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

A sociedade moderna move-se em direção à flexibilidade e energia renovável.

Soluções de ilhas de energia e sistemas de fornecimento de energia com baterias tornaram-se uma tendência e estão a tornar-se cada vez mais comuns. Atualmente, estamos a experimentar mudanças rápidas na fabricação de baterias e acumuladores, que estão a afetar cada vez mais o nosso dia a dia.

Os dispositivos de armazenamento de eletricidade estão a tornar-se cada vez mais parte 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 AC ou DC. No entanto, a tensão AC deve primeiro ser retificada, o que é um problema técnico em si mesmo em 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 de corrente (verde) do carregador

Corrente de carga (verde) da bateria

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

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

No entanto, ao usar um gerador AC, surgem vários problemas técnicos, o que significa que não se pode usar 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 pulsos.

Na prática, muitas vezes leva a uma operação instável do carregador e até danos ao gerador, como enrolamentos sobreaquecidos, regulador de tensão quebrado ou módulo inversor.

Um gerador convencional não deve ser usado como fonte de energia de backup para um UPS ou um inversor, pois o módulo de carga pode distorcer a sua tensão, o que, por sua vez, afeta os consumidores de eletricidade a serem alimentados. Geradores com tecnologia de inversor são mais adequados para isso, mas é preciso 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.

KS 48V-DC está ligado diretamente à bateria ou barramento de 48V e desempenha a mesma função que outras fontes de corrente contínua, como um campo solar ou 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 está a ser retirada energia do inversor para alimentar a casa e na imagem à direita, a energia está a ser 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 parece:

A ondulação de tensão de saída do gerador DC é muito baixa, o que ainda pode causar ondulação de corrente de carga numa 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 DC para carregar as baterias é uma boa solução de 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, pois tal gerador pode ser danificado por feedback 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 boas soluções aos nossos clientes. 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 trabalho 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 carga, 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. Isto está na área de carga de manutenção e não pode danificar as baterias, mesmo que o gerador funcione durante várias horas.

Se a tensão no barramento 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 sobrecargas.

A faixa de tensão de 48-54V adapta-se à maioria dos barramentos de 48V. A queda de tensão nos cabos do gerador para os barramentos de 48V também deve ser levada em consideração, 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 DC conectada ao barramento de 48V, fornecendo energia ao sistema quando necessário.

Diferentes algoritmos de função podem ser implementados usando o modo AUTO ou CONTROLO EXTERNO existente. Ao escolher entre o modo AUTO e CONTROLO EXTERNO, as características especiais do sistema a ser fornecido devem ser levadas em consideração. 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, pois 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 DC conectados em paralelo deve ser pelo menos duas vezes superior ao consumo médio de energia dos consumidores de energia conectados, para que a operação ininterrupta possa ser garantida a longo prazo. Por exemplo, metade dos geradores DC pode funcionar enquanto a outra metade pode ser arrefecida, mantida ou reabastecida.

No modo AUTO, tal sistema também seria autorregulável. Mesmo uma pequena variação na tensão de arranque do gerador significa que o 1º gerador arranca primeiro e os outros entram em funcionamento quando a tensão da bateria continua a cair, se a saída do 1º gerador sozinho não for suficiente. Se a corrente de saída de um dos geradores ativos cair abaixo de 20A, ele é desligado em 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 da UPS, conversor AC/DC, controlador de carga dos módulos PV ou da turbina eólica, etc.) e assumirem o fornecimento de energia em parte ou na totalidade, o consumo de corrente nos 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 com cargas baixas, mas sim na faixa de velocidade económica.

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

OPERAÇÃO  NO MODO AUTO

O gerador no 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 tensão da bateria, mas será parado dentro de 30 segundos após o consumo de corrente cair abaixo de 20A.

A lâmpada de sinal verde (indicador de operação) 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 caso respetivo nunca for tecnicamente inferior a 20A (barramento de 48V), o modo CONTROLO EXTERNO deve ser utilizado para que o gerador não funcione continuamente.

OPERAÇÃO NO MODO DE CONTROLO EXTERNO

O gerador no modo CONTROLO EXTERNO será iniciado ao fechar os contactos do TERMINAL DE CONTROLO e parado ao abri-los. Este modo permite que o gerador seja adaptado de forma otimizada a diferentes sistemas de armazenamento de baterias através do controlo externo de dispositivos com contactos “secos” isentos de 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 isso permite implementar todos os possíveis algoritmos de utilização do gerador.

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 muito 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. Isso 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 acabar, o motor para.

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

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

SERVIÇO FÁCIL 

O gerador não possui bateria própria 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 partida. Isso elimina a necessidade de manutenção regular da bateria do gerador, como é habitual com geradores de CA, por exemplo, e aumenta a confiabilidade do fornecimento de energia de emergência quando o gerador é raramente usado.

Com o gerador, no entanto, deve-se ter cuidado para garantir que a validade do combustível não seja excedida. Recomendamos usar apenas gasolina de longa duração com um número de octanas de 90-95 como combustível, prestando atenção a possíveis depósitos no carburador e drenando-os em tempo hábil, dependendo da validade da gasolina.

Também é importante prestar atenção à validade do óleo do motor. Este deve ser trocado a cada 12-18 meses de acordo com as especificações do fabricante ou a cada 50 horas de operação.

O filtro de ar deve ser substituído dependendo do 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 o barramento de 48V é alimentado exclusivamente pelo inversor, deve-se garantir que outras fontes de energia DC possam ser conectadas ao barramento de 48V e que não ocorram falhas no controlador (especialmente com gestão de energia baseada em fluxos de energia) da instalação.

AVISO LEGAL:

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