Jak vybrat vhodnou baterii do měniče a jak dlouho vydrží bez dobíjení?

Po prostudování tohoto článku se dozvíte, které baterie se nejlépe hodí pro organizaci nepřetržitého napájení venkovského domu, a v případě potřeby budete schopni vypočítat, jak dlouho bude střídač pracovat z baterie, když centralizované napájení, generátor paliva nebo ostatní zdroje energie jsou vypnuty.

Kromě toho poradíme, jak prodloužit životnost baterie napájecího systému založeného na měničích.

Typ baterie

Pro nepřerušitelné nebo záložní napájecí systémy jsou vhodné pouze baterie s hlubokým cyklem. Na rozdíl od startovacích (automobilových) analogů jsou schopny vydržet dlouhodobé nabíjení a vybíjení.

Výrobky jsou odolné. Zdroj moderních modelů stačí na 12 nebo více let provozu. Analog automobilu selže po 10 vybitích.

Baterie s hlubokým cyklem jsou:

• gel (GEL), elektrolyt je gelovitá hmota;
• olověná kyselina (AGM), elektrolyt se nachází v pórech desek z tenkých skleněných vláken.

Oba typy baterií mají své výhody a nevýhody.

Gelové modely se vyznačují vyšší účinností. Zařízení lze umístit v libovolné poloze, protože zde není žádný tekutý elektrolyt. Je dokonce možné provozovat měnič z baterie s poškozeným pouzdrem. Technologie GEL byla vyvinuta pro letecký a vojenský průmysl. Podle statistik vydrží gelové baterie v cyklickém provozu o něco déle než protějšky AGM.

Mezi nevýhody zařízení patří: nutnost udržovat přesný nabíjecí proud (gelové baterie se používají s mikroprocesorovými ovladači) a možnost nabobtnání a výbuchu baterie při varu elektrolytu.

Baterie AGM nemají výše uvedené nevýhody. Mezi výhody baterií tohoto typu patří také vysoká odolnost proti hlubokému vybití (přístroje vydrží více než 600 takových cyklů).

Technologie AGM zajišťuje udržování trvale vysokého proudu v jakémkoli stavu nabití baterie. Další výhodou takových baterií je nízké samovybíjení. Za rok odstávky se kapacita sníží pouze o 20 %.

Výpočet životnosti baterie záložního napájecího systému

Výpočet výkonu měniče bude vyžadovat vytvoření speciální tabulky. Do dvou sloupců zadejte seznam elektrospotřebičů a jejich příkon. Dopadne to nějak takhle.

Čím vyšší je kapacita baterie nebo bateriového systému, tím déle bude připojené zařízení fungovat bez centralizovaného napájení nebo přístupu k jiným zdrojům energie.

Pro výpočet životnosti baterie měniče napětí potřebujete vědět:

• kapacita a počet baterií;
• výkon spotřebovaný zátěží za hodinu.

Při výpočtu je třeba vzít v úvahu skutečnost, že maximální výkon elektrických spotřebičů neodráží skutečné zatížení baterie. Zařízení se zapínají a vypínají. V mnoha případech je spotřeba energie zařízení mnohem nižší než maximální hodnota.

Podívejme se na příklad. V tomto případě jsou k měniči připojeny následující:

• Rychlovarná konvice;
• chladnička třídy A;
• 15 úsporných žárovek;
• motor posuvné brány a řídicí systém;
• kotel s nuceným hořákem;
• 4 oběhová čerpadla topení;
• studniční čerpadlo.

Počítáme průměrnou hodinovou spotřebu energie zařízení. Dostáváme následující.

Zařízení	Průměrná hodinová spotřeba
Rychlovarná konvice 2 kW, vařící voda 6 minut, tzn. 1/10 hodiny (za předpokladu, že byla během této hodiny zapnuta pouze jednou)	200 W/h
Lednice třídy A	70 W/h
Energeticky úsporné osvětlovací žárovky (každá 20 W/h), řekněme, že svítí celkem 15 žárovek	300 W/h
Brána 1,5 kW, doba otevírání a zavírání – 1 minuta (2 hodiny = 1/30 hodiny)	50 W/h
Kotel s nuceným hořákem 100 W/h a 4 topnými oběhovými čerpadly po 75 W/h	400 W/h
Čerpadlo studny 3 kW, zapne se 3x na 2 minuty za hodinu (6 minut = 1/10 hodiny)	300 W/h
Celkem celkem:	1320 W/h

Nyní spočítejme celkovou kapacitu dostupných baterií. Řekněme, že v systému je 12 12voltových baterií (každá kapacita je 200 ampérhodin). Dostaneme 12*12*200 = 28800 Watt/h.

Bereme v úvahu ztrátový faktor. Příklad uvažuje nové baterie. Maximální účinnost – 95 %. Dostaneme 2800*0,95=27360 W/h.

Nyní tuto hodnotu vydělíme průměrnou hodinovou zátěží a nakonec získáme provozní dobu střídače z baterie. 27360/1320 = 20,7 hodiny výsledek zaokrouhlíme dolů. Ukázalo se, že zdroj bateriového systému bude stačit na 20 hodin autonomního provozu připojeného zařízení.

V tomto příkladu jsme se podívali na typický (teoretický) výpočet. Životnost baterie zařízení je ovlivněna mnoha různými faktory. Mezi nimi:

• stáří a stav nabití baterií;
• okolní teplota
• skutečný provozní režim připojeného zařízení;
• et al.

Jak prodloužit životnost nabíjecí baterie

• Neinstalujte žárovky, ale energeticky úsporné analogy.
• Místo stropního osvětlení připojte objímky stojací lampy ke střídači a používejte je pouze v případě potřeby.
• Nepřidávejte do systému „extra“ neustále běžící zařízení. Příkladem jsou oběhová čerpadla pro vytápěné podlahy.
• Používejte alternativní zdroje energie. Solární panely a větrné generátory výrazně prodlužují dobu autonomního napájení.

Profesionálové ale dobře vědí, že existují podstatně zásadnější rozdíly. Pojďme to zjistit! Nejprve klasifikujeme baterie pro systémy nepřerušitelného napájení.

1) Baterie AGM pro bezpečnostní a požární systémy (segment OPS)

Jedná se o nejlevnější baterie, které jsou určeny pro provoz v slaboproudých systémech (video dohled, alarmy) po dobu 1-3 let s následnou výměnou. Konstrukce, kvalita olova a složení elektrolytu jsou navrženy tak, aby minimalizovaly náklady. Kapacita těchto baterií je zpravidla znatelně nižší než deklarovaná, mají vysoký vnitřní odpor a rychle podléhají sulfataci (ztrátě kapacity).

Mezi takové baterie patří:

• Řada Delta DT
• Síla poplachu
• Obecná bezpečnost
• Bezpečnostní síly
• Optimus a další.

Někteří výrobci však označují značku svých baterií jako vhodnou pro UPS i invertory, ačkoli ve skutečnosti se jedná o baterie OPS. Jak to určit? Nejdůležitější a nejzřejmější charakteristikou je hmotnost. Pro informaci:

• Baterie s kapacitou 7 Ah musí vážit minimálně 2,1 kg. Navíc byste měli důvěřovat hodnotám na stupnici, nikoli specifikacím
• Kapacita 100Ah – od 31kg a výše
• Kapacita 200Ah – od 62kg a více.

Níže je video, ve kterém jsou rozebrány dvě baterie segmentu OPS.

2) Baterie AGM určené pro dlouhodobé vybíjení – od hodiny a více

Tyto baterie mají životnost 5-12 let v závislosti na sérii. Při jejich výrobě se používá vysoce kvalitní olovo a také elektrolyt se speciálními přísadami, které působí jako inhibitory procesu sulfatace a koroze. Tyto baterie pravidelně a správně uvolňují svou kapacitu při dlouhodobém (od hodiny a více) vybíjení, jsou schopny se rychle nabíjet (proudem až 0.3C), jejich kapacita většinou odpovídá deklarované.

Tyto baterie však špatně snášejí krátké vybití. Díky vysokému vnitřnímu odporu výrazně poklesnou napětí při vysoké zátěži a rychle sednou. Jinými slovy, takové baterie budou při krátkých vybíjeních produkovat znatelně méně energie než řada High Rate (o tom o něco později). Navíc mohou rychle selhat.

Mezi takové baterie patří:

• Řada Delta DTM
• BB baterie BPS
• Leoch DJM
• CSB GP
• Opar HZB
• Challenger A
• NP Yuasa
• Panasonic LC-R

Konstrukce baterie AGM

3) Gelové baterie

Zaměřeno na práci s alternativními zdroji energie v cyklickém režimu. Do elektrolytu baterie typu GEL byla přidána rosolotvorná složka, v důsledku čehož baterie získává zvýšený počet cyklů nabíjení-vybíjení, ale stává se náročnější na nabíjecí proud. Je vhodné používat takové baterie se solární energií, s větrnými turbínami, tzn. na denní cyklické bázi. Detailní srovnání technologií AGM a GEL.

Příklady takových baterií:

• Řada Delta GX
• Leoch LPG série
• Ventura VG
• Opar HZY
• Sonnenschein A

Gelová baterie Ventura

4) Baterie AGM řady High Rate

Baterie jsou navrženy pro krátké vybití pro podporu vysokého zatížení po dobu od několika minut do několika hodin.

Pro takové baterie se používají komponenty nejvyšší kvality: čisté olovo, činidla a přísady v elektrolytu, speciální složení anody a katodového povlaku. Kontaktní plocha mezi deskami a elektrolytem se zvětšuje, aby se snížil vnitřní odpor. Baterie High Rate se správně vybíjejí při dlouhém i krátkém vybíjení.

Pokles napětí při vysoké zátěži je v přijatelných mezích: UPS funguje správně a nevypíná zátěž kvůli nízkému napětí DC sběrnice. Počet cyklů je přibližně o 30 % vyšší než u baterií s dlouhým vybíjením. Náklady na takové baterie jsou znatelně vyšší, ale to je způsobeno vysokými náklady na výrobu. HR baterie představují nejvyšší bod ve vývoji olověné technologie.

Příklady takových baterií:

• CSB řada HR, HRL
• Delta řada HR, HRL
• Baterie BB HRC
• UPS C&D Technologies
• Fiamm FGHL/GS, FGH/GS a další

Řada UPS C&D Technologies HR

Další typy baterií:

• Lithiové baterie. Drahé a v současné době velmi málo UPS/střídačů podporuje správný provoz s tímto typem baterie, takže je prozatím nebudeme uvažovat.
• Nedoporučujeme používat trakční baterie v UPS z důvodu nutnosti údržby a uvolňování vodíku během procesu nabíjení.
• Pancéřové baterie také během provozu vydávají plyn, i když tento problém lze vyřešit pomocí speciálních absorpčních ventilů. Lze použít v cyklických systémech
• OPzS se používají ve vysoce specializovaných systémech.
• Autobaterie slouží ve vyrovnávací paměti 1-1.5 roku a poté se jejich tenké olověné pláty drolí.