Izračun potrebne kapacitete akumulatorja
Kako izračunamo potrebno kapaciteto akumulatorja?
Za pravilno izbiro kapacitete akumulatorja moramo poznati moč električnih porabnikov, čas njihovega delovanja in napetost baterijskega sistema. Pri izračunu je treba upoštevati tudi dovoljeno globino praznjenja, izgube pri pretvorbi energije in dejanske pogoje uporabe.
Katere podatke potrebujemo?
Za osnovni izračun potrebujemo:
-
Napetost sistema (V): na primer 12 V, 24 V ali 48 V.
-
Moč porabnikov (W): podatek najdemo na napravi ali v tehnični dokumentaciji.
-
Čas delovanja (h): koliko ur morajo naprave delovati brez dodatnega polnjenja.
-
Tehnologijo akumulatorja: svinčeno-kislinski, AGM, GEL ali LiFePO4.
Če imamo več porabnikov, izračunamo porabo vsakega posebej in rezultate seštejemo.
Kako izračunamo porabo električne energije?
Porabo energije izračunamo tako, da moč naprave pomnožimo s časom delovanja.
Poraba energije (Wh) = moč (W) × čas (h)
Na primer, naprava z močjo 60 W, ki deluje 4 ure, porabi:
60 W × 4 h = 240 Wh
Pri 12 V baterijskem sistemu to idealno ustreza:
240 Wh ÷ 12 V = 20 Ah
To pomeni, da naprava v štirih urah porabi približno 20 Ah kapacitete 12 V akumulatorja.
Zakaj potrebujemo večjo kapaciteto od izračunane porabe?
Pri svinčeno-kislinskih cikličnih akumulatorjih je za daljšo življenjsko dobo pogosto priporočljivo omejiti globino praznjenja na približno 50 % (DoD).
Če naprava potrebuje 20 Ah uporabne kapacitete, bi zato v idealnih pogojih potrebovali vsaj:
20 Ah ÷ 0,5 = 40 Ah
Pri LiFePO4 akumulatorjih je običajno dovoljena večja globina praznjenja, pogosto okoli 80–90 % ali več, odvisno od modela.
Zato lahko LiFePO4 akumulator z manjšo nazivno kapaciteto zagotovi primerljivo uporabno količino energije kot večji svinčeno-kislinski akumulator.
Kaj pa naprave, ki delujejo na 230 V?
Za napajanje naprav z izmenično napetostjo 230 V iz akumulatorja potrebujemo razsmernik, ki pretvarja enosmerno napetost baterije v izmenično.
Pri izračunu moramo upoštevati tudi izgube razsmernika.
Če ima razsmernik na primer 90-odstotni izkoristek, bo naprava, ki potrebuje 450 Wh energije, iz akumulatorja porabila približno:
450 Wh ÷ 0,90 = 500 Wh
Upoštevati je treba tudi lastno porabo razsmernika, predvsem pri daljšem delovanju z majhnimi obremenitvami.
Kako na kapaciteto vpliva praznilni tok?
Nazivna kapaciteta svinčeno-kislinskega akumulatorja je običajno določena pri določenem času praznjenja, na primer C20.
Oznaka 100 Ah (C20) pomeni, da je kapaciteta določena pri 20-urnem praznjenju pod predpisanimi preskusnimi pogoji.
Pri večjih praznilnih tokovih se razpoložljiva kapaciteta svinčeno-kislinskega akumulatorja zmanjša. Ta pojav opisuje Peukertov zakon.
Zato 100 Ah akumulator pri zelo veliki obremenitvi praviloma ne bo oddal enake skupne količine energije kot pri počasnem praznjenju.
Pri LiFePO4 akumulatorjih je ta vpliv običajno precej manjši, vendar je treba upoštevati dovoljene praznilne tokove in omejitve sistema BMS.
Kako temperatura vpliva na kapaciteto?
Pri nizkih temperaturah se razpoložljiva kapaciteta akumulatorjev zmanjša, zato lahko naprave delujejo krajši čas od pričakovanega.
Visoke temperature lahko začasno izboljšajo razpoložljivo zmogljivost svinčeno-kislinskega akumulatorja, vendar hkrati pospešujejo njegovo staranje.
Pri načrtovanju sistemov, ki delujejo na prostem, v neogrevanih prostorih ali v navtiki, je zato treba upoštevati predvideno temperaturno območje.
Ali moramo upoštevati tudi staranje akumulatorja?
Da. Akumulatorji z uporabo in sčasoma izgubljajo del prvotne kapacitete.
Pri številnih cikličnih baterijah se konec deklarirane življenjske dobe določa, ko preostala kapaciteta pade na približno 80 % začetne vrednosti, vendar se merila razlikujejo glede na tehnologijo in standard.
Zato je pri načrtovanju priporočljivo predvideti dodatno kapacitetno rezervo, zlasti če mora sistem zanesljivo delovati več let.
Primer izračuna za 12 V akumulator
Predpostavimo, da želimo štiri ure napajati 12 V porabnik z močjo 60 W, brez razsmernika.
-
Poraba energije: 60 W × 4 h = 240 Wh.
-
Približna poraba kapacitete: 240 Wh ÷ 12 V = 20 Ah.
-
Pri 50 % DoD potrebujemo najmanj 40 Ah nazivne kapacitete.
Ker izračun še ne upošteva vseh izgub, sprememb napetosti, temperature in staranja, je v praksi smiselno izbrati nekoliko večjo kapaciteto.
Pri svinčeno-kislinskem akumulatorju bi bil v tem primeru lahko primernejši akumulator s kapaciteto približno 50–60 Ah, odvisno od njegovih praznilnih karakteristik in pogojev uporabe.
Pravilno dimenzioniran akumulator mora zagotavljati dovolj uporabne energije tudi ob upoštevanju izgub, globine praznjenja, temperature in postopnega staranja. Pri zahtevnejših sistemih je zato priporočljivo izračun preveriti s praznilnimi karakteristikami konkretnega akumulatorja.