Soluções de energia de reserva com gerador DC KS 48V-DC

A sociedade moderna avança em direção à flexibilidade e à energia renovável.

As soluções de ilha de energia e os sistemas de fornecimento de energia com baterias tornaram-se uma tendência e estão a tornar-se cada vez mais comuns. Atualmente, estamos a vivenciar mudanças rápidas na fabricação de baterias e acumuladores, que estão a afetar cada vez mais o nosso quotidiano.

Os dispositivos de armazenamento de eletricidade estão a tornar-se cada vez mais parte integrante de diferentes sistemas de fornecimento de energia. Sistemas solares, turbinas eólicas, carros elétricos, eletrodomésticos com baterias recarregáveis, sistemas informáticos com UPSs, telecomunicações, sistemas de vigilância, etc. estão equipados com baterias de longa duração.

As baterias são carregadas a partir de uma fonte de energia CA ou CC. No entanto, a tensão CA deve primeiro ser retificada, o que constitui um problema técnico em si mesmo a níveis de potência mais elevados.

A maioria dos carregadores AC/DC e também os módulos de carregamento nos inversores têm um consumo de energia pulsado e a maioria deles carrega o dispositivo de armazenamento de bateria de forma pulsada:

Consumo atual (verde) do carregador

Corrente de carga (verde) da bateria

A tensão da rede elétrica é mostrada em amarelo. No caso de carregadores ou módulos de carregamento sem correção do fator de potência, apenas os máximos da onda senoidal são consumidos.

O consumo de corrente de pulso tem um fator de potência de 0,5-0,6, o que causa alta potência reativa. Ao operar a partir da rede elétrica pública, há menos problemas porque vários consumidores de energia funcionam em paralelo e se equilibram mutuamente.

Ao utilizar um gerador de corrente alternada, no entanto, surgem vários problemas técnicos, o que significa que não se pode utilizar mais de metade da potência nominal do gerador e devem ser tomadas medidas para estabilizar o circuito contra as harmónicas causadas pelo consumo de corrente em forma de pulsos.

Na prática, isso frequentemente leva a uma operação instável do carregador e até mesmo a danos ao gerador, como bobinas sobreaquecidas, regulador de tensão quebrado ou módulo inversor danificado.

Um gerador convencional não deve ser utilizado como fonte de energia de reserva para um UPS ou um inversor, uma vez que o módulo de carregamento pode distorcer a sua tensão, o que, por sua vez, afeta os consumidores de eletricidade a serem abastecidos. Geradores com tecnologia de inversor são mais adequados para isso, mas é necessário contar com limitações de desempenho.

GERADORES DC como fonte de energia para armazenamento de baterias resolvem o problema de uma forma diferente e têm muitas vantagens nesse sentido.

O KS 48V-DC está ligado diretamente à bateria ou ao barramento de 48V e desempenha a mesma função que outras fontes de corrente contínua, como um campo solar ou uma turbina eólica com um controlador de carga.

Carregar a bateria através do controlador de carga solar é complicado, dependendo do consumo de energia do inversor:

Na imagem à esquerda, não há energia a ser retirada do inversor para alimentar a casa e, na imagem à direita, a energia é retirada em pulsos para criar uma onda senoidal.

O gerador DC possui múltiplos enrolamentos e controlo eletrónico, o que torna a corrente de saída muito mais suave. É assim que a corrente de carga (em verde) de uma bateria LiFePO₄ (um caso extremo) a 40A e 70A de corrente (valor eficaz) se apresenta:

A ondulação da tensão de saída do gerador DC é muito baixa, o que ainda pode causar ondulação na corrente de carga de uma bateria LiFePO₄. À medida que a corrente de carga aumenta, a diferença entre a própria tensão da bateria e a tensão do gerador aumenta, o que pode levar a uma redução na ondulação da corrente de carga.

Um gerador de corrente contínua para carregar as baterias é uma boa solução sob todos os pontos de vista e, em alguns casos, não há melhor alternativa, se é que existe alguma.

Por exemplo, com inversores on-grid com função de backup de energia e com armazenamento de bateria DC, não há como usar um gerador AC em vez da rede elétrica pública, uma vez que tal gerador pode ser danificado pelo retorno de energia. O armazenamento de bateria de corrente contínua só pode ser recarregado a partir de uma fonte de corrente contínua.

A Könner & Söhnen está sempre a trabalhar para poder oferecer aos nossos clientes boas soluções. Um fornecimento de energia fiável é extremamente importante e os geradores DC da Könner & Söhnen devem desempenhar um papel importante nisso.

O gerador de corrente contínua KS 48V-DC foi especialmente desenvolvido para armazenamento de baterias de 48V, cujo intervalo de tensão de funcionamento coincide com o intervalo de 48-54V.

Aqui estão os parâmetros das baterias mais comuns em comparação:

É imperativo prestar atenção a parâmetros como a tensão máxima de carregamento, a corrente recomendada e a capacidade utilizável:

A tensão de saída máxima do KS 48V-DC é selecionada de forma a que não ocorra sobrecarga, mesmo com baterias AGM e de chumbo-ácido. Esta situa-se na área de carga de manutenção e não pode danificar as baterias, mesmo que o gerador funcione durante várias horas.

Se a tensão na barra de bus de 48V subir para 57V (por exemplo, devido a outras fontes de energia DC), o gerador para imediatamente, independentemente do modo.

As baterias de lítio estão equipadas com controladores BMS, que também evitam o sobrecarregamento.

A gama de tensão de 48-54V é compatível com a maioria das barras de bus de 48V. A queda de tensão nos cabos do gerador para as barras de bus de 48V também deve ser considerada, podendo ser de 0,5-1,0V dependendo da intensidade da corrente.

O KS 48V-DC funciona como um carregador ou um módulo de carregamento com uma característica IU:

Desempenha a mesma função que qualquer outra fonte de corrente contínua conectada ao barramento de 48V, fornecendo energia ao sistema quando necessário.

Diferentes algoritmos de função podem ser implementados utilizando o modo AUTO ou CONTROLO EXTERNO existente. Ao escolher entre o modo AUTO e o modo CONTROLO EXTERNO, devem ser tidas em conta as características especiais do sistema a ser fornecido. Quando o gerador está em funcionamento e é a única fonte de energia DC no barramento de 48V, ele assume praticamente todo o fornecimento de energia, uma vez que a sua tensão de saída permanece ligeiramente acima da tensão da bateria.

Se a necessidade média de energia for superior a 50% da potência nominal do gerador (por exemplo, sistemas de telecomunicações), recomendamos o uso de vários KS 48V-DC para aumentar a potência:

A potência nominal total dos geradores de corrente contínua conectados em paralelo deve ser pelo menos duas vezes superior ao consumo médio de energia dos consumidores de energia conectados, de modo a garantir uma operação ininterrupta a longo prazo. Por exemplo, metade dos geradores de corrente contínua pode funcionar enquanto a outra metade pode ser arrefecida, mantida ou reabastecida.

No modo AUTO, tal sistema seria também autorregulável. Mesmo uma pequena variação na tensão inicial do gerador significa que o 1.º gerador inicia primeiro e os outros entram em funcionamento quando a tensão da bateria continua a cair, caso a saída do 1.º gerador não seja suficiente. Se a corrente de saída de um dos geradores ativos cair abaixo de 20A, ele é desligado dentro de 30 segundos, enquanto os outros geradores continuam a funcionar.

Se outras fontes de corrente contínua se tornarem ativas no barramento de 48V (módulo carregador do inversor ou do UPS, conversor AC/DC, controlador de carga dos módulos fotovoltaicos ou da turbina eólica, etc.) e assumirem o fornecimento de energia parcial ou totalmente, o consumo de corrente no KS 48V-DC e quando está no modo AUTO, o controlador desliga o gerador. Se vários KS 48V-DC forem funcionar em paralelo, eles são desligados um após o outro e apenas aqueles onde o consumo de corrente excede 20A continuam a funcionar.

Isto poupa combustível porque o motor não funciona em cargas baixas, mas sim na faixa de velocidade económica.

No modo de CONTROLO EXTERNO, os KS 48V-DC são apenas ligados e desligados através de contactos "secos" externos sem potencial, exceto para a proteção contra sobretensão, que desliga o gerador a 57V.

OPERAÇÃO  NO MODO AUTOMÁTICO

O gerador em modo AUTO monitoriza a tensão da bateria a ser fornecida e inicia automaticamente quando o valor de tensão inferior de 47,5-48V é atingido. Tempo de reação cerca de 5 segundos.

O gerador carrega a bateria com uma tensão de até 53,5-54V e uma corrente de até 70-75A e desliga-se assim que a tensão atinge 53,5-54V e a corrente de carga cai abaixo de 20A. Tempo de reação cerca de 30 segundos.

O gerador pode ser iniciado pressionando o botão START a qualquer momento, independentemente da voltagem da bateria, mas será desligado dentro de 30 segundos após a corrente cair abaixo de 20A.

A lâmpada de sinal verde (indicador de funcionamento) acende continuamente quando o consumo de corrente excede 20A e pisca quando o consumo de corrente cai abaixo de 20A.

Se o consumo de energia no respetivo caso tecnicamente nunca for inferior a 20A (barramento de 48V), o modo de CONTROLO EXTERNO deve ser utilizado para que o gerador não funcione continuamente.

OPERAÇÃO EM MODO DE CONTROLO EXTERNO

O gerador no modo de CONTROLO EXTERNO será iniciado ao fechar os contactos do TERMINAL DE CONTROLO e parado ao abri-los. Este modo permite que o gerador seja otimamente adaptado a diferentes sistemas de armazenamento de baterias através do controlo externo de dispositivos com contactos "secos" sem potencial, o que expande significativamente a gama de aplicações do gerador. Com o jumper entre os contactos do TERMINAL DE CONTROLO, o gerador inicia imediatamente assim que o interruptor rotativo é colocado na posição ON e para quando está na posição OFF. Tal utilização é recomendada para poder iniciar e parar o gerador manualmente, independentemente da tensão da bateria.

Muitos dispositivos estão equipados com contactos "secos" isentos de potencial (inversores, UPSs, baterias com controladores BMS, monitores de bateria, relés temporizadores, etc.) e isto permite implementar todos os possíveis algoritmos de utilização de geradores.

PROTEÇÃO CONTRA SOBRETENSÃO e SOBRECARGA

Se a tensão no barramento de 48V ou na bateria a ser fornecida subir para 57V ou mais por qualquer motivo, o gerador desliga-se imediatamente.

A tensão de saída do gerador é reduzida quando a corrente máxima é excedida e pode ser inferior a 48V, mas se ficar demasiado baixa, é reconhecida como um curto-circuito e o gerador é desligado imediatamente.

É normal que o LED vermelho acenda durante o carregamento na corrente máxima. Isto apenas significa que a corrente de saída máxima do gerador foi atingida.

PROTEÇÃO EM CASO DE COMBUSTÍVEL OU ÓLEO DO MOTOR BAIXO

Se o combustível se esgotar, o motor para.

Se o nível de óleo estiver demasiado baixo (LED amarelo acende), o motor para imediatamente.

Se as condições iniciais forem cumpridas (a tensão da bateria estiver abaixo de 47,5-48V no modo AUTO ou os contactos de CONTROLO EXTERNO estiverem em curto-circuito no modo CONTROLO EXTERNO), o motor tenta arrancar 5 vezes e, se não funcionar, uma mensagem de erro aparece (LED vermelho pisca).

SERVIÇO FÁCIL 

O gerador não possui a sua própria bateria e é iniciado pela bateria a ser fornecida. A bateria a ser fornecida geralmente tem uma capacidade de vários kWh e, mesmo com uma carga baixa, ainda há energia mais do que suficiente para iniciar o gerador, mesmo após várias tentativas de o ligar. Isto elimina a necessidade de manutenção regular da bateria do gerador, como é habitual com geradores de corrente alternada, por exemplo, e aumenta a fiabilidade do fornecimento de energia de emergência quando o gerador é raramente utilizado.

No entanto, com o gerador, é necessário ter cuidado para garantir que o prazo de validade do combustível não seja excedido. Recomendamos usar apenas gasolina de longa duração com um número de octanas entre 90-95 como combustível, prestando atenção a possíveis depósitos no carburador e drenando-os a tempo, dependendo do prazo de validade da gasolina.

É também importante prestar atenção ao prazo de validade do óleo do motor. Este deve ser mudado a cada 12-18 meses de acordo com as especificações do fabricante ou a cada 50 horas de funcionamento.

O filtro de ar deve ser substituído dependendo do seu nível de sujidade.

NOTA IMPORTANTE: 

O gerador de corrente contínua KS 48V-DC só pode ser operado com baterias de 48V, que estão listadas na tabela acima. É imperativo prestar atenção aos parâmetros de todo o sistema de alimentação elétrica. Em sistemas onde a barra de distribuição de 48V é alimentada exclusivamente pelo inversor, deve-se assegurar que outras fontes de energia CC possam ser conectadas à barra de distribuição de 48V e que não ocorram falhas no controlador (especialmente com gestão de energia baseada em fluxos de energia) da instalação.

AVISO:

Estas instruções devem ser consideradas apenas como uma recomendação, são ilustrativas e devem ser adaptadas às circunstâncias e condições locais exatas durante a instalação. A própria instalação deve ser realizada em conformidade com todas as normas e regulamentos. Não assumimos responsabilidade por instalações incorretas e suas consequências.