PV_4_21
Welcome to interactive presentation, created with Publuu. Enjoy the reading!
17
magazyn fotowoltaika 4/2021
technologie
owszechność stosowania baterii i akumulatorów wiąże
się z masową produkcją tych urządzeń, a w konsekwencji
z bezpieczeństwem ich użytkowania oraz gospodarowaniem
po okresie używalności. Dlatego też na świecie, w Europie
i oczywiście w Polsce istnieją uregulowania prawne określające
zasady wprowadzania do obrotu oraz zbierania, przetwarzania,
recyklingu i unieszkodliwiania zużytych baterii i zużytych aku-
mulatorów.
Polskie normy dostosowane do przepisów UE zawarte są
w Ustawie z dnia 24 kwietnia 2009 r. o bateriach i akumulatorach.
Przepisy ustawy stosuje się do wszystkich rodzajów baterii i aku-
mulatorów produkowanych i wprowadzanych do obrotu, nieza-
leżnie od ich kształtu, pojemności, masy, składu materiałowego,
sposobu użycia oraz niezależnie od tego, czy stanowią przyna-
leżność albo część składową urządzenia lub dodatek do innych
produktów.
Najstarszym rodzajem akumulatorów, istniejącym od XIX
wieku, są akumulatory kwasowo-ołowiowe. To zasłużona i wyeks-
ploatowana technologia. Wykorzystują one różne rodzaje związ-
ków ołowiu na dwóch oddzielnych elektrodach (dodatniej i ujem-
nej) oraz kwaśny elektrolit. Tego typu baterie nie są szczególnie
energochłonne (zajmują dużo miejsca) i nie są zaprojektowane
do pełnego rozładowania przez cały czas (tj. tylko 50% głęboko-
ści rozładowania).
Akumulatory kwasowo-ołowiowe są jednak od dawna stoso-
wane w samochodach jako główne źródło zasilania, zapewnia-
jące przypływ mocy niezbędnej do uruchomienia silnika spali-
nowego. Akumulatory tego typu są najpopularniejsze i najtań-
sze spośród wszystkich akumulatorów. Wynalezione ponad 150
lat temu (Gaston Planté, 1859), niezbyt dużo się przez ten długi
czas zmieniły. Wprawdzie pojawiły się wersje tzw. bezobsługowe,
a także akumulatory AGM i żelowe, jednak zasada działania i pod-
stawowe parametry elektryczne wszystkich są jednakowe.
Większe potrzeby – większe gabaryty
O ile z magazynowaniem energii do pracy przyrządów pod-
ręcznych, urządzeń użytku osobistego, elektronarzędzi oraz roz-
ruchu silnika spalinowego przez akumulator poradziliśmy sobie
doskonale już stosunkowo dawno, o tyle skalowanie w górę zasob-
ników energii elektrycznej przyniosło nowe wyzwania. Techno-
logicznie powiększenie urządzenia magazynującego energię nie
stanowi problemu. Z kolei materiały, z których powstają nowo-
czesne baterie – metale ziem rzadkich – występują w przyrodzie
Domowe magazyny energii
Żyjemy w świecie otoczeni magazynami energii. Urządzenia wymagające bezprzewodowego zasilania
w postaci baterii i akumulatorów produkowane są obecnie na masową skalę. Taki rodzaj zasilania spra-
wia, że baterie oraz akumulatory są niezwykle powszechne. Stosowane są praktycznie w każdym gospo-
darstwie domowym. Słuchawki bezprzewodowe, smartfony, tablety, laptopy, zegary, smartwatche, latarki
i wiele innych urządzeń znajdujących się w zasięgu ręki człowieka to urządzenia funkcjonujące dzięki
zgromadzonej energii elektrycznej. Nie sposób wyobrazić sobie rozwój i funkcjonowanie przemysłu bez
możliwości gromadzenia mobilnej energii elektrycznej.
Mirosław Grabania
REPETYTORIUM
Bateria – zespół składający się z jednakowych elementów (przedmiotów jed-
nego rodzaju) zgromadzonych w jednym miejscu, np. ogniw, dział, oddziałów,
zaworów, komór lub klatek. Tak więc bateria elektryczna to zespół chemicznych
źródeł prądu elektrycznego – ogniw galwanicznych lub akumulatorów, ogniw
termoelektrycznych lub komórek fotoelektrycznych. Aby uzyskać odpowiednie
parametry baterii elektrycznej, jej elementy składowe można łączyć szeregowo
w celu zwiększenia napięcia lub równolegle w celu zwiększenia pojemności
i wartości natężenia prądu.
Ogniwo galwaniczne – to źródło stałego prądu elektrycznego zamieniające
bezpośrednio energię reakcji chemicznej na energię elektryczną. Zbudowane
jest z dwóch elektrod (półogniw) zanurzonych w elektrolicie.
Ogniwa dzieli się najczęściej na dwie grupy: ogniwa pierwotne i wtórne. Nazwy
te są stare i wynikają z tego, że kiedyś ładowano ogniwo wtórne z ogniwa pier-
wotnego. Obecnie ogniwa wtórne nazywamy akumulatorami. Ogniwa pierwotne
służą do jednorazowego użycia. Reakcja chemiczna, która wytwarza w nich
energię elektryczną, jest nieodwracalna.
Ogniwa wtórne mogą być rozładowane i ponownie ładowane. Reakcja che-
miczna, która w nich przebiega, jest odwracalna poprzez doprowadzenie prądu
z zewnątrz (ładowanie). Ogniwa używane do akumulowania (gromadzenia)
energii nazywamy akumulatorami lub ogniwami ładowalnymi.
Akumulator elektryczny to ogniwo wtórne – rodzaj ogniwa galwanicznego,
które może być wielokrotnie użytkowane, ładowane prądem elektrycznym
(w przeciwieństwie do ogniw pierwotnych, których nie można ładować) i roz-
ładowywane w urządzeniach elektrycznych. Wszystkie rodzaje akumulatorów
elektrycznych gromadzą i później uwalniają energię elektryczną dzięki odwracal-
nym reakcjom chemicznym zachodzącym w elektrolicie oraz na styku elektrolitu
i elektrod.
Ładowanie akumulatora – cykl pracy, w czasie którego akumulator jest
odbiornikiem energii elektrycznej – wewnątrz akumulatora energia elektryczna
jest przetwarzana na energię chemiczną.
Pobór energii z akumulatora – cykl pracy, w czasie którego urządzenie staje
się źródłem prądu elektrycznego na skutek przemiany energii chemicznej na
energię elektryczną. Rezultatem poboru energii jest stopniowe rozładowywanie
akumulatora.
Pojemność akumulatora – jeden z podstawowych parametrów, który określa,
ile ładunku elektrycznego może on zmagazynować i przechowywać w ogniwach.
Zwykle wyrażana w amperogodzinach [Ah] i jednostkach krotnych (w układzie
SI jednostką ładunku jest kulomb [C], 1 Ah = 3600 C). Akumulator 12 V mający
pojemność 100 Ah jest zdolny zmagazynować, a następnie dostarczyć prąd o
natężeniu 1 A i napięciu ok. 12 V przez 100 godz.
Aby przeliczyć pojemność akumulatora 100 Ah na kWh (jedna kilowatogodzina
jest odpowiednikiem 1000-watowej energii dostarczanej przez godzinę) mno-
żymy jego pojemność przez napięcie: 100 Ah × 12 V = 1200 Wh = 1,2 kWh. Tak
więc nasz akumulator o pojemności 1,2 kWh będzie zasilał urządzenie o mocy
100 W przez 12 godz. [h], lub urządzenie o mocy 1,2 kW (grzejnik elektryczny)
przez 1 h.
Sprawność akumulatora – czyli stosunek energii oddanej podczas pracy do
energii włożonej do akumulatora w procesie ładowania – jest zawsze mniej-
sza od jedności. W większości akumulatorów starych technologii (ołowiowo-
-kwasowych) sprawność to rząd wielkości ok. 75%. Sprawność akumulatorów
kwasowo-ołowiowych (NiMH) osiąga 85%, natomiast akumulatorów litowo-jo-
nowych (Li-ion) – 95%.
W trakcie ładowania przez akumulator prąd płynie w przeciwnym kierunku
niż w trakcie jego pracy. Odwracalne reakcje chemiczne powodujące ładowa-
nie i pracę są w istocie takie same, tyle że zachodzą w przeciwnym kierunku.
W praktycznie każdym akumulatorze oprócz pożądanych, odwracalnych reakcji
chemicznych zachodzą też jednak nieodwracalne reakcje uboczne, które powo-
dują, że z czasem akumulator traci swoje właściwości.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52