Fachowy Elektryk 6/2016

More documents

Recommendations

Info

PORADY Fachowego Elektryka Dobór baterii akumulatorów w systemach OZE i urządzeniach UPS Budowa zasobników energii w oparciu o elektrochemiczne źródła prądu, jakimi są baterie, wymaga w każdym przypadku odpowiedniego zaprojektowania tych baterii. Wynikiem doboru jest wskazanie technologii wykonania baterii oraz wyliczenie jej wielkości. W systemach OZE magazyny energii w postaci baterii akumulatorów są nieodłącznie kojarzone w zasilaniem wydzielonych grup odbiorów w tzw. instalacjach wyspowych (tzw. off-grid) chociaż stosowane są również w instalacjach podłączonych bezpośrednio do sieci energetycznej (tzw. on-grid). Podstawowe zalety stosowania magazynu energii: • bateria gromadzi nadwyżki energii, aby uniknąć oddawanie energii do sieci, • bateria w układzie pozwala uniezależnić moc źródeł energii od mocy oddawanej do sieci, • w przypadku wystąpienia awarii sieci bateria zapewnia gwarantowane zasilanie w trybie pracy wyspowej. W systemach UPS baterie są nieodłączną częścią urządzenia gwarantującego ciągłość zasilania. W UPS typu on-line przejście z zasilania z sieci na zasilanie z baterii następuje bez jakiejkolwiek przerwy w zasilaniu odbiorów. Metodologia doboru baterii w obydwu systemach (OZE i UPS) ma pewne cechy wspólne. Prawidłowy proces doboru baterii powinien uwzględniać następujące etapy: • dobór współczynników projektowych ze względu na warunki i charakter pracy baterii, • wybór technologii baterii, • wskazanie wielkości i liczby ogniw z danego typoszeregu. Poniżej zostaną opisane zasady doboru baterii ołowiowo-kwasowych. Współczynniki projektowe Istnieją ogólne zalecenia projektowe, które pozwalają prawidłowo zwymiarować baterie w OZE: • rozładowanie w jednym cyklu – rekomendowany zakres od 25% do 40% pojemności znamionowej, • zabezpieczenia przed głębokim rozładowaniem baterii – maksymalnie do 80%, • uwzględnienie spadku pojemności przy temperaturze poniżej 20°C – przyjmuje się zmniejszenie pojemności 1%/1°C, • uwzględnienie sprawności procesu ładowania baterii – dla baterii VRLA ok. 90%, dla baterii klasycznej min. 75%. • sprawdzenie żywotności cyklicznej dla założonej głębokości rozładowania w charakterystyce dostarczanej przez producenta baterii, • określenie minimalnego napięcia rozładowania baterii – zazwyczaj od 1,80 V do 1,90 V na ogniwo, Klasyfikacja baterii Baterie ołowiowo-kwasowe są nadal powszechnie stosowane pomimo niewątpliwej Fot.: HOPPECKE BATTERIEN Fot. 1. Akumulator AGM stosowany w OZE i UPS przewagi parametrów użytkowych innych konkurencyjnych technologii. Szczególnie jest to widoczne w urządzeniach UPS. Różnice w budowie akumulatorów dotyczą konstrukcji elektrod oraz stanu elektrolitu pojedynczych ogniw 2 V. Zestaw ogniw w jednej obudowie nazywamy blokiem baterii np. blok 12 V. Zmontowane w miejscu docelowym i połączone w jeden system zestaw ogniw lub bloków nazywamy baterią. Warto przyjrzeć się konstrukcji ogniw ołowiowo-kwasowych, ponieważ dostępne typy różnią się znacząco parametrami użytkowymi. We wszystkich typach zasada działania jest ta sama. Elektrody zawierające ołów i dwutlenek ołowiu są naprzemiennie łączone w pakiety i zanurzane w rozcieńczonym kwasie siarkowym. W procesie wyładowania energia wiązań chemicznych zamieniana jest na energię elektryczną. Na obydwu elektrodach powstaje ten sam związek chemiczny – siarczan ołowiu, który w procesie ładowania z powrotem zamienia się w metaliczny ołów i dwutlenek ołowiu. Podział ze względu na stan elektrolitu: • klasyczne – elektrolit w postaci ciekłej wypełnia ogniwo, • żelowe – elektrolit uwięziony w strukturze krzemionki przybiera postać gęstego żelu, • AGM – elektrolit uwięziony we włókninie szklanej dzięki istnieniu siły kapilarnej. Podział ze względu na konstrukcję elektrody dodatniej: • wielkopowierzchniowa – występuje tylko w akumulatorach klasycznych, • kratkowa (zwana też pastowaną) – głównie stosowana w akumulatorach klasycznych oraz AGM, • rurkowa (zwana też pancerną) – występuje wyłącznie w akumulatorach 82 Fachowy Elektryk 6 • 2016
PORADY Fachowego Elektryka Fot.: HOPPECKE BATTERIEN Fot.: HOPPECKE BATTERIEN Rys. 1. Ogniwo klasyczne z płytą rurkową Rys. 2. Konstrukcje akumulatorów ołowiowo-kwasowych specjalizowanych dla OZE klasycznych i żelowych. Zapewnia największą żywotność cykliczną. Analizując podział konstrukcji baterii przedstawiony na rysunku 2, warto zwrócić uwagę, że baterie żelowe występują z dwoma rodzajami elektrod dodatnich. Wybierając baterię żelową, warto się upewnić, że zbudowana jest z elektrodą rurkową, ponieważ zapewnia ona ponad dwukrotnie większą żywotność cykliczną w stosunku do elektrody kratkowej. Do zastosowań w OZE rekomendowane jest stosowanie AGM z płytą kratkową oraz klasyczne i żelowe z płytą rurkową. Do zastosowań w UPS najlepiej nadają się typy z płytą kratkową. Dobór baterii w OZE Podstawową zasadą jest unikanie głębokiego wyładowania oraz bezwzględne zapewnienie odpowiedniej nadwyżki energii przeznaczonej do ładowania nad ilością energii pobieranej przez odbiory. We wszelkich układach Odnawialnych Źródeł Energii magazynujących energię, dobór akumulatorów musi być przeprowadzany na podstawie wyliczeń energii odbiorów w jednym cyklu. Dane o mocach osiągalnych modułów fotowoltaicznych lub mocy odbiorów nie mają zastosowania przy doborze akumulatorów w typowych instalacjach. Dobór wielkości ogniw uwzględnia oczywiście napięcie pracy projektowanej baterii. Przy doborze trzeba korzystać w tabel rozładowań producenta lub dodatkowych charakterystyk rozładowania. Przykład doboru wielkości baterii w OZE W przypadku odbiorów o stałej mocy należy korzystać z tabel rozładowania stałomocowych dla danej baterii. Należy wcześniej wyliczyć wydatek mocy przypadający na jedno ogniwo baterii, a następnie odczytać wartość mocy dla danej głębokości rozładowania oraz czasu. Fot. 2. Przydomowy magazyn energii OZE Fot.: HOPPECKE BATTERIEN Przykład: Zamierzamy rozładowywać baterię o napięciu znamionowym 48 V mocą 4,5 kW w czasie 4 H. Bateria zbudowana z jednego łańcucha posiada 24 ogniwa połączone szeregowo. Stąd obciążenie jednego ogniwa wynosi: 4500 W/24 = 187 W/ogniwo. Zakładamy bezpieczny poziom rozładowania 1,85 V/ogniwo oraz temperaturę pracy 20 o C. Maksymalny prąd rozładowania wynosi: 187 W/1,85 V = 101 A. Dobór ogniwa pokazany jest na rysunku 3. Wybieramy pierwszą wartość ogniwa spełniającego warunek prądowy. Nasza bateria będzie zbudowana z 24 ogniw typu 7OPzV.solar. power.620. Jeżeli zostanie określona pojemność danego ogniwa, zapewniająca energię odbiorów dla jednego cyklu pracy, to należy ją pomnożyć przez następujące przykładowe współczynniki: • przy 25% rozładowania: 1/0,25 = 4; • przy maksymalnym rozładowaniu do 80%: 1/0,8 = 1,25; • przy użytkowaniu w temperaturze o 20°C mniejszej od nominalnej (0°C): 100%/(100%-20%) = 1,25; • przy uwzględnieniu współczynnika starzenia: 1,25. Przy powyższych założeniach pojemność początkową należałoby zwiększyć ok. 8 razy. Podany powyższy sposób wykorzystania współczynników projektowych oraz doboru wielkości ogniw na podstawie maksymalnego prądu rozładowania zawiera pewne uproszczenia. Dlatego bardzo dokładne wymiarowanie należy powierzyć np. producentowi baterii. Niedowymiarowanie baterii, np. przez zwiększenie głębokości rozładowania w jednym cyklu, zmniejszy koszty jej zakupu przy jednoczesnym skróceniu okresu użytkowania. Dobór baterii w systemach UPS W uproszczeniu dobór baterii rozpoczyna się od wyliczenia maksymalnej mocy pobie- Fachowy Elektryk 6 • 2016 83
Page 1:
6/2016 Grudzień 2016 ISSN 1643-720
Page 5 and 6:
Pogodnych wit Boego Narodzenia, sza
Page 8 and 9:
AKTUALNOŚCI Fachowego Elektryka Fa
Page 10:
AKTUALNOŚCI Fachowego Elektryka Mi
Page 13 and 14:
NOWOŚCI Fachowego Elektryka Zaufaj
Page 15 and 16:
NOWOŚCI Fachowego Elektryka Gira G
Page 17 and 18:
PORADY Fachowego Elektryka Fot. 5.
Page 19 and 20:
PORADY Fachowego Elektryka EKSPERT
Page 21 and 22:
PORADY Fachowego Elektryka REKLAMA
Page 23 and 24:
PORADY Fachowego Elektryka oferuje
Page 26 and 27:
OŚWIETLENIE Fachowego Elektryka ES
Page 28 and 29:
PORADY Fachowego Elektryka Od opraw
Page 30 and 31:
PORADY Fachowego Elektryka Fot. 7.
Page 32 and 33: OŚWIETLENIE Fachowego Elektryka TY
Page 34 and 35: PRODUKTY Fachowego Elektryka Wszech
Page 36 and 37: PRZEGLĄD Fachowego Elektryka Przeg
Page 38 and 39: PRZEGLĄD Fachowego Elektryka Przeg
Page 40 and 41: NOWOŚCI Fachowego Elektryka P-touc
Page 42 and 43: POMIARY Fachowego Elektryka Pomiary
Page 44 and 45: POMIARY Fachowego Elektryka Rys. 1.
Page 46 and 47: PRODUKTY Fachowego Elektryka Nowoś
Page 48 and 49: INTELIGENTNY budynek Elastyczne ste
Page 50 and 51: INTELIGENTNY budynek Fot. 4. Effect
Page 52 and 53: INTELIGENTNY budynek Rozdzielnice d
Page 54 and 55: PRODUKTY Fachowego Elektryka OSPEL
Page 56 and 57: PORADY Fachowego Elektryka Puszki i
Page 58 and 59: PORADY Fachowego Elektryka Fot.: SI
Page 60 and 61: PRODUKTY Fachowego Elektryka Puszki
Page 62 and 63: NOWOŚCI Fachowego Elektryka Puszki
Page 64 and 65: PRODUKTY Fachowego Elektryka MSF EL
Page 66 and 67: PORADY Fachowego Elektryka Jak wybr
Page 68 and 69: PORADY Fachowego Elektryka Fot.: HE
Page 70 and 71: PORADY Fachowego Elektryka Wyłącz
Page 72 and 73: PORADY Fachowego Elektryka Fot. 7.
Page 74 and 75: PRODUKTY Fachowego Elektryka Przewo
Page 76 and 77: PRODUKTY Fachowego Elektryka Przył
Page 78 and 79: PRODUKTY Fachowego Elektryka Akceso
Page 80 and 81: WARSZTAT Fachowego Elektryka ny na
Page 84 and 85: PORADY Fachowego Elektryka Fot. 3.
Page 86 and 87: PORADY Fachowego Elektryka W Data C
Page 88 and 89: WARSZTAT Fachowego Elektryka Zacisk
Page 90: POZYTYWNE WIBRACJE Fachowego Elektr
show all

Fachowy Elektryk 6/2016

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?