Soluzioni di alimentazione di riserva con generatore DC KS 48V-DC

La società moderna si muove verso la flessibilità e l'energia rinnovabile.

Le soluzioni di isole di potenza e i sistemi di alimentazione con batterie sono diventati una tendenza e stanno diventando sempre più comuni. Attualmente stiamo assistendo a rapidi cambiamenti nella produzione di batterie e accumulatori, che influenzano sempre più la nostra vita quotidiana.

I dispositivi di accumulo di energia elettrica stanno diventando sempre più parte integrante di diversi sistemi di alimentazione. Sistemi solari, turbine eoliche, auto elettriche, elettrodomestici con batterie ricaricabili, sistemi informatici con UPS, telecomunicazioni, sistemi di sorveglianza, ecc. sono dotati di batterie a lunga durata.

Le batterie vengono caricate da una fonte di alimentazione AC o DC. Tuttavia, la tensione AC deve prima essere raddrizzata, il che rappresenta un problema tecnico a livelli di potenza più elevati.

La maggior parte dei caricabatterie AC/DC e anche i moduli di ricarica negli inverter hanno un consumo energetico pulsato e la maggior parte di essi carica il dispositivo di accumulo della batteria in modo pulsato:

Consumo attuale (verde) del caricabatterie

Corrente di carica (verde) della batteria

La tensione di rete è indicata in giallo. Nel caso di caricabatterie o moduli di ricarica senza correzione del fattore di potenza, vengono consumati solo i massimi dell'onda sinusoidale.

Il consumo di corrente a impulsi ha un fattore di potenza di 0,5-0,6, il che provoca un'elevata potenza reattiva. Quando si opera dalla rete elettrica pubblica, ci sono meno problemi perché diversi consumatori di energia funzionano in parallelo e si bilanciano a vicenda.

Tuttavia, quando si utilizza un generatore AC, sorgono vari problemi tecnici che implicano l'impossibilità di utilizzare più della metà della potenza nominale del generatore e devono essere adottate misure per stabilizzare il circuito contro le armoniche causate dal consumo di corrente a impulsi.

In pratica, spesso porta a un funzionamento instabile del caricabatterie e persino a danni al generatore, come avvolgimenti surriscaldati, regolatore di tensione rotto o modulo inverter danneggiato.

Un generatore convenzionale non deve essere utilizzato come fonte di alimentazione di riserva per un UPS o un inverter, poiché il modulo di ricarica può distorcere la sua tensione, influenzando così i consumatori di elettricità da alimentare. I generatori con tecnologia inverter sono più adatti a questo scopo, ma bisogna considerare limitazioni nelle prestazioni.

GENERATORI DC come fonte di energia per l'accumulo di batterie risolvono il problema in modo diverso e offrono numerosi vantaggi in tal senso.

KS 48V-DC è collegato direttamente alla batteria o al busbar a 48V e svolge la stessa funzione di altre fonti di corrente continua come un campo solare o una turbina eolica con un regolatore di carica.

La ricarica della batteria tramite il regolatore di carica solare è complessa, a seconda del consumo energetico dell'inverter:

Nell'immagine a sinistra, non viene prelevata energia dall'inverter per alimentare la casa, mentre nell'immagine a destra, l'energia viene prelevata a impulsi per creare un'onda sinusoidale.

Il generatore DC è dotato di avvolgimenti multipli e controllo elettronico, il che rende la corrente di uscita molto più uniforme. Ecco come appare la corrente di carica (in verde) di una batteria LiFePO₄ (un caso estremo) a 40A e 70A di corrente (valore efficace):

La tensione di uscita del generatore DC presenta un'ondulazione molto bassa, che può comunque causare un'ondulazione della corrente di carica in una batteria LiFePO₄. All'aumentare della corrente di carica, la differenza tra la tensione propria della batteria e quella del generatore aumenta, il che può portare a una riduzione dell'ondulazione della corrente di carica.

Un generatore DC per caricare le batterie è una soluzione valida sotto tutti i punti di vista e in alcuni casi non esiste un'alternativa migliore, se non addirittura nessuna.

Ad esempio, con inverter on-grid dotati di funzione di backup e con un accumulo di batterie in corrente continua, non è possibile utilizzare un generatore AC al posto della rete elettrica pubblica, poiché tale generatore può essere danneggiato dal feedback di potenza. L'accumulo di batterie in corrente continua può essere ricaricato solo da una fonte di corrente continua.

Könner & Söhnen lavora costantemente per offrire ai nostri clienti soluzioni valide. Un'alimentazione elettrica affidabile è estremamente importante e i generatori DC di Könner & Söhnen dovrebbero svolgere un ruolo importante in questo.

Il generatore a corrente continua KS 48V-DC è stato appositamente sviluppato per l'accumulo di batterie a 48V, il cui intervallo di tensione operativa si sovrappone con l'intervallo 48-54V.

Ecco i parametri delle batterie più comuni a confronto:

È fondamentale prestare attenzione a parametri come la tensione massima di carica, la corrente raccomandata e la capacità utilizzabile:

La tensione di uscita massima del KS 48V-DC è selezionata in modo tale da evitare sovraccarichi, anche con batterie AGM e al piombo-acido. Questa si trova nell'area di carica di mantenimento e non può danneggiare le batterie, anche se il generatore funziona per diverse ore.

Se la tensione sulla barra collettrice a 48V sale a 57V (ad esempio a causa di altre fonti di alimentazione CC), il generatore si arresta immediatamente, indipendentemente dalla modalità.

Le batterie al litio sono dotate di controller BMS, che prevengono anche il sovraccarico.

L'intervallo di tensione di 48-54V è compatibile con la maggior parte delle barre collettrici da 48V. È necessario considerare anche la caduta di tensione nei cavi dal generatore alle barre collettrici da 48V, che può variare tra 0,5 e 1,0V a seconda dell'intensità di corrente.

Il KS 48V-DC funziona come un caricatore o un modulo di ricarica con una caratteristica IU:

Svolge la stessa funzione di qualsiasi altra fonte DC collegata al bus a 48V, fornendo energia al sistema quando necessario.

Diversi algoritmi di funzione possono essere implementati utilizzando la modalità AUTO o CONTROLLO ESTERNO esistente. Quando si sceglie tra la modalità AUTO e CONTROLLO ESTERNO, è necessario tenere conto delle caratteristiche speciali del sistema da alimentare. Quando il generatore è in funzione ed è l'unica fonte di alimentazione DC sul bus a 48V, assume praticamente l'intera fornitura di energia, poiché la sua tensione di uscita rimane leggermente superiore alla tensione della batteria.

Se il fabbisogno energetico medio supera il 50% della potenza nominale del generatore (ad esempio, nei sistemi di telecomunicazione), consigliamo di utilizzare diversi KS 48V-DC per aumentare la potenza:

La potenza nominale totale dei generatori DC collegati in parallelo dovrebbe essere almeno il doppio rispetto al consumo medio di energia degli utenti collegati, in modo da garantire un funzionamento ininterrotto a lungo termine. Ad esempio, metà dei generatori DC può funzionare mentre l'altra metà può essere raffreddata, sottoposta a manutenzione o rifornita di carburante.

In modalità AUTO, un tale sistema sarebbe anche auto-regolante. Anche una piccola deviazione nella tensione di avviamento del generatore significa che il 1° generatore si avvia per primo e gli altri si attivano quando la tensione della batteria continua a scendere se l'output del solo 1° generatore non è sufficiente. Se la corrente di uscita di uno dei generatori attivi scende al di sotto di 20A, viene spento entro 30 secondi mentre gli altri generatori continuano a funzionare.

Se altre fonti di corrente continua devono attivarsi sul bus a 48V (modulo caricatore dell'inverter o dell'UPS, convertitore AC/DC, regolatore di carica dei moduli fotovoltaici o della turbina eolica, ecc.) e assumere l'alimentazione elettrica in parte o completamente, l'assorbimento di corrente sul KS 48V-DC e quando è in modalità AUTO, il controller spegne il generatore. Se diversi KS 48V-DC devono funzionare in parallelo, vengono spenti uno dopo l'altro e continuano a funzionare solo quelli in cui il consumo di corrente supera i 20A.

Ciò consente di risparmiare carburante poiché il motore non funziona a bassi carichi ma nella gamma di velocità economica.

In modalità CONTROLLO ESTERNO, i KS 48V-DC vengono accesi e spenti solo tramite contatti "a secco" esterni senza potenziale, ad eccezione della protezione da sovratensione, che spegne il generatore a 57V.

FUNZIONAMENTO  IN MODALITÀ AUTOMATICA

Il generatore in modalità AUTO monitora la tensione della batteria da alimentare e si avvia automaticamente quando viene raggiunto il valore di tensione inferiore di 47,5-48V. Tempo di reazione circa 5 secondi.

Il generatore carica la batteria con una tensione fino a 53,5-54V e una corrente fino a 70-75A e si spegne non appena la tensione raggiunge 53,5-54V e la corrente di carica scende sotto i 20A. Tempo di reazione circa 30 secondi.

Il generatore può essere avviato premendo il pulsante START in qualsiasi momento, indipendentemente dalla tensione della batteria, ma si fermerà entro 30 secondi dopo che l'assorbimento di corrente scende sotto i 20A.

La spia verde (indicatore di funzionamento) si accende continuamente quando l'assorbimento di corrente supera i 20A e lampeggia quando l'assorbimento di corrente scende al di sotto dei 20A.

Se il consumo di energia nel caso specifico non deve tecnicamente scendere mai al di sotto di 20A (barra collettrice 48V), si consiglia di utilizzare la modalità di CONTROLLO ESTERNO affinché il generatore non funzioni in modo continuo.

OPERAZIONE IN MODALITÀ DI CONTROLLO ESTERNO

Il generatore in modalità CONTROLLO ESTERNO verrà avviato chiudendo i contatti del TERMINALE DI CONTROLLO e fermato aprendoli. Questa modalità consente di adattare in modo ottimale il generatore a diversi sistemi di accumulo di batterie tramite il controllo esterno di dispositivi con contatti "a secco" senza potenziale, ampliando significativamente la gamma di applicazioni del generatore. Con il ponticello tra i contatti del TERMINALE DI CONTROLLO, il generatore si avvia immediatamente non appena l'interruttore rotativo viene posizionato su ON e si arresta quando è su OFF. Tale utilizzo è consigliato per poter avviare e fermare manualmente il generatore indipendentemente dalla tensione della batteria.

Molti dispositivi sono dotati di contatti "a secco" senza potenziale (inverter, UPS, batterie con controller BMS, monitor per batterie, relè temporizzati, ecc.) e questo consente di implementare tutti i possibili algoritmi di utilizzo del generatore.

PROTEZIONE DA SOVRATENSIONE E SOVRACCARICO

Se la tensione sulla sbarra collettrice a 48V o sulla batteria da alimentare dovesse salire a 57V o più per qualsiasi motivo, il generatore si spegne immediatamente.

La tensione di uscita del generatore si riduce quando la corrente massima viene superata e può essere inferiore a 48V, ma se diventa troppo bassa, viene riconosciuta come un cortocircuito e il generatore si spegne immediatamente.

È normale che il LED rosso si accenda durante la ricarica alla corrente massima. Ciò significa semplicemente che è stato raggiunto il massimo corrente di uscita del generatore.

PROTEZIONE IN CASO DI BASSO LIVELLO DI CARBURANTE O OLIO MOTORE

Se il carburante si esaurisce, il motore si ferma.

Se il livello dell'olio è troppo basso (si accende il LED giallo), il motore si arresta immediatamente.

Se le condizioni di avviamento sono soddisfatte (la tensione della batteria è inferiore a 47,5-48V in modalità AUTO o i contatti di CONTROLLO ESTERNO sono cortocircuitati in modalità CONTROLLO ESTERNO), il motore tenta di avviarsi 5 volte e, se non funziona, appare un messaggio di errore (il LED rosso lampeggia).

SERVIZIO FACILE 

Il generatore non dispone di una propria batteria e viene avviato dalla batteria da fornire. La batteria da fornire di solito ha una capacità di diversi kWh e, anche con una carica bassa, c'è ancora energia più che sufficiente per avviare il generatore, anche dopo diversi tentativi di avvio. Ciò elimina la necessità di una manutenzione regolare della batteria del generatore, come è consuetudine con i generatori AC, ad esempio, e aumenta l'affidabilità dell'alimentazione di emergenza quando il generatore viene utilizzato raramente.

Con il generatore, tuttavia, è necessario prestare attenzione affinché la durata di conservazione del carburante non venga superata. Consigliamo di utilizzare solo benzina a lunga durata con un numero di ottano compreso tra 90 e 95 come carburante, prestando attenzione a eventuali depositi nel carburatore e drenandoli tempestivamente in base alla durata di conservazione della benzina.

È inoltre importante prestare attenzione alla durata di conservazione dell'olio motore. Questo deve essere cambiato ogni 12-18 mesi secondo le specifiche del produttore o ogni 50 ore di funzionamento.

Il filtro dell'aria deve essere sostituito in base al suo livello di sporcizia.

NOTA IMPORTANTE: 

Il generatore a corrente continua KS 48V-DC può essere utilizzato solo con batterie da 48V, elencate nella tabella sopra. È fondamentale prestare attenzione ai parametri dell'intero sistema di alimentazione. Nei sistemi in cui la barra collettrice da 48V è alimentata esclusivamente dall'inverter, è necessario assicurarsi che altre fonti di alimentazione CC possano essere collegate alla barra collettrice da 48V e che non vi siano guasti nel controller (soprattutto con la gestione energetica basata sui flussi di energia) dell'impianto.

AVVISO:

Queste istruzioni possono essere considerate solo come una raccomandazione, sono illustrative e devono essere adattate alle circostanze e condizioni locali esatte durante l'installazione. L'installazione stessa deve essere eseguita in conformità con tutte le norme e regolamenti. Non ci assumiamo alcuna responsabilità per installazioni errate e le loro conseguenze.