Univerzitet u NisuElektronski fakultetKatedra za mikroelektronikukolska godina 2012-2013

Seminarski rad

tema: Akumulatori u solarnim sistemima

Predmet: Solarne komponente i sistemiProfesor Dragan Panti

Studenti:Filip Tatalovi 13843Nemanja Toni 13851Marko Trifunovi13855

SadrajUVOD- 3 -PODELA AKUMULATORA- 3 -IVOTNI VEK AKUMULATORA- 3 -IZBOR AKUMULATORA- 3 -DIMENZIONISANJE AKUMULATORA- 4 -ZATITA AKUMULATORA- 4 -OLOVNI AKUMULATOR SA TENOM KISELINOM- 5 -OLOVNI AKUMULATORI- 5 -ISTORIJA- 5 -ELEKTOHEMIJA- 5 -Pranjenje- 5 -Punjenje- 6 -MERENJE NIVOA NAPUNJENOSTI- 7 -KONSTRUKCIJA- 7 -Ploe- 7 -Separatori- 9 -APLIKACIJA- 9 -CIKLUSI- 10 -Akumulatori sa dubokim ciklusom (kontinualnim pranjenjem)- 10 -REGULACIJA VENTILOM- 11 -SULFACIJA I DESULFACIJA- 12 -STRATIFIKACIJA- 13 -OPASNOST OD EKSPLOZIJE- 13 -JEDINJENJA- 14 -PROBLEMI SA KOROZIJOM- 14 -GEL OLOVNI AKUMULATORI- 15 -Komparacija izmedju kiselinske akumulatora i gel akumulatora- 15 -NIKL-ELINI AKUMULATORI NiFe- 16 -PUNJENJE- 16 -PRANJENJE- 16 -TETNOST PO OKRUENJE- 16 -NIKL-KADMIJUMSKI AKUMULATOR- 17 -KARAKTERISTIKE- 17 -LITERATURA- 18 -

UVODPODELA AKUMULATORAKako bi jedan solarni sistem bio potpuniji u njega se unose razni elementi. U hibridnim solarnim sistemima moemo nai akumulator, generator ili ak turbinu za vetar kako bi omoguili konstantan dotok elektrine energije u na dom. to se tie akumulatora koji se koristi u solarnim sistemima najee nailazimo na: Olovne Nikal kadmiumske i Nikal gvozdene akumulatore .Svaki od njih zahteva razliito postavljanje, temperaturu i ventilaciju. Prilikom odabira akumulatra treba obratiti panju na specifian tip punjenja i pranjenja. Sorani akumulator mora biti sposoban da se napuni za kratko vreme dok ima sunca i da budu sposobni da se cele noi prazne. Vrlo malo akumulatora je sposobno za takav reim rada sa dubinskim punjenjem i pranjenjem. Jo jedna stvar na koju treba obratiti panju je da akumulator mora da ima dovoljan kapacitet kako bi davao vodoljno energije za nekoliko dana u sluaju nevremena, ali to sa druge strane znai da se takav veliki akumulator ne moe napuniti za kratko vreme. Ukoliko ciklus punjenja i pranjenja nisu u skladu akumulatora, ivotni vek akumulatora je znatno krai.IVOTNI VEK AKUMULATORADobar akumulator za solarni sistem bi trebalo da ima i do 2000 ciklusa (prazni-puni), ukoliko se isprazni 20% (80% ostane). Isti taj akumulator bi trebao imati do 400 ciklusa ukoliko se prazni 90% (10% ostane). Ukoliko ne elimo da menjamo akumulator svake godine moramo voditi rauna o njegovom punjenju i pranjenju. Prilikom nepredvienih okolnosti (nevreme), preporuljivo pranjenje ne bi smelo da ide preko 60% (40% ostaje).IZBOR AKUMULATORAVana karakteristika je njegov kapacitet tj. broj amper-sat, npr. L16 akumulator najee korien u solarnim sistemima, ima 350 amper sati ukoliko se sporo prazni u periodu od 20 sati. Isti taj akumulator ima 460 amper-sati ukoliko se prazni u roku od 100 sati, ali ima samo 260 amper-sati ukoliko se isprazni u roku od 6 sati. Standardni uslovi u solarnim sistemima su etvoroasvono punjenje i onda 20 sati lagano pranjenje.DIMENZIONISANJE AKUMULATORAUkoliko elimo da poveamo kapacitet naeg akumulatora vezaemo 2 akumulatora istih karakteristika paralelno kao na slici a).Povezana su dva akumulatora od 350 amper sati i 6 volti i dobijeno je 700 amper sati sa istim naponom.Ukoliko elimo da poveamo napon sistema akumulatora, povezaemo ih redno, kao na slici b). Povezana su dva akumulatora od 350 amper sati i 6 volti i dobijeno je 12 volti sa istim kapacitetom od 350 amper sati. Ako su nam potrebni vei naponi ili vei kapaciteti za na sistem, moramo ili kupovati jae akumulatore (to je dosta skuplje) ili praviti sisteme manjih akumulatora. Na slici c) je prikazana redno-paralelna veza 4 akumulatora od 6 volti i 350 ampersati, rezultujui sistem ima 12V i 700Ah.a)

Prilikom ovakvog povezivanja moramo biti sigurni da za jedan akumulator ne vezujemo vie od 2 ice, jer moe doi do preoptereenja i neadekvatnog napona na izlazu. Teoretski, moemo povezivati koliko god elimo akumulatora na red ili paralelno kako bismo dobili vee kapacitete i napone. U praksi, to nije preporuljivo. Ako neki od akumulatora u nizu otkae, konani napon moe pasti za neku vrednost, ali moe se ak i kompletno izgubiti. Ukoliko otkae neki od akumulatora na paralelnoj vezi, akumulatori koji rade ce pokuati da napune otkazani akumulator to predstavlja jos jedan potroa u sistemu, te se struja nepotrebno troi. Ukoliko pravimo sistem sa nesto viim naponom, i dogodi se kvar, velika koliina struje bie putena kroz kablove to moze odvesti do sagorevanja kablova, otputanja tetnih gasova i slino. Preporuljivo je da sistemi imaju 2 niza od 4 paralelno vezanih akumulatora (12V i 1400Ah). b)c)c)

ZATITA AKUMULATORAKada se prave redno-paralelni sistemi baterija, neophodno je koristiti odgovarajuce tipove i velicine kablova i povoljno je da oni budu sto kraci. OLOVNI AKUMULATOR SA TENOM KISELINOMOLOVNI AKUMULATORIOlovni akumulator, osmiljen 1859. godine od strane francuskog fiziara Gastona Plante, je najstariji model akumulatora baziran na punjenju. Uprkos tome to imaju veoma nizak odnos energije i teine, kao i energije i zapremine, imaju sposobnost da obezbede struju visokog napona, to znai da elije odravaju relativno veliki odnos snage i teine. Ove osobine, zajedno sa njihovom niskom cenom, ine ih privlanim za korienje u motornim vozilima zvog toga to obezbeuju visoki strujni napon koji je potreban za pokretanje automobila sa starter motorima.ISTORIJA1859. godine, olovni akumulator koji je izumeo Gaston Plante je bio prvi akumulator koji je imao mogunost punjenja, ako se kroz njega pusti inverzno polarisana struja. Plantov prvi model sastavljen je od dva olovna lista, odvojenih gumenim trakama i uvijene u spiralu. Njegovi akumulatori su u poetku korieni da snabdevaju svetlom vagone koji su se nalazili na stanici. 1881. godine Kamila Alfons Faure osmislila je poboljanu verziju koja se sastojala od mree olovnih reetki preko kojih je bilo nalepljeno olovo-oksid formirajui plou. Ovaj dizajn je bio jednostavniji za masovnu proizvodnju.Olovni akumulatori se i dan danas koriste kod automobila i ostalih motornih vozila gde teina ne predstavlja veliki problem. 1970-ih godina osmiljeni su olovni akumulatori koji su imali mogunost regulacije pomou ventila, korien je gel elektrolit umesto tenosti, dozvoljavajui da akumulator bude korien u razliitim pozicijama bez curenja.ELEKTOHEMIJAPranjenjeU ispranjenom stanju obe pozitivne i negativne ploe postaju olovo(II)-sulfat (PbSO4), zbog toga elektrolit gubi svoju sumpornu kiselinu i postaje voda. Proces pranjenja dovodi do provoenja elektrona od negativne ploe nazad u eliju do pozitivne ploe u spoljanjem kolu. Slika prikazuje potpuno ispranjen akumulator koji ima dve indentine olovne ploe.Reakcija negativne ploe: Reakcija pozitivne ploe:

Ukupna reakcija moe biti napisana kao:

Zbir molekularnih teina reaktanti je 642,6 , tako da teoretski celija moe da proizvede dva faradeja naknade od 642,6 g reaktanti , ili 83,4 Amp-asa po kilogramu (ili 13,9 amp-as po kilogramu za akumulator od 12V) . Na 2 volta po celiji , to prelazi u 167 vat-as po kilogramu , ali olovni akumulatori u stvari daju samo 30 do 40 vat-asa po kilogramu zbog teine vode i drugih faktora.PunjenjeU stanju punjenja , svaka celija sadri negativne ploe sainjene od olova (Pb) i pozitivne ploe takoe sainjene od olova (IV)-oksida (PbO2) u elektrolitu od oko 33,5 % v/v sumporne kiseline (H2SO4). Postupak punjenja dovodi do prisilnog uklanjanja elektrona iz pozitivne ploe, takodje i nasilno postavljanje istih na negativnu plou od strane izvora. Na ovoj slici se vidi potpuno napunjen akumulator, ima jednu olovnu i jednu olovo-oksid plou.Reakcija negativne ploe:

Reakcija pozitivne ploe:

Prekomerno punjenje sa visokim naponom stvara kiseonik i vodonik u gasovitom stanju elektrolizom vode, koja se desila u celiji. Periodino odravanje olovnih akumulatora zahteva uvid u nivo elektrolita i zamenu bilo vode koja je izgubila .Zbog take smrzavanja elektrolita , kao to se akumulator prazni tako se i koncentracija sumporne kiseline smanjuje, elektrolit e se verovatno zamrznuti tokom zimskog perioda.MERENJE NIVOA NAPUNJENOSTIHidrometar se moe koristiti za testiranje specifine teine svake elije kao mera stanja naboja. Akumulator otvorenog kola, moe koristiti napon za procenu stanja naboja, u ovom sluaju akumulator od 12 volti.Zbog toga to elektrolit zauzima odreeni deo u reakciji pranjenja i punjenja, ovaj akumulator ima veliku prednost u odnosu na ostala hemijska jedinjenja. To je relativno jednostavno da se utvrdi stanje punjenja samim merenjem specifine gustine (S.G.) elektrolita, S.G. opada kada se akumulator prazni. Neki projekti akumulatora ukljuuju jednostavnu primenu hidrometara koristeci obojene plutajuce kugle razliitih gustina. Kada se koristi u dizel-elektrinim podmornicama, S.G. je redovno meren i napisan na tabli u kontrolnoj sobi da ukae koliko dugo je kugla mogla biti potopljena. Napon kod otvorenog kola akumulatora se moe koristiti za merenje stanja napunjenosti. Ako su veze u pojedinanim celijama dostupne, onda preko stanja napunjenosti svake celije moe da se utvrdi koja e elija da nas uputi na zdravstveno stanje akumulatora u celini.KONSTRUKCIJAPloeOlovna celija se moe demonstrirati pomocu listova olovne ploe za dve elektrode. Meutim, takva konstrukcija proizvodi struju otprilike oko jednog ampera koja moe da napaja ploe veliine razglednica, i to samo na nekoliko minuta.Gaston Plante je pronaao nain da obezbedi mnogo veu,efektivnu povrinsku oblast. U Planteovom modelu, pozitivne i negativne ploe su formirane od dve olovne folije u obliku spirale, razdvojeni listovima tkanine i obmotani na vrhu. Celije u sutini imaju nizak kapacitet , tako da je spor proces " formiranja " bio neophodan za koroziju olovnih folija, stvarajui olovo -dioksid na ploama i na taj nain se grubo poveavala povrina. Prvobitno je ovaj proces koristio struju iz primarnih akumulatora, kada su generatori postali dostupni nakon 1870, trokovi za proizvodnju akumulatora su znatno opali. Plantove ploe se jo uvek upotrebljavaju u nekim stacionarnim aplikacijama, gde su ploe mehaniki udubljene da bi se poveala njihova povrina.Faurina konstrukcija nalepljene ploe je tipina za automobilske akumulatore. Svaka ploa se sastoji od olovne mree u obliku pravougaonika, legiranih sa antimonom ili kalcijumom da bi se poboljale njihove mehanike karakteristike. Otvori na mrei su ispunjeni pastom od crvenog olova sa sumpornom kiselinom od 33% razblaenosti. Pasta je utisnuta u otvorima na mrei, koji se blago suavaju sa obe strane da bi se pasta bolje zadrala. Ova porozna pasta omogucava kiselini da reaguje sa olovom unutar ploe, povecavajui povrinu. Kada se osue, ploe se slau sa odgovarajuim separatorima i postavljene su u kontejner akumulatora. Neparan broj ploa se uglavnom koristi sa jednom negativnom ploom vie za razliku od pozitivnih ploa. Svaka altrnativna ploa je povezana.Pozitivna ploa olovnog dioksida je okoladne braon boje, dok je negativna tamno siva u toku proizvodnje. U ovom stanju punjenja ploe se nazivaju oformljene.Jedan od problema sa ploama je da se veliina ploe povecava dok aktivni materijal apsorbuje sulfat iz kiseline tokom pranjenja, i smanjuje dok se oslobaa sulfata prilikom punjenja. To izaziva da se pasta postepeno skida sa ploa. Vano je da postoji prostor ispod ploe da uhvati ovaj skinuti materijal. Ako dospe u ploe celija izaziva kratke spojeve. Pasta sadri a, barijum sulfat i sulfinski lignin. Barijum sulfat deluje kao zrno kristala za navoenje reakcije olovo-sulfata. Barijum sulfat mora biti u potpunosti rastvoren u pasti kako bi pasta bila efikasnija. Sulfinski lignin spreava negativne ploe da formiraju solidnu masu tokom ciklusa pranjenja, umesto toga omogucava formiranje kristala u obliku igle. Dui kristali imaju veu povrinu i lako se konvertuju nazad u prvobitno stanje punjenja. Crni ugljen ponitava efekat inhibicije formiranja izazvane sulfinskim ligninom. Sulfanski naftalin, kondenzovani desperzant je za razliku od sulfinskog lignina efikasniji u proirivanju i takoe ubrzava formiranje. Ovaj disperzant poboljava disperziju barijum sulfata u pasti, redukuje hidroset vreme, proizvodi plou koja je otpornija na oteenja , smanjuje fine estice olova i time poboljava rukovanje i lepljenje. On produava ivotni vek akumulatora time to produuje njegovo punjenje. Sulfanski naftalin zahteva oko jedne trecine do jedne polovine koline sulfanskog lignina i stabilniji je na viim temperaturama.elije u praksi se obino ne proizvode od istog olova, ve imaju male koliine antimona, kalaja, kalcijuma ili selena legiranog materijala u obliku ploe da bi dodali snagu i pojednostavili proizvodnju . Legirani element ima veliki uticaj na ivot akumulatora, sa ploama legiranim od kalcijuma ima prednost u odnosu na antimon zbog dueg ivotnog perioda i manje potronje vode pri svakom ciklusu punjenja I pranjenja.SeparatoriSeparatori izmeu pozitivnih i negativnih ploa spreavaju kratak spoj preko fizikog kontakta, uglavnom kroz dendrite, ali i kroz skidanje aktivnog materijala. Separatori ometaju protok jona izmeu ploa i povecavaju unutranju otpornost celije. Drvo, guma, staklena vlaknena prostirka, celuloza i PVC se koriste da bi se proizveli separatori. Drvo je bilo prvobitni izbor, ali je slabo upotrebljivo u kiselinskom elektrolitu. Gumeni separatori bili su stabilni u akumulatorskim kiselinama. Efikasniji separator mora da poseduje veliki broj mehanikih osobina , kao to su propustljivost, poroznost, podela veliina pora, specifina povrina, mehaniki dizajn i snaga, elektrina otpornost, jonska provodljivost i hemijske kompatibilnosti sa elektrolitom. Pri korienju, separator mora da ima dobru otpornost na kiselinu i oksidaciju. Povrina separatora mora da bude malo veca od povrine ploa kako bi se spreio manjak materijala izmeu ploa. Separator mora da ostane stabilan u opsegu radne temperature akumulatora.APLIKACIJAVecina olovnih akumulatora u svetu slue za auto pokretanje, osvetljenje i paljenje akumulatora, sa procenjenih 320 miliona jedinica isporuenih u 1999. godini. 1992. oko 3 miliona tona olova je koriceno u proizvodnji akumulatora.Mokra celija stacionarnih akumulatora dizajnirana za duboko pranjenje se obino koristi u velikim zalih ama rezervnih snaga za telefonske i kompjuterske centre za skladitenje energije. Olovno-kiselinski akumulatori se koriste u sluajevima gde je potrebno hitno osvetljenje i napajanje pumpe u sluaju nestanka struje.Pogonski akumulatori se koriste za golf kolica i za druga elektrina vozila. Veliki olovni akumulatori se takoe koriste za napajanje elektromotora u dizel - elektrinim podmornicama i takoe se koriste u nuklearnim podmornicama. Olovni akumulatori koji se reguliu pomou ventila ne mogu da izliju svoj elektrolit. Oni se koriste u rezervnim napajanjima za alarm i za manje raunarske sisteme i za elektrine skutere, elektrina kolica, bicikle, elektrificirane vojne aplikacije, akumulatore elektrinih vozila ili mikro hibridnih vozila, kao i motocikala.Olovni akumulatori su koriceni za snabdevanje sijalinog vlakna naponom od 2 volta, taj napon se tada koristio za vakuum cevi i radio prijemnike.Prenosni akumulatori za rudarske lemove obino imaju dve ili tri celije.CIKLUSIStartni akumulatori su laki u odnosu na akumulatore sa dubokim ciklusima iako su istih dimenzija, jer ploe se ne dostiu dno akumulatora. Ovo omogucava neuravnoteenu raspodelu olova, koje e pasti sa ploa. Ako ova krhotina postane dovoljno velika da oteti ploe, dovee do neuspeha celije, to e rezultirati gubitkom napona akumulatora i njegovog kapaciteta.Akumulatori sa dubokim ciklusom (kontinualnim pranjenjem)

Specijalno dizajnirani akumulatori sa dubokim ciklusima su otporniji na degradaciju, i neophodni su za primenu gde se akumulatori imaju redovno pranjenje, kao to su fotonaponski sistemi, elektrina vozila ( viljukar, kola za golf, elektrini automobili i drugi ) i za neprekidna napajanja. Ovi akumulatori imaju deblje ploe zbog manje dostave struje, ali mogu da izdre esto pranjenje.Neki akumulatori su dizajnirani kao kompromis izmeu startera i akumulatora sa dubokim ciklusom. Oni imaju mogunost pranjenja u veoj meri u odnosu na automobilske akumulatore, ali imaju mogunost pranjenja u manjoj meri u odnosu na akumulatore sa dubokim ciklusima. Nazivaju se jo i vojni ili slobodni akumulatori.Punjenje akumulatora strujom mora biti ekvivalentno sposobnosti tog istog akumulatora da apsorbuje energiju . Koristei struju visoke jaine nad malim akumulatorima moe dovesti do kljuanja i ventilacije elektrolita. Na ovoj slici akumulator je narastao zbog visokog pritiska gasa razvijenog tokom prekomernog punjenja.Kapacitet olovnih akumulatora nije fiksna koliina, ve varira u zavisnosti od toga koliko brzo moe da se isprazni. Empirijski odnos postoji izmeu kapaciteta i stope pranjenja, poznat kao Pjuketov zakon.Kada se akumulator puni ili prazni, to u poetku utie samo na reakcije hemijskih jedinjenja, koje su na granici izmeu elektroda i elektrolita. Vremenom, naboj uva se u hemijskim jedinjenjima na interfejsu, esto pod nazivom "interfejs naboj", prostire se difuzijom ovih hemijskih jedinjenja kroz obim aktivnog materijala.U sluaju da je akumulator potpuno prazan, a zatim se izvri proces brzog punjenja za samo nekoliko minuta, ploe akumulatora e se naelektrisati samo blizu interfejsa tj. izmeu ploe i elektrolita . Napon akumulatora moe porasti do take punjenja, tako da moe da dovede do toga da protok struje znaajno opadne. Posle nekoliko sati ovaj interfejs naboj ce se proiriti du celog obima elektrode i elektrolita , to bi dovelo da interfejs naboj bude toliko nizak da moe biti dovoljan za pokretanje vozila.S druge strane, ako se akumulator sporo puni, to traje dui vremenski period, onda e akumulator postati potpuno napunjen. Tokom sporog punjenja interfejs naboj ima vremena da se raspodeli du celog obima elektroda i elektrolita. Napon akumulatora ostaje ispod granice punjenja napona tokom ovog procesa, to omogucava da se naboj dovede do akumulatora. Slino tome, ako je akumulator podlean brzom pranjenjenju (kao to je pokretanje automobila, to je trenutna potronja vie od 100 ampera ) za samo nekoliko minuta, ispostavie se da je neispravan, zato to iskazuje smanjen napon i snagu. Meutim, moda je samo izgubio svoj interfejs naboj. Ako se pranjenje zaustavi na nekoliko minuta akumulator moe da nastavi sa normalnim radom sa odgovarajuim naponom i snagom potrebnim za njegovo pranjenje. S druge strane, ako je akumulator predmet sporog, dubokog pranjenja (kao to je korienje svetla automobila, to trenutno troi manje od 7 ampera ) po asu, onda svako primetno smanjenje performanse akumulatora je verovatno trajno.REGULACIJA VENTILOMOlovni akumulatori sa regulacijom pomou ventila (VRLA), vodonik i kiseonik proizvedu u celijama uglavnom prekombinuju u vodu. U ovom procesu curenje je minimalno, iako neki elektrolit uvek izgubi ako rekombinacija ne moe da dri korak sa promenom gasa. Poto VRLA akumulatori ne zahtevaju (i onemogucavaju ) redovnu proveru nivoa elektrolita, oni su nazvani odravai akumulatora. Meutim, to je pogrean naziv. VRLA celije zahtevaju odravanje. Kada je elektrolit izgubljen, VRLA celije "presuuju " i gube svoju sposobnost. Ovo se moe detektovati uzimajuci redovnim merenjem unutranje otpornosti, provodljivosti ili impedanse. Redovno testiranje otkriva da li potrebno dodatno testiranje i odravanje. Novije doba donosi bolje procedure odravanja, doputajuci "rehidrataciju ", esto vracanje znaajne koliine izgubljenog kapaciteta.VRLA model je postao popularan za motocikle oko 1983, jer kiselina elektrolita se apsorbuje u separator, tako da ne moe da se izlije. Separator takoe im pomae da bolje izdre vibracije. Oni su takoe popularni u stacionarnim aplikacijama kao to su telekomunikacione lokacije, zbog njihovog malog gabarita i instalacije fleksibilnosti.Elektrine karakteristike akumulatora VRLA se neto razlikuju od olovnih akumulatora baziranim na mokrim elijama, zahtevaju oprez u pri punjenju i pranjenju. SULFACIJA I DESULFACIJAZbog sulfacije, olovni akumulatori gube sposobnost punjenja u sluaju da su prazni dui vremenski period. Akumulatori proizvode struju iz dvostrukih hemijskih reakcija sa sulfatom. Olovo i olovni dioksid su aktivni materijali na akumulatorskim ploama, reaguju sa sumpornom kiselinom u elektrolitu i tako formiraju olovo sulfat. Prvi oblik olovo sulfata je fino rasporeeno amorfno stanje koje se lako se pretvara u olovo, olovo dioksid i sumpornu kiselinu kada se akumulator puni. Kako akumulator prolazi kroz brojne cikluse punjenja i pranjenja, neki olovni sulfati ne pretvaraju se u elektrolit ve se polako pretvaraju u stabilne kristalne forme koje se ne rastvaraju pri punjenju. Tokom ovih procesa koliina olova koja se skladiti na ploama se smanjuje, tj. koliina upotrebljivog aktivnog materijala potrebnog za proizvodnju elektrine energije opada tokom vremena. Sulfacija se javlja kod svih olovnih akumulatora tokom njihovog rada. Taj proces oteava punjenje; sulfatski talog se poveava,to dovodi do oteenja na ploama i tako unitava akumualtor. Vremenom ploe u akumulatoru gube mogucnost da obezbeuju struju to dovodi da kapacitet akumulatora bude znatno smanjen. Pored toga, deo sulfata (olovni sulfat) se ne vraa u elektrolit u obliku sumporne kiseline. Veliki kristali fiziki blokiraju elektrolit od ulaska u otvore ploa . Sulfacija se moe izbeci ako se akumulator napuni odmah nakon pranjenja.Sulfacija takoe utie na ciklus punjenja, to je rezultovalo punjenje na dui vremenski period, manje efikasnije i nepotpuno punjenje akumulatora, kao i veu temperaturu.Proces esto moe biti preokrenut desulfacijom, tehnikom koja se zove pulse conditioning, u kojoj kratki ali mocni impulsi struje se stalno alju kroz otecen akumulator. Vremenom, ova procedura ima tendenciju da kristalizovani sulfat rastvori, ovim postupkom se obnavlja kapacitet akumulatora.Desulfacija jeproces preokretanja sulfacije u olovnim akumulatorima. Desulfacija se postie jakim impulsima struje proizvedenih izmeu terminala akumulatora. Ova tehnika, takoe zvana pulse conditioning, razbija kristale sulfata koji se formiraju na ploama akumulatora. Elektronsai kola se koriste za regulisanje impulsa razliitih irina i frekvenciju impulsa struje. Oni takoe mogu da se koriste za automatizaciju procesa jer je potrebno vreme da bi se desulfacijom potpuno napunio akumulator. Punjai za akumulatore dizajnirani za desulfaciju olovnih akumulatora su komercijalno dostupni. Akumulator ce biti nefunkcionalan, ako je aktivni materijal je uklonjen sa ploa, ili ako je ploa savijena zbog visoke temperature prilikom punjenja.Akumulatori koji se nisu koristili dui vremenski period mogu biti glavni kandidati za desulfaciju. Dug period pranjenja omogucava kristalima sulfata da se formiraju u znatnoj veliini. Neki tipini sluajevi gde se olovni akumulatori ne koriste esto su avioni, brodovi (ESP jedrilice ) , stari automobiiNeke tehnike punjenja mogu pomoci u prevenciji , kao to je izjednaavanje punjenja i pranjenja kroz cikluse i redovno punjenje. Preporuuje se praenje uputstva proizvoaa akumulatora za pravilno punjenje.SLI akumulatori su otporniji na kvar u odnosu na akumulatore sa dubokim ciklusom jer se koriste ece. Akumulatori sa dubokim ciklusom zahtevaju vie desulfacije, mogu da pati od prekomernog punjenja, a mogu biti u velikom nasipu koji dovodi do nejednakog punjenja i pranjenja. STRATIFIKACIJATipian olovni akumulator sadri meavinu od razliitih koncentracija vode i kiseline. Postoji mala razlika u gustini izmeu vode i kiseline , ali ako akumulator nije radio dui period, meavina se moe razdvojiti urazliite slojeve gde e voda biti na vrhu, a kiselina ostati na dnu. Korozija ploa moe nastati usled te velike razlike na ploama.este punjenje i pranjenje tei da pomea smesu, jer elektrolizom vode prilikom punjenja formira mehurice vodonika i kiseonika koji podiu tenost navie.OPASNOST OD EKSPLOZIJEPrekomerno punjenje rezultuje electrolizom vode, emitujuci vodonik i kiseonik. Ovaj proces je poznat kao "gassing". Mokre celije imaju otvore za oslobaanje proizvedenog gasa, a VRLA akumulatori se oslanjaju na ventile koji su ugraeni u svakoj celiji. Mokre celije proizvode sa katalitikim kapama zbog rekombinacije emitovanog vodonika. VRLA celija obino rekombinuje vodonik i kiseonik koji se proizvodi unutar celije , ali kvar ili pregrevanje moe da prouzrokuje gas da se podigne. Ako se to desi (na primer, zbog prekomernog punjenja) ventilacioni ventil ispusti gas I time normalizuje pritisak, proizvodeci karakteristian miris kiseline. Ventili se ponekad ne funkcioniu, ako se prljavtina i otpaci nagomilaju, i time poveaju pritisak. Slika prikazuje akumulator posle eksplozijeAko se akumulirani vodonik i kiseonik u bilo kojim VRLA ili akumulatorima sa mokrom elijom, pone da se raspada rezultovae eksplozijom. Sila moe unititi plastino kucite ili razneti vrh akumulatora, pritom prskajui kiselinu i plastiku kuita. Eksplozija u jednoj celiji moe zapaliti zapaljivu meavinu gasa i u preostalim celijama.Zidovi celija VRLA akumulatora obino narastu kada se unutranji pritisak podigne. Deformacija varira od celije do celije, i veca je na krajevima tamo gde se zidovi ne oslanjaju na zidove drugih celija. Akumulatori sa prekomerenim pritiskom trebaju biti paljivo izolovani. Kadrovi koji rade u blizini akumulatora zbog rizika od eksplozije trebaju zatitili svoje oi i kou izloenu od opekotina zbog prskanja kiseline nosei titnik za lice, kombinezone i rukavice.JEDINJENJAJo od 1950-ih godina hemijska jedinjenja su koriena da bi se smanjio olovni sulfat koji se nakupio na ploama i da bi se poboljalo stanje akumulatora. Takvi procesi su retko ili skoro nikad uspeni.Dva jedinjenja koja se koriste u takvim svrhama su Epsom soli and EDTA. Epson soli redukuju unutranju otpornost u oteenim akumulatorima i mogu produiti njihov vek trajanja. EDTA se koristi pri disulfaciji nanosa sulfata na ispranjenim ploama. Kako god, disulfovani materijal nee moi da se koristi pri normalnom punjenju i pranjenju, tako akomulatori kod kojih je korieno EDTA jedinjenje ima redukovan vek trajanja. EDTA u olovnim elijama formira organsku kiselinu koja e ubrzati koroziju koja e ubrzati koroziju olovnih ploa i unutranjih konektora.Aktivni materijal menja fiziku formu prilikom punjenja i pranjenja sto rezultuje porastom i rasipanjem elektroda, takoe dovodi do pretvaranja elektrode u elektrolit. U sluaju da aktivni materijal sklizne sa ploe, onda ne moe biti obnovljen nijednom hemijskom reakcijom. Takoe, unutranji fiziki problemi kao to su naprsle ploe, korodirani konektori ili oteeni separatori ne mogu biti obnovljeni hemijskim reakcijama.PROBLEMI SA KOROZIJOMKorozija spoljnih metalnih delova olovnih akumulatora je delo hemijskih reakcija terminala akumualora, papuica i konektora.Korozija na pozitivanom delu terminala je izazvana elektrolizom, zbog neusklaenosti metalnih legura koje se koriste u proizvodnji terminala akumulatora i konektora kablova. Aluminijumski konektori korodiraju zbog aluminijum sulfata. Bakarni konektori proizvode plave i bele kristale korozije. Korozija terminala akumulatora moe da se smanji premazivanjem terminala sa vazalinom ili komercijalno dostupnih proizvoda proizvedenih zbog tih potreba.Ako se akumulator previe puni vodom i elektrolitom, termika ekspanzija moe naterati neke tenosti van akumulatorskog otvora. Zbog ove opcije tenost reaguje sa olovom i drugim metalima u konektoru akumulatora i izazva koroziju.

GEL OLOVNI AKUMULATORIGel akumulator (takoe poznatI kao "gel celije") je VRLA akumulator sa elektrolitskim gelom, sumporna kiselina u smei sa silicijom-dioksidom daje za rezultat masu u obliku gela koja je nepomina. Za razliku od olovnih akumulatora sa mokrim celijama, ovi akumulatori ne zahtevaju uspravno uvanje. Gel akumulatori umanjju isparavanje elektrolita, takodje i prosipanje elektrolita to je tipino za akumulatore sa mokrim celijama, imaju vecu otpornost na ekstremnim temperaturama, kao i otpornost na udarce i vibracije . Hemijski su gotovo isti kao i akumulatori sa mokrim elijama, osim to je antimon u olovnim ploama zamenjen sa kalcijumom da bi se rekombinacija gasa mogla odrati.Sa gel elektrolitom separator vie nije bio kritiana komponenta za proizvodnju, takodje je njegov ivotni ciklus povecan, u nekim sluajevima ak i drastino povean. Zbog gel elektrolita, prolivanje aktivnog materijala sa ploa je smanjeno.Jo vanije, prava rekombinacija gasa je koricena da bi se proizveli akumulatori koji nisu bili "razreeni vodom", ovi akumulatori bili su jednostavniji za odravanje. Jednosmerni ventili su postavljeni na 6 kvadratnih centimetara, i to je dovoljno visoko da se odri potpuna rekombinacija. Kiseonik koji je nastajao zbog prepunjavanja na pozitivnoj ploi je putovao kroz pukotine u gelu direktno ka negativnoj ploi koja je napravljena od velike povrine istog olova, tako da je sagorevao istom brzinom kojom je i pravljen. Kiseonik i vodonik koji su absorbovani na povrini metala olovne negativne ploe, kombinovani su da bi proizveli vodu koja se zadravala u celiji.Komparacija izmedju kiselinske akumulatora i gel akumulatoraPorednosti: Gel akumulatori pruaju nekoliko prednosti u odnosu na akumulatore sa tenom kiselinom. Gel akumulator se moe montirati u bilo kojoj poziciji, to je omogueno jer ventili na akumulatoru proputaju samo u slucaju previsokog pritiska. Kako je akumulator dizajniran da eliminie emisiju gasova prilikom prekomernog punjenja, ventilacija unutar akumulatora je jako smanjena. ak i u slucaju oteenja akumulatora, koliina elektrolita koja bi bila osloboena u spoljanjoj sredini bila bi jako mala. S druge strane, ne postoji potreba, a ni mogunost, da se nivo elektrolita u akumulatoru proverava. Nije potrebno ni proveravati nivo vode koji bi se tokom elektrolize izgubio.Mane: U gel akumulatore ubaen je i kalcijum kako bi se smanjio gubitak vode, i to utie na brzinu punjenja baterije tj, proces je znatno dui. U poreenju sa akumulatorima sa tenom kiselinom, gel akumulatori su senzitivniji na visoke temperature i ranjiviji su na prepunjavanje. NIKL-ELINI AKUMULATORI NiFeNikl-elini akumulatori imaju nikl-hidroksidnu katodu i gvozdenu anodu, dok je elektrolit kajum hidroksid. Sam akumulator je jako rubustan i to dozvoljava uestano dubinsko pranjenje i punjenje, a da se pritom ne smanjuje ivotni vek akumulatora. Ukoliko se kontinualno puni i prazni moe trajati i preko 20. Godina. Vrlo esto koristi u solarnim sistema i kod vetrenjaa.Reakcija na katodi:

Reakcija na anodi:

Napon otvorenog kola je 1,4 V i opada do 1,2 V prilikom pranjenja. Napon potreban da bi se akumulator napunio je izmeu 1,45 V i 1,65 V. PUNJENJEPunjenje i pranjenje ovog akumulatora zasniva se na transveru vodonika sa jedne elektrode na drugu ili sa jedne grupe ploa na druge. Ako nominalni kapacitet akumulatora nije dovoljan, on se moe proiriti punjenjima u veoma kratkim i silovitim intervalima, ali se mora voditi rauna da temperatura elektrolita ne pree 46o. Ova kratka punjenja su veoma efikasna i ne mogu otetiti akumulator. Klasino punjenje akumulatora sastoji se od nekoliko sati normalnog punjenja. Preporuuje se punjenje do 80%. Prekomerno punjenj akumulatora moe uzrokovati gubitkom napona.PRANJENJEOptimalno pranjenje je do 65% od ukupne kapacitivnosti.TETNOST PO OKRUENJENikl-elini akumulatori nemaju olovo niti kadmijum kao to to imaju olovni akumulatori i nikl-kadmijumski, koji mogu da budu jako tetni za okolinu. To znai da su ovi akumulatori manje tetni po okolinu.

NIKL-KADMIJUMSKI AKUMULATOR NiCadNikl-kadmijumski akumulator koji koristi nikl-oksid-hidroksid i kadmijum kao elektrode. Ovakav tip akumulatora ima nominalni napon od 1,2 V.KARAKTERISTIKEMaksimalno pranjenje nikl-kadmijumskog akumulatra varira zavisno od veliine, i moe da varira od 18-35A u komercijalnim svrhama. Modeli ovakvih akumulatora koji se prave za brodove mogu ii i do 1000A. Mane ovog akumulatora u odnosu na olovni je cena (NiCad je jako skup), sadri veoma otrovni element kadmijum. Korisna vrednost ove baterije je izmeu 65 i 80% to je jako malo. Ne standardni napon i punjenje mogu da uine projektovanje jednog solarnog sistema komplikovanim.

LITERATURA1. Solar Power 101 By Jeffrey Yago, P.E., CEM2. http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%E2%80%93iron_battery3. http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%E2%80%93iron_battery4. http://en.wikipedia.org/wiki/VRLA_battery#Gel_battery5. http://www.sunelec.com/batteries-for-solar-c-7.html

- 18 -