Egyre több gyár vált át 48 V-os akkumulátorrendszerekre, mivel ezek éppen a megfelelő arányt kínálják az energiahatékonyság, biztonsági funkciók és más berendezésekkel való kompatibilitás tekintetében. Amikor a rendszerek 48 volton üzemelnek, ugyanolyan teljesítménykimenet mellett kevesebb áramot vesznek fel, ami kevesebb energiaveszteséget jelent az ellenállás miatt a vezetékekben (emlékezzünk a P egyenlő I négyzet szorozva R képletre az iskolából). Ez a csökkentett áramerősség lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy vékonyabb, így olcsóbb kábeleket használjanak. Egy másik nagy előny a biztonság terén van. 48 volt esetén ezek a rendszerek az IEC 61140 nemzetközi szabvány által meghatározott 60 V-os Biztonsági Alacsony Feszültség határérték alatt maradnak. Ez azt jelenti, hogy a dolgozóknak nem kell aggódniuk veszélyes elektromos ívek miatt a rendszeres karbantartási feladatok során, és a legtöbb esetben elkerülhetik a drága védőfelszerelések beszerzését. És tudod mit? Ezt a feszültségszintet régóta használják telefonhálózatokban, gyári automatizálási rendszerekben és irányítópanelekben szerte a világon. Így a létesítmények egyszerűen csatlakoztathatják ezeket a rendszereket a meglévő infrastruktúrához, anélkül, hogy rengeteg pénzt költenének új bekötésekre vagy átalakításokra.
A 48V-os szabvány lényegesen egyszerűbbé teszi az alapvető áramellátási komponensekkel való munkavégzést. A mai Univerzális Áramforrások (UPS) és inverterek jelentős része gyárilag is támogatja a 48V-os DC bemenetet. Ez azt jelenti, hogy az akkumulátorok közvetlenül csatlakoztathatók anélkül, hogy felesleges energiaveszteséggel járó váltakozó áramú (AC) vagy egyenáramú (DC) konverziós lépéseken kellene keresztülmenniük, amelyek jelentős mennyiségű energiát pazarolnak el. Különösen érdekes, ahogyan ez a régebbi ipari rendszerekben is jól működik. Számos gyár továbbra is 48V-os feszültséggel üzemelteti szenzorhálózatait, programozható logikai vezérlőit (PLC-ket) és különféle vezérlőköröket. Ennek köszönhetően a lítiumalapú 48V-os akkumulátorokra való átállás gyorsan megvalósítható, minimális kockázattal jár az üzemeltetés szempontjából, és nem igényel jelentős tőkebefektetést sem.
A pontos ipari teljesítményszükséglet meghatározása képezi a megbízható 48 V-os akkumulátoros biztonsági mentés tervezésének alapját. Ez a folyamat azonosítja a védelemre szoruló lényeges rendszereket, és méri azok energiafogyasztását a leállások megelőzése érdekében.
Kezdje el egy teljes lista elkészítésével az objektumban található összes dologról, majd mérje meg, hogy az egyes elemek ténylegesen mennyi energiát használnak. Erre a célra kiválóan alkalmasak a fogóampermérők, bár néhányan inkább aláramkör-mérő rendszereket részesítenek előnyben nagyobb létesítmények esetén. A lista átnézésekor először azokra az eszközökre koncentráljon, amelyeknek feltétlenül folyamatosan működniük kell. Ilyenek például a folyamatvezérlők, azok a biztonsági kapcsolók, amelyek leállítják a gépeket, ha valami hiba történik, valamint az összes hálózati berendezés, amely működésben tartja az üzemet – ezeknek mindenképpen elsőbbséget kell élvezniük. A többi dolog – például az irodai helyiségek világítása, a termelési folyamattól független plusz fűtési vagy hűtési egységek – általában várhat, vagy akár ideiglenesen kikapcsolható anélkül, hogy komoly problémát okoznának. Ügyeljen arra, hogy rögzítse a rendszeres fogyasztási adatokat, de figyeljen oda az energiaigény hirtelen csúcsokra is. A motorok és nagyobb kompresszorok híresek arról, hogy indításkor háromszoros áramerősséget vonhatnak, ezért fontos pontosan ismerni, mi történik ezekben az indítási pillanatokban.
| Felszerelés típusa | Teljesítményi tartomány | Kritikusság |
|---|---|---|
| Folyamatirányító rendszerek | 300–800 W | Magas |
| Szerverek és hálózati eszközök | 500–1500 W | Magas |
| HVAC kompresszorok | 2000–5000 W | Közepes |
| Létesítmény világítás | 100–300 W | Alacsony |
A modern prediktív modellező eszközök 39%-kal csökkentik a méretezési hibákat az előző terhelési adatokkal kombinált kézi számításokhoz képest. Számítsa ki a napi összes kWh-t az átlagos wattszám és az üzemeltetési órák szorzataként, majd adjon hozzá 25%-os tartalékot a berendezések öregedésére és a jövőbeni bővítésre.
Manapság a legtöbb ipari létesítmény ragaszkodik a szabványos üzemidő-besorolásokhoz. A Tier III besorolású létesítmények átlagosan körülbelül 99,982%-os rendelkezésre állást igényelnek, míg a Tier II kategóriájúak körülbelül 99,741%-ot. Az eszközök terhelési ciklusát tekintve jelentős különbség van a folyamatos terhelésű rendszerek, például a SCADA-rendszerek és azok a gépek között, amelyek működési ideje alatt gyakran indítanak és leállítanak. A valóban missziósan kritikus alkalmazásokhoz számos specifikáció azt az úgynevezett N+1 redundancia-rendszert írja elő. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy a tartalékenergia-kapacitás meghaladja a csúcsigényeket egy teljes további modullal. Az ökológiai tényezőknek is jelentősége van. A lítiumakkumulátorok teljesítménye jelentősen csökken, amikor a hőmérséklet a normál működési körülmények alá esik. Fagyponton (0 °C-on) ezek az akkumulátorok általában csak a névleges kapacitásuk 15–20 százalékát biztosítják a szabványos referenciahőmérsékleten (25 °C-on) elérhető teljesítményhez képest.
A megfelelő méretű 48 V-os akkumulátorbank kiválasztása az alapul szolgáló kilowattóra (kWh) igény meghatározásával kezdődik. Az alapvető számítás valahogy így néz ki: vegyük a kritikus terhelést kilowattban, és szorozzuk meg a kívánt tartalékenergia-ellátás idejével órában. Ezután osszuk el ezt a számot két tényezővel – először a kisütési mélység százalékával, majd a rendszer hatásfokával. A legtöbb lítiumion akkumulátor körülbelül 80–90% kisütési mélységgel működik, ami majdnem kétszerese a hagyományos ólom-savas akkumulátorok körülbelül 50%-os értékének. Tegyük fel, valakinek 10 kW teljesítményre van szüksége négy órán keresztül, 80% kisütési mélység és 95% hatásfokú rendszer mellett. A számítások alapján körülbelül 52,6 kWh energia szükséges. Ennek átszámítása amperórára (Ah) a 48 V-os rendszerünkben: szorozzuk meg a kWh értéket 1000-rel, majd osszuk el 48 volttal. Ez körülbelül 1096 amperórát eredményez. Ennek a módszernek a követése segít elkerülni, hogy túl kicsi akkumulátort vásároljunk, miközben hosszú távon is ésszerű költségek mellett biztosítja a megfelelő teljesítményt az első naptól kezdve.
Amikor a tartalékenergia-ellátást egynapi időszaknál hosszabbra szeretnénk terjeszteni, alapvetően mindössze annyit teszünk, hogy megszorozzuk napi átlagos fogyasztásunkat azzal a napszámmal, ameddig működnie kell. Nézzünk egy példát: ha egy létesítmény naponta körülbelül 120 kilowattórányi áramot fogyaszt, és három teljes napig szeretne autonómiát biztosítani 80% töltöttségi mélység fenntartása mellett, akkor a számítás így alakul. Vegyük a 120 kWh-t, szorozzuk hárommal, az 360, majd osszuk el 0,8-cal a 80%-os követelmény miatt, ami körülbelül 450 kWh szükséges kapacitást eredményez. Azonban senki sem működik tökéletes körülmények között. A hideg idő egyedül is képes körülbelül 20%-kal csökkenteni az akkumulátorok kapacitását, amikor a hőmérséklet fagypont alá süllyed. A lítiumakkumulátorok hatékonysága az idő múlásával is csökken, évente körülbelül 3%-kal. És amikor hirtelen nagy áramerősségre van szükség, a rendszer feszültségesést tapasztal, amely miatt a ténylegesen használható kapacitás még alacsonyabb, mint amire számítanánk. Emiatt a legtöbb mérnök biztonsági tényezőként további 25–30%-ot számol fel. Ez emeli az eredeti becslésünket 450-ről körülbelül 562 kWh-ra, így biztosítva, hogy a rendszer hosszabb áramkimaradások során is megfelelően működjön, még váratlan problémák esetén is.
Az ipari környezetekben a tartalékrendszerek általában soros-párhuzamos kapcsolást használnak, hogy a 48 V-os kimenet stabil maradjon akkor is, ha a terhelés változik. Amikor az akkumulátorokat sorosan kötik össze, eléri a szükséges feszültségszintet. A párhuzamos kapcsolás növeli az összesített kapacitást (Ah-ban mérve), így a rendszer hosszabb ideig képes működni áramkimaradás esetén. A legnagyobb előny, hogy ez a konfiguráció megakadályozza a nem egyenletes árameloszlást, amely gyakran korai akkumulátor-hibához vezet. Vegyünk például egy gyakori elrendezést, a 4S4P-t, amely négy, négy akkumulátorból álló csoportot jelent, amelyeket összekapcsolnak. Ez biztosítja a kívánt 48 voltos feszültséget, miközben a teljes kapacitást négyszeresére növeli. Különösen fontos, hogy az áram egyenletesen áramoljon az összes párhuzamos kapcsoláson keresztül. A tapasztalt technikusok többsége tudja, hogy az árameloszlás különbségeit körülbelül 5% alatt tartani érdekében gondosan meg kell tervezni az áramsíneket, és pontosan illeszteni kell az elemeket egymáshoz. A tényleges ipari helyszíneken végzett termográfiai tesztek folyamatosan megerősítik ezeket az eredményeket.
Azok számára, akik Tier III vagy IV szintű létesítményeket üzemeltetnek, és a 99,995%-os rendelkezésre állás elérésére törekednek, az N+1 redundancia nemcsak előnyös, hanem feltétlenül szükséges. Amikor egy modul leáll, a működés zavartalanul folytatódik. A moduláris megközelítés olyan kifinomult olvadóbiztosító kapcsolókkal rendelkezik, amelyek fél másodperc alatt kikapcsolják a hibás részeket. A bővítést illetően ezek a rendszerek könnyen skálázhatók, köszönhetően a szabványos rack csatolóknak. A létesítmények képesek fokozatosan növelni a kapacitást, igény szerint 5 kWh-os egységek hozzáadásával. Átvezetésre sem kell szükség. A vállalatok azt jelentik, hogy átállásukkor az öreg, monolitikus rendszerekről körülbelül 60%-ot takarítanak meg fejlesztéseken. Ezt a 2023-as tanulmányok is alátámasztják, amelyek bemutatják, mennyi pénzt lehet megtakarítani idővel ezzel a rugalmas infrastruktúrával.
EN