Απαραίτητο μέρος κάθε Συστήματος Αυτόνομης Ηλεκτροδότησης είναι το μέσο αποθήκευσης της ενέργειας που παράγεται από τις πηγές του (φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτρια, γεννήτρια βενζίνης / πετρελαίου, κλπ.).
Το πιο αξιόπιστο, αποδοτικό και εύχρηστο μέσο αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας που έχουμε στην διάθεσή μας προς το παρόν είναι οι γνωστοί συσσωρευτές τεχνολογίας μολύβδου - θειικού οξέως, οι γνωστές μπαταρίες μολύβδου.
Τα τελευταία χρόνια εξελίσσονται ή βρίσκονται σε πειραματικό στάδιο διάφορες τεχνολογίες συσσωρευτών οι οποίες έχουν ως κύριο στόχο να μειώσουν τον όγκο και το βάρος των συσσωρευτών, να αυξήσουν την διάρκεια ζωής τους και να μειώσουν μακροπρόθεσμα το κόστος τους. Προς το παρόν όμως οι μπαταρίες μολύβδου είναι συνολικά ότι καλύτερο έχουμε στην διάθεσή μας.
Οι μπαταρίες είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέρη ενός ΣΑΗ και σίγουρα το πιο ευαίσθητο αν λάβουμε υπόψη την ευκολία με την οποία μπορούν να καταστραφούν αν δεν επιλεχθούν, δεν διαστασιολογηθούν και δεν συντηρηθούν σωστά. Αντίστοιχα, αν γίνει σωστή επιλογή, διαστασιολόγηση και συντήρηση των μπαταριών, η απόδοσή τους και η διάρκεια ζωής τους βοηθούν το ΣΑΗ να αποδώσει τα μέγιστα βάσει του υπόλοιπου εξοπλισμού που διαθέτει. Δεν είναι καθόλου τυχαίο ότι ένα πολύ μεγάλο ποσοστό των ήδη εγκατεστημένων ΣΑΗ αντιμετωπίζει πρόβλημα στις μπαταρίες του λόγω λάθους σε κάποιον από αυτούς τους παράγοντες ή και σε όλους μαζί.
Επιλογή κατάλληλου τύπου συσσωρευτή
- Η αντοχή του συσσωρευτή σε κύκλους βαθιάς εκφόρτισης
Για χρήση σε ΣΑΗ κατάλληλοι είναι μόνο οι συσσωρευτές βαθιάς εκφόρτισης (deep cycle) με μεγάλη αντοχή σε κύκλους φόρτισης - εκφόρτισης (cyclic use). Οι κατασκευαστές μαζί με τα υπόλοιπα τεχνικά χαρακτηριστικά του συσσωρευτή δίνουν και το διάγραμμα των κύκλων φορτο-εκφόρτισης που μπορεί να δώσει ο συσσωρευτής σε σχέση με το βάθος εκφόρτισης (Depth Of Discharge - DOD). Για να συγκρίνουμε τους διαθέσιμους "κύκλους" δύο διαφορετικών συσσωρευτών θα πρέπει να έχουμε ως σημείο αναφορά το ίδιο DOD σε ποσοστό %. Μιλώντας για συσσωρευτές που χρησιμοποιούνται σε ΣΑΗ καλό είναι να χρησιμοποιούμε ως αναφορά ένα σχετικά μεγάλο DOD αφού αναπόφευκτα οι συσσωρευτές θα φτάσουν σε "βαθιές" εκφορτίσεις αρκετές φορές στην διάρκεια της ζωής τους. Κατάλληλο επίπεδο για να αξιολογήσουμε ή να συγκρίνουμε συσσωρευτές για ΣΑΗ είναι το 80% DOD (ή το 50% κατ' ελάχιστο).
Η πράξη έχει δείξει ότι για χρήση σε ΣΑΗ είναι κατάλληλοι οι συσσωρευτές που έχουν όχι λιγότερους από 500 κύκλους σε 80% DOD. Για εντατική χρήση καθ' όλη την διάρκεια του χρόνου (μόνιμες κατοικίες, επιχειρηματικές εφαρμογές) προτείνονται συσσωρευτές με τουλάχιστον 1400 - 1500 κύκλους σε 80%DOD, ενώ για μη εντατική χρήση (π.χ. εξοχικές κατοικίες) αρκούν συσσωρευτές με αντοχή της τάξης των 500 - 1000 κύκλων σε 80% DOD.
- Συσσωρευτής κλειστού τύπου ή συσσωρευτής ανοιχτού τύπου;
Υπάρχει η λανθασμένη εντύπωση ότι οι συσσωρευτές "κλειστού" τύπου (VRLA, AGM, GEL) είναι καλύτεροι για χρήση σε ΣΑΗ από τους συσσωρευτές "ανοιχτού" τύπου (ή "υγρούς" όπως αναφέρονται συχνά). Η αλήθεια είναι ότι για το ίδιο κόστος, οι "υγροί" συσσωρευτές ανοιχτού τύπου είναι από κάθε πλευρά καλύτεροι των συσσωρευτών κλειστού τύπου, έχουν μεγαλύτερη αντοχή σε "σκληρή" μεταχείριση και "συγχωρούν" κάποια λάθη που μπορεί να προκύψουν από άγνοια. Τα μειονεκτήματα που έχουν έναντι των συσσωρευτών κλειστού τύπου είναι η ανάγκη για εγκατάσταση σε χώρο με επαρκή εξαερισμό, η ανάγκη για περιοδικό έλεγχο και συμπλήρωμα των στοιχείων τους με απιονισμένο νερό και η ανάγκη για περιοδική φόρτιση εξισορρόπησης (ή εξισωτική φόρτιση όπως αναφέρεται αλλού).
Ο έλεγχος και η πλήρωση των στοιχείων με απιονισμένο νερό είναι μία απλή και σχετικά εύκολη διαδικασία που δεν απαιτεί περισσότερα από 10 - 20 λεπτά της ώρας, λαμβάνοντας και τα απαραίτητα μέτρα ασφαλείας. Χρειάζεται να γίνεται 2 ως 4 φορές τον χρόνο ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας και την ηλικία των συσσωρευτών.
Η φόρτιση εξισορρόπησης είναι πολύ σημαντική για τους συσσωρευτές ανοιχτού τύπου και πρέπει να γίνεται από κατάλληλους και σωστά ρυθμισμένους φορτιστές. Στην ουσία πρόκειται για μία ελεγχόμενη υπερ-φόρτιση, πάνω από το "καθημερινό" επίπεδο φόρτισης, που έχει ως κύριο σκοπό να εξισώσει τις διαφορές φόρτισης που προκύπτουν μεταξύ των στοιχείων λόγω της συνεχούς φορτο-εκφόρτισης. Ένας μετατροπέας-φορτιστής μπορεί να ρυθμιστεί να κάνει την φόρτιση εξισορρόπησης όταν λειτουργεί σε συνδυασμό με γεννήτρια ή ένας προηγμένος ρυθμιστής φόρτισης φωτοβολταϊκών που έχει τέτοια δυνατότητα.
Ένας άλλο πρόβλημα που προλαμβάνει η περιοδική φόρτιση εξισορρόπησης είναι το πρόβλημα της σταδιακής θειίκωσης (ή θείωσης) των πλακών μολύβδου. Όταν ο συσσωρευτής μολύβδου εκφορτίζεται, οι πλάκες του καλύπτονται σταδιακά με θειικό άλας ως αποτέλεσμα της χημικής αντίδρασης που συμβαίνει κατά την διάρκεια της εκφόρτισης. Καθώς ο συσσωρευτής παραμένει για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε κατάσταση χαμηλής φόρτισης, η επικάλυψη αυτή τείνει να αυξάνει και να αδρανοποιεί όλο και μεγαλύτερες περιοχές των πλακών μολύβδου του συσσωρευτή με συνέπεια να μειώνεται η χωρητικότητά του. Κατά την φόρτιση λαμβάνει χώρα η αντίστροφη χημική αντίδραση που μετατρέπει και πάλι το θειικό άλας σε θειικό οξύ. Με την φόρτιση εξισορρόπησης εξασφαλίζουμε ότι οι πλάκες μολύβδου θα "καθαρίσουν" πλήρως από το θειικό άλας και ο συσσωρευτής θα αποκτήσει και πάλι τη κανονική του χωρητικότητα.
Οι συσσωρευτές κλειστού τύπου αναπτύχθηκαν ακριβώς για χρήση σε περιπτώσεις που δεν υπάρχει μία από τις παραπάνω προϋποθέσεις (αεριζόμενος χώρος εγκατάστασης, δυνατότητα ελέγχου και πλήρωσης των στοιχείων ή δυνατότητα φόρτισης εξισορρόπησης) ή για περιπτώσεις όπου ο συσσωρευτής θα αλλάζει θέση στον χώρο και συνεπώς θα δημιουργηθεί πρόβλημα με τον ηλεκτρολύτη που μπορεί να χυθεί. Χαρακτηριστική περίπτωση είναι οι συσσωρευτές που χρησιμοποιούνται σε αεροσκάφη οι οποίοι αφενός τοποθετούνται σε περιορισμένους χώρους χωρίς δυνατότητα εξαερισμού, αφετέρου μπορεί να βρεθούν ακόμη και σε ανάστροφη θέση όταν το αεροσκάφος εκτελεί ελιγμούς.
Οι συσσωρευτές κλειστού τύπου δεν μπορούν να δεχθούν φόρτιση εξισορρόπησης και συνεπώς είναι περισσότερο ευαίσθητοι σε συνθήκες λειτουργίας που μπορεί να διαταράξουν την ισορροπία φόρτισης μεταξύ των στοιχείων τους.
Συμπερασματικά, αν δεν συντρέχει κάποιος ιδιαίτερος λόγος που να επιβάλει την χρήση συσσωρευτών κλειστού τύπου, οι συσσωρευτές ανοιχτού τύπου είναι συνολικά καλύτερη επιλογή ως προς την διάρκεια ζωής τους σε σχέση με το κόστος τους.
- Επιλογή κατάλληλης χωρητικότητας συσσωρευτή.
Ένα από τα βασικά μεγέθη που πρέπει να καθοριστούν σε ένα ΣΑΗ είναι αυτό της χωρητικότητας του συσσωρευτή. Θα πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλοί παράγοντες, όπως η χρήση του συστήματος, το είδος και η ισχύς των πηγών του, τα ηλεκτρικά φορτία που πρόκειται να τροφοδοτηθούν, ο τρόπος χρήσης τους και η αυτονομία που θα επιθυμούσε ο χρήστης του. Ο σημαντικότερος όμως παράγοντας είναι η μέση ημερήσια κατανάλωση που πρόκειται να καλύπτει το σύστημα. Η πράξη έχει δείξει ότι ο συσσωρευτής θα πρέπει να έχει ικανότητα αποθήκευσης τουλάχιστον διπλάσια από την μέση ημερήσια κατανάλωση. Παραδείγματος χάριν, αν η μέση ημερήσια κατανάλωση εκτιμάται ότι θα είναι 5kWh, προτείνεται ο συσσωρευτής να έχει ικανότητα αποθήκευσης (όταν βρίσκεται σε κατάσταση πλήρους φόρτισης), τουλάχιστον 10kWh.
Η παραπάνω προσέγγιση δεν αποτελεί "απαράβατο" κανόνα είναι όμως μία ισορροπημένη επιλογή ανάμεσα στο κόστος του συσσωρευτή και στην αυτονομία που θα έχει το σύστημα ώστε να μην οδηγείται ο συσσωρευτής σε καθημερινές πολύ βαθιές εκφορτίσεις.
Γενικά θα λέγαμε ότι, αν παρακάμψουμε τον παράγοντα "κόστος", από πλευράς απόδοσης θέλουμε την μεγαλύτερη δυνατή χωρητικότητα αφού μεγάλη χωρητικότητα σημαίνει μεγάλη αυτονομία, χαμηλός ρυθμός εκφόρτισης, χαμηλή απώλεια ενέργειας, μικρότερη πιθανότητα για πολύ βαθιές εκφορτίσεις και όλα αυτά μαζί σημαίνουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής για τον συσσωρευτή. Παρόλα αυτά το όριο στον μέγεθος του συσσωρευτή τίθεται από την δυνατότητα που έχουμε να τον φορτίσουμε πλήρως.