1. Praktyka
Akumulatory NiCd (NiOOH) zwane są przez fachowców z branży akumulatorami zasadowymi.
W swojej siłowni użytkuję dwa typy akumulatorów zasadowych: KPL i KRH (informacje o typach i konstrukcji podane są w dalszej części tekstu), które współpracują z dwoma niezależnymi inwerterami jednofazowymi firmy MPP Solar, każdy o mocy 5 kW.
Dlaczego wybrałem akumulatory zasadowe? Ich średni czas „życia” wynosi około 20 lat. Są tylko nieznacznie droższe od dobrych akumulatorów w technologii AGM, a biją je na głowę żywotnością i innymi zaletami, o których napiszę dalej. Co po 20 latach? Akumulatory zasadowe NiCd można zregenerować, czyli ponownie uformować i użytkować dalej ze średnią stratą ok. 15% do 20% pierwotnej (fabrycznej) pojemności znamionowej.
Poniżej zestawienie kosztów, alternatywnych wariantów gromadzenia energii, w ciągu 20 lat eksploatacji:
W powyższym zestawieniu przyjąłem do porównania następujące akumulatory:
1. kwasowy Pb – zestaw czterech (4 x 12 VDC) dobrej marki akumulatorów kwasowych Pb, pojemność 400 Ah o łącznej energii kumulowanej 20 kWh,
2. kwasowy Pb w technologii AGM – zestaw czterech (4 x 12 VDC) dobrej marki akumulatorów w technologii AGM o łącznej energii kumulowanej 20 kWh, pojemność 400 Ah, polecany dla rozwiązań zasilania UPS,
3. Li-Ion - gotowe dwa pakiety baterii (2 x 48 VDC) litowych LiFePO4 o łącznej energii kumulowanej 2 x 10 kWh, sprzedawane wraz z układem zabezpieczającym je przed nadmierną temperaturą i przeładowaniem,
4. zasadowy typu KRH zestaw czterdziestu akumulatorów (40 x 1,2 VDC) o sumarycznej energii kumulowanej 20 kWh, pojemność 400 Ah.
Przyjąłem, że wszystkie typy akumulatorów będą rozładowywane do około 15% pojemności znamionowej – ponieważ tak to u mnie funkcjonuje.
1.1 Zestaw startowy
Na początku zmontowałem zestaw testowy złożony z 12 paneli fotowoltaicznych ustawionych w orientacji południowy wschód i południowy zachód, o łącznej mocy znamionowej 3120 W, inwertera MPP Solar 5kW oraz baterii KPL o pojemności 125 Ah, co dało mi około 6 kWh energii kumulowanej w akumulatorach w pełni naładowanych (fot.1).
Wybrałem wyżej wymieniony model inwertera ze względu na cenę i elastyczność parametrów. Zastosowany inwerter umożliwia ustawienie typu baterii m.in. jako własny (użytkownika), gdzie określamy:
- napięcie ładowania (maksymalne),
- napięcie flooded baterii,
- poziom napięcia baterii, przy którym inwerter ma przełączyć się na pracę „sieciową”,
- poziom napięcia, przy którym ma odciąć napięcie od baterii i się wyłączyć (aby nie uszkodzić baterii).
Szerszy opis tego inwertera wymaga odrębnego artykułu.
Następnie zrealizowałem pomysł doładowywania akumulatorów z sieci energetycznej w taryfie nocnej. Ponieważ posiadam licznik dwutaryfowy, postanowiłem zasilać dom z sieci energetycznej tylko w czasie taryfy nocnej, a gdy trwa taryfa dzienna - czerpać energię zgromadzoną w baterii akumulatorów oraz z paneli fotowoltaicznych. Przetestowałem różne napięcia ładowania w zależności od temperatury otoczenia, a także mocy uzyskiwanej z paneli fotowoltaicznych, różne moce pobierane przez układ testowy, którym zasilałem część domu mieszkalnego. Zestaw wystarczył w pełni do zasilania większości odbiorników w domu. Jednak chwilowe zapotrzebowanie na moc było na poziomie 4500 do 5000 W, co skutkowało zbyt dużym prądem pobieranym z baterii, a ponieważ nie chciałem narażać ich na zniszczenie, musiałem pomyśleć o innym typie baterii NiCd.
1.2 Zestaw docelowy
Po dwóch latach eksperymentów wyżej opisany zestaw startowy (przeniosłem) przeznaczyłem do zasilania budynku gospodarczego, a na potrzeby zasilania domu wykonałem całkowicie nową instalację fotowoltaiczną złożoną z kompletu paneli o sumarycznej mocy zainstalowanej 6500 W i inwertera (też MPP Solar 5 kW) oraz podłączonych do niego zestawu akumulatorów zasadowych KRH 360 Ah o łącznej energii kumulowanej 20 kWh (Fot.2).
W nowej instalacji bez problemu można uzyskać (przez cały rok) moc ciągłą średnio 1,5 kW, bez względu na stan zachmurzenia, a szczytową do 5,5 kW. W miesiącach zimowych ładowanie baterii z paneli daje czasami tylko 3 kWh dziennie, więc niewiele i posiłkuję się siecią elektroenergetyczną w drugiej taryfie. Przy założonym poziomie rozładowania, baterie akumulatorów doładowywane są z sieci energetycznej w trakcie taryfy nocnej, a zgromadzona energia wystarcza do następnego okresu nocnego. Natomiast latem na ogół uzyskuję z paneli jeszcze dodatkowy lekki nadmiar energii, którym ogrzewam wodę w zbiorniku buforowym wyposażonym w grzałkę elektryczną.
Dojście do optymalnego rozwiązania zajęło mi ponad dwa lata (dzięki firmie Almides otrzymałem niezbędną dokumentację moich akumulatorów), gdyż wymagało to systematycznych obserwacji i pomiarów oraz cierpliwości (rzetelne ocenienie praktycznych skutków zmian parametrów systemu wymagało około półtora miesiąca).
1.3 Podsumowanie
Posiadając panele fotowoltaiczne warto się zastanowić nad własną (choćby małą) niezależnością energetyczną, a nie tylko „odsprzedawać” energię. Na podstawie własnych doświadczeń mogę polecić (z czystym sumieniem) do gromadzenia energii akumulatory zasadowe, które mimo początkowego nie najniższego kosztu zakupu, są w perspektywie wieloletniej najtrwalszym (i przez to najtańszym, a jednocześnie najkorzystniejszym dla środowiska - ekologicznym) rozwiązaniem. Ponadto są niekłopotliwe w eksploatacji oraz po względnie prostej (do wykonania, w większości przypadków, w miejscu zainstalowania) regeneracji mogą nam służyć przez kolejne dziesięciolecia.
Aktualnie realizuję na zlecenie projekt o mocy 10 kW (trzy fazy) z baterią akumulatorów zasadowych 800 Ah o łącznej kumulowanej energii 42 kWh. Już zdobyte doświadczenie praktyczne jest tu bezcenne.
2. Teoria
2.1 Zasada działania i budowa akumulatorów NiCd (NiOOH)
Pierwsze konstrukcje akumulatora NiCd z elektrolitem KOH (wodorotlenek potasu), zostały opracowane w 1899 roku przez szwedzkiego naukowca Waldemara Jungnera jako alternatywa do jedynego znanego wówczas akumulatora kwasowo-ołowiowego. Elektrodami w akumulatorach niklowych były płyty wykonane z taśmy niklowej w postaci ramek utrzymujących "kieszonki" z dziurkowanej blachy, wewnątrz których znajdowała się masa czynna. Głównymi składnikami masy czynnej elektrody dodatniej były Ni(OH)2, Ni i grafit; elektrody ujemnej – sproszkowany Cd. Płyty dodatnie połączone były ze stalową obudową akumulatora. Jako elektrolit stosowany jest ok. 21% roztwór KOH z LiOH.
Współczesne konstrukcje tego akumulatora składają się z dodatnich i ujemnych płyt, separatorów, elektrolitu, odpowietrznika ogniwa i pojemnika ogniwa. Płytki dodatnie są wykonane z porowatej konstrukcji, na której osadzono wodorotlenek niklu. Płytki ujemne (na których osadza się wodorotlenek kadmu) są wykonane w podobny sposób. W obu przypadkach porowatą strukturę uzyskuje się przez spiekanie proszku niklu do sita z drutu niklowego, o drobnych oczkach. Spiekanie to proces polegający na stapianiu bardzo małych granulek proszku w wysokiej temperaturze. Po osadzeniu aktywnych materiałów dodatnich i ujemnych na płytce jest ona formowana i cięta na płytkę o odpowiedniej wielkości. Następnie do narożnika każdej płytki jest zgrzewana niklowana klapka, a płytki są montowane za pomocą odpowiednich elementów zgrzewanych do odpowiednich końcówek. Płyty są oddzielone od siebie ciągłym paskiem porowatego separatora w postaci tworzywa sztucznego, a między nimi znajduje się roztwór elektrolitu KOH z dodatkiem LiOH.
Reakcje, które towarzyszą ładowaniu i rozładowaniu akumulatora są następujące:
2.2 Eksploatacja
Kiedy do akumulatora NiCd doprowadzany jest prąd ładowania, płyty ujemne tracą tlen i zaczynają tworzyć metaliczny kadm. Aktywny materiał płyt dodatnich (wodorotlenek niklu), ulega silniejszemu utlenieniu. Proces ten trwa, gdy przykładany jest prąd ładowania lub dopóki cały tlen nie zostanie usunięty z płyt ujemnych i pozostaje tylko kadm. Pod koniec cyklu ładowania ogniwa emitują gaz. Dzieje się tak również w przypadku przeładowania ogniw. Produkcja gazu spowodowana jest rozkładem wody w elektrolicie na wodór na płytach ujemnych i tlen na płytach dodatnich. Napięcie w trakcie ładowania jest pochodną prądu i etapu ładowania. Napięcie na zaciskach akumulatora, a także temperatura, decydują o tym, kiedy nastąpi gazowanie. Aby całkowicie naładować akumulator NiCd, musi nastąpić pewne gazowanie, jakkolwiek niewielkie. W ten sposób zostanie zużyta woda znajdująca się w elektrolicie.
Podczas rozładowywania działanie chemiczne zostaje odwrócone. Płytki dodatnie powoli oddają tlen, który jest odzyskiwany przez płytki ujemne. Proces ten powoduje zamianę energii chemicznej na energię elektryczną. Podczas rozładowywania płyty pochłaniają pewną ilość elektrolitu. Podczas ładowania poziom elektrolitu wzrasta i przy pełnym naładowaniu elektrolit osiągnie najwyższy poziom. Dlatego wodę należy uzupełniać tylko wtedy, gdy akumulator jest w pełni naładowany, lub można stosować elektrolit KOH z dodatkiem LiOH po uprzednim sprawdzeniu jego gęstości, która jest stała podczas ładowania i rozładowania i średnio wynosi 1,24g/cm³
2.3 Zalety
Niewątpliwie największą zaletą akumulatora zasadowego jest jego ekstremalnie długa żywotność, określana ilością cykli pełnego rozładowania/ładowania. W zależności od producenta waha się ona od 8000 do 10000 cykli, co stawia go na pierwszym miejscu wśród wszystkich rodzajów obecnie dostępnych akumulatorów.
Pozostałe zalety to:
- szeroki zakres temperatur pracy, od -50°C do +60°C, nieosiągalny dla większości innych rodzajów akumulatorów (wahania temperatury nie mają wpływu na pojemność baterii),
- możliwość cyklicznego rozładowania do 15% pojemności znamionowej bez uszczerbku pojemności,
- możliwość ładowania prądem od 10% do 50% wartości pojemności ogniwa,
- odporność na wstrząsy,
- możliwość nie ładowania baterii przez parę lat bez uszczerbku pojemności baterii,
- możliwość ładowania metodą stało-napięciową lub stało-prądową.
2.4 Wady
Do wad zaliczamy:
- wyższą cenę od popularnych ogniw kwasowo-ołowiowych,
- konieczność sprawnej wentylacji w siłowniach z bateriami NiCd (przy ładowaniu wydzielają się zarówno tlen jak i wodór, tworzące potencjalną mieszankę wybuchową),
- niemożność sprawdzenia stanu naładowania baterii poprzez pomiar gęstości elektrolitu,
średnią sprawność energetyczną na poziomie od 73% do 83% (około 75 Wh/kg).
2.5 Opis wybranych typów i ich zastosowania
Obecnie produkowane są różne typy akumulatorów NiCd, optymalizowane pod względem żądanych charakterystyk ładowania i obciążenia (poboru zgromadzonej energii). Najczęściej spotykane typy to KPL / KBL / KPM / KBM / KPH / KBH / VRPP /HVM/ HVL/ KRX / KRM /KRH/ KFL/ KFM/ KRH/ KFH/ KFX/ KSH/ FH/ FRX/FRM
Typ KPL (podobne KFL) – najpopularniejszy w zastosowaniach przemysłowych (górnictwo, pojazdy szynowe – tramwaje, wagony lokomotywy). Tego typu ogniwo jest polecane tam, gdzie wymagany jest względnie niewielki prąd pobierany z niego w bardzo długim czasie (np. 12 A przez 24 godziny), w praktyce maksymalnie 20% wartości pojemności przez 8 godzin. Te ogniwa nie nadają się do krótkotrwałego poboru prądu o wartości powyżej 100% wartości pojemności.
Typ KPM (podobne KFM) – te ogniwa nadają się zarówno do długotrwałego poboru prądu, czyli 20% wartości pojemności przez 8 godzin, a także do krótkotrwałego poboru prądu do 200% wartości pojemności.
Typ KPH , KRH (podobne KFH) – poza cechami, które posiadają poprzednicy, nadają się także do krótkotrwałego poboru prądu do 500% wartości pojemności.
Typ VRPP (podobne HVM, HVL) – ogniwo zaprojektowane (ma specjalny zawór) z myślą o zastosowaniach wymagających tradycyjnej wysokiej niezawodności kieszonkowych ogniw niklowo-kadmowych bez konieczności uzupełniania wodą w czasie długiego okresu eksploatacji. Ogniwo VRPP działa na zasadzie rekombinacji tlenu, dzięki czemu zużywa znacznie mniej wody. Poziom rekombinacji tych komórek wynosi 85-95%. Gdy ogniwa VRPP są odpowiednio naładowane (między 1,40-1,42 V na ogniwo), nie trzeba ich uzupełniać wodą przez prawie 20 lat. Jeśli poziomy spadną w trakcie żywotności baterii, istnieje możliwość dodania wody do ogniw.
Typ KFX – ma matrycę z włókna niklowego (jako płytkę), która umożliwia utrzymanie materiału aktywnego w 90% objętości elektrody. Trójwymiarowa struktura włókien zapewnia dobrą przewodność, co przekłada się na doskonałe parametry elektryczne. Ponadto technologia płyt niklowo-kadmowych wykorzystuje aktywny materiał wolny od grafitu i żelaza. Dzięki eliminacji grafitu elektrolit nie ulega karbonizacji, a eliminacja żelaza zmniejsza zużycie wody i przedłuża żywotność. Brak emisji gazów i możliwość szybkiego ładowania tych ogniw prądem do 80% wartości pojemności – to kluczowe zalety.
3. Zakończenie
Co myślicie o zastosowaniu akumulatorów zasadowych, czy macie jakieś doświadczenia z podobnymi instalacjami, a może macie jakieś pytania?
Czy zainteresowałby Was osobny materiał o inwerterach, których używam?
Poniżej dwa wykresy eksploatacyjne inwertera MPP Solar 5 kW, który wykorzystuję:
Akumulatory NiCd (NiOOH) zwane są przez fachowców z branży akumulatorami zasadowymi.
W swojej siłowni użytkuję dwa typy akumulatorów zasadowych: KPL i KRH (informacje o typach i konstrukcji podane są w dalszej części tekstu), które współpracują z dwoma niezależnymi inwerterami jednofazowymi firmy MPP Solar, każdy o mocy 5 kW.
Dlaczego wybrałem akumulatory zasadowe? Ich średni czas „życia” wynosi około 20 lat. Są tylko nieznacznie droższe od dobrych akumulatorów w technologii AGM, a biją je na głowę żywotnością i innymi zaletami, o których napiszę dalej. Co po 20 latach? Akumulatory zasadowe NiCd można zregenerować, czyli ponownie uformować i użytkować dalej ze średnią stratą ok. 15% do 20% pierwotnej (fabrycznej) pojemności znamionowej.
Poniżej zestawienie kosztów, alternatywnych wariantów gromadzenia energii, w ciągu 20 lat eksploatacji:
W powyższym zestawieniu przyjąłem do porównania następujące akumulatory:
1. kwasowy Pb – zestaw czterech (4 x 12 VDC) dobrej marki akumulatorów kwasowych Pb, pojemność 400 Ah o łącznej energii kumulowanej 20 kWh,
2. kwasowy Pb w technologii AGM – zestaw czterech (4 x 12 VDC) dobrej marki akumulatorów w technologii AGM o łącznej energii kumulowanej 20 kWh, pojemność 400 Ah, polecany dla rozwiązań zasilania UPS,
3. Li-Ion - gotowe dwa pakiety baterii (2 x 48 VDC) litowych LiFePO4 o łącznej energii kumulowanej 2 x 10 kWh, sprzedawane wraz z układem zabezpieczającym je przed nadmierną temperaturą i przeładowaniem,
4. zasadowy typu KRH zestaw czterdziestu akumulatorów (40 x 1,2 VDC) o sumarycznej energii kumulowanej 20 kWh, pojemność 400 Ah.
Przyjąłem, że wszystkie typy akumulatorów będą rozładowywane do około 15% pojemności znamionowej – ponieważ tak to u mnie funkcjonuje.
1.1 Zestaw startowy
Na początku zmontowałem zestaw testowy złożony z 12 paneli fotowoltaicznych ustawionych w orientacji południowy wschód i południowy zachód, o łącznej mocy znamionowej 3120 W, inwertera MPP Solar 5kW oraz baterii KPL o pojemności 125 Ah, co dało mi około 6 kWh energii kumulowanej w akumulatorach w pełni naładowanych (fot.1).
Wybrałem wyżej wymieniony model inwertera ze względu na cenę i elastyczność parametrów. Zastosowany inwerter umożliwia ustawienie typu baterii m.in. jako własny (użytkownika), gdzie określamy:
- napięcie ładowania (maksymalne),
- napięcie flooded baterii,
- poziom napięcia baterii, przy którym inwerter ma przełączyć się na pracę „sieciową”,
- poziom napięcia, przy którym ma odciąć napięcie od baterii i się wyłączyć (aby nie uszkodzić baterii).
Szerszy opis tego inwertera wymaga odrębnego artykułu.
Następnie zrealizowałem pomysł doładowywania akumulatorów z sieci energetycznej w taryfie nocnej. Ponieważ posiadam licznik dwutaryfowy, postanowiłem zasilać dom z sieci energetycznej tylko w czasie taryfy nocnej, a gdy trwa taryfa dzienna - czerpać energię zgromadzoną w baterii akumulatorów oraz z paneli fotowoltaicznych. Przetestowałem różne napięcia ładowania w zależności od temperatury otoczenia, a także mocy uzyskiwanej z paneli fotowoltaicznych, różne moce pobierane przez układ testowy, którym zasilałem część domu mieszkalnego. Zestaw wystarczył w pełni do zasilania większości odbiorników w domu. Jednak chwilowe zapotrzebowanie na moc było na poziomie 4500 do 5000 W, co skutkowało zbyt dużym prądem pobieranym z baterii, a ponieważ nie chciałem narażać ich na zniszczenie, musiałem pomyśleć o innym typie baterii NiCd.
1.2 Zestaw docelowy
Po dwóch latach eksperymentów wyżej opisany zestaw startowy (przeniosłem) przeznaczyłem do zasilania budynku gospodarczego, a na potrzeby zasilania domu wykonałem całkowicie nową instalację fotowoltaiczną złożoną z kompletu paneli o sumarycznej mocy zainstalowanej 6500 W i inwertera (też MPP Solar 5 kW) oraz podłączonych do niego zestawu akumulatorów zasadowych KRH 360 Ah o łącznej energii kumulowanej 20 kWh (Fot.2).
W nowej instalacji bez problemu można uzyskać (przez cały rok) moc ciągłą średnio 1,5 kW, bez względu na stan zachmurzenia, a szczytową do 5,5 kW. W miesiącach zimowych ładowanie baterii z paneli daje czasami tylko 3 kWh dziennie, więc niewiele i posiłkuję się siecią elektroenergetyczną w drugiej taryfie. Przy założonym poziomie rozładowania, baterie akumulatorów doładowywane są z sieci energetycznej w trakcie taryfy nocnej, a zgromadzona energia wystarcza do następnego okresu nocnego. Natomiast latem na ogół uzyskuję z paneli jeszcze dodatkowy lekki nadmiar energii, którym ogrzewam wodę w zbiorniku buforowym wyposażonym w grzałkę elektryczną.
Dojście do optymalnego rozwiązania zajęło mi ponad dwa lata (dzięki firmie Almides otrzymałem niezbędną dokumentację moich akumulatorów), gdyż wymagało to systematycznych obserwacji i pomiarów oraz cierpliwości (rzetelne ocenienie praktycznych skutków zmian parametrów systemu wymagało około półtora miesiąca).
1.3 Podsumowanie
Posiadając panele fotowoltaiczne warto się zastanowić nad własną (choćby małą) niezależnością energetyczną, a nie tylko „odsprzedawać” energię. Na podstawie własnych doświadczeń mogę polecić (z czystym sumieniem) do gromadzenia energii akumulatory zasadowe, które mimo początkowego nie najniższego kosztu zakupu, są w perspektywie wieloletniej najtrwalszym (i przez to najtańszym, a jednocześnie najkorzystniejszym dla środowiska - ekologicznym) rozwiązaniem. Ponadto są niekłopotliwe w eksploatacji oraz po względnie prostej (do wykonania, w większości przypadków, w miejscu zainstalowania) regeneracji mogą nam służyć przez kolejne dziesięciolecia.
Aktualnie realizuję na zlecenie projekt o mocy 10 kW (trzy fazy) z baterią akumulatorów zasadowych 800 Ah o łącznej kumulowanej energii 42 kWh. Już zdobyte doświadczenie praktyczne jest tu bezcenne.
2. Teoria
2.1 Zasada działania i budowa akumulatorów NiCd (NiOOH)
Pierwsze konstrukcje akumulatora NiCd z elektrolitem KOH (wodorotlenek potasu), zostały opracowane w 1899 roku przez szwedzkiego naukowca Waldemara Jungnera jako alternatywa do jedynego znanego wówczas akumulatora kwasowo-ołowiowego. Elektrodami w akumulatorach niklowych były płyty wykonane z taśmy niklowej w postaci ramek utrzymujących "kieszonki" z dziurkowanej blachy, wewnątrz których znajdowała się masa czynna. Głównymi składnikami masy czynnej elektrody dodatniej były Ni(OH)2, Ni i grafit; elektrody ujemnej – sproszkowany Cd. Płyty dodatnie połączone były ze stalową obudową akumulatora. Jako elektrolit stosowany jest ok. 21% roztwór KOH z LiOH.
Współczesne konstrukcje tego akumulatora składają się z dodatnich i ujemnych płyt, separatorów, elektrolitu, odpowietrznika ogniwa i pojemnika ogniwa. Płytki dodatnie są wykonane z porowatej konstrukcji, na której osadzono wodorotlenek niklu. Płytki ujemne (na których osadza się wodorotlenek kadmu) są wykonane w podobny sposób. W obu przypadkach porowatą strukturę uzyskuje się przez spiekanie proszku niklu do sita z drutu niklowego, o drobnych oczkach. Spiekanie to proces polegający na stapianiu bardzo małych granulek proszku w wysokiej temperaturze. Po osadzeniu aktywnych materiałów dodatnich i ujemnych na płytce jest ona formowana i cięta na płytkę o odpowiedniej wielkości. Następnie do narożnika każdej płytki jest zgrzewana niklowana klapka, a płytki są montowane za pomocą odpowiednich elementów zgrzewanych do odpowiednich końcówek. Płyty są oddzielone od siebie ciągłym paskiem porowatego separatora w postaci tworzywa sztucznego, a między nimi znajduje się roztwór elektrolitu KOH z dodatkiem LiOH.
Reakcje, które towarzyszą ładowaniu i rozładowaniu akumulatora są następujące:
2.2 Eksploatacja
Kiedy do akumulatora NiCd doprowadzany jest prąd ładowania, płyty ujemne tracą tlen i zaczynają tworzyć metaliczny kadm. Aktywny materiał płyt dodatnich (wodorotlenek niklu), ulega silniejszemu utlenieniu. Proces ten trwa, gdy przykładany jest prąd ładowania lub dopóki cały tlen nie zostanie usunięty z płyt ujemnych i pozostaje tylko kadm. Pod koniec cyklu ładowania ogniwa emitują gaz. Dzieje się tak również w przypadku przeładowania ogniw. Produkcja gazu spowodowana jest rozkładem wody w elektrolicie na wodór na płytach ujemnych i tlen na płytach dodatnich. Napięcie w trakcie ładowania jest pochodną prądu i etapu ładowania. Napięcie na zaciskach akumulatora, a także temperatura, decydują o tym, kiedy nastąpi gazowanie. Aby całkowicie naładować akumulator NiCd, musi nastąpić pewne gazowanie, jakkolwiek niewielkie. W ten sposób zostanie zużyta woda znajdująca się w elektrolicie.
Podczas rozładowywania działanie chemiczne zostaje odwrócone. Płytki dodatnie powoli oddają tlen, który jest odzyskiwany przez płytki ujemne. Proces ten powoduje zamianę energii chemicznej na energię elektryczną. Podczas rozładowywania płyty pochłaniają pewną ilość elektrolitu. Podczas ładowania poziom elektrolitu wzrasta i przy pełnym naładowaniu elektrolit osiągnie najwyższy poziom. Dlatego wodę należy uzupełniać tylko wtedy, gdy akumulator jest w pełni naładowany, lub można stosować elektrolit KOH z dodatkiem LiOH po uprzednim sprawdzeniu jego gęstości, która jest stała podczas ładowania i rozładowania i średnio wynosi 1,24g/cm³
2.3 Zalety
Niewątpliwie największą zaletą akumulatora zasadowego jest jego ekstremalnie długa żywotność, określana ilością cykli pełnego rozładowania/ładowania. W zależności od producenta waha się ona od 8000 do 10000 cykli, co stawia go na pierwszym miejscu wśród wszystkich rodzajów obecnie dostępnych akumulatorów.
Pozostałe zalety to:
- szeroki zakres temperatur pracy, od -50°C do +60°C, nieosiągalny dla większości innych rodzajów akumulatorów (wahania temperatury nie mają wpływu na pojemność baterii),
- możliwość cyklicznego rozładowania do 15% pojemności znamionowej bez uszczerbku pojemności,
- możliwość ładowania prądem od 10% do 50% wartości pojemności ogniwa,
- odporność na wstrząsy,
- możliwość nie ładowania baterii przez parę lat bez uszczerbku pojemności baterii,
- możliwość ładowania metodą stało-napięciową lub stało-prądową.
2.4 Wady
Do wad zaliczamy:
- wyższą cenę od popularnych ogniw kwasowo-ołowiowych,
- konieczność sprawnej wentylacji w siłowniach z bateriami NiCd (przy ładowaniu wydzielają się zarówno tlen jak i wodór, tworzące potencjalną mieszankę wybuchową),
- niemożność sprawdzenia stanu naładowania baterii poprzez pomiar gęstości elektrolitu,
średnią sprawność energetyczną na poziomie od 73% do 83% (około 75 Wh/kg).
2.5 Opis wybranych typów i ich zastosowania
Obecnie produkowane są różne typy akumulatorów NiCd, optymalizowane pod względem żądanych charakterystyk ładowania i obciążenia (poboru zgromadzonej energii). Najczęściej spotykane typy to KPL / KBL / KPM / KBM / KPH / KBH / VRPP /HVM/ HVL/ KRX / KRM /KRH/ KFL/ KFM/ KRH/ KFH/ KFX/ KSH/ FH/ FRX/FRM
Typ KPL (podobne KFL) – najpopularniejszy w zastosowaniach przemysłowych (górnictwo, pojazdy szynowe – tramwaje, wagony lokomotywy). Tego typu ogniwo jest polecane tam, gdzie wymagany jest względnie niewielki prąd pobierany z niego w bardzo długim czasie (np. 12 A przez 24 godziny), w praktyce maksymalnie 20% wartości pojemności przez 8 godzin. Te ogniwa nie nadają się do krótkotrwałego poboru prądu o wartości powyżej 100% wartości pojemności.
Typ KPM (podobne KFM) – te ogniwa nadają się zarówno do długotrwałego poboru prądu, czyli 20% wartości pojemności przez 8 godzin, a także do krótkotrwałego poboru prądu do 200% wartości pojemności.
Typ KPH , KRH (podobne KFH) – poza cechami, które posiadają poprzednicy, nadają się także do krótkotrwałego poboru prądu do 500% wartości pojemności.
Typ VRPP (podobne HVM, HVL) – ogniwo zaprojektowane (ma specjalny zawór) z myślą o zastosowaniach wymagających tradycyjnej wysokiej niezawodności kieszonkowych ogniw niklowo-kadmowych bez konieczności uzupełniania wodą w czasie długiego okresu eksploatacji. Ogniwo VRPP działa na zasadzie rekombinacji tlenu, dzięki czemu zużywa znacznie mniej wody. Poziom rekombinacji tych komórek wynosi 85-95%. Gdy ogniwa VRPP są odpowiednio naładowane (między 1,40-1,42 V na ogniwo), nie trzeba ich uzupełniać wodą przez prawie 20 lat. Jeśli poziomy spadną w trakcie żywotności baterii, istnieje możliwość dodania wody do ogniw.
Typ KFX – ma matrycę z włókna niklowego (jako płytkę), która umożliwia utrzymanie materiału aktywnego w 90% objętości elektrody. Trójwymiarowa struktura włókien zapewnia dobrą przewodność, co przekłada się na doskonałe parametry elektryczne. Ponadto technologia płyt niklowo-kadmowych wykorzystuje aktywny materiał wolny od grafitu i żelaza. Dzięki eliminacji grafitu elektrolit nie ulega karbonizacji, a eliminacja żelaza zmniejsza zużycie wody i przedłuża żywotność. Brak emisji gazów i możliwość szybkiego ładowania tych ogniw prądem do 80% wartości pojemności – to kluczowe zalety.
3. Zakończenie
Co myślicie o zastosowaniu akumulatorów zasadowych, czy macie jakieś doświadczenia z podobnymi instalacjami, a może macie jakieś pytania?
Czy zainteresowałby Was osobny materiał o inwerterach, których używam?
Poniżej dwa wykresy eksploatacyjne inwertera MPP Solar 5 kW, który wykorzystuję:
Fajne? Ranking DIY






