Większość automatyków w swojej pracy spotyka się z tzw. UPSami. Są to specjalnie zaprojektowane zasilacze, które mają za zadanie podtrzymać zasilanie urządzeń, w przypadku awarii lub niewłaściwych parametrów zasilania sieciowego. Aby móc tego dokonać, muszą mieć w sobie zmagazynowaną energię, którą za pomocą falownika przekształcają na żądany rodzaj prądu. Zwykle podtrzymują one pracę komputerów lub serwerów, którym grozi utrata danych lub uszkodzenie pamięci w przypadku braku zasilania. UPS znalazł również zastosowanie w medycynie. Często stosuje się go w urządzeniach medycznych, które nie mogą zostać choćby na chwilę wyłączone. Ale czemu by nie wykorzystać do tego zastosowania starych, dobrze znanych generatorów elektrycznych? Istotnym czynnikiem jest czas zadziałania. Zanim generator zostanie uruchomiony, oraz wytworzy niezbędną energię do zasilania, minie zbyt dużo czasu i urządzenia się wyłączą. UPS na bieżąco monitoruje stan sieci i reaguje na tyle szybko, że nie jesteśmy w stanie zauważyć, że coś było nie tak (chociaż z pewnością nas o tym poinformuje). Jednak ze względu na ograniczony zasób energii zasilacza awaryjnego, nie może on pracować tak długo jak generator. Dlatego często spotykanym rozwiązaniem jest współpraca obu wspomnianych urządzeń. Kiedy generator jest gotowy, UPS przekazuje mu swoją rolę.
Akumulatory – stara technologia
Jednym ze sposobów magazynowania energii elektrycznej jest przemiana jej w energię chemiczną. Najczęściej spotykane w UPSach są akumulatory żelowe, ołowiowe oraz AGM (Absorbed Glass Mat). Akumulatory charakteryzują się wyższą gęstością energii (ok. 100 Wh/kg). Niestety wykorzystanie ich w zasilaczach awaryjnych przysparza sporo kłopotów. Żywotność akumulatorów jest stosunkowo krótka. Wytrzymują one około 1000 cykli ładowania/rozładowania, a ich wymiana jest zalecana w okresie od 3 do 6 lat od uruchomienia (w przypadku, gdy liczba cykli nie została przekroczona). Dodatkowo akumulatory wymagają specjalnego środowiska pracy. Ich parametry takie jak rezystancja wewnętrzna, pojemność czy żywotność są silnie zależne od temperatury, a ich sprawność to tylko 60-70%. Kolejną wadą jest mała gęstość mocy (ok. 100 W/kg). Przez to akumulator można rozładować i ładować małym prądem. Dlatego charakteryzuje go długi czas ładowania (kilka godzin), a co za tym idzie mniejsza niezawodność. Po długotrwałym braku zasilania, UPS musi ponownie zgromadzić energię. Jeśli w tym czasie nastąpi kolejna awaria zasilania, UPS nie będzie w stanie na nią zareagować.
Superkondensatory – nowa technologia
Kolejnym sposobem magazynowania energii elektrycznej jest zgromadzenie jej w superkondensatorach. Chociaż charakteryzują się one niższą gęstością energii (ok.10 Wh/kg), to gęstość mocy jest znacznie większa (przekracza 10000 W/kg). Dzięki temu możliwe jest rozładowanie i ładowanie superkondensatora dużymi prądami (od kilkuset do nawet kilku tysięcy Amperów), a co za tym idzie czas ładowania jest bardzo krótki (nawet kilka minut). Zwiększa to niezawodność urządzenia. Superkondesatory nie są wrażliwe na środowisko pracy. Potrafią wytrzymać wahania temperatur w zakresie od -40 do +65 °C, a ich żywotność szacuje się na ok. 1 000 000 cykli lub 20 lat pracy. Jest to nieporównywalnie dużo względem akumulatorów. Superkondensatory charakteryzują się wysoką sprawnością (ok. 95%) oraz niskim prądem samorozładowania. Wynika to głównie z bardzo niskiej rezystancji wewnętrznej (nawet poniżej 0.3 mΩ).
Podsumowanie
Chociaż zakup superkondensatorów jest droższy, to koszta eksploatacyjne są niewielkie w porównaniu do akumulatorów. Najważniejsze cechy obu technologii, zostały wytłuszczone, aby łatwo było do nich wrócić. Jeśli zależy nam na jak najwyższej niezawodności oraz obniżeniu kosztów eksploatacji, to najbardziej sensownym wyborem są superkondensatory. W poniższej tabeli tradycyjny akumulator został porównany z baterią superkondensatorów. Należy zwrócić uwagę, że podane parametry akumulatora są prawdziwe dla temperatury 25 °C, a każdy wzrost temperatury o 8 °C zmniejsza jego żywotność o ok. 25%. Nie tyczy się to superkondesatorów, które są niewrażliwe na zmiany temperatury.
Źródła:
https://ever.eu/uploads/article/39/37b77fe0a53f9ad7e23a8466a7540e42861ce84e.pdf
https://www.riello-ups.com/products/6-solutions/76-supercaps-ups
https://www.storagereview.com/eaton_9px_ups_review
https://www.railwaygazette.com/uploads/pics/tn_maxwell-48V-ultracap.jpg
  Artykuł został nagrodzony w Konkursie iAutomatyka – edycja Lipiec 2019
Nagrodę Zestaw do grillowania + koszulka + zestaw gadżetów dostarcza ambasador konkursu, firma PEPPERL+FUCHS. |
Wikipedia
