EN
Rychlé odkazy
Stále více továren přechází na bateriové systémy 48 V, protože nabízejí přesně ten správný poměr účinnosti, bezpečnostních funkcí a kompatibility s jiným zařízením. Když systémy pracují při 48 voltech, odebírají při stejném výkonu menší proud, což znamená nižší ztráty energie způsobené odporem v kabelech (vzpomeňte si na školní vzorec P rovná se I na druhou krát R). Kromě toho umožňuje nižší proud podnikům používat tenčí kabely, které celkově stojí méně peněz. Další velkou výhodou je bezpečnost. Při 48 voltech zůstávají tyto systémy pod hranicí 60 voltů stanovenou mezinárodními normami jako bezpečné extra nízké napětí (SELV) podle IEC 61140. To znamená, že pracovníci se nemusí obávat nebezpečných elektrických oblouků při běžných úkonech údržby a většinou si nemusí kupovat drahé ochranné vybavení. A víte, co je další plus? Tato úroveň napětí se již dlouho používá například v telefonních sítích, systémech průmyslové automatizace a ovládacích panelech po celém světě. To znamená, že zařízení mohou tyto systémy připojit k již existující infrastruktuře, aniž by musely investovat velké částky do nového zapojení nebo úprav.
Standard 48 V výrazně usnadňuje práci se základními součástmi napájení. Mnoho dnešních systémů záložního napájení (UPS) a měničů ve skutečnosti již výchozím způsobem podporuje vstup 48 V stejnosměrného proudu. To znamená, že baterie lze připojit přímo, aniž by bylo nutné procházet energeticky náročnými kroky přeměny střídavého proudu na stejnosměrný nebo stejnosměrného na stejnosměrný, které spotřebovávají velké množství energie. Zajímavé je, že to funguje dobře i ve starších průmyslových zařízeních. Mnoho továren stále provozuje své senzorové sítě, programovatelné automaty (PLC) a různé řídicí obvody na napájení 48 V. Díky této stávající infrastruktuře je přechod na lithiové baterie 48 V rychlý, přináší minimální riziko pro provoz a nevyžaduje ani vysoké kapitálové investice.
Přesné posouzení průmyslových energetických potřeb tvoří základ spolehlivého návrhu záložních baterií 48 V. Tento proces identifikuje klíčové systémy, které je třeba chránit, a stanoví jejich spotřebu energie za účelem prevence výpadků.
Začněte tím, že vytvoříte kompletní seznam všeho zařízení ve výrobním objektu, a poté změříte, kolik energie každá položka skutečně spotřebovává. Pro tento úkol se velmi dobře hodí klešťové měřiče, i když někteří lidé dávají přednost systémům podpojistkového měření, pokud se jedná o rozsáhlejší instalace. Při procházení seznamu se nejprve soustřeďte na zařízení, které musí běžet nepřetržitě. Například řídicí procesy, bezpečnostní spínače, které zastaví stroje v případě poruchy, a veškeré síťové zařízení udržující provoz propojený, by měly mít prioritu. Ostatní zařízení – osvětlení v kancelářských prostorách, nadbytečné jednotky topení nebo chlazení, které nejsou přímo spojeny s výrobními procesy – lze obvykle odložit nebo dokonce dočasně vypnout, aniž by to způsobilo větší problémy. Ujistěte se, že zaznamenáváte pravidelné údaje o spotřebě, ale také sledujte náhlé špičky poptávky po energii. Motory a velké kompresory jsou známé tím, že při spuštění odebírají až trojnásobek běžného proudu, proto stojí za to přesně vědět, co se děje v okamžicích jejich zapnutí.
| Typ zařízení | Výkonový rozsah | Důležitost |
|---|---|---|
| Systémy řízení procesů | 300–800 W | Vysoká |
| Servery a síťová zařízení | 500–1500 W | Vysoká |
| Kompresory VZT systémů | 2000–5000 W | Střední |
| Osvětlení objektů | 100–300 W | Nízká |
Moderní prediktivní modelovací nástroje snižují chyby při dimenzování o 39 % ve srovnání s ručními výpočty, pokud jsou kombinovány s historickými daty zatížení. Celkovou denní spotřebu v kWh vypočítejte vynásobením průměrného příkonu provozními hodinami a přidejte rezervu 25 % na stárnutí zařízení a budoucí rozšíření.
Většina průmyslových zařízení dnes dodržuje standardní klasifikace dostupnosti. Instalace třídy III vyžadují průměrnou dostupnost přibližně 99,982 %, zatímco zařízení třídy II směřují k dostupnosti přibližně 99,741 %. Pokud se podíváme na provozní cykly zařízení, existuje velký rozdíl mezi spojitými zatíženími, jako jsou systémy SCADA, a stroji, které během své provozní doby často startují a zastavují. U skutečně kritických aplikací mnohé specifikace požadují tzv. redundantní uspořádání N+1. To v podstatě znamená mít záložní kapacitu napájení, která překračuje špičkové požadavky o jeden celý dodatečný modul. Důležité jsou však také environmentální faktory. Výkon lithiových baterií výrazně klesá, když teploty klesnou pod běžné provozní podmínky. Při bodu mrazu (0 stupňů Celsia) tyto baterie obvykle poskytují pouze asi 15 až 20 procent své jmenovité kapacity ve srovnání s tím, co dokážou dodat při standardní referenční teplotě 25 stupňů Celsia.
Získání správné velikosti baterie 48 V začíná tím, že zjistíme, kolik kilowatthodin (kWh) potřebujeme. Základní výpočet vypadá nějak takto: Vezměte kritickou zátěž v kilowatech a vynásobte ji dobou, po kterou chceme záložní napájení. Poté tento výsledek vydělte dvěma faktory – jednak procentem hloubky vybíjení a jednak účinností systému. Většina lithiových baterií vydrží hloubku vybíjení kolem 80 až 90 %, což je téměř dvojnásobek oproti olověným bateriím, které zvládnou zhruba 50 %. Řekněme, že někdo potřebuje 10 kW po dobu čtyř hodin při hloubce vybíjení 80 % a účinnosti systému 95 %. Provedením výpočtu získáme přibližně 52,6 kWh. Pro převod této hodnoty na ampérhodiny pro náš 48V systém vynásobíme kWh hodnotou 1000 a poté vydělíme 48 volty. Výsledkem je přibližně 1 096 ampérhodin. Použití této metody pomáhá vyhnout se nákupu příliš malé baterie, zároveň udržuje náklady v dlouhodobém horizontu rozumné a zajišťuje od prvního dne dobrý výkon.
Když chceme prodloužit záložní napájení na více než jeden den, v podstatě stačí vynásobit naši běžnou denní spotřebu počtem dní, po které má systém vydržet. Podívejme se na příklad: pokud zařízení spotřebuje přibližně 120 kilowatthodin denně a potřebuje tři plné dny autonomie při zachování 80% hloubky vybíjení, výpočet vypadá následovně. Vezmeme těch 120 kWh krát tři dny, což dává 360, a vydělíme 0,8 kvůli té 80% hranici, čímž dostaneme přibližně 450 kWh potřebné kapacity. Nicméně nikdo nepracuje za ideálních podmínek. Samotné mrazivé počasí může snížit kapacitu baterií o zhruba 20 %, když teploty klesnou pod bod mrazu. Lithiové baterie s rostoucím věkem také ztrácejí účinnost, zhruba o 3 % ročně. A pokaždé, když dojde k náhlému vysokému odběru proudu, systém zažívá propady napětí, které snižují skutečnou využitelnou kapacitu ještě více, než se očekává. Z tohoto důvodu většina inženýrů přidává navíc dalších 25 až 30 % jako rezervu. To zvyšuje náš původní odhad z 450 na přibližně 562 kWh celkové kapacity, čímž je zajištěno, že systém bude i nadále správně fungovat, i když během dlouhých výpadků vzniknou neočekávané problémy.
Záložní systémy v průmyslovém prostředí obvykle využívají sériové a paralelní zapojení, aby udržely výstupní napětí 48 V stabilní, i když se mění zátěž. Při sériovém zapojení baterií je dosaženo požadované úrovně napětí. Paralelní připojení zvyšuje celkovou kapacitu (měřenou v Ah), takže systém může během výpadků napájení pracovat déle. Velkou výhodou je, že takové zapojení zabraňuje nerovnoměrnému toku proudu, který často vede k předčasnému selhání baterií. Například běžné zapojení označované jako 4S4P znamená čtyři sady čtyř baterií propojených dohromady. To poskytuje požadovaných 48 voltů a zároveň čtyřnásobně zvyšuje celkovou kapacitu. Zásadní důležitost má rovnoměrné rozložení proudu ve všech paralelních spojích. Většina zkušených techniků ví, že pro udržení odchylek pod hranicí přibližně 5 % je třeba pečlivě navrhnout sběrnice a přesně sladit články. Tato zjištění jsou průběžně potvrzována testy termovizí prováděnými na skutečných průmyslových objektech.
Pro provozovatele zařízení třídy III nebo IV, kteří usilují o ideální výdrž 99,995 %, je redundantní konfigurace N+1 nepouze žádoucí, ale zcela nezbytná. Pokud jeden modul selže, provoz nadále pokračuje bez problémů. Modulární přístup zahrnuje sofistikované pojistné odpínače, které dokážou odpojit vadnou část během půl sekundy. Co se týče růstu, tyto systémy jsou navrženy tak, aby se snadno škálovaly díky standardizovaným rozvaděčovým rozhraním. Zařízení mohou postupně rozšiřovat kapacitu o přírůstky po 5 kWh podle potřeby. Přitom není nutné žádné složité přepojování kabeláže. Společnosti uvádějí úspory okolo 60 % na modernizacích při přechodu z klasických monolitických systémů. Toto potvrzují i nedávné studie z roku 2023, které ukazují, kolik peněz lze dlouhodobě ušetřit díky tomuto typu flexibilní infrastruktury.