Soluciones de energía de respaldo con generador de CC KS 48V-CC

La sociedad moderna avanza hacia la flexibilidad y la energía renovable.

Las soluciones de islas de energía y los sistemas de suministro eléctrico con baterías se han convertido en una tendencia y son cada vez más comunes. Actualmente estamos experimentando cambios rápidos en la fabricación de baterías y acumuladores, que están afectando cada vez más nuestra vida cotidiana.

Los dispositivos de almacenamiento de electricidad están convirtiéndose cada vez más en parte de diferentes sistemas de suministro de energía. Los sistemas solares, turbinas eólicas, automóviles eléctricos, electrodomésticos con baterías recargables, sistemas informáticos con UPS, telecomunicaciones, sistemas de vigilancia, etc., están equipados con baterías de larga duración.

Las baterías se cargan desde una fuente de alimentación de CA o CC. Sin embargo, el voltaje de CA debe rectificarse primero, lo cual es un problema técnico en sí mismo a niveles de potencia más altos.

La mayoría de los cargadores AC/DC y también los módulos de carga en los inversores tienen un consumo de energía pulsante y la mayoría de ellos cargan el dispositivo de almacenamiento de baterías de manera pulsante:

Consumo actual (verde) del cargador

Corriente de carga (verde) de la batería

El voltaje de la red se muestra en amarillo. En el caso de cargadores o módulos de carga sin corrección del factor de potencia, solo se consumen los máximos de la onda sinusoidal.

El consumo de corriente de pulso tiene un factor de potencia de 0.5-0.6, lo que provoca un alto consumo de potencia reactiva. Al operar desde la red eléctrica pública, hay menos problemas porque varios consumidores de energía funcionan en paralelo y se equilibran entre sí.

Sin embargo, al utilizar un generador de CA, surgen varios problemas técnicos que implican que no se puede utilizar más de la mitad de la potencia nominal del generador y se deben tomar medidas para estabilizar el circuito contra las armónicas causadas por el consumo de corriente en forma de pulsos.

En la práctica, a menudo conduce a un funcionamiento inestable del cargador e incluso a daños en el generador, como bobinados sobrecalentados, regulador de voltaje roto o módulo inversor dañado.

Un generador convencional no debe utilizarse como fuente de energía de respaldo para un SAI o un inversor, ya que el módulo de carga puede distorsionar su voltaje, lo que a su vez afecta a los consumidores de electricidad que deben ser abastecidos. Los generadores con tecnología de inversor son más adecuados para esto, pero hay que tener en cuenta limitaciones en el rendimiento.

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA como fuente de energía para el almacenamiento de baterías resuelven el problema de una manera diferente y tienen muchas ventajas en ese sentido.

El KS 48V-DC se conecta directamente a la batería o al bus de 48V y realiza la misma función que otras fuentes de corriente continua, como un campo solar o una turbina eólica con un controlador de carga.

La carga de la batería a través del controlador de carga solar es complicada, dependiendo del consumo de energía del inversor:

En la imagen de la izquierda, no se está extrayendo energía del inversor para alimentar el hogar y en la imagen de la derecha, la energía se extrae en pulsos para crear una onda sinusoidal.

El generador de corriente continua tiene múltiples devanados y control electrónico, lo que hace que la corriente de salida sea mucho más suave. Así es como se ve la corriente de carga (en verde) de una batería LiFePO₄ (un caso extremo) a 40A y 70A de corriente (valor rms):

El rizado de voltaje de salida del generador de corriente continua es muy bajo, lo que aún puede causar un rizado de corriente de carga en una batería LiFePO₄. A medida que aumenta la corriente de carga, la diferencia entre el voltaje propio de la batería y el voltaje del generador aumenta, lo que puede llevar a una reducción en el rizado de la corriente de carga.

Un generador de corriente continua para cargar las baterías es una buena solución desde todos los puntos de vista y, en algunos casos, no hay mejor alternativa, si es que existe alguna.

Por ejemplo, con inversores conectados a la red que tienen función de respaldo y con un almacenamiento de batería de corriente continua, no es posible utilizar un generador de corriente alterna en lugar de la red eléctrica pública, ya que dicho generador puede dañarse por la retroalimentación de energía. El almacenamiento de batería de corriente continua solo puede recargarse desde una fuente de corriente continua.

Könner & Söhnen siempre está trabajando para poder ofrecer a nuestros clientes buenas soluciones. Un suministro eléctrico confiable es extremadamente importante y los generadores de corriente continua de Könner & Söhnen deberían desempeñar un papel importante en esto.

El generador de corriente continua KS 48V-DC ha sido desarrollado especialmente para almacenamiento de baterías de 48V, cuyo rango de voltaje de trabajo coincide con el rango de 48-54V.

Aquí están los parámetros de las baterías más comunes en comparación:

Es imperativo prestar atención a parámetros como el voltaje máximo de carga, la corriente recomendada y la capacidad utilizable:

El voltaje máximo de salida del KS 48V-DC está seleccionado de tal manera que no se produzca sobrecarga, incluso con baterías AGM y de plomo-ácido. Esto se encuentra en el área de carga de mantenimiento y no puede dañar las baterías, incluso si el generador funciona durante varias horas.

Si el voltaje en la barra colectora de 48V sube a 57V (por ejemplo, debido a otras fuentes de energía de CC), el generador se detiene inmediatamente, independientemente del modo.

Las baterías de litio están equipadas con controladores BMS, que también evitan la sobrecarga.

El rango de voltaje de 48-54V se adapta a la mayoría de las barras colectoras de 48V. También se debe tener en cuenta la caída de voltaje en los cables desde el generador hasta las barras colectoras de 48V, la cual puede ser de 0.5-1.0V dependiendo de la intensidad de la corriente.

El KS 48V-DC funciona como un cargador o un módulo de carga con una característica IU:

Realiza la misma función que cualquier otra fuente de corriente continua conectada al bus de 48V, suministrando energía al sistema cuando sea necesario.

Se pueden implementar diferentes algoritmos de función utilizando el modo AUTO o CONTROL EXTERNO existente. Al elegir entre el modo AUTO y CONTROL EXTERNO, se deben tener en cuenta las características especiales del sistema a suministrar. Cuando el generador está en funcionamiento y es la única fuente de energía de CC en el bus de 48V, asume prácticamente todo el suministro de energía, ya que su voltaje de salida se mantiene entonces ligeramente por encima del voltaje de la batería.

Si el requerimiento energético promedio es superior al 50% de la potencia nominal del generador (por ejemplo, sistemas de telecomunicaciones), recomendamos utilizar varios KS 48V-DC para aumentar la potencia:

La potencia nominal total de los generadores de corriente continua conectados en paralelo debe ser al menos el doble del consumo medio de energía de los consumidores de energía conectados, para garantizar un funcionamiento ininterrumpido a largo plazo. Por ejemplo, la mitad de los generadores de corriente continua pueden funcionar mientras la otra mitad se enfría, se somete a mantenimiento o se reposta.

En modo AUTO, dicho sistema también sería autorregulable. Incluso una pequeña desviación en el voltaje de arranque del generador significa que el primer generador se inicia primero y los demás se activan cuando el voltaje de la batería continúa disminuyendo si la salida del primer generador por sí sola no es suficiente. Si la corriente de salida de uno de los generadores activos cae por debajo de 20A, se apaga en 30 segundos mientras los otros generadores continúan funcionando.

Si otras fuentes de corriente continua van a activarse en el bus de 48V (módulo cargador del inversor o el SAI, convertidor AC/DC, controlador de carga de los módulos fotovoltaicos o la turbina eólica, etc.) y asumir el suministro de energía parcial o totalmente, el consumo de corriente en el KS 48V-DC y cuando está en modo AUTO, el controlador apaga el generador. Si varios KS 48V-DC van a funcionar en paralelo, se apagan uno tras otro y solo continúan funcionando aquellos donde el consumo de corriente excede los 20A.

Esto ahorra combustible porque el motor no funciona a bajas cargas, sino en el rango de velocidad económica.

En el modo de CONTROL EXTERNO, los KS 48V-DC solo se encienden y apagan a través de contactos "secos" externos sin potencial, excepto por la protección contra sobretensión, que apaga el generador a 57V.

OPERACIÓN  EN MODO AUTOMÁTICO

El generador en modo AUTO monitorea el voltaje de la batería a suministrar y se enciende automáticamente cuando se alcanza el valor de voltaje inferior de 47.5-48V. Tiempo de reacción aproximadamente 5 segundos.

El generador carga la batería con un voltaje de hasta 53.5-54V y una corriente de hasta 70-75A, y se apaga tan pronto como el voltaje alcanza los 53.5-54V y la corriente de carga cae por debajo de 20A. Tiempo de reacción de aproximadamente 30 segundos.

El generador puede ser encendido presionando el botón START en cualquier momento, independientemente del voltaje de la batería, pero se detendrá dentro de los 30 segundos después de que el consumo de corriente baje de 20A.

La lámpara de señal verde (indicador de funcionamiento) se enciende de forma continua cuando el consumo de corriente supera los 20A y parpadea cuando el consumo de corriente es inferior a 20A.

Si el consumo de energía en el caso respectivo técnicamente nunca debe caer por debajo de 20A (barra colectora de 48V), se debe utilizar el modo de CONTROL EXTERNO para que el generador no funcione de manera continua.

OPERACIÓN EN MODO DE CONTROL EXTERNO

El generador en modo CONTROL EXTERNO se iniciará cerrando los contactos del TERMINAL DE CONTROL y se detendrá al abrirlos. Este modo permite que el generador se adapte de manera óptima a diferentes sistemas de almacenamiento de baterías mediante el control externo de dispositivos con contactos "secos" sin potencial, lo que amplía significativamente el rango de aplicación del generador. Con el puente entre los contactos del TERMINAL DE CONTROL, el generador se inicia inmediatamente tan pronto como el interruptor giratorio se coloca en la posición ON y se detiene cuando está en la posición OFF. Se recomienda este uso para poder iniciar y detener el generador manualmente independientemente del voltaje de la batería.

Muchos dispositivos están equipados con contactos "secos" libres de potencial (inversores, UPS, baterías con controladores BMS, monitores de batería, relés temporizados, etc.), lo que permite implementar todos los posibles algoritmos de uso del generador.

PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIÓN Y SOBRECARGA

Si el voltaje en la barra colectora de 48V o en la batería a suministrar aumenta a 57V o más por cualquier motivo, el generador se apaga inmediatamente.

El voltaje de salida del generador se reduce cuando se excede la corriente máxima y puede ser inferior a 48V, pero si baja demasiado, se reconoce como un cortocircuito y el generador se apaga inmediatamente.

Es normal que el LED rojo se encienda mientras se carga a la corriente máxima. Esto solo significa que se ha alcanzado la corriente de salida máxima del generador.

PROTECCIÓN EN CASO DE BAJO COMBUSTIBLE O ACEITE DEL MOTOR

Si se agota el combustible, el motor se detiene.

Si el nivel de aceite es demasiado bajo (se enciende el LED amarillo), el motor se detiene inmediatamente.

Si se cumplen las condiciones de arranque (el voltaje de la batería está por debajo de 47.5-48V en modo AUTO o los contactos de CONTROL EXTERNO están cortocircuitados en modo CONTROL EXTERNO), el motor intenta arrancar 5 veces y si no funciona, aparece un mensaje de error (el LED rojo parpadea).

SERVICIO FÁCIL 

El generador no tiene su propia batería y se arranca con la batería que se debe suministrar. La batería a suministrar generalmente tiene una capacidad de varios kWh y, incluso con una carga baja, hay más que suficiente energía para arrancar el generador, incluso después de varios intentos de arranque. Esto elimina la necesidad de un mantenimiento regular de la batería del generador, como es habitual con los generadores de CA, por ejemplo, y aumenta la fiabilidad del suministro de energía de emergencia cuando el generador se utiliza raramente.

Sin embargo, con el generador, se debe tener cuidado para asegurar que la vida útil del combustible no se exceda. Recomendamos usar únicamente gasolina de larga duración con un número de octano de 90-95 como combustible, prestando atención a posibles depósitos en el carburador y drenándolos a tiempo según la vida útil de la gasolina.

También es importante prestar atención a la vida útil del aceite del motor. Este debe cambiarse cada 12-18 meses según las especificaciones del fabricante o cada 50 horas de funcionamiento.

El filtro de aire debe ser reemplazado dependiendo de cuán sucio esté.

NOTA IMPORTANTE: 

El generador de corriente continua KS 48V-DC solo puede operarse con baterías de 48V, que se enumeran en la tabla anterior. Es imperativo prestar atención a los parámetros de todo el sistema de suministro de energía. En sistemas donde el colector de 48V es alimentado exclusivamente por el inversor, se debe asegurar que otras fuentes de energía de corriente continua puedan conectarse al colector de 48V y que no haya fallos en el controlador (especialmente con la gestión de energía basada en flujos de energía) de la planta.

DESCARGO DE RESPONSABILIDAD:

Estas instrucciones solo pueden tomarse como una recomendación, son ilustrativas y deben adaptarse a las circunstancias y condiciones locales exactas durante la instalación. La instalación en sí debe realizarse cumpliendo con todas las normas y regulaciones. No nos hacemos responsables de las instalaciones incorrectas y sus consecuencias.