EN
Rýchle odkazy
Čoraz viac tovární prechádza na batériové systémy 48 V, pretože ponúkajú práve správnu kombináciu účinnosti, bezpečnostných funkcií a kompatibility s iným vybavením. Keď systémy pracujú pri 48 voltov, odoberajú menší prúd pre rovnaký výkon, čo znamená menšie straty energie odporom vo vodičoch (pamätáte si vzorec P sa rovná I na druhú krát R zo školy?). Navyše, tento nižší prúd umožňuje firmám používať tenšie káble, ktoré celkovo stojia menej peňazí. Ďalšou veľkou výhodou je bezpečnosť. Pri 48 voltov zostávajú tieto systémy pod hranicou 60 voltov stanovenou ako bezpečné extra nízke napätie medzinárodnými normami ako IEC 61140. To znamená, že pracovníci sa nemusia obávať nebezpečných elektrických oblúkov pri bežných údržbárskych prácach a väčšinou si môžu ušetriť nákup drahého ochranného vybavenia. A viete čo? Táto úroveň napätia sa už dlho používa v rôznych oblastiach, ako sú telefónne siete, systémy automatizácie v továrniach a ovládacie panely všade okolo. Preto môžu prevádzky tieto systémy pripojiť k už existujúcim inštaláciám bez nutnosti míňať veľa peňazí na nové zapojenie alebo úpravy.
Štandard 48 V výrazne zjednodušuje prácu so základnými komponentmi napájania. Veľa dnešných systémov neprerušovaného napájania (UPS) a invertorov v skutočnosti obsahuje priamo integrovanú podporu pre vstup 48 V DC hneď od výrobcu. To znamená, že batérie sa môžu pripojiť priamo bez nutnosti prechádzať energeticky náročnými krokmi prevodu z AC na DC alebo z DC na DC, ktoré spotrebúvajú veľa energie. Zaujímavé je, že to funguje dobre aj v starších priemyselných inštaláciách. Mnoho tovární stále prevádzkuje svoje siete snímačov, PLC a rôzne ovládacie obvody na napätí 48 V. Vzhľadom na túto existujúcu infraštruktúru je prechod na lithiové batérie s napätím 48 V rýchly, predstavuje minimálne riziko pre prevádzku a nevyžaduje ani vysoké kapitálové investície.
Presná analýza priemyselných potrieb na elektrický výkon tvorí základ spoľahlivého návrhu záložného napájania 48 V. Tento proces identifikuje kľúčové systémy, ktoré je potrebné chrániť, a kvantifikuje ich spotrebu energie, aby sa predišlo výpadkom.
Začnite vytvorením kompletného zoznamu všetkého, čo sa nachádza v objekte, a potom odmerajte, koľko energie každá položka skutočne spotrebúva. Na tento účel sa veľmi dobre hodia prístroje na meranie prúdu s ochranou, hoci niektorí ľudia uprednostňujú systémy podružných meradiel, najmä pri rozsiahlejších inštaláciách. Pri prehliadke zoznamu sa najskôr sústreďte na zariadenia, ktoré musia nepretržite pokračovať v prevádzke. Predovšetkým ide o procesné regulátory, bezpečnostné spínače, ktoré zastavia stroje v prípade poruchy, a celé sieťové zariadenia, ktoré udržiavajú prevádzku prepojenú. Ostatné veci? Osvetlenie v kancelárskych priestoroch, nadbytočné jednotky na vykurovanie alebo chladenie, ktoré nie sú priamo prepojené s výrobnými procesmi – tieto sa zvyčajne dajú odložiť alebo dokonca dočasne vypnúť, aniž by to spôsobilo väčšie problémy. Uistite sa, že zaznamenávate bežné údaje o spotrebe, ale dávajte pozor aj na náhle špičky požiadaviek na energiu. Motory a veľké kompresory sú známe tým, že pri štarte odoberajú trojnásobok bežného prúdu, preto stojí za to presne vedieť, čo sa počas týchto štartovacích okamihov deje.
| Typ zariadenia | Výkonový rozsah | Dôležitosť |
|---|---|---|
| Systémy riadenia procesov | 300–800 W | Ťahové |
| Servery a sieťové zariadenia | 500–1500 W | Ťahové |
| Kompresory HVAC | 2000–5000 W | Stredný |
| Osvetlenie objektov | 100–300 W | Nízke |
Moderné nástroje prediktívneho modelovania znižujú chyby vo výpočte veľkosti o 39 % oproti ručným výpočtom, ak sa kombinujú s historickými údajmi o zaťažení. Celkový denný odber v kWh vypočítajte vynásobením priemernej spotreby v wattoch počtom prevádzkových hodín a potom pripočítajte rezervu 25 % na starnutie zariadení a budúce rozšírenie.
Väčšina priemyselných zariadení sa v súčasnosti drží štandardných klasifikácií dostupnosti. Inštalácie úrovne III vyžadujú priemerne dostupnosť okolo 99,982 %, zatiaľ čo zariadenia úrovne II majú cieľ dostupnosti približne 99,741 %. Pri pohľade na prevádzkové cykly zariadení je veľký rozdiel medzi nepretržitými zaťaženiami, ako sú systémy SCADA, a strojmi, ktoré sa počas svojich prevádzkových období často spúšťajú a zastavujú. Pre skutočne kritické aplikácie mnohé špecifikácie vyžadujú tzv. redundanciu typu N+1. To v podstate znamená, že záložná kapacita napájania presahuje špičkové požiadavky o celý dodatočný modul. Dôležité sú však aj environmentálne faktory. Výkon batérií s obsahom lítia výrazne klesá, keď teploty klesnú pod normálne prevádzkové podmienky. Pri bodu mrazu (0 stupňov Celzia) poskytujú tieto batérie typicky iba približne 15 až 20 percent svojej menovanej kapacity v porovnaní s tým, čo dokážu poskytnúť pri štandardnej referenčnej teplote 25 stupňov Celzia.
Získanie správnej veľkosti 48V batériového systému začína určením požadovaného množstva kilowatohodín (kWh). Základný výpočet vyzerá približne takto: vezmite kritický výkon v kilowattoch a vynásobte ho počtom hodín, počas ktorých potrebujete záložné napájanie. Potom tento výsledok vydeľte dvoma faktormi – najprv percentuálnou hĺbkou vybíjania a potom účinnosťou systému. Väčšina lítiových batérií vydrží približne 80 až 90 % hĺbky vybíjania, čo je takmer dvojnásobok oproti olovovo-kyselinovým batériám, ktoré dosahujú približne 50 %. Povedzme, že niekto potrebuje 10 kW výkonu počas štyroch hodín pri hĺbke vybíjania 80 % a účinnosti systému 95 %. Po výpočte nám vyjde približne 52,6 kWh. Na prepočet tejto hodnoty na ampérhodiny pre 48V systém jednoducho vynásobte kWh číslom 1000 a potom vydeľte 48 voltmi. To dáva približne 1 096 ampérhodín. Použitie tejto metódy pomáha vyhnúť sa nákupu príliš malej batérie, zároveň udržiava náklady dlhodobo rozumné a zabezpečuje dobrý výkon od prvého dňa.
Keď chceme predĺžiť záložné napájanie na viac ako jeden deň, v podstate vynásobíme náš bežný denný odber počtom dní, počas ktorých má pretrvávať. Pozrime sa na príklad: ak spotrebuje objekt približne 120 kilowatthodín denne a chce mať tri plné dni autonómie pri zachovaní 80 % hĺbky vybitia, výpočet bude nasledovný. Vezmeme tých 120 kWh krát tri dni, čo dá 360, potom vydelíme 0,8 kvôli tej požiadavke 80 %, čo nám dá približne 450 kWh potrebného výkonu. Avšak nikto nepracuje za ideálnych podmienok. Samotné chladné počasie môže znížiť kapacitu batérií o približne 20 %, keď teploty klesnú pod bod mrazu. Lithiové batérie tiež postupne strácajú svoju účinnosť, približne o 3 % každý rok. A vždy, keď nastanú náhle vysoké požiadavky na prúd, systém zažíva pokles napätia, čo spôsobí, že skutočná využiteľná kapacita je ešte nižšia, ako sa očakáva. Z tohto dôvodu väčšina inžinierov pridá navyše ešte 25 až 30 % len pre istotu. To zvýši náš pôvodný odhad z 450 na približne 562 kWh celkovej kapacity, čím sa zabezpečí, že systém bude aj naďalej správne fungovať, aj keď počas dlhých výpadkov elektriny vzniknú neočakávané problémy.
Záložné systémy v priemyselných prevádzkach zvyčajne používajú sériovo-paralelné zapojenia, aby udržali stabilné výstupné napätie 48 V, aj keď sa menia zaťaženia. Keď sú batérie zapojené do série, dosahujú požadovanú úroveň napätia. Paralelné pripojenie zvyšuje celkovú kapacitu (meranú v Ah), takže systém môže počas výpadkov elektriny pracovať dlhšie. Veľkou výhodou tohto zapojenia je, že zabraňuje nevyrovnanému toku prúdu, ktorý často vedie k predčasnému zlyhaniu batérií. Napríklad bežné zapojenie nazývané 4S4P znamená štyri sady štyroch batérií zapojených dokopy. Toto zapojenie poskytuje požadovaných 48 voltov a zároveň štvornásobne zvyšuje celkovú kapacitu. Dôležité je zabezpečiť rovnomerný tok prúdu cez všetky paralelné spoje. Väčšina skúsených technikov vie, že na udržanie odchýlok pod hranicou približne 5 % je potrebné starostlivé plánovanie sběrnic a presné párovanie článkov. Tieto zistenia potvrdzujú opakovane aj testy termografickým snímaním vykonané na reálnych priemyselných lokalitách.
Pre prevádzkovateľov zariadení úrovne III alebo IV, ktorí sa snažia dosiahnuť žiaducu dostupnosť 99,995 %, je redundancia typu N+1 nep len žiaducou, ale absolútne nevyhnutnou. Ak jeden modul zlyhá, prevádzka pokračuje bez problémov. Modulárny prístup obsahuje tieto sofistikované spínané poistky, ktoré dokážu odpojiť chybné časti za pol sekundy. Pokiaľ ide o rast, tieto systémy sú navrhnuté tak, aby sa dali jednoducho škálovať vďaka štandardným rozhraniam stojanov. Zariadenia môžu postupne rozširovať kapacitu, podľa potreby pridávať prírastky po 5 kWh. Nie je potrebné ani žiadne komplikované prepojovanie. Spoločnosti uvádzajú úspory okolo 60 % pri modernizácii v porovnaní so staršími monolitickými systémami. Nedávne štúdie z roku 2023 to potvrdzujú a ukazujú, koľko peňazí sa dlhodobo ušetrí práve vďaka tomuto flexibilnému základnému systému.