال خواهد بود . در طراحی یک سیستم خورشیدی سطح دشارژ باتری توسط طراح باید به گونه ای در نظر گرفته شود که طول عمر باتری بسیار کوتاه نباشد.همان طور که در تصویر زیر مشاهده میشود در صورتی که باتری تا سطح ۸۰ درصد دشارژ شود تنها قادر به تامین ۵۰۰ سیکل خواهد بود و این به معنای تنها یکسال و نیم طول عمر مفید برای باتری است.
شکل ۱ : نمودار طول عمر باتریAGM بر حسب سطح دشارژ آن-مربوط به باتری سیستم خورشیدی
ویژگی مهم دیگر باتری های سیستم های خورشیدی قابلیت دشارژ تا ظرفیت نامی آنها میباشد. (Deep Cycle) باتری های خودرو در صورتی که تنها چند بار به طور کامل دشارژ شوند طول عمر آنها بسیار کاهش می یابد و مستهلک خواهند شد. در سیستم های خورشیدی پس از روزهای ابری باتری ممکن است تا عمق ۸۰ درصد دشارژ شود و باتری باید قابلیت تامین بار را در این شرایط داشته باشد.
ویژگی باتری های مختلف
انواع باتری قابل دسترس که بیشترین سهم را در بازار دارند، شامل باتری های خودرو و همچنین باتری های مخصوص استفاده در دستگاه هایUPS میباشد که به باتری ups شناخته میشوند. ویژگی باتری خودرو تامین جریان لحظه ای بسیار بالا در مدت زمان کم است. این ویژگی در باتری خودرو به علت استفاده از باتری در زمان استارت موتور فراهم گردیده تا جریان مورد نیاز استارتر را تامین کند. مدت زمان استفاده از باتری بسیارکوتاه و مدت زمان شارژ نسبتا طولانی است . در نتیجه استفاده از باتری خودرو در سیستم های خورشیدی کاملا غیر عاقلانه است.
باتری های مورد استفاده در UPS به علت اینکه تنها در زمان های اضطراری و قطع برق مورد استفاده قرار میگیرند دارای تعداد سیکل شارژ و دشارژ کمتری نسبت به باتری های سیستم خورشیدی میباشند. در زیر نمودار طول عمر یک باتری از نوع AGM مخصوص استفاده درUPS نشان داده شده است.
شکل ۲- نمودار طول عمر یک باتری از نوع AGM مخصوص استفاده در UPS
مقایسه انواع باتری ها
همانطور که مشاهده شد در باتری مورد استفاده در دستگاه های UPS، تعداد سیکل عمر باتری در سطح دشارژ ۴۰ درصد در حدود ۷۰۰ سیکل است که نسبت به باتری سیستمهای خورشیدی این میزان نصف گردیده. در باتری مخصوص سیستم خورشیدی تعداد سیکل در سطح دشارژ ۴۰ درصد برابر ۱۵۰۰ سیکل است. متاسفانه در اکثر مواقع باتری های مورد استفاده در سیستم های خورشیدی از نوع UPS بوده و طول عمر آنها تنها یک تا دو سال خواهد بود . از آنجا که هزینه باتری سهم به سزایی در یک سیستم خورشیدی دارد (در حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد هزینه کل سیستم ) انتخاب باتری مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است .
باتری مناسب برای سیستم های خورشیدی
از بین باتری های سرب اسید خشک دو نوع باتری برای سیستم های خورشیدی مناسب میباشند.
۱- باتری سرب اسید خشک از نوع AGM که مخصوص سیستم خورشیدی طراحی شده باشد. این نوع باتری تنها از روی کاتالوگ و مدل نوشته شده بر روی بدنه آن قابل تفکیک است. از نظر ظاهری تفاوتی بین باتری مخصوص خورشیدی و UPS وجود ندارد و تنها از روی کاتالوگ آن قابل تفکیک میباشد. در صورتی که در کاتالوگ باتری هیچ نموداری در مورد طول عمر آن ذکر نشده باشد این باتری از نوع UPS میباشد.
۲-باتری سرب اسید خشک از نوع GEL .
باتری های GEL نسبت به AGM تحمل دمایی بالاتری دارند به دین معنی که در
شرایط محیطی گرم طول عمر بالاتری نسبت به باتری AGM دارند . همچنین باتری
های GEL تعداد سیکل شارژ دشارژ بیشتری نسبت به باتری های AGM در شرایط
یکسان دارند . در زیر نمودار طول عمر یک باتری GEL آورده شده است.
شکل ۳ – نمودار طول عمر باتری GEL
همان طور که مشاهده می شود در سطح دشارژ ۴۰ درصد، عمر باتری برابر ۱۶۳۰ سیکل میباشد.
