EN
Snelle koppelingen
Steeds meer fabrieken schakelen over op 48V-batterijensystemen, omdat deze de juiste combinatie bieden van efficiëntie, veiligheidsvoorzieningen en compatibiliteit met andere apparatuur. Wanneer systemen op 48 volt werken, verbruiken ze minder stroom voor dezelfde hoeveelheid vermogen, wat betekent dat er minder energieverliezen zijn door weerstand in de kabels (denk aan de formule P is gelijk aan I-kwadraat-maal-R uit de schooltijd). Bovendien stelt deze lagere stroomsterkte bedrijven in staat dunne kabels te gebruiken, wat uiteindelijk goedkoper is. Een ander groot voordeel betreft de veiligheid. Op 48 volt blijven deze systemen onder de 60 volt veiligheidslimiet voor extra lage spanning (SELV) zoals vastgelegd in internationale normen zoals IEC 61140. Dat betekent dat werknemers zich geen zorgen hoeven te maken over gevaarlijke elektrische vonken tijdens reguliere onderhoudswerkzaamheden en dat ze meestal geen dure beschermende uitrusting hoeven aan te schaffen. En raad eens? Dit spanningsniveau wordt al jaren gebruikt in onder andere telefoonnetwerken, installaties voor fabrieksautomatisering en bedieningspanelen overal ter wereld. Bedrijven kunnen deze systemen daarom eenvoudig aansluiten op bestaande infrastructuur, zonder veel geld uit te geven aan nieuwe bedrading of aanpassingen.
De 48V-standaard maakt het overal veel eenvoudiger om te werken met basisvoedingscomponenten. Veel van de huidige onderbrekingsvrije stroomvoorzieningen (UPS) en omvormers beschikken namelijk standaard over ingebouwde ondersteuning voor 48V DC-ingang. Dit betekent dat batterijen rechtstreeks kunnen worden aangesloten, zonder de energieverslindende omzetting van AC naar DC of DC naar DC, die veel vermogen verbruikt. Wat echt interessant is, is hoe dit ook goed werkt in oudere industriële installaties. Veel fabrieken voeden nog steeds hun sensornetwerken, PLC's en diverse regelcircuiten met 48V-stroom. Vanwege deze bestaande infrastructuur kan de overstap naar lithiumgebaseerde 48V-batterijen snel plaatsvinden, brengt minimale risico's voor de bedrijfsvoering met zich mee en vereist evenmin grote kapitaalinvesteringen.
Een nauwkeurige beoordeling van industriële vermogensbehoeften vormt de basis voor een betrouwbaar ontwerp van 48V batterijback-up. Dit proces identificeert essentiële systemen die beveiliging nodig hebben en kwantificeert hun energieverbruik om uitval te voorkomen.
Begin met het opstellen van een volledige lijst van alles in de installatie en meet vervolgens hoeveel stroom elk onderdeel daadwerkelijk verbruikt. Klemampèremeters zijn hiervoor uitstekend geschikt, hoewel sommigen liever subsystemen gebruiken bij grotere installaties. Bij het doornemen van de lijst, richt u zich eerst op de zaken die absoluut continu moeten blijven draaien. Dingen als procesregelaars, veiligheidsschakelaars die machines stopzetten bij een storing, en alle netwerkapparatuur die de bedrijfsvoering verbonden houdt, moeten zeker als eerste worden behandeld. De overige zaken? Verlichting in het kantoor, extra verwarming of koelingseenheden die niet direct aan productieprocessen zijn gekoppeld – deze kunnen meestal wachten of tijdelijk worden uitgeschakeld zonder grote problemen te veroorzaken. Zorg ervoor dat u regelmatig gebruiksaantallen vastlegt, maar let ook op plotselinge pieken in het energieverbruik. Motoren en grote compressoren trekken bij inschakelen vaak drie keer hun normale stroomsterkte, dus het loont om precies te weten wat er gebeurt tijdens die opstartmomenten.
| Apparatuurtype | Vermogen | Kritikaliteit |
|---|---|---|
| Procescontrolesystemen | 300–800 W | Hoge |
| Servers en netwerkapparatuur | 500–1500 W | Hoge |
| HVAC-compressoren | 2000–5000 W | Medium |
| Installatieverlichting | 100–300 W | Laag |
Moderne voorspellende modelleringshulpmiddelen verlagen de foutenmarge bij dimensionering met 39% ten opzichte van handmatige berekeningen, wanneer gecombineerd met historische belastingsgegevens. Bereken het totale dagelijkse kWh-verbruik door het gemiddelde wattage te vermenigvuldigen met het aantal bedrijfsuren, en voeg daarna een marge van 25% toe voor apparatenveroudering en toekomstige uitbreiding.
De meeste industriële installaties houden zich tegenwoordig aan standaard classificaties voor beschikbaarheid. Tier III-installaties hebben gemiddeld een beschikbaarheid van ongeveer 99,982% nodig, terwijl Tier II-installaties streven naar ongeveer 99,741%. Als het gaat om de belastingscycli van apparatuur, is er een groot verschil tussen continue belastingen zoals SCADA-systemen en machines die gedurende hun bedrijfsperiodes vaak starten en stoppen. Voor echt kritieke toepassingen vereisen veel specificaties een zogeheten N+1-redundantieopstelling. Dit betekent in wezen dat er een back-up vermogen beschikbaar is dat het piekvermogen overstijgt met een volledige extra module. Ook omgevingsfactoren zijn van belang. De prestaties van lithiumbatterijen nemen sterk af wanneer de temperatuur daalt onder de normale bedrijfsomstandigheden. Bij het vriespunt (0 graden Celsius) leveren deze batterijen doorgaans slechts ongeveer 15 tot 20 procent van hun genormeerde capaciteit, vergeleken met wat ze kunnen leveren bij de standaard referentietemperatuur van 25 graden Celsius.
Het verkrijgen van de juiste maat voor een 48V-batterijpack begint met het bepalen van het benodigde aantal kilowattuur (kWh). De basisberekening ziet er ongeveer als volgt uit: neem het kritieke verbruik in kilowatt en vermenigvuldig dit met de gewenste duur van de noodstroomvoorziening. Deel dit getal vervolgens door twee factoren: ten eerste het ontladingspercentage (depth of discharge) en ten tweede de systeemefficiëntiefactor. De meeste lithiumbatterijen kunnen een ontlading van ongeveer 80 tot 90% verdragen, bijna tweemaal zoveel als loodbatterijen, die ongeveer 50% halen. Stel dat iemand 10 kW vermogen nodig heeft gedurende vier uur, met een ontladingsdiepte van 80% en een systeemefficiëntie van 95%. De berekening geeft dan ongeveer 52,6 kWh benodigd vermogen. Om dit om te rekenen naar ampère-uur voor ons 48V-systeem, vermenigvuldigt u de kWh met 1000 en deelt u dit door 48 volt. Dit komt neer op ongeveer 1.096 ampère-uur. Het volgen van deze methode helpt om te voorkomen dat er een te kleine batterij wordt gekocht, terwijl de kosten op lange termijn redelijk blijven en de prestaties vanaf dag één goed zijn.
Wanneer we de back-upstroom langer willen laten duren dan slechts één dag, vermenigvuldigen we in principe ons normale dagelijks verbruik met het aantal dagen dat we nodig hebben. Laten we een voorbeeld bekijken: als een installatie ongeveer 120 kilowattuur per dag verbruikt en drie volledige dagen autonomie wil terwijl er 80% diepe ontlasting wordt gehandhaafd, ziet de berekening er als volgt uit. Neem die 120 kWh maal drie dagen, dat is 360, en deel dit door 0,8 vanwege die 80%-eis, wat ons ongeveer 450 kWh geeft die nodig zijn. Echter, niemand werkt onder perfecte omstandigheden. Alleen al koud weer kan de batterijcapaciteit met ongeveer 20% verminderen wanneer de temperatuur onder het vriespunt daalt. Lithiumbatterijen verliezen ook jaarlijks ruwweg 3% van hun effectiviteit. En wanneer er plotselinge hoge stroomvragen zijn, treedt er spanningsval op in het systeem, waardoor de daadwerkelijk bruikbare capaciteit nog lager is dan verwacht. Daarom voegen de meeste ingenieurs een extra marge van 25 tot 30% toe om veilig te spelen. Dat verhoogt onze oorspronkelijke schatting van 450 naar ongeveer 562 kWh aan totale capaciteit, zodat alles nog goed blijft functioneren, zelfs wanneer onverwachte problemen optreden tijdens langdurige stroomuitval.
Back-upsystemen in industriële omgevingen gebruiken doorgaans series-parallelopstellingen om de 48V-uitgangsstroom stabiel te houden, zelfs wanneer de belasting verandert. Wanneer batterijen in serie zijn aangesloten, bereiken ze het benodigde voltage. Door ze parallel aan te sluiten, wordt de totale capaciteit (gemeten in Ah) verhoogd, zodat het systeem langer kan blijven functioneren tijdens stroomuitval. Het grote voordeel is dat deze opstelling ongelijkmatige stroomverdeling voorkomt, wat vaak leidt tot vroegtijdig batterijdefect. Neem bijvoorbeeld een veelvoorkende configuratie genaamd 4S4P, wat betekent dat vier sets van vier batterijen met elkaar zijn verbonden. Dit levert de gewenste 48 volt op, terwijl de totale capaciteit viermaal zo groot wordt. Belangrijk is dat de stroom gelijkmatig door alle parallelle verbindingen loopt. De meeste ervaren technici weten dat variaties onder de 5% behouden blijven door zorgvuldige planning van de busbars en nauwkeurige afstemming van de cellen. Thermische beeldvormingstests uitgevoerd op echte industriële locaties bevestigen deze bevindingen consequent.
Voor bedrijven die Tier III- of IV-faciliteiten exploiteren en die 99,995% uptime willen bereiken, is N+1-redundantie niet alleen wenselijk, maar absoluut noodzakelijk. Wanneer één module uitvalt, kunnen de activiteiten zonder onderbreking doorgaan. De modulaire aanpak is voorzien van geavanceerde gefuseerde scheiders die defecte onderdelen binnen een halve seconde kunnen uitschakelen. Wat betreft groei, zijn deze systemen ontworpen om eenvoudig uit te breiden dankzij standaard rackinterfaces. Faciliteiten kunnen capaciteit stap voor stap uitbreiden, met verhogingen van 5 kWh waar nodig. Er is ook geen rommelig opnieuw bedraden vereist. Bedrijven melden dat ze ongeveer 60% besparen op upgrades vergeleken met ouderwetse monolithische installaties. Recente studies uit 2023 bevestigen dit, en tonen aan hoeveel geld er op termijn wordt bespaard met dit soort flexibele infrastructuur.