Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τις μπαταρίες ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού; Γιατί όταν έχει κρύο οι μπαταρίες μας
Κάθε χειμώνα είναι δεκάδες τα τηλεφωνήματα από χρήστες αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων (συνήθως όχι πελάτες μας) που μας ρωτάνε αν οι μπαταρίες φωτοβολταικών που εγκατέστησαν το καλοκαίρι χαλάσανε μόλις σε λίγους μήνες καθώς νιώθουν ότι εκφορτίζονται γρηγορότερα. Στο 99% των περιπτώσεων είτε δεν έχουν εγκατασταθεί στο σωστό σημείο οι μπαταρίες, είτε δεν έχει ρυθμιστεί σωστά οι θερμοκρασιακή αντιστάθμιση στον ελεγκτή φόρτισης...
Οι ιδανικές θερμοκρασίες λειτουργίας των μπαταριών ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος είναι γύρω στους 20-25°C. Ως εκ τούτου, συνήθως οι μπαταρίες τοποθετούνται - μαζί με το υπόλοιπο σύστημα (αντιστροφέα-ρυθμιστή φόρτισης) - σε κάποια αποθήκη ή στεγαζόμενο εξωτερικό χώρο.
Αν η μπαταρία πρόκειται να λειτουργήσει σε χαμηλές θερμοκρασίες κάτω από τους 10°C (ή πολύ υψηλές άνω των 30°C) το γεγονός αυτό θα πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη για τη σωστή φόρτιση των μπαταριών. Οι πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (ή οι πολύ υψηλές) μπορεί να μειώσουν τους κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης μίας μπαταρίας.
Πώς συμβαίνει αυτό? Με την αύξηση της θερμοκρασίας η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας μειώνεται γιατί επιταχύνονται οι χημικές αντιδράσεις μεταξύ των μολύβδου των πλακών και του θειϊκού οξέος του ηλεκτρολύτη. Η μείωση της εσωτερικής αντίστασης συνεπάγεται τη μείωση της τάσης της μπαταρίας. Το αντίθετο συμβαίνει με την πτώση της θερμοκρασίας και λειτουργία της μπαταρίας σε κρύο καιρό, η τάση αυξάνεται:
Η τάση μειώνεται κατά 4mV/°C για ένα 2βολτο στοιχείο μολύβδου-οξέος. Ακριβώς αυτή η μεταβολή της τάσης της μπαταρίας με τη θερμοκρασία θα πρέπει να τυγχάνει ιδιαίτερης προσοχής ώστε να έχουμε σωστή φόρτιση και επιμήκυνση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας πάνω από 15%.
Σύμφωνα με αυτά, ο μηχανικός/εγκαταστάτης κατά το σεττάρισμα του ρυθμιστή φόρτισης λαμβάνει υπόψη του την αντιστάθμιση θερμοκρασίας (temperature compensation) με κεντρικό σημείο τους 25°C, θέτοντας την τιμή -4mV/°C στο αντίστοιχο πεδίο των ρυθμίσεων – μείωση τάσης κατά 4mV για αύξηση θερμοκρασίας κατά 1°C/αύξηση τάσης κατά 4mV για μείωση θερμοκρασίας κατά 1°C – που σημαίνει -24mV/-48mV/-96mV ανά °C για 12/24/48βολτο σύστημα αντίστοιχα.
Παρότι ρυθμιστής φόρτισης και μπαταρία βρίσκονται στον ίδιο χώρο η θερμοκρασία τους μπορεί να διαφέρει – ο ρυθμιστής έχει κάποιες μικρές απώλειες ιδιοκατανάλωσης που σημαίνει λίγο μεγαλύτερη θερμοκρασία από αυτή της μπαταρίας.
Με την εγκατάσταση αισθητήρα θερμοκρασίας μπαταρίας Smart Battery Sense της Victron που τοποθετείται πάνω στη μπαταρία έχουμε ασύρματη επικοινωνία (bluetooth) με το ρυθμιστή φόρτισης Victron SmartSolar. Η ασύρματη δικτύωση VE.Smart Networking εγκαθίσταται μέσω της εφαρμογής VictronConnect για smartphone. To Smart Battery Sense μετράει συνεχώς τη θερμοκρασία και την τάση της μπαταρίας και στέλνει τα δεδομένα στο ρυθμιστή φόρτισης – λαμβάνεται δηλαδή υπόψη και η πτώση τάσης στο καλώδιο σύνδεσης μπαταρίας/ρυθμιστή φόρτισης. Με αυτό τον τρόπο ο ρυθμιστής προσαρμόζει την κατάλληλη τάση στην μπαταρία και εξασφαλίζει την άρτια φόρτισή της κάνοντας αντιστάθμιση θερμοκρασίας.
Επιπροσθέτως, κατά τη διαστασιολόγηση του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος και την επιλογή της μπαταρίας θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η μείωση της χωρητικότητας της μπαταρίας με την πτώση της θερμοκρασίας αλλά και ο ρυθμός εκφόρτισης της μπαταρίας σύμφωνα με το νόμο του Peukert.
O νόμος του Peukert αναφέρεται στις ώρες που δίνει η μπαταρία το φορτίο της. Μία μπαταρία GEL VRLA 280Ah C100 δίνει 280Ah σε 100 ώρες στους 25°C (C100 ρυθμό) δηλαδή ρεύμα εκφόρτισης 280/100=2,8A DC (ισοδύναμα, 2,8/280=1/100=0,01C ρυθμό), ενώ σε 20 ώρες (C20 ρυθμό) δίνει 246Ah δηλαδή ρεύμα εκφόρτισης 246/20=12,3Α DC (ισοδύναμα, 12,3/246=1/20=0,05C ρυθμό). Μία μπαταρία SOPzV 990Ah C120 δίνει 990Ah σε 120 ώρες στους 20°C (C120 ρυθμό) δηλαδή ρεύμα εκφόρτισης 990/120=8,25A DC (ισοδύναμα, 8,25/990=1/120=0,0083C ρυθμό), ενώ σε 12 ώρες (C12 ρυθμό) δίνει 855Ah δηλαδή ρεύμα εκφόρτισης 855/12=71,25A DC (ισοδύναμα, 71,25/855=1/12=0,083C ρυθμό).
H αύξηση των αμπερωρών που δίνει η μπαταρία με την αύξηση της θερμοκρασίας και τη μείωση του ρεύματος εκφόρτισης (ισοδύναμα, με την αύξηση των ωρών στις οποίες δίνει τις αμπερώρες) αποτυπώνεται ως εξής:
Προσοχή!
Το μέγεθος C αναφέρεται και στο ρυθμό εκφόρτισης της μπαταρίας αλλά και στο ρυθμό φόρτισής της. Το ρεύμα φόρτισης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,2C ρυθμό που σημαίνει 100Α για μία μπαταρία 500Ah C5 για παράδειγμα (ισοδύναμα, η φόρτιση δεν πρέπει να γίνεται σε λιγότερο από 5 ώρες για τη συγκεκριμένη μπαταρία). Πάνω από αυτό το ρεύμα φόρτισης η θερμοκρασία της μπαταρίας ανεβαίνει πάνω από 10°C, χρειάζεται διαφορετική αντιστάθμιση θερμοκρασίας και μειώνεται η διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Θα πρέπει τέλος να τονιστεί ότι εάν η μπαταρία πρόκειται να λειτουργήσει σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες είναι πολύ σημαντικό η μπαταρία να διατηρείται πλήρως φορτισμένη. Όσο εκφορτίζεται, ο ηλεκτρολύτης αραιώνει, γίνεται πιο πολύ νερό, και παγώνει πιο εύκολα από όταν είναι πλήρως φορτισμένη η μπαταρία.
