Straty systemów bateryjnych podczas ich pracy w instalacjach fotowoltaicznych składają się z wielu elementów, w szczególności obejmujących:
-> straty przekształcania energii elektrycznej na chemiczną ogniwa, oraz przekształcenie w drugą stronę (chemiczną na elektryczną), które są związane m.in. z rezystancją wewnętrzną baterii oraz z zastosowaną technologią (rodzaj elektrolitu, budowa),
-> straty związane ze zużyciem energii elektrycznej przez baterię na potrzeby własne (w trybie stan-by, pomiary, zasilaniem wyświetlacza oraz elektroniki, straty połaczeń wewnętrznych),
-> straty w przewodach podłączeniowych od falownika do baterii (zależne są do rodzaju materiałów przewodów, ich przekrojów oraz długości).
Kable bateryjne dołączane do systemów bateryjnych przez ich producentów zwykle są tak krótkie jak tylko to możliwe (chodzi o to, żeby straty na przesyłanie energii między baterią i falownikiem były jak najmniejsze) i dlatego zalecają oni, aby bateria znajdowała się jak najbliżej falownika bateryjnego.
Jednym z podstawowych parametrów systemów bateryjnych wpływających na straty występujące w procesie ładowania/rozładowania energii elektrycznych jest rezystancja wewnętrzna ogniwa bateryjnego. Rezystancja wewnętrzna ogniwa akumulatora Ri [mOhm] jest miarą oporu ogniwa wobec przepływającego przez nie prądu elektrycznego. Zjawisko to wywołane jest różnymi czynnikami, takimi jak materiał elektrody, grubość elektrod, czy przewodność jonowa elektrolitu. Ale okazuje się, że również temperatura pracy ogniwa może wpływać na zmianę rezystancji wewnętrznej ogniwa. Rezystancja wewnętrzna ogniwa może wpływać na wydajność baterii i dlatego ważne jest, aby baterie pracowały tylko i wyłącznie w określonym przez producenta zakresie temperatur pracy.
Pomiar rezystancji wewnętrznej ogniwa można przeprowadzić wykorzystując do tego uniwersalny miernik elektryczny oraz rezystor zewnętrzny. Mierząc napięcie na zaciskach ogniwa bez jego obciążania możemy określić napięcie obwodu otwartego (Uoc). Podczas tego pomiaru prąd przepływający przez baterię jest bliski wartości 0 A, dlatego też spadek napięcia wynikający z rezystancji wewnętrznej również jest bliski wartości 0 V. Następnym krokiem podczas ustalania rezystancji wewnętrznej ogniwa jest przeprowadzenie pomiaru wartości napięcia po podłączeniu zewnętrznego opornika (na przykład o wartości rezystancji Rz wynoszącej 4 Ohm). Po podłączeniu takiego opornika zewnętrznego napięcie baterii Uz spada (mierzymy je miernikiem uniwersalnym) i wykorzystując poniższy kalkulator możemy obliczyć wartość rezystancji wewnętrznej baterii.
Zmieniając wartość prądu ładowania/rozładowania możemy również obliczyć wielkość strat energii elektrycznej związanej z rezystancją wewnętrzną ogniwa (rosną wraz ze wzrostem wartości prądu ładowania/rozładowania ogniwa).
Rezystancja wewnętrzna pojedynczego ogniwa akumulatora może mieć znaczący wpływ na wydajność całego zestawu akumulatorów pracującego z instalacją fotowoltaiczną. Gdy rezystancja wewnętrzna jednego z ogniw akumulatora jest zbyt wysoka, wtedy może to doprowadzić do zmniejszenia całkowitej pojemności akumulatora. Dlatego aby poprawić jakość pakietu akumulatorów, ważne jest, aby do ich produkcji wybierać ogniwa, które mają podobne wartości rezystancji wewnętrznej.
Zwykle rezystancja wewnętrzna akumulatora rozruchowego samochodów spalinowych wynosi kilka mOhm (dla nowego akumulatora zwykle jest to wartość rzędu 4-5 mOhm). Z kolei rezystancja wewnętrzna baterii w samochodach elektrycznych mieszczą się w zakresie kilkudziesięciu do nawet kilku set mOhm. Natomiast rezystancja wewnętrzna baterii LiFePo stosowanych w systemach bateryjnych w instalacjach fotowoltaicznych mieści się w zakresie kilkudzięsięciu mOhm (zwykle 0,1 – 0,5 Ohm). Jednocześnie rezystancja wewnętrzna baterii rośnie wraz ze spadkiem temperatury w której pracuje (typowy przebieg zależności rezystancji wewnętrznej baterii pokazuje poniższy wykres).
Bezpośredniego pomiaru rezystancji wewnętrznej akumulatorów samochodowych można dokonać również za pomocą specjalnego miernika, który obok rezystancji wewnętrznej baterii pozwala na określenie również innych parametrów akumulatora:
Wartość rezystancji wewnętrznej systemu bateryjnego bezpośrednio wpływa na wielkość strat energii występujących podczas procesu ich ładowania/rozładowania. Zjawisko to jest bardzo istotne szczególnie w sytuacji, gdy baterie systemów magazynowych ładowane są wysokimi wartościami prądów ładowania (powyżej 100 A). Taka sytuacja występuje w przypadku systemów bateryjnych pracujących z bateriami niskonapięciowymi (napięcie zestawu bateryjnego wynosi poniżej 55 V) i w takim przypadku straty ładowania/rozładowania mogą osiągać wartość nawet 20 %. W przypadku systemów bateryjnych wysokonapięciowych (napięcia DC systemu wynoszą min. 100 V) prądy ładowania wynoszą kilkanaście lub kilkadziesiąt amper. W takim przypadku straty ładowania/rozładowania są zdecydowanie niższe (im wyższe napięcie zestawu bateryjnego wysokonpięciowego tym są one niższe). Im wyższe są straty energii związanej z ładowaniem/rozładowaniem systemu bateryjnego tym mniej energii mamy do dyspozycji i w takim przypadku zdecydowanie lepiej jest zużywać energię elektryczną, zamiast ją magazynować w systemie bateryjnym.
Konieczność wykonywania pomiarów rezystancji wewnętrznej wynika również z wymagań związanych z konserwacją akumulatorów. Rezystancja wewnętrzna akumulatora stopniowo wzrasta wraz z postępującym okresem jej użytkowania. Ponieważ energia elektryczna pobierana z akumulatora jest wynikiem zachodzących w nim reakcji chemicznych (pomiędzy elektrolitem i elektrodami), dlatego po dłuższym czasie reakcja chemiczna ulegnie spowolnieniu z powodu osadzających się na elektrodach związków chemicznych. To zjawisko wpływa właśnie na wzrost rezystancji wewnętrznej akumulatora.
Zmiana rezystancji wewnętrznej ogniw w czasie jego eksploatacji przekłada się zarówno na żywotność systemu bateryjnego, jak również na pozostałe parametry systemów bateryjnych (SOC, SOH). Dlatego warto zaplanować okresową kontrolę tej wartości, aby osiągać jak najlepsze sprawności systemów bateryjnych (w tym również móc wyciągać z baterii jak najwięcej energii elektrycznej).
