EN
BRZI LINKOVI
Sve više tvornica prelazi na 48V baterijske sustave jer nude upravo pravu kombinaciju učinkovitosti, sigurnosnih značajki i kompatibilnosti s drugom opremom. Kada sustavi rade na 48 volti, troše manju struju za isti izlaz snage, što znači manje gubitaka energije kroz otpor u žicama (sjetite se one formule P jednako I na kvadrat puta R iz škole). Osim toga, ova niža struja omogućuje tvrtkama da koriste tanje kabele koji ukupno koštaju manje novca. Još jedna velika prednost je povezana s sigurnošću. Na 48 volti, ovi sustavi ostaju ispod granice od 60 volti za sigurnosni niski napon (SELV) koju propisuju međunarodni standardi poput IEC 61140. To znači da radnici ne moraju brinuti o opasnim električnim lukovima tijekom redovnih održavanja, a većinu vremena mogu izostaviti kupnju skupih zaštitnih sredstava. A znate li što? Ova razina napona postoji već dugo u stvarima poput telefonskih mreža, postrojenja za automatizaciju u tvornicama i kontrolnih ploča svugdje. Stoga objekti mogu ove sustave jednostavno priključiti na već postojeće instalacije bez ogromnih troškova za nove kablove ili preinake.
Standard od 48V znatno olakšava rad s osnovnim komponentama za napajanje. Mnogi današnji sistemi za neprekidno napajanje (UPS) i invertori zapravo dolaze s ugrađenom podrškom za 48V DC ulaz već iz tvornice. To znači da se baterije mogu izravno spojiti bez prolaska kroz korake pretvorbe iz gubitne AC u DC ili DC u DC koje troše puno energije. Zanimljivo je i to što to dobro funkcionira i u starijim industrijskim postavkama. Mnoge tvornice i dalje pokreću svoje mreže senzora, PLC-ove i razne kontrolne sklopove na 48V napajanju. Zbog ove postojeće infrastrukture, prelazak na litij-ionske baterije od 48V odvija se brzo, predstavlja minimalni rizik za rad i ne zahtijeva ogromna kapitalna ulaganja.
Točna procjena potreba za industrijskom snagom čini temelj pouzdanog dizajna rezervnog 48V baterijskog napajanja. Ovaj postupak identificira ključne sustave koji zahtijevaju zaštitu i kvantificira njihovu potrošnju energije kako bi se spriječio prestanak rada.
Započnite tako da napravite potpunu listu svih uređaja u objektu, a zatim izmjerite koliko svaki pojedini uređaj stvarno troši energije. Za ovu vrstu posla odlično odgovaraju strujni mjerni čeljusti, iako neki preferiraju sustave podmetarja kod većih instalacija. Pri prolasku kroz listu, prvo se usredotočite na one uređaje koji apsolutno moraju neprekidno raditi. Stvari poput kontrolera procesa, sigurnosnih prekidača koji zaustavljaju strojeve u slučaju kvara te sve mrežne opreme koja održava povezanost operacija definitivno imaju prioritet. Ostali uređaji? Rasvjeta u uredskom području, dodatni grijači ili rashladni uređaji koji nisu izravno povezani s proizvodnim procesima – obično mogu pričekati ili se privremeno isključiti bez uzrokovanja većih problema. Obavezno bilježite redovne brojke potrošnje, ali pazite i na nagle skokove potražnje energije. Motori i veliki kompresori poznati su po tome što pri pokretanju povuku do triput veću struju nego inače, pa se isplati znati točno što se događa u trenucima pokretanja.
| Vrsta opreme | Snaga uređaja | Važnost |
|---|---|---|
| Sustavi upravljanja procesom | 300–800 W | Visoko |
| Poslužitelji i mrežna oprema | 500–1500 W | Visoko |
| HVAC kompresori | 2000–5000 W | Srednji |
| Osvjetljenje objekata | 100–300 W | Niska |
Suvremeni alati za prediktivno modeliranje smanjuju pogreške u dimenzioniranju za 39% u usporedbi s ručnim proračunima, kada se kombiniraju s povijesnim podacima o opterećenju. Izračunajte ukupne dnevne kWh tako da prosječnu snagu pomnožite s radnim satima, a zatim dodajte rezervu od 25% za starenje opreme i buduće proširenje.
Većina industrijskih objekata danas prati standardne klasifikacije dostupnosti. Objekti razine III zahtijevaju prosječnu dostupnost od oko 99,982%, dok objekti razine II teže dostupnosti od približno 99,741%. Kada se promatraju radni ciklusi opreme, postoji velika razlika između kontinuiranih opterećenja poput SCADA sustava i strojeva koji se tijekom svog radnog vremena često pokreću i zaustavljaju. Za stvarno ključne aplikacije, mnoge specifikacije zahtijevaju tzv. N+1 konfiguraciju rezerviranosti. To u osnovi znači imati rezervnu snagu koja premašuje maksimalne potrebe za dodatnim cjelovitim modulom. Također je važan i utjecaj okoliša. Performanse litij-ionskih baterija znatno padaju kada temperature padnu ispod normalnih radnih uvjeta. Na točki smrzavanja (0 stupnjeva Celzijevih), ove baterije obično daju samo oko 15 do 20 posto svoje nazivne kapacitivnosti u usporedbi s onim što mogu dati pri standardnoj referentnoj temperaturi od 25 stupnjeva Celzijevih.
Dobivanje odgovarajuće veličine za 48V baterijsku bateriju započinje određivanjem koliko kilovat-sati (kWh) nam je potrebno. Osnovni proračun izgleda otprilike ovako: Uzmite kritično opterećenje u kilovatima i pomnožite ga s vremenom koliko dugo želimo imati rezervno napajanje. Zatim podijelite taj broj s dvije stvari – prvo, postotak dubine pražnjenja, i drugo, faktor učinkovitosti sustava. Većina litij-ionskih baterija može izdržati dubinu pražnjenja od oko 80 do 90%, što je gotovo dvostruko više u odnosu na olovne baterije koje iznose oko 50%. Recimo da nekome treba 10 kW snage tijekom četiri sata s dubinom pražnjenja od 80% i sustavom učinkovitosti od 95%. Izvođenje proračuna daje nam približno 52,6 kWh potrebne energije. Da bismo to pretvorili u amper-sate za naš 48V sustav, jednostavno pomnožimo kWh s 1000, a zatim podijelimo s 48 volti. To iznosi približno 1.096 amper-sati. Korištenje ove metode pomaže u izbjegavanju kupnje premale baterije, istovremeno zadržavajući troškove razumno dugoročno i osiguravajući dobar rad od samog početka.
Kada želimo produžiti rezervno napajanje na više od jednog dana, u osnovi sve što radimo je da pomnožimo našu normalnu dnevnu potrošnju s brojem dana koliko nam treba autonomija. Pogledajmo primjer: ako objekt troši oko 120 kilovat-sati dnevno i želi tri puna dana autonomije uz održavanje dubine pražnjenja od 80%, proračun izgleda ovako. Uzmemo tih 120 kWh puta tri dana, što daje 360, zatim podijelimo s 0,8 zbog tog zahtjeva od 80%, što nam daje približno 450 kWh koje su potrebne. Međutim, nitko ne radi u savršenim uvjetima. Samo hladno vrijeme može smanjiti kapacitet baterije za oko 20% kada temperature padnu ispod točke smrzavanja. Litij-ionske baterije gube učinkovitost tijekom vremena, otprilike 3% svake godine. A kad god postoje nagli zahtjevi za visokom strujom, sustav doživljava pad napona koji čini da stvarno korisni kapacitet bude još niži nego što se očekuje. Zbog toga većina inženjera dodaje dodatnih 25 do 30% samo da bi bili sigurni. To povećava našu početnu procjenu s 450 na otprilike 562 kWh ukupnog kapaciteta, osiguravajući da sustav i dalje ispravno funkcionira čak i kada dođe do neočekivanih problema tijekom dugotrajnih prekida struje.
Rezervni sustavi u industrijskim postrojenjima obično koriste serijsko-paralelne konfiguracije kako bi održali stabilan izlaz od 48 V, čak i kada se promijene opterećenja. Kada su baterije spojene u seriju, dostiže se potrebna razina napona. Spajanje u paralelu povećava ukupni kapacitet (mjereno u Ah), tako da sustav može dulje raditi tijekom prekida struje. Velika prednost ovog rješenja je da se time spriječava neujednačeni tok struje koji često dovodi do ranog kvara baterija. Uzmimo za primjer uobičajenu konfiguraciju koja se naziva 4S4P, što znači četiri skupine od po četiri baterije spojene zajedno. To nam daje željih 48 volti, a ukupni kapacitet se umnoži četiri puta. Ono što je zaista važno jest osigurati jednoliki tok struje kroz sve te paralelne veze. Većina iskusnih tehničara zna da održavanje razlika ispod otprilike 5% zahtijeva pažljivo planiranje sabirnica i precizno usklađivanje ćelija. Termovizijska ispitivanja provedena na stvarnim industrijskim lokacijama dosljedno potvrđuju ove rezultate.
Onima koji upravljaju postrojenjima razine III ili IV i teže ka toj željenoj stopi od 99,995% dostupnosti, N+1 rezervna konfiguracija nije samo poželjna već apsolutno neophodna. Kada jedan modul prestane s radom, pogon nastavlja bez ikakvih problema. Modularni pristup uključuje napredne osigurače s prekidačem koji mogu isključiti kvarne dijelove za manje od pola sekunde. Što se tiče proširenja, ovi sustavi lako se mogu proširiti zahvaljujući standardnim sučeljima za uređaje. Postrojenja mogu postepeno povećavati kapacitet, dodavajući po 5 kWh po potrebi. Pritom nije potrebno nikakvo komplicirano ponovno kabliranje. Tvrtke izvještavaju da štede oko 60% na nadogradnjama u usporedbi sa starijim monolitnim rješenjima. Najnovije studije iz 2023. godine potvrđuju koliko se novca može uštedjeti tijekom vremena uz ovakvu fleksibilnu infrastrukturu.