Az akkumulátor hatásfoka és energiasűrűsége: mit jelentenek ezek a számok?

Röviden: az akkumulátor hatásfokát két mutató adja: a coulomb-hatásfok (mennyi töltés jön ki a bevitthez képest) és a feszültséghatásfok (mennyire tér el a töltési és a kisütési feszültség). Az energiasűrűség azt mutatja meg, mekkora tömegben vagy térfogatban tárolható adott energia.

Két hatásfok

A napelemes rendszerben az akkumulátor hatásfoka fontos szempont, mert a napelemmel termelt energia viszonylag drága. Az akkumulátor teljes hatásfokát két mutató adja: a coulomb-hatásfok és a feszültséghatásfok.

A coulomb-hatásfok azt fejezi ki, hogy a töltéskor bevitt töltések hány részét lehet kisütéskor kivenni. A veszteségeket elsősorban a mellékreakciók okozzák, például a víz elektrolízise vagy más redoxreakciók az akkumulátorban. Általában a coulomb-hatásfok magas lehet, a forrás szerint 95% fölött is.

A feszültséghatásfokot nagyrészt a töltési feszültség és a kisütés közbeni akkumulátorfeszültség különbsége határozza meg. Ezért az akkumulátor feszültségének függése a töltöttségtől is hat rá. Egyéb tényezők azonosak, az az akkumulátor, amelynek feszültsége lineárisan változik a töltöttséggel, kisebb hatásfokú, mint az, amelynek feszültsége lényegében állandó marad.

Típusonként más-más értékek

A forrás szerint az ólomsavas akkumulátorok tipikus coulomb-hatásfoka 85%, az energiahatásfokuk pedig nagyjából 70%. A nikkel-kadmium akkumulátoroknál a coulomb-hatásfok 75% és 85% között, a teljes hatásfok 60% és 75% között van. A vanádium-vanádium áramlási akkumulátornál a coulomb-hatásfok 97%, az energiahatásfok 87%. A számok egymással csak óvatosan vethetők össze, mert más és más forrásoldalakról származnak, és a hatásfok a töltési-kisütési módtól is függ.

Energiasűrűség és teljesítménysűrűség

Az energiasűrűség elsősorban az akkumulátorrendszerek összehasonlítására szolgáló mutató. Az akkumulátor kapacitásának és tömegének hányadosa a gravimetrikus energiasűrűség (Wh/kg), a kapacitás és a térfogat hányadosa pedig a volumetrikus energiasűrűség (Wh/dm³ vagy Wh/liter). A nagyobb energiasűrűségű akkumulátor ugyanakkora kapacitásnál könnyebb, mint a kisebb energiasűrűségű.

Hordozható rendszereknél az energiasűrűség kulcsfontosságú. A hagyományos, helyhez kötött tárgyat ellátó napelemes rendszereknél kevésbé fontos, de mivel az akkumulátorok távoli helyekre szállítása sokba kerül, a nagy energiasűrűség általában előny.

A teljesítménysűrűség az energiasűrűséggel és az akkumulátor gyors kisütési képességével függ össze. Egyes alkalmazásoknál, például a közlekedésben, fontos, a napelemes rendszereknél azonban általában nem döntő.

Mit érdemes megjegyezni?

Egy akkumulátor „hatásfoka” nem egyetlen szám: a töltés és a kisütés feszültségének különbsége is veszteség. A kapacitás gyakorlati értelmezéséhez nézd meg az akkumulátor kapacitásáról szóló cikket, az ólomsavas típusról az ólomsavas akkumulátorról szóló írást, a más kémiákról pedig a nikkel-kadmium és áramlási akkumulátorokról szóló cikket. A napelemes alapokat a Mi az erkélynapelem, és hogyan működik? cikk foglalja össze.

Lásd még: Az akkumulátor feszültségéről, önkisüléséről és belső ellenállásáról külön cikkünk szól (megnyitás).