Akumulatory do UPS – charakterystyka i rodzaje

Akumulatory do UPS kwasowo-ołowiowe

Akumulatory do UPS tego typu są używane w systemach zasilania bezprzerwowego w zastosowaniach o dużej mocy, gdzie masa nie stanowi nadrzędnego problemu. Charakteryzują się niską impedancją wewnętrzną i wysoką tolerancją, a także atrakcyjną ceną, dzięki czemu stanowią najbardziej ekonomiczny wybór. Akumulatory kwasowo-ołowiowe dostępne są w dwóch różnych typach.

Akumulatory do UPS regulowane zaworem (VRLA)
VRLA to najczęściej spotykane akumulatory do UPS w nowoczesnych rozwiązaniach zasilaczy awaryjnych. Ich obudowa wyposażona jest w zawór, który upuszcza gaz, jeśli ciśnienie wewnętrzne jest zbyt duże. Są uszczelnione, dlatego można je montować zarówno pionowo, jak i poziomo, dzięki czemu nadają się do stosowania w komorach baterii, tacach rackowych lub szafkach zewnętrznych. Ponadto, nie wymagają bezpośredniej konserwacji, takiej jak regularne uzupełnianie wodą. Akumulatory VRLA charakteryzują się żywotnością zazwyczaj 5–10 lat, najlepiej przechowywać je w suchym pomieszczeniu o temperaturze 20–25°C.

Istnieją dwa główne rodzaje składu elektrolitu stosowanego w akumulatorach do UPS VRLA – AGM, gdzie elektrolit jest utrzymywany w porowatym separatorze z mikrowłókien szklanych, a także GEL, który jest wykonany z mieszanki kwasu siarkowego i krzemionki. Standardowo wykorzystuje się technologię AGM ze względu na niższy koszt oraz rezystancję wewnętrzną, a także wyższe współczynniki ładowania/rozładowania. Akumulatory do UPS VRLA wypełnione żelem charakteryzuje wyższa rezystancja wewnętrzną, co sprawia, że są mniej odpowiednie do szybkiego rozładowywania, typowego dla zastosowań UPS. Ich zaletą jest natomiast szerszy zakres temperatur pracy (od –40 do 55°C) oraz dłuższa żywotność projektowa.

Akumulatory do UPS otwarte wentylowane (VLA)
Akumulatory do UPS typu VLA, znane również jako zalane (mają płytki zalane kwasem elektrolitowym), są zwykle stosowane w dużych instalacjach wymagających wysokiej pojemności znamionowej. Nie są uszczelnione, dlatego wytworzony wodór ucieka bezpośrednio do środowiska, co oznacza, że ich wykorzystanie wymaga wydajnych systemów wentylacyjnych, aby zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa. Ponadto, akumulatory VLA nie mogą być używane w szafach i stojakach, należy je lokalizować w specjalnych pomieszczeniach wyposażonych w urządzenia myjące (na wypadek wycieku kwasu). Konieczne jest również utrzymywanie ich w pozycji pionowej, ponieważ są wentylowane od góry. Ich stosowanie wiąże się również z koniecznością ręcznego uzupełniania poziomu wody.

Akumulatory do UPS niklowo-kadmowe (NiCd)

Akumulatory do UPS niklowo-kadmowe przeznaczone są do stosowania w miejscach o bardzo wysokich temperaturach otoczenia, np. na Bliskim Wschodzie. Ich elektrody składają się z wodorotlenku niklu na płycie dodatniej i wodorotlenku kadmu na płycie ujemnej. Akumulatory Ni-Cd typu charakteryzują się 20-letną żywotnością projektową, zdolnością do pracy w szerokim zakresie temperatur otoczenia (od –20 do 40°C), długim cyklem życia oraz wysoką tolerancją na głębokie wyładowania. Jednak są one znacznie droższe od modeli VRLA, ponieważ nikiel i kadm to materiały toksyczne, więc procesy ich utylizacji oraz recyklingu wiążą się z bardzo wysokimi kosztami.

Akumulatory do UPS litowo-jonowe (Li-Ion)

Akumulatory do UPS litowo-jonowe są obecnie kluczowym elementem rozwoju pojazdów elektrycznych, a także coraz bardziej opłacalną opcją w bezprzerwowych systemach zasilania awaryjnego i innych systemach magazynowania energii, np. pochodzącej z OZE. Akumulatory Li-Ion cechuje wyższa niezawodność w stosunku do rozwiązań VRLA czy VLA, dzięki wbudowanym systemom monitorowania i zarządzania, które sprawdzają każdy element pod kątem zmian w wydajności. Ich zaletą są również mniejsze wymiary oraz niższa masa, co wynika ze znacznie większej gęstości mocy. Ponadto, charakteryzują się również krótszym czasem ładowania, dłuższym cyklem oraz żywotnością w stosunku do VRLA czy SLA, jednak są one zdecydowanie droższe od wspomnianych rozwiązań. Akumulatory do UPS litowo-jonowe generują mało ciepła i mogą pracować w wysokich temperaturach, dzięki czemu nie wymagają wydajnej klimatyzacji, a co za tym idzie – koszty ich chłodzenia nie są wysokie.

Jak dobierać baterie do UPS

Dobierając baterie do UPS należy wziąć pod uwagę m.in. następujące parametry:

• moc pobieraną przez obciążenie w kW lub kVA (w drugim przypadku należy wprowadzić współczynnik mocy wyjściowej),
• minimalną głębokość baterii w W na ogniwo baterii, z reguły UPS ustawia poziom rozładowania na 1,7 V na ogniwo, gdy napięcie spadnie poniżej tej wartości UPS wyłącza się, aby chronić akumulatory przed nadmiernym rozładowaniem,
• napięcie na szynie DC lub liczbę akumulatorów 12 V połączonych szeregowo w jednej grupie,
• wymaganą żywotność akumulatora dla określonego zużycia energii.