EN
Linkuri rapide
Din ce în ce mai multe fabrici trec la sistemele cu baterii de 48 V, deoarece acestea oferă combinația potrivită între eficiență, caracteristici de siguranță și compatibilitate cu alte echipamente. Când sistemele funcționează la 48 de volți, consumă un curent mai mic pentru aceeași putere generată, ceea ce înseamnă pierderi energetice mai reduse datorate rezistenței din cabluri (vă amintiți formula P egal cu I la pătrat ori R, învățată la școală?). În plus, acest curent mai scăzut permite companiilor să utilizeze cabluri mai subțiri, care costă mai puțin în general. Un alt avantaj major este legat de siguranță. La 48 de volți, aceste sisteme rămân sub limita de 60 de volți a Tensiunii Foarte Joase de Siguranță stabilită de standardele internaționale precum IEC 61140. Asta înseamnă că muncitorii nu trebuie să se îngrijoreze despre arcurile electrice periculoase atunci când efectuează sarcini obișnuite de întreținere și pot evita achiziționarea echipamentelor costisitoare de protecție în majoritatea cazurilor. Și ghiciți ce? Acest nivel de tensiune există de foarte mult timp în aplicații precum rețelele telefonice, instalațiile de automatizare industrială și panourile de comandă din toată lumea. Astfel, unitățile pot conecta aceste sisteme la infrastructura existentă fără a cheltui sume mari pe cabluri noi sau modificări.
Standardul de 48V facilitează mult lucrul cu componente de bază pentru alimentare electrică. O parte mare dintre sistemele actuale de surse neîntreruptibile de curent (UPS) și invertorurile disponibile pe piață includ deja suport integrat pentru intrare DC de 48V, direct din fabrică. Acest lucru înseamnă că bateriile se pot conecta direct, fără a trebui să treacă prin etapele de conversie AC la DC sau DC la DC, care consumă o cantitate semnificativă de energie. Ceea ce este interesant este că această soluție funcționează bine și în instalațiile industriale mai vechi. Multe fabrici încă alimentează rețelele de senzori, PLC-uri și diverse circuite de control cu tensiune de 48V. Datorită acestei infrastructuri existente, trecerea la baterii litiu de 48V poate fi realizată rapid, implică un risc minim asupra operațiunilor și nu necesită nici investiții capitale majore.
Evaluarea exactă a nevoilor de putere industrială formează baza proiectării fiabile a sistemelor de rezervă cu baterii de 48 V. Acest proces identifică sistemele esențiale care necesită protecție și cuantifică consumul lor de energie pentru a preveni opririle.
Începeți prin a face o listă completă cu tot ce se află în instalație, apoi măsurați câtă energie consumă efectiv fiecare element. Pincele ampermetrice sunt excelente pentru acest tip de sarcină, deși unii preferă sistemele de submăsurare atunci când lucrează cu instalații mai mari. În timp ce parcurgeți lista, concentrați-vă mai întâi pe echipamentele care trebuie să rămână în funcțiune în permanență. Lucruri precum controlerele de proces, comutatoarele de siguranță care opresc mașinile în cazul unor defecțiuni și toată echipamentul de rețea care menține conectate operațiunile ar trebui să fie prioritare. Restul? Iluminatul din zona birourilor, unitățile suplimentare de încălzire sau răcire care nu sunt direct legate de procesele de producție — acestea pot de obicei aștepta sau chiar pot fi oprite temporar fără a cauza probleme majore. Asigurați-vă că înregistrați valorile normale de consum, dar aveți grijă și la creșterile bruște ale cererii de energie. Motoarele și compresoarele mari sunt notorii pentru absorbția unui curent de trei ori mai mare decât normalul la pornire, așa că merită să cunoașteți exact ce se întâmplă în acele momente de pornire.
| Tip echipament | Interval de Putere | Criticitate |
|---|---|---|
| Sistemele de control al proceselor | 300–800 W | Înaltelor |
| Servere și echipamente de rețea | 500–1500 W | Înaltelor |
| Compresoare HVAC | 2000–5000 W | Mediu |
| Iluminat instalații | 100–300 W | Scăzut |
Instrumentele moderne de modelare predictivă reduc erorile de dimensionare cu 39% în comparație cu calculele manuale, atunci când sunt utilizate împreună cu date istorice privind sarcina. Calculați consumul zilnic total în kWh înmulțind puterea medie în wați cu orele de funcționare, apoi adăugați un tampon de 25% pentru uzura echipamentelor și extinderea viitoare.
Majoritatea instalațiilor industriale se bazează pe clasificări standard de disponibilitate în prezent. Instalațiile de tip Tier III necesită o disponibilitate medie de aproximativ 99,982%, în timp ce instalațiile de tip Tier II vizează o disponibilitate de aproximativ 99,741%. Analizând ciclurile de funcționare ale echipamentelor, există o diferență semnificativă între sarcinile continue, cum ar fi sistemele SCADA, și mașinile care pornesc și se opresc frecvent pe parcursul perioadelor de funcționare. Pentru aplicații cu adevărat critice, multe specificații prevăd ceea ce se numește o configurație de redundanță N+1. Acest lucru înseamnă, în esență, existența unei capacități de rezervă a alimentării care depășește cerințele maxime cu un modul complet suplimentar. Factorii de mediu sunt importanți totuși. Performanța bateriilor de litiu scade semnificativ atunci când temperaturile scad sub condițiile normale de funcționare. La punctul de îngheț (0 grade Celsius), aceste baterii oferă în mod tipic doar aproximativ 15-20 la sută din capacitatea nominală, comparativ cu ceea ce pot livra la temperatura de referință standard de 25 grade Celsius.
Obținerea dimensiunii potrivite pentru un bloc de baterii de 48 V începe prin stabilirea numărului de kilowați-oră (kWh) de care avem nevoie. Calculul de bază arată cam așa: luați sarcina critică în kilowați și înmulțiți-o cu durata pentru care doriți alimentare de rezervă. Apoi împărțiți această valoare la două elemente – mai întâi, la procentul adâncimii de descărcare, iar în al doilea rând, la factorul de eficiență al sistemului. Majoritatea bateriilor de litiu pot suporta o adâncime de descărcare de aproximativ 80-90%, aproape de două ori mai mare decât cea a bateriilor plumb-acid, care este de circa 50%. Să presupunem că cineva are nevoie de 10 kW putere timp de patru ore, cu o adâncime de descărcare de 80% și un sistem cu o eficiență de 95%. Efectuarea calculelor ne oferă aproximativ 52,6 kWh necesari. Pentru a transforma această valoare în amperi-oră pentru sistemul nostru de 48 V, înmulțiți pur și simplu kWh cu 1000, apoi împărțiți la 48 de volți. Rezultatul este de aproximativ 1.096 amperi-oră. Urmarind această metodă, evitați achiziționarea unei baterii prea mici, păstrând totodată costurile rezonabile pe termen lung și asigurând o performanță bună de la prima zi.
Când dorim să extindem alimentarea de rezervă pe o perioadă mai lungă de o zi, practic tot ce facem este să înmulțim consumul zilnic obișnuit cu numărul de zile pentru care avem nevoie. Să analizăm un exemplu: dacă o instalație consumă aproximativ 120 de kilowatt-oră pe zi și dorește trei zile întregi de autonomie, menținând o adâncime de descărcare de 80%, calculul arată astfel: luăm 120 kWh înmulțiți cu trei zile, ceea ce face 360, apoi împărțim la 0,8 din cauza cerinței de 80%, rezultând aproximativ 450 kWh necesari. Totuși, nimeni nu operează în condiții perfecte. Doar vremea rece poate reduce capacitatea bateriei cu aproximativ 20% atunci când temperaturile scad sub punctul de îngheț. Bateriile de litiu își pierd eficiența în timp, cam 3% pe an. Iar atunci când există cereri bruște de curent mare, sistemul suferă căderi de tensiune care fac ca capacitatea utilizabilă reală să fie și mai mică decât cea estimată. Din acest motiv, majoritatea inginerilor adaugă în mod precaut un plus de 25-30%. Astfel, estimarea inițială crește de la 450 la aproximativ 562 kWh capacitate totală, asigurând funcționarea corectă chiar și atunci când apar probleme neașteptate în timpul întreruperilor prelungite ale curentului.
Sistemele de rezervă în instalațiile industriale utilizează în mod tipic configurații serie-paralel pentru a menține tensiunea de 48 V stabilă, chiar și atunci când sarcinile se modifică. Când bateriile sunt conectate în serie, acestea ating nivelul de tensiune necesar. Conectarea lor în paralel crește capacitatea totală (măsurată în Ah), astfel încât sistemul să poată funcționa mai mult timp în timpul întreruperilor de curent. Avantajul major constă în faptul că această configurație previne fluxul neuniform al curentului, care duce adesea la defectarea prematură a bateriilor. De exemplu, o configurație comună numită 4S4P înseamnă patru seturi de câte patru baterii conectate împreună. Aceasta oferă cele 48 de volți dorite, în același timp multiplicând capacitatea totală de patru ori. Ceea ce este foarte important este asigurarea unui flux uniform al curentului prin toate conexiunile paralele. Majoritatea tehnicienilor experimentați știu că menținerea variațiilor sub aproximativ 5% necesită o planificare atentă a barelor colectoare și o potrivire precisă a celulelor. Testele cu termoviziune efectuate în locații industriale reale confirmă în mod constant aceste concluzii.
Pentru cei care operează facilități de nivel Tier III sau IV, care vizează acel procentaj dorit de 99,995% disponibilitate, redundanța N+1 nu este doar un avantaj, ci absolut necesară. Atunci când un modul cedează, operațiunile continuă fără întrerupere. Abordarea modulară include aceste comutatoare automate fuzibile care pot deconecta părțile defecte în doar jumătate de secundă. În ceea ce privește extinderea, aceste sisteme sunt concepute pentru a se putea scala ușor datorită interfețelor standard de rack. Facilitățile pot mări capacitatea treptat, adăugând incrementuri de 5 kWh după necesitate. Niciun cablaj complicat nu este necesar. Companiile raportează economii de aproximativ 60% la modernizări atunci când trec de la instalațiile monolitice tradiționale. Studii recente din 2023 susțin acest lucru, arătând cât de mult se economisește în timp cu acest tip de infrastructură flexibilă.