Záložní napájecí řešení s DC-generátorem KS 48V-DC

Moderní společnost směřuje k flexibilitě a obnovitelné energii.

Řešení energetických ostrovů a systémy napájení s bateriemi se staly trendem a stávají se stále běžnějšími. V současné době zažíváme rychlé změny ve výrobě baterií a akumulátorů, které stále více ovlivňují náš každodenní život.

Zařízení pro ukládání elektřiny se stále více stávají součástí různých systémů napájení. Solární systémy, větrné turbíny, elektrická auta, domácí spotřebiče s dobíjecími bateriemi, počítačové systémy s UPS, telekomunikace, monitorovací systémy atd. jsou vybaveny dlouhoživotnostními bateriemi.

Baterie jsou nabíjeny buď ze střídavého (AC), nebo stejnosměrného (DC) zdroje. Nicméně střídavé napětí musí být nejprve usměrněno, což je samo o sobě technický problém při vyšších úrovních výkonu.

Většina AC/DC nabíječek a také nabíjecí moduly v měničích mají pulzní spotřebu energie a většina z nich nabíjí úložné zařízení baterie pulzním způsobem:

Aktuální spotřeba (zelená) nabíječky

Nabíjecí proud (zelený) baterie

Napětí v síti je zobrazeno žlutě. V případě nabíječek nebo nabíjecích modulů bez korekce účiníku jsou spotřebovány pouze maxima sinusové vlny.

Pulzní odběr proudu má účiník 0,5-0,6, což způsobuje vysoký jalový výkon. Při provozu z veřejné elektrické sítě je méně problémů, protože několik spotřebičů běží paralelně a vzájemně se vyrovnávají.

Při používání střídavého generátoru však vznikají různé technické problémy, které znamenají, že nemůžete využít více než polovinu jmenovitého výkonu generátoru a musí být přijata opatření k stabilizaci obvodu proti harmonickým kmitočtům způsobeným pulzním odběrem proudu.

V praxi to často vede k nestabilnímu provozu nabíječky a dokonce k poškození generátoru, jako jsou přehřáté vinutí, rozbitý regulátor napětí nebo invertorový modul.

Konvenční generátor nesmí být používán jako záložní zdroj energie pro UPS nebo měnič, protože nabíjecí modul může zkreslit jeho napětí, což následně ovlivňuje elektrické spotřebiče, které mají být napájeny. Generátory s invertorovou technologií jsou pro tento účel vhodnější, ale je třeba počítat s omezeními ve výkonu.

DC GENERÁTORY jako zdroj energie pro ukládání do baterií řeší problém jiným způsobem a v tomto smyslu mají mnoho výhod.

KS 48V-DC je připojen přímo k baterii nebo 48V sběrnici a plní stejnou funkci jako jiné zdroje stejnosměrného proudu, jako je solární pole nebo větrná turbína s regulátorem nabíjení.

Nabíjení baterie prostřednictvím solárního regulátoru nabíjení je složité, v závislosti na spotřebě energie měniče:

Na obrázku vlevo není z měniče odebírána žádná energie pro napájení domu, zatímco na obrázku vpravo je energie odebírána v pulzech k vytvoření sinusové vlny.

DC generátor má více vinutí a elektronické řízení, což činí výstupní proud mnohem plynulejším. Takto vypadá nabíjecí proud (zeleně) baterie LiFePO₄ (extrémní případ) při proudu 40A a 70A (efektivní hodnota):

Výstupní napěťové zvlnění DC generátoru je velmi nízké, což však může stále způsobovat zvlnění nabíjecího proudu v baterii LiFePO₄. Jak se nabíjecí proud zvyšuje, rozdíl mezi vlastním napětím baterie a napětím generátoru se zvětšuje, což může vést ke snížení zvlnění nabíjecího proudu.

Generátor stejnosměrného proudu pro nabíjení baterií je dobrým řešením ze všech hledisek a v některých případech neexistuje lepší, pokud vůbec nějaká, alternativa.

Například u síťových měničů s funkcí záložního napájení a s úložištěm stejnosměrných baterií není možné použít střídavý generátor místo veřejné elektrické sítě, protože takový generátor může být poškozen zpětným napájením. Úložiště stejnosměrných baterií lze dobíjet pouze ze stejnosměrného zdroje.

Könner & Söhnen neustále pracuje na tom, aby mohl našim zákazníkům nabídnout dobrá řešení. Spolehlivé napájení je nesmírně důležité a generátory stejnosměrného proudu od Könner & Söhnen by v tom měly hrát důležitou roli.

Generátor stejnosměrného proudu KS 48V-DC byl speciálně vyvinut pro 48V bateriové úložiště, jehož pracovní napěťový rozsah se překrývá s rozsahem 48-54V.

Zde jsou parametry nejběžnějších baterií ve srovnání:

Je nezbytné věnovat pozornost takovým parametrům, jako je maximální nabíjecí napětí, doporučený proud a využitelná kapacita:

Maximální výstupní napětí KS 48V-DC je zvoleno tak, aby nedocházelo k přebíjení, a to ani u AGM a olověných baterií. Toto napětí se nachází v oblasti udržovacího nabíjení a nemůže poškodit baterie, i když generátor běží několik hodin.

Pokud má napětí na sběrnici 48V vzrůst na 57V (např. v důsledku jiných zdrojů stejnosměrného proudu), generátor se okamžitě zastaví, bez ohledu na režim.

Lithiumové baterie jsou vybaveny BMS kontroléry, které také zabraňují přebíjení.

Rozsah napětí 48-54V vyhovuje většině 48V sběrnic. Je také nutné vzít v úvahu pokles napětí v kabelech od generátoru k 48V sběrnicím, který může být 0,5-1,0V v závislosti na síle proudu.

KS 48V-DC funguje jako nabíječka nebo nabíjecí modul s IU charakteristikou:

Plní stejnou funkci jako jakýkoli jiný zdroj stejnosměrného proudu připojený k 48V sběrnici, dodává energii systému, když je to potřeba.

Různé algoritmy funkcí lze implementovat pomocí stávajícího režimu AUTO nebo EXTERNAL CONTROL. Při volbě mezi režimem AUTO a EXTERNAL CONTROL je třeba vzít v úvahu zvláštní vlastnosti systému, který má být napájen. Když je generátor v provozu a je jediným zdrojem stejnosměrného proudu na 48V sběrnici, přebírá prakticky veškeré napájení, protože jeho výstupní napětí zůstává mírně nad napětím baterie.

Pokud je průměrná energetická potřeba více než 50 % jmenovitého výkonu generátoru (např. telekomunikační systémy), doporučujeme použít několik KS 48V-DC ke zvýšení výkonu:

Celkový jmenovitý výkon stejnosměrných generátorů připojených paralelně by měl být alespoň dvakrát vyšší než průměrná spotřeba energie připojených spotřebičů, aby bylo možné zaručit nepřerušený provoz po dlouhou dobu. Například polovina stejnosměrných generátorů může běžet, zatímco druhá polovina může být ochlazována, servisována nebo doplňována palivem.

V režimu AUTO by takový systém byl také samoregulační. I malá odchylka ve startovacím napětí generátoru znamená, že 1. generátor se spustí jako první a ostatní se připojí, když napětí baterie nadále klesá, pokud výkon samotného 1. generátoru není dostatečný. Pokud výstupní proud jednoho z aktivních generátorů klesne pod 20 A, je vypnut do 30 sekund, zatímco ostatní generátory pokračují v provozu.

Pokud mají být na sběrnici 48V aktivovány jiné zdroje stejnosměrného proudu (nabíjecí modul měniče nebo UPS, AC/DC měnič, regulátor nabíjení fotovoltaických modulů nebo větrné turbíny atd.) a převzít napájení částečně nebo zcela, odběr proudu na KS 48V-DC a když je v režimu AUTO, regulátor vypne generátor. Pokud má běžet několik KS 48V-DC paralelně, jsou vypínány jeden po druhém a pokračují v běhu pouze ty, kde odběr proudu přesahuje 20A.

Tím se šetří palivo, protože motor neběží při nízkém zatížení, ale v ekonomickém rozsahu otáček.

V režimu EXTERNÍHO OVLÁDÁNÍ jsou KS 48V-DC zapínány a vypínány pouze prostřednictvím externích potenciálově nezávislých „suchých“ kontaktů, s výjimkou ochrany proti přepětí, která vypne generátor při 57V.

PROVOZ  V AUTOMATICKÉM REŽIMU

Generátor v režimu AUTO monitoruje napětí baterie, která má být napájena, a automaticky se spustí, když je dosaženo nižší hodnoty napětí 47,5-48V. Reakční doba je přibližně 5 sekund.

Generátor nabíjí baterii napětím až 53,5-54V a proudem až 70-75A a vypne se, jakmile napětí dosáhne 53,5-54V a nabíjecí proud klesne pod 20A. Reakční doba přibližně 30 sekund.

Generátor lze spustit stisknutím tlačítka START kdykoli bez ohledu na napětí baterie, ale bude zastaven do 30 sekund poté, co odběr proudu klesne pod 20 A.

Kontrolka zelené signální lampy (provozní displej) svítí nepřetržitě, když odběr proudu přesáhne 20A, a bliká, když odběr proudu klesne pod 20A.

Pokud spotřeba energie v daném případě technicky nikdy neklesne pod 20A (48V sběrnice), měl by být použit režim EXTERNÍHO OVLÁDÁNÍ, aby generátor neběžel nepřetržitě.

PROVOZ V REŽIMU EXTERNÍHO OVLÁDÁNÍ

Generátor v režimu EXTERNÍHO OVLÁDÁNÍ bude spuštěn uzavřením kontaktů OVLÁDACÍHO TERMINÁLU a zastaven jejich otevřením. Tento režim umožňuje optimální přizpůsobení generátoru různým systémům ukládání energie v bateriích prostřednictvím externího ovládání zařízení s bezpotenciálovými „suchými“ kontakty, což výrazně rozšiřuje rozsah použití generátoru. S propojkou mezi kontakty OVLÁDACÍHO TERMINÁLU se generátor spustí okamžitě, jakmile je otočný spínač přepnut do polohy ZAP, a zastaví se, když je v poloze VYP. Takové použití se doporučuje, aby bylo možné generátor spouštět a zastavovat ručně bez ohledu na napětí baterie.

Mnoho zařízení je vybaveno potenciálově nezávislými „suchými“ kontakty (střídače, UPS, baterie s BMS kontroléry, monitory baterií, časová relé atd.), což umožňuje implementaci všech možných algoritmů pro využití generátorů.

OCHRANA PROTI PŘEPĚTÍ A PŘETÍŽENÍ

Pokud by napětí na 48V sběrnici nebo na baterii, která má být napájena, z jakéhokoli důvodu stouplo na 57V a více, generátor se okamžitě vypne.

Výstupní napětí generátoru se sníží, když je překročen maximální proud, a může být nižší než 48V, ale pokud klesne příliš nízko, je to rozpoznáno jako zkrat a generátor je okamžitě vypnut.

Je normální, že se při nabíjení maximálním proudem rozsvítí červená LED dioda. To pouze znamená, že bylo dosaženo maximálního výstupního proudu generátoru.

OCHRANA V PŘÍPADĚ NÍZKÉHO STAVU PALIVA NEBO MOTOROVÉHO OLEJE

Pokud je palivo spotřebováno, motor se zastaví.

Pokud je hladina oleje příliš nízká (rozsvítí se žlutá LED), motor se okamžitě zastaví.

Pokud jsou splněny počáteční podmínky (napětí baterie je v režimu AUTO pod 47,5-48V nebo jsou v režimu EXTERNAL CONTROL zkratovány kontakty EXTERNAL CONTROL), motor se pokusí nastartovat 5krát a pokud se to nepodaří, objeví se chybová zpráva (červená LED dioda bliká).

SNADNÝ SERVIS 

Generátor nemá vlastní baterii a je startován baterií, která má být dodána. Dodávaná baterie obvykle má kapacitu několika kWh a i při nízkém nabití je stále více než dost energie k nastartování generátoru, a to i po několika pokusech o jeho nastartování. Tím se eliminuje potřeba pravidelné údržby baterie generátoru, jak je obvyklé například u AC generátorů, a zvyšuje se spolehlivost nouzového napájení, když je generátor zřídka používán.

U generátoru je však třeba dbát na to, aby nebyla překročena skladovatelnost paliva. Doporučujeme používat pouze dlouhotrvající benzín s oktanovým číslem 90-95 jako palivo, přičemž je třeba věnovat pozornost možným usazeninám v karburátoru a včas je vypustit v závislosti na skladovatelnosti benzínu.

Je také důležité věnovat pozornost trvanlivosti motorového oleje. Ten musí být vyměněn buď každých 12-18 měsíců podle specifikací výrobce, nebo každých 50 provozních hodin.

Vzduchový filtr by měl být vyměněn v závislosti na tom, jak je znečištěný.

DŮLEŽITÁ POZNÁMKA: 

Generátor stejnosměrného proudu KS 48V-DC smí být provozován pouze s 48V bateriemi, které jsou uvedeny v tabulce výše. Je nezbytné věnovat pozornost parametrům celého systému napájení. V systémech, kde je 48V sběrnice napájena výhradně měničem, je nutné zajistit, aby k 48V sběrnici mohly být připojeny i jiné zdroje stejnosměrného proudu a aby nedocházelo k poruchám v regulátoru (zejména při řízení energie na základě toků energie) zařízení.

UPOZORNĚNÍ:

Tyto pokyny lze považovat pouze za doporučení, jsou ilustrativní a musí být přizpůsobeny přesným místním okolnostem a podmínkám během instalace. Samotná instalace by měla být provedena v souladu se všemi normami a předpisy. Nepřebíráme žádnou odpovědnost za nesprávné instalace a jejich důsledky.