Moje elektrárna pracuje od února 2013 – tedy už desátý rok, s 200Ah LiFeYPo4 články Winston, které jsou zapojeny do dvou 4S baterií, a tyto baterie pak pracují paralelně a chovají se jako jediná, 400Ah baterie. Zpočátku měla baterie kapacitu vyšší než nominální, VALC dospěl ke kapacitě 450Ah – těžko říct, přesný kapacitní test jsem tehdy nedělala, ale určitě měly vyšší kapacitu než tu nominání.

Po deseti letech je baterie kapacitně stále blízko své nominální hodnotě, ale zdá se, že vzrůstá vnitřní odpor článků a baterie trochu měkne a na zátěž reaguje nižším napětím, než jak jsem pozorovala dříve. V zimě je to patrnější. Při nabíjení se napětí rychle dostane až k absorpčnímu napětí (13,85V =  3.45V na článek). Tehdy jsem kroutila hlavou, jak to lithium prostě napěťově drží a drží, i přes relativně vysoké proudy. Ovšem je pravda, že před deseti lety jsem je nemohla nabíjet tak vysokými proudy jako dnes, kdy mi z modernizovaného jižního pole teče 60A a z východního souběžně dalších 50A.

Rozšířit elektrárnu o další dvě sady 12V baterií by mohlo někdy v budoucnu umožnit pomyslet na přechod na 24V systém, na čímž si mírně lámu hlavu hlavně při čerpání, při praní, nebo třeba při pozorování alarm eventů regulátorů Current limiting (dosáhnutý max. proud regulátoru).

V první fázi přidám baterii jedinou, a připojím ji paralelně. Získám tím téměř 3,5 kWh energie navíc, celkem bude po plném nabití něco k 9kWh. A to se hodí vždy.

Zní to jednoduše, ale úplně lehké to nebude.

Původní, 10 let stará instalace předpokládala paralelní propoje baterií přímo v bateriovém boxu. U dvou baterií to nebylo koneckonců nic složitého. Neumožnilo to ovšem jistit každou baterii zvlášť – obě baterie mají společný 125A jistič před zátěží. To není úplně košer: může se stát, že některý z článků v jedné z baterií se pokazí, jeho napětí poklesne, a v ten okamžik poteče obrovský vyrovnávací proud z druhé, zdravé baterie do té defektní, a to nemusí skončit dobře. Pojistka by měla tuto událost odchytit a baterii včas odpojit.

U tří baterií paralelně, navíc v kombinaci nové a silné baterie se slabšími a starými bateriemi, už si propojení nakrátko nedovolím – budu muset postavit extra rozvaděč pro připojení baterie. Kolegové na fóru doporučili použít masivní sběrnice z měděné pásoviny pro oba bateriové póly. Jakýkoliv kabel k této sběrnici má být jištěný – a mnoho lidí jistí oba póly. Já budu jistit již tradičně jen kladný pól. K této sběrnici povede z bateriových boxů připojení měniče, DC rozvodů, napájení serveru, napájení řídícího systému a výstup regulátorů. I tak tam tedy těch jističů bude dost.

Tohle si vyžádá změny v DC rozvaděči, výrobu nového bateriového rozvaděče, změnu kabelových tras, dokonce změny dispozic technické místnosti. Navíc při této příležitosti předělám i stávající bateriový box pro žluťásky, který sice posloužil, nicméně je křehký, což se neosvědčilo, protože se na jeho víko stále něco odkládá. Navíc není těsný – umožnil myším si u baterek dělat mejdany.

Po kompletním nahrazení všech starých amorfů jižního pole za monokrystaly se výroba bateriového rozvaděče stala navíc absolutní prioritou: ve starém DC rozvaděči, i když jsem ještě v zimě posílila kabeláž a DC můstky, tečou nyní bateriové proudy skutečně blízko 120A. A pokud je horký a slunečný den, je cítit připalující se izolace. Bateriové vodiče jsou nebezpečně rozpálené, silně hřeje i 125A pojistka baterie, můstky, a v těsném DC rozvaděči se tím žárem sekundárně rozpalují i slaboučké signálové vodiče, naštěstí prakticky všechny už v silikonové izolaci. Napěťový úbytek za pojistkou baterie měřím ve špičkách skoro 0,4V, což zase silně irituje VALC, který předčasně zahajuje procesy plného nabití.

Že je stav už téměř havarijní jsem si uvědomila relativně nedávno, na jaře jsem si říkala, že tohle ještě počká. Jakmile jsem si toho všimla a začala to bedlivěji sledovat, bylo taky zřejmé, že se to horší, napěťový úbytek roste, že v tom zkrátka někde něco přehořívá. Smrad pálené izolace mě však donutil odložit lenost a pustit se stavby nového bateriového rozvaděče urgentně. Později, při úpravách v DC rozvaděči, jsem našla (naštěstí jedinou) oběť přetěžovaných vodičů: starý Amploc proudový senzor 100A, který byl navlečený na jeden z rozpálených vodičů, bohužel praskl. Až do manipulace asi ještě držel pohromadě, protože do svého nezaslouženého konce posílal docela uvěřitelná data.

Později, po několika dnech provozu s novým bateriovým rozvaděčem, jsem naznala, že potíž nebyla asi v poddimenzovaném průřezu vodičů ve starém DC rozvaděči. Protože po novu jsou regulátory připojeny ke sběrnici vodiči, které podezřívám z toho být pouze 10mm2 – protože dům už nic rozumějšího nedal. Po těchto  vodičích teče běžně 60A v každém, jsou jen mírně teplejší než ty ostatní. Musel to být problém nějakého zákařeného přechodového odporu v jednom ze spojů, možná někde na novém DC můstku… Což možná ovlivňovalo i deformaci měřených dat a baterie tak měkla do jisté míry pouze zdánlivě,

Výběr článků

Před deseti lety byly články Winston drahé, ale ne tak drahé, jako dnes – zdražily bezmála o 40%, a po pravdě, to už se mi investovat byť do bezpochyby skvělých žluťásků nechtělo.

V nabídce Eskutru jsou i články CALB v kapacitě 230Ah za přijatelnou cenu, ovšem je potíž s jejich dostupností. Zkusím tedy články EVE 280Ah.

Na váhu jsou články EVE lehčí, než Winstony. 280Ah EVE váží něco kolem pěti kg, 200Ah Winston vážil tuším kil osm. Rozměrově jsou EVE zcela jiné, a mají podle mě dost divoce provedené terminály – na obrázku z katalogů nejsou vyobrazeny hliníkové bloky, kterými je šroub terminálu článku napevno osazen.

Osazení silových vodičů

Provedení terminálů je problém – ani prodejce mi nedokázal poradit rozumné řešení, jak na dvě M6 závitovky mechanicky a elektricky bezpečně připojit silový vodič. V mém případě postačí 16mm2, protože neočekávám proudy vyšší než 60A (celkem tedy agregovaný bateriový proud 180A). Naštěstí mi pomohl člen fóra Mypower.cz Abrams, který mi vyrobil a dokonce na kabely osadil (připájel) specializovaná dvojitá kabelová oka přímo na míru těchto terminálů.

Iniciační nabíjení

Články přišly s napětím kolem 3,2V. Podle údajů výrobce by články z výroby měly chodit nabité na 30-50% SOC a lze je nabíjet na max 3,65V. Částečně jsem nabíjela starou nabíječkou Turnigy proudem 6A, pak jsem pořídila laboratorní zdroj 10A – ten se bude ještě hodit i na další projekty.

Při nabíjení tím laboratorním zdrojem mě zaujalo, že zdroj nabíjel jen proudem pod 5A, zobrazoval 3,6 a na baterii jsem měřila 3,37. No, napadlo mě vyměnit ty dodané kablíky svým vlastnoručně vyrobeným, a hle, nabíjecí proud rázem 10,5A. Takže čínská klasika, poddimenzované kablíky… Uvidíme, jak dlouho tahle věc vydrží. Protože jej hodlám trápit proudy na hraně jeho jmenovitého výkonu (10A), možná odejde ještě v záruční době…

Články jsem nabíjela, dokud zdroj nepřešel do režimu CV na napětí 3,6V a proud při tomto napětí netekl vyšší než 1A. A trvalo to dlouho, doslova týdny, protože iniciační nabíjení provádím výhradně pod dohledem o víkendech. Odhadem – protože zdroj nepočítá Ah či Wh – pojal každý článek kolem 150Ah.

Poté, co se články po iniciačním nabití odležely, jsem je proměřila: na každém z nich mi voltmetr ukazoval přesně 3,34V. Vzhledem k tomu, že mezi nabitím prvního a posledního článku uplynulo několik týdnů, mile mě překvapilo, že si články drží tak dlouho zcela přesné napětí.

Pak jsem články propojila paralelně, aby se navzájem vyrovnaly. Zkusila jsem klešťákem změřit proud na jedné propojce, ukazovalo to něco na hranici šumu, možná pár desítek mA tím teklo.

Krabice pro novou baterii

Krabici jsem vyrobila z jediného materiálu, jehož zbytky dům dal, totiž z OSB desky. Rozhodně ne ideální materiál. Měla jsem namyšleno, že články a vnitřek skříně proložím šamotovými deskami, ovšem nepodařilo se mi je sehnat. No nic, do krabice půjde pro jistotu i teplotní čidlo z SDS.

Asi po dvou týdnech jsem paralelní spojky sejmula – všechny články jsou nyní zcela vyrovnané. Po proměření měl každý svých 3,34V, prozatím se tedy chovají úplně vzorně. Další krok je přepojit je do série a osadit balancery. Tohle ale udělám až na finálním stanovišti, protože složená baterie bude už příliš těžká na přenášení. No a až budu mít připravený bateriový rozvaděč a přepojenou kabeláž, mohu novou baterii připojit do elektrárny, ve které pojede nějakou dobu sólo, dokud nevyčistím a nevyrovnám staré Winstony.

Rozvodnice s odpojovači a sběrnicemi

Kolegové solárníci doporučili jako sběrnici použít masivní měděnou pásovinu, ke které lze silové vodiče připojit pomocí svorek, případně ji lze provrtat a kabely upevnit na kabelová oka. Konkrétně jsem sehnala sběrnici 30x10mm, což je už pěkný kus mědi. Připojení k této sběrnici musí být jištěné ze všech stran – od baterií, od měniče, regulátorů i od DC spotřeby. Tak to koneckonců bylo i v původním DC rozvaděči, kde např. regulátory mají každý svou pojistku a k baterii jdou ještě přes hlavní bateriový pojistkový odpojovač. Měnič bude mít ovšem po novu pojistky taky dvě, jednu svou a druhou v sérii tu bateriovou. Ke sběrnici v nové rozvodnici bude třeba připojit regulátory, DC zátěž a měnič. Body pro měření proudu budou tedy v této rozvodnici, a bude dobré v původním rozvaděči zapouzdřit zdroj ref. napětí do DIN krabičky a dát tam pěkně svorkovnice pro připojení jak k senzorům, tak k SDS.

Měření proudů

Na měření proudů měniče použiju už stávající 200A senzor Amploc. Oříšek bude měření proudu DC můstku jediným senzorem. Kroužek proudového senzoru by měl měřit součet proudů na všech provlečených vodičích (2 vodiče od regulátorů je nabíjecí proud, vodič do DC rozvaděče je spotřeba). Ovšem otázka je, jestli je jeho průměr dostatečný na tři 16mm2 vodiče. DC můstek jsem dosud měřila jediným 100A senzorem Amploc. Po upgrade jižního pole mívám kolem poledne nabíjecí výkon k 110A (výkon kolem 1500W), takže menší senzor už zkresluje a bude potřeba  použít 200A Amploc, které u nás už nejsou pár let k dostání, bude třeba je objednat přímo ze Států.

Samozřejmě jsem se pokoušela hledat i alternativu, kterých je k mání zdánlivě spousta. Potřebuju však typ senzoru, který převádí měřený proud na napětí (ne na proud), a umožňuje napájení 10Vdc. Proč? Protože na výstupu senzoru je pak napětí 5V při nulovém protékajícím proudu, a kolem této nuly se pak napětí točí až po saturaci senzoru – při 200A tedy 10V nebo nula, v závislosti na polaritě proudu. A AD převodníky SDS, kterým výstup senzoru měřím, nejsou schopny měřit tak přesně malé napěťové rozdíly, takže čím vyšší napájecí (referenční) napětí senzoru, tím vyšší přesnost měření.

Dalším omezení je vnitřní průměr kroužku senzoru – čím větší, tím lepší. Kdysi jsem koupila jakýsi 200A Honeywell, max. napájecí napětí 5V, připojovací konektor žádný – konstrukce myšlena na PCB a především vnitřní průměr, kterým není možné provlést ani 16mm2 kabel.  No a po tomto omezení se pak ukáže, že nabídka hall senzorů na našem trhu je dost malá – vlastně jediný vyhovující senzor je onen Amploc.

Senzor jsem objednala přímo u výrobce za cenu kolem 30USD. Bohužel výrobce povolil pouze drahý způsob dopravy (prý kvůli nespolehlivosti státních pošt), takže doprava senzor zdražila na dvojnásobek. Asi po dvou týdnech mi ze států došel balíček, s napařeným clem, DPH a poplatkem na administraci cla přes 500Kč. Naštěstí po rozbalení balíčku spočíval senzor v červené antistresové fólii, s jejíž pomocí jsem tuhle drahotu mohla klidněji rozdýchat.

Inspekce a vyrovnání starých článků

První sada 200Ah Winstonů mi poctivě slouží už 10 a půl roku, ta mladší je jen o půl roku mladší. Při všech těch pracích jsem si vyhradila čas na jejich kontrolu, vyčištění a vyrovnání. Předtím jsem je nechala elektrárnou těsně před odstavením plně nabít.

Baterie byla dost znečištěná myšími hovínky a stelivem, které si do krabice natahaly. Po rozebrání baterie byly měděné terminály místy hodně zašlé – zoxidované.

Baterie jsem tedy především vypucovala, korozi z terminálů a CupAl podložek jsem vyčistila jemným smirkem. Rozhodně mechanicky teď na nich ten čas prakticky nevidět, žádný článek nebyl nafouklý. Pouze u jednoho jsem u přetlakového ventilku našla, jako by si upšouknul:

Proměřila jsem napětí všech článků – navzájem se lišily nejvíc o cca 100mV, v průměru ale mnohem méně. Zkrátka byly články natolik srovnané, že jsem neváhala propojit všechny čtyři články každé sady propojit paralelně a všechny naráz nabít na 3,6V. Hrubým odhadem si při tomto nabíjení vzal každý článek kolem 10Ah – mezi 3,45, což je limit nastavený v regulaci mé FVE a 3,6V je už velmi málo kapacity.

Po nabití a rozpojení zůstaly články držet jeden den napětí kolem 3,5V – a nebyl už čas na to, nechat je sesednout.

Závěr této práce tedy je, že články 10 let staré LiFeYPo baterie se minimálně nahoře nijak nerozjely a baterie se zdá být v pořádku. Což je samozřejmě jen orientační zjištění, protože měření proběhlo bez zátěže, neznám vnitřní odpory jednotlivých článků ani jejich skutečnou kapacitu.

Montáž

Při montáži jsem si chtěla odpustit všechny možné zbytečné improvizace, abych něco někde neopomněla, nebo dokonce něco nepokazila. Nezbytných improvizací zbude i tak dost, o tom nepochybuju. A proto jsem si napsala plán. Ten ze začátku pomohl, ale zhruba od poloviny už ztratil smysl, protože jsem jak v DC rozvaděči tak ve skříni s regulátory nacházela rezidua minulých improvizací a nacházela hlavně na signálové kabeláži stopy zubu času a myší, které bylo potřeba opravovat, začala jsem ztrácet niť. Po třech dnech práce jsem si uvědomila, že mi dochází čas, takže jsem se rozhodla hlavně DC rozvaděč neopravovat, zaflikovat to provizorně a vrátit se k tomu později. DC rozvaděč bude asi rychlejší téměř úplně rozdělat a sestavit znovu, než rozmotávat sítě signálové kabeláže a nenacházet mezi nimi žádné použitelné kabelové trasy pro silové vodiče.

Nový bateriový rozvaděč je natolik zaplněný že zpětně nechápu, jak jsem mohla mít ve starém DC rozvaděči pospojované baterie, měnič a regulátory na několika málo DIN pozicích. No, chápu, před lety jsem to dimenzovala na nižší proudy. Novému rozvaděči je potřeba opatřit masku a pořádně jej popsat a opatřit výstražnými popisky, aby nikoho ani nenapadlo první odpojovat baterie. Protože ačkoliv je nutností mít baterie a další silové komponenty bezpečně odpojitelné, tyhle odpojovače se v běžném provozu nepoužívají, jen při problémech nebo při servisu. A pokud se už použijí, je potřeba nejdřív odpojit panely, jinak hrozí poškození regulátorů. Takže nic pro osoby nepoučené.

Některé představy na začátku samozřejmě vzaly za své, především průchodky pro silné vodiče. Možná bych nějaké i měla, ale jsou natolik velké, že nacpat to tam bylo už nad moje síly.

Co se týče improvizací, jednu zásadní bylo potřeba udělat, a to výměnu jednoho kabelu k měniči. Původní kabel záporného pólu byl o něco kratší než bylo třeba, takže jsem jej musela nahradit jedním, který jsem naštěstí vyhrabala v zásobách. Zni to jednoduše, ale v extrémně těsném prostoru přístrojové skříně to byla práce na několik hodin. Nový kabel je navíc hrozně tlustý, je to zřejmě 50mm2. Kromě toho je pletený z jemných měděných vláken, takže je sice krásně ohebný, ale bylo peklo spojit jej s měděnou sběrnicí. Sice se nezdá, že by ten spoj nějak hřál, ale z těch vláken, které se nepodařilo zastrčit do “lisu” jsem nervózní. Hodila by se mi časem termokamera, abych si na nové silové spoje posvítila…

Další položkou na seznamu TODO je osazení balancerů na novou baterku.

Balancery jsem měla sice připravené, ale hned jak mi došly, jsem se podívala na přiložené kablíky a zdálo se, že se obejdu bez pájení, protože na balancerech je něco jako malá svorka a na dodaných kablících očko. Při montáži mi ale došlo, že dodané kablíky jsou flexibilní, což znamená, že bych musela balancery nějak konstrukčně oddělit od článků, aby se nemohly dotknout terminálů. No, žádný problém přece, prostě si vyrobím vlastní propojky z tužšího drátu, který balancery bezpečně udrží. Bohuždl, ta svorkovnička, je tak fórová, že dráty v ní prostě nedrží. A na pájení balancerů jsem v tom švungu už čas neměla. Obavy z toho nemám – nad napětí 3,6V by se nové články v mé elektrárně dostat rozhodně neměly.

Mimochodem, při montáži mi hrozně pomohl geniální aku šroubovák. Je k nevíře, jak je to vymyšlené a jak dobře to funguje – funguje prostě jako posilovač a akcelerátor zápěstí, jehož pohyby sleduje. Takže žádné tlačítka zpět / zad, ani regulace otáček spouští, prostě stačí otočit zápěstí. Geniální 🙂

Taky jsem si před časem konečně pořídila trochu lepší multimetr a pořádné měřící šňůry. Ta stará věc, co jsem používala dřív, sice pořád žije, ale ukazuje podezřelé hodnoty, navíc při každém měření téhož jiné. A nemá pípák. Prostě jsem mu přestala věřit, a pořídila raději nový, měří víc veličin, což se může časem hodit, ale hlavně měří spolehlivě, takže nemusím při práci pořád něco křížově ověřovat.

Spuštění

Celé jsem to spouštěla hodně opatrně, obvod po obvodu. Nejdřív bylo potřeba nahodit automatizaci, protože bez VALCu jsem byla celé ty tři dny bez řízení čerpadla a voda v nádrži začala docházet. A taky samozřejmě bez řízení balastní zátěže, takže voda v bojleru vychladla.

První věc, co jsem udělala, bylo naposledy proměřit každou ze sad baterií. Staré dvě sady A a B měly bez zátěže nějakých 13,7V, zatímco nová sada C byla na napětí 13,4. Což už jsem se neodvážila propojit, takže nejdřív jsem na sběrnici zapojila baterii A a k ní B. Pak jsem spustila okruh automatizace, aleluja, VALC se probral, a první úkon, který provedl, bylo napuštění vody. Pak jsem zprovoznila okruh DC rozvodů domu a okruh napájení serveru. Tím se baterie AB zatížila odběrem kolem 8A, a po zhruba třech hodinách napěťově klesla tak, aby bylo možné připojit novou baterii C. Klešťákem jsem měřila proudy všech baterií, zpočátku byl malý přetok do baterky C – v řádu jednotek A. A od té doby už baterie jedou v tandemu. Až budou nějaké významnější výkony, proměřím jednotlivé bateriové proudy, jak si to jednotlivé baterie rozdělují.

Pak jsem po různých peripetiích zprovoznila regulaci, nakonec měnič. Zdá se, že všechno funguje ok, a chválabohu, ten prvotní problém s havarijním přehříváním vodičů je vyřešený. Měděné sběrnice, ani jističe nehřejí, jen mírně vodiče od regulátorů. No, uvidí se, až přijde zase azuro, vedro a hlad po energii.

Nový bateriový rozvaděč mi taky dovolí už bez větších stresů rozšířit elektrárnu o čtvrtou bateriovou sadu, až si na ni našetřím.

Slavnostní okamžik se konal ve chvíli, kdy jsem ve Valcu nastavila nový hrubý odhad kapacity baterie 700Ah, což je tedy přibližně 9kWh. A baterie zatím drží krásně, ať to zatížím jakkoliv, napětí se skoro nehne. A SOC v noci ubývá nezvykle zvolna, skvělé.

Projekt jsem plánovala dlouho a velmi dlouho připravovala (například jen na dodání držáků měděných sběrnic jsem čekala celou zimu), a finiš byl velmi vyčerpávající, ale, stálo to za to 🙂

Další díly seriálu

<< Soukromý: Úvahy o přechodu na 24VBudiž tma >>