حلول الطاقة الاحتياطية مع مولد التيار المستمر KS 48V-DC

مقالات

9 أغسطس 2023

Backup power solutions with DC-generator KS 48V-DC

يتجه المجتمع الحديث نحو المرونة والطاقة المتجددة.

أصبحت حلول الجزر الكهربائية وأنظمة إمداد الطاقة مع البطاريات اتجاهًا شائعًا وتزداد انتشارًا. نحن نشهد حاليًا تغييرات سريعة في تصنيع البطاريات والمكثفات، والتي تؤثر بشكل متزايد على حياتنا اليومية.

أجهزة تخزين الكهرباء أصبحت بشكل متزايد جزءًا من أنظمة إمداد الطاقة المختلفة. الأنظمة الشمسية، توربينات الرياح، السيارات الكهربائية، الأجهزة المنزلية ذات البطاريات القابلة لإعادة الشحن، أنظمة الكمبيوتر مع UPSs، الاتصالات، أنظمة المراقبة، إلخ، مجهزة ببطاريات طويلة العمر.

يتم شحن البطاريات من مصدر طاقة AC أو DC. ومع ذلك، يجب أولاً تقويم جهد التيار المتردد، وهو مشكلة تقنية بحد ذاتها عند مستويات الطاقة العالية.

معظم شواحن AC/DC وكذلك وحدات الشحن في المحولات تستهلك الطاقة بشكل نبضي، ومعظمها يشحن جهاز تخزين البطارية بطريقة نبضية:

استهلاك التيار (باللون الأخضر) للشاحن

تيار الشحن (باللون الأخضر) للبطارية

يظهر جهد الشبكة باللون الأصفر. في حالة الشواحن أو وحدات الشحن بدون تصحيح عامل القدرة، يتم استهلاك فقط القمم للموجة الجيبية.

يبلغ عامل القدرة لاستهلاك التيار النبضي 0.5-0.6، مما يسبب قدرة تفاعلية عالية. عند التشغيل من شبكة الطاقة العامة، تكون هناك مشاكل أقل لأن عدة مستهلكين للطاقة يعملون بالتوازي ويوازنون بعضهم البعض.

عند استخدام مولد تيار متردد، تنشأ مشاكل تقنية مختلفة، مما يعني أنه لا يمكنك استخدام أكثر من نصف القدرة الاسمية للمولد ويجب اتخاذ تدابير لتثبيت الدائرة ضد التوافقيات الناتجة عن استهلاك التيار النبضي.

في الممارسة العملية، يؤدي ذلك غالبًا إلى تشغيل غير مستقر للشاحن وحتى تلف المولد مثل ارتفاع درجة حرارة اللفات، أو كسر منظم الجهد أو وحدة المحول.

لا يجب استخدام مولد تقليدي كمصدر طاقة احتياطي لوحدة UPS أو محول، حيث يمكن لوحدة الشحن تشويه جهده، مما يؤثر بدوره على مستهلكي الكهرباء الذين سيتم تزويدهم. المولدات بتقنية المحول أكثر ملاءمة لهذا، ولكن يجب أن تأخذ في الاعتبار القيود في الأداء.

مولدات التيار المستمر كمصدر للطاقة لتخزين البطارية تحل المشكلة بطريقة مختلفة ولها العديد من المزايا في هذا الصدد.

يتم توصيل KS 48V-DC مباشرة بالبطارية أو شريط التوصيل 48V ويؤدي نفس وظيفة مصادر التيار المستمر الأخرى مثل الحقل الشمسي أو توربين الرياح مع وحدة التحكم في الشحن.

شحن البطارية عبر وحدة التحكم في شحن الطاقة الشمسية معقد، ويعتمد على استهلاك الطاقة من المحول:

في الصورة على اليسار، لا يتم سحب الطاقة من المحول لتزويد المنزل بالطاقة، وفي الصورة على اليمين، يتم سحب الطاقة على شكل نبضات لإنشاء موجة جيبية.

يحتوي مولد التيار المستمر على عدة لفات وتحكم إلكتروني، مما يجعل تيار الخرج أكثر سلاسة. هكذا يبدو تيار الشحن (باللون الأخضر) لبطارية LiFePO₄ (حالة قصوى) عند تيار 40A و70A (قيمة جذر متوسط المربع):

تموج جهد خرج مولد التيار المستمر منخفض جدًا، مما قد يسبب تموج تيار الشحن في بطارية LiFePO₄. مع زيادة تيار الشحن، يزداد الفرق بين جهد البطارية الخاص وجهد المولد، مما قد يؤدي إلى تقليل تموج تيار الشحن.

يُعتبر مولد التيار المستمر لشحن البطاريات حلاً جيدًا من جميع النواحي وفي بعض الحالات لا يوجد بديل أفضل، إن وجد.

على سبيل المثال، مع المحولات المتصلة بالشبكة التي تحتوي على وظيفة الطاقة الاحتياطية ومع تخزين البطارية بالتيار المستمر، لا يمكن استخدام مولد تيار متردد بدلاً من شبكة الطاقة العامة، حيث يمكن أن يتعرض مثل هذا المولد للتلف بسبب ارتداد الطاقة. يمكن إعادة شحن تخزين البطارية بالتيار المستمر فقط من مصدر تيار مستمر.

تعمل Könner & Söhnen دائمًا على تقديم حلول جيدة لعملائنا. إن توفير الطاقة الموثوق به مهم للغاية ويجب أن تلعب مولدات التيار المستمر من Könner & Söhnen دورًا مهمًا في ذلك.

تم تطوير مولد التيار المستمر KS 48V-DC خصيصًا لتخزين البطاريات بجهد 48V الذي يتداخل نطاق جهد التشغيل الخاص به مع النطاق 48-54V.

فيما يلي معلمات البطاريات الأكثر شيوعًا للمقارنة:

حالة الشحن SOC, %	الجهد LiFePO₄ (16x3.2 V)	الجهد LiFePO₄ (15x3.2 V)	الجهد LiIon (14x3.7V)	الجهد LiIon (13x3.7V)	الجهد AGM (4x12V)	الجهد حمض-رصاص (4x12V)
100	54.4	51.0	58.0	53.9	52.0	50.4
90	53.2	49.9	56.7	53.1	51.0	50.0
80	53.0	49.7	55.4	51.9	50.0	49.7
70	52.8	49.5	54.1	50.7	49.2	49.3
60	52.6	49.3	52.8	49.5	48.6	48.8
50	52.5	49.2	51.5	48.3	48.2	48.2
40	52.3	49.1	50.2	47.1	47.8	47.6
30	52.0	48.8	48.9	45.8	47.2	47.0
20	51.6	48.4	47.6	44.6	46.6	46.3
10	48.0	45.0	46.3	43.4	46.0	45.2

من الضروري الانتباه إلى معلمات مثل جهد الشحن الأقصى، التيار الموصى به والسعة القابلة للاستخدام:

الشحن المعلمات، الحد الأقصى	LiFePO₄ 16 خلايا (16x3.2 V)	LiFePO₄ 15 خلايا (15x3.2 V)	LiIon 14 خلايا (14x3.7V)	LiIon 13 خلايا (13x3.7V)	AGM 4 بطاريات (4x12V)	حمض-رصاص 4 بطاريات (4x12V)
الجهد، V	57.6	54.0	58.0	53.9	58.0	57.2
التيار، C	1.0	1.0	0.5	0.5	0.2	0.2
قابل للاستخدام السعة، %	90-100	90-100	90-100	90-100	50-80	50

يتم اختيار الحد الأقصى لجهد الخرج لـ KS 48V-DC بطريقة تمنع حدوث الشحن الزائد، حتى مع بطاريات AGM والرصاص الحمضي. هذا في منطقة الشحن الطفيف ولا يمكن أن يضر البطاريات حتى إذا عمل المولد لعدة ساعات.

إذا كان من المقرر أن يرتفع الجهد على قضيب ناقل 48V إلى 57V (مثلًا بسبب مصادر طاقة DC أخرى)، يتوقف المولد فورًا، بغض النظر عن الوضع.

البطاريات الليثيوم مجهزة بوحدات تحكم BMS، والتي تمنع أيضًا الشحن الزائد.

نطاق الجهد من 48-54V يناسب معظم قضبان ناقل 48V. يجب أيضًا مراعاة انخفاض الجهد في الكابلات من المولد إلى قضبان ناقل 48V، والذي يمكن أن يكون 0.5-1.0V اعتمادًا على قوة التيار.

يعمل KS 48V-DC مثل شاحن أو وحدة شحن بخصائص IU:

يقوم بنفس وظيفة أي مصدر DC آخر متصل بناقل 48V، حيث يزود النظام بالطاقة عند الحاجة.

يمكن تنفيذ خوارزميات وظائف مختلفة باستخدام وضع AUTO أو EXTERNAL CONTROL الحالي. عند الاختيار بين وضع AUTO وEXTERNAL CONTROL، يجب مراعاة الميزات الخاصة للنظام الذي سيتم تزويده. عندما يكون المولد قيد التشغيل ويكون المصدر الوحيد للطاقة DC على ناقل 48V، فإنه يتولى فعليًا كل إمدادات الطاقة، حيث يبقى جهد الخرج الخاص به أعلى قليلاً من جهد البطارية.

إذا كان متوسط متطلبات الطاقة أكثر من 50% من القدرة الاسمية للمولد (مثل أنظمة الاتصالات)، نوصي باستخدام عدة KS 48V-DC لزيادة الطاقة:

يجب أن تكون القدرة الاسمية الإجمالية للمولدات DC المتصلة بالتوازي على الأقل ضعف متوسط استهلاك الطاقة للمستهلكين المتصلين، بحيث يمكن ضمان التشغيل المستمر على المدى الطويل. على سبيل المثال، يمكن تشغيل نصف المولدات DC بينما يتم تبريد النصف الآخر أو صيانته أو تزويده بالوقود.

في وضع AUTO، سيكون مثل هذا النظام ذاتي التنظيم أيضًا. حتى الانحراف الصغير في جهد بدء التشغيل للمولد يعني أن المولد الأول يبدأ أولاً وتأتي المولدات الأخرى عندما يستمر جهد البطارية في الانخفاض إذا لم يكن إنتاج المولد الأول وحده كافيًا. إذا انخفض تيار الخرج لأحد المولدات النشطة إلى أقل من 20 أمبير، فإنه يتم إيقاف تشغيله في غضون 30 ثانية بينما تستمر المولدات الأخرى في العمل.

إذا كان من المقرر أن تصبح مصادر التيار المباشر الأخرى نشطة على قضيب توصيل 48 فولت (وحدة شحن المحول أو UPS، محول AC/DC، وحدة تحكم شحن الألواح الشمسية أو التوربينات الريحية، إلخ) وتتولى إمداد الطاقة جزئيًا أو كليًا، فإن السحب الحالي على KS 48V-DC وعندما يكون في وضع التشغيل التلقائي، يقوم المتحكم بإيقاف تشغيل المولد. إذا كان من المقرر تشغيل عدة KS 48V-DC بالتوازي، يتم إيقاف تشغيلها واحدة تلو الأخرى وتستمر فقط تلك التي يتجاوز استهلاكها الحالي 20 أمبير.

يوفر هذا الوقود لأن المحرك لا يعمل عند الأحمال المنخفضة ولكن في نطاق السرعة الاقتصادية.

في وضع التحكم الخارجي، يتم تشغيل وإيقاف KS 48V-DC فقط عبر جهات اتصال "جافة" خالية من الجهد الخارجية، باستثناء حماية الجهد الزائد، التي تقوم بإيقاف تشغيل المولد عند 57 فولت.

التشغيل في وضع التشغيل التلقائي

يراقب المولد في وضع التشغيل التلقائي جهد البطارية التي سيتم تزويدها ويبدأ تلقائيًا عندما يتم الوصول إلى القيمة الدنيا للجهد 47.5-48 فولت. زمن التفاعل حوالي 5 ثوانٍ.

يشحن المولد البطارية بجهد يصل إلى 53.5-54 فولت وتيار يصل إلى 70-75 أمبير ويتوقف بمجرد أن يصل الجهد إلى 53.5-54 فولت وينخفض تيار الشحن عن 20 أمبير. زمن التفاعل حوالي 30 ثانية.

يمكن تشغيل المولد بالضغط على زر البدء في أي وقت بغض النظر عن جهد البطارية، ولكنه سيتوقف في غضون 30 ثانية بعد أن ينخفض السحب الحالي عن 20 أمبير.

تضيء مصباح الإشارة الأخضر (عرض التشغيل) باستمرار عندما يتجاوز السحب الحالي 20 أمبير وتومض عندما ينخفض السحب الحالي عن 20 أمبير.

إذا كان استهلاك الطاقة في الحالة المعنية لا ينخفض تقنيًا أبدًا عن 20 أمبير (قضيب توصيل 48 فولت)، فيجب استخدام وضع التحكم الخارجي حتى لا يعمل المولد بشكل مستمر.

التشغيل في وضع التحكم الخارجي

سيتم تشغيل المولد في وضع التحكم الخارجي عن طريق إغلاق جهات اتصال محطة التحكم وإيقافه عن طريق فتحها. يتيح هذا الوضع تكييف المولد بشكل مثالي مع أنظمة تخزين البطاريات المختلفة من خلال التحكم الخارجي في الأجهزة ذات جهات الاتصال "الجافة" الخالية من الجهد، مما يوسع بشكل كبير نطاق تطبيق المولد. مع الجسر بين جهات اتصال محطة التحكم، يبدأ المولد فورًا بمجرد تحويل المفتاح الدوار إلى وضع التشغيل ويتوقف عندما يكون في وضع الإيقاف. يوصى باستخدام هذا من أجل القدرة على تشغيل وإيقاف المولد يدويًا بغض النظر عن جهد البطارية.

تم تجهيز العديد من الأجهزة بجهات اتصال "جافة" خالية من الجهد (محولات، UPS، بطاريات مع وحدات تحكم BMS، مراقبات البطاريات، مرحلات زمنية، إلخ) وهذا يسمح بتنفيذ جميع خوارزميات استخدام المولد الممكنة.

الحماية من زيادة الجهد والتحميل الزائد

إذا ارتفع الجهد على قضيب التوصيل 48V أو البطارية التي سيتم تزويدها إلى 57V أو أعلى لأي سبب، يتم إيقاف تشغيل المولد فورًا.

يتم تقليل جهد الخرج للمولد عندما يتم تجاوز التيار الأقصى ويمكن أن يكون أقل من 48V، ولكن إذا انخفض كثيرًا، يتم التعرف عليه كدائرة قصيرة ويتم إيقاف تشغيل المولد فورًا.

من الطبيعي أن يضيء LED الأحمر أثناء الشحن بأقصى تيار. هذا يعني فقط أن تيار الخرج الأقصى للمولد قد تم الوصول إليه.

الحماية في حالة انخفاض الوقود أو زيت المحرك

إذا نفد الوقود، يتوقف المحرك.

إذا كان مستوى الزيت منخفضًا جدًا (يضيء LED الأصفر)، يتوقف المحرك فورًا.

إذا تم استيفاء شروط التشغيل (يكون جهد البطارية أقل من 47.5-48V في وضع AUTO أو يتم تقصير جهات اتصال EXTERNAL CONTROL في وضع EXTERNAL CONTROL)، يحاول المحرك التشغيل 5 مرات وإذا لم ينجح، تظهر رسالة خطأ (يومض LED الأحمر).

خدمة سهلة

لا يحتوي المولد على بطاريته الخاصة ويتم تشغيله بواسطة البطارية التي سيتم تزويدها. عادةً ما تحتوي البطارية التي سيتم تزويدها على سعة عدة كيلوواط ساعة وحتى مع شحنة منخفضة، لا يزال هناك طاقة كافية لتشغيل المولد، حتى بعد عدة محاولات لتشغيله. هذا يلغي الحاجة إلى صيانة منتظمة لبطارية المولد، كما هو معتاد مع مولدات التيار المتردد، على سبيل المثال، ويزيد من موثوقية إمداد الطاقة الطارئة عندما يتم استخدام المولد نادرًا.

مع المولد، يجب الحرص على عدم تجاوز مدة صلاحية الوقود. نوصي باستخدام البنزين طويل الأمد فقط برقم أوكتان 90-95 كوقود، مع الانتباه إلى الترسبات المحتملة في المكربن وتصريفها في الوقت المناسب بناءً على مدة صلاحية البنزين.

من المهم أيضًا الانتباه إلى مدة صلاحية زيت المحرك. يجب تغييره إما كل 12-18 شهرًا وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة أو كل 50 ساعة تشغيل.

يجب استبدال فلتر الهواء بناءً على مدى اتساخه.

ملاحظة هامة:

يمكن تشغيل مولد التيار المستمر KS 48V-DC فقط مع بطاريات 48V المدرجة في الجدول أعلاه. من الضروري الانتباه إلى معايير نظام إمداد الطاقة بالكامل. في الأنظمة التي يتم فيها تزويد قضيب التوصيل 48V حصريًا بواسطة العاكس، يجب التأكد من إمكانية توصيل مصادر طاقة DC أخرى إلى قضيب التوصيل 48V وأنه لا توجد أخطاء في وحدة التحكم (خاصة مع إدارة الطاقة بناءً على تدفقات الطاقة) في المحطة.

إخلاء المسؤولية:

يمكن اعتبار هذه التعليمات كتوصية فقط، وهي توضيحية ويجب تكييفها مع الظروف المحلية الدقيقة أثناء التركيب. يجب تنفيذ التركيب نفسه وفقًا لجميع المعايير واللوائح. نحن لا نتحمل أي مسؤولية عن التركيبات الخاطئة وعواقبها.