Záložné zdroje sú neoceniteľné zariadenia, ktoré zabezpečujú nepretržitú dodávku elektrickej energie v prípade výpadku hlavného napájania alebo nestability siete. Chránia tak zariadenia, citlivé dáta a procesy pred poškodením. Jednou z kľúčových súčastí záložných zdrojov sú batérie. V tomto článku sa pozrieme na princíp fungovania batérií v záložných zdrojoch, ich typy a kritériá výberu.
Princíp fungovania olovených akumulátorov
Základ olovených akumulátorov tvoria olovené články usadené v elektrolyte. Pôvodná podoba batérie (dnes označovaná ako údržbový akumulátor) sa vyznačuje olovenými elektródami ponorenými v roztoku kyseliny sírovej v destilovanej vode. Batéria funguje na základe reverzibilných chemických reakcií medzi olovom, oxidom olovičitým a kyselinou sírovou, ku ktorým dochádza počas vybíjania a nabíjania. Oxid olovičitý na anóde a čisté kovové olovo na katóde sa za spotreby kyseliny sírovej z elektrolytu mení pri vybíjaní batérie na síran olovnatý.
Proces nabíjania a vybíjania zohráva dôležitú úlohu z pohľadu životnosti olovenej batérie. Jedným z hlavných problémov je sulfatácia, ku ktorej dochádza pri nedostatočne nabitom, prípadne vybitom akumulátore (napríklad pri vozidlách pri krátkych zimných vychádzkach). V praxi sa jedná o vytváranie povlaku síranu olovnatého na elektródach. Sulfatácia vedie k zmenšeniu aktívnej plochy elektród, čo má za následok rýchlejšie vybíjanie batérie, zníženú schopnosť dodávania vysokého prúdu a výrazne kratšiu životnosť. Preto by mali byť akumulátory skladované vždy plne nabité a nabíjanie by malo prebiehať za podmienok stanovených výrobcom, teda s použitím vhodného nabíjacieho napätia a prúdu.
Typy olovených akumulátorov
V polovici 70. rokov 20. storočia sa objavili prvé bezúdržbové akumulátory, označované aj ako zapečatené či zapuzdrené. Tento typ olovených batérií priniesol možnosť využitia v akejkoľvek polohe bez toho, aby došlo k úniku obsahu akumulátora. V súčasnosti sa olovené akumulátory delia na niekoľko typov, pričom každý má svoje špecifické vlastnosti a použitie:
- Údržbové akumulátory: Vyžadujú pravidelnú údržbu, najmä doplňovanie destilovanej vody, pretože elektrolyt sa počas nabíjania odparuje. K hlavným benefitom patrí nízka obstarávacia cena, vysoká energetická účinnosť a schopnosť zvládnuť náročné prevádzkové podmienky. Frekvencia využívania údržbového akumulátora skôr klesá, ale stále sa s ním stretnete u starších automobilov, poľnohospodárskej techniky alebo záložných zdrojov energie.
- AGM akumulátory: Sú hermeticky uzavreté obalom a nevyžadujú žiadny zásah užívateľa do vnútorných častí. Poteší rýchlym nabíjaním, vysokým okamžitým výkonom a schopnosťou dodávať vysoký prúd aj pri krátkodobom vybíjaní. Oproti ďalším bezúdržbovým batériám dosahujú vyššie výkony a štartovacie prúdy pri nízkych teplotách. Naopak na vyššiu prevádzkovú teplotu sú AGM batérie citlivejšie. Bežné modely zvládnu zhruba 300-500 cyklov pri vybíjaní na 50 % DOD (Depth of Discharge). U drahších akumulátorov môže byť životnosť až dvojnásobná. Pri hlbokom vybíjaní alebo cyklických aplikáciách môže dôjsť k rýchlejšiemu poklesu výkonu ako u GEL batérií.
- GEL akumulátory: Sú v porovnaní s AGM akumulátormi menej citlivé na hlboké vybíjanie a poskytujú pri ňom stabilnejší výkon. Nesklamú ani vo vyšších prevádzkových teplotách. Pri nižších teplotách však treba počítať s nižším výkonom. Technológia výroby GEL akumulátorov je nákladnejšia, čo sa premieta do ich ceny. Životnosť GEL batérie býva dlhšia ako pri AGM modeloch, štandardne sa pohybuje okolo 500-800 cyklov pri hĺbke vybitia batérie na 50 % DOD. Naopak nabíjanie je skôr pomalšie. Akumulátory majú rovnomerný výkon počas väčšiny svojej životnosti.
Štartovacie vs. trakčné batérie
Z hľadiska použitia sa olovené akumulátory obvykle delia na štartovacie a trakčné. Štartovacie batérie sú navrhnuté tak, aby okamžite vyvinuli vysoký výkon potrebný na naštartovanie motora. Skladajú sa z väčšieho počtu tenkých elektród, aby sa dosiahol nízky odpor s veľkou povrchovou plochou. Trakčné batérie sú určené na súvislý pohon zariadenia (invalidných vozíkov, VZV a pod.). Tvorí ich menší počet silných elektród, čo zlepšuje schopnosť opakovaného vybíjania a nabíjania.
Prečítajte si tiež: Výber batérií do kúpeľne z Merkury Market
Ako vybrať správnu olovenú batériu pre záložný zdroj
Ako v širokej ponuke olovených akumulátorov spoznať kvalitný model, ktorý je vhodný na dané využitie? Okrem voľby správneho typu sa musíte zamerať predovšetkým na kapacitu, napätie, životnosť, vybíjací prúd, ale aj odolnosť alebo rozmery.
- Kapacita a napätie: Kapacita batérie (udávaná v Ah - ampérhodinách) určuje, ako dlho bude batéria schopná napájať pripojené zariadenie. Napätie batérie (udávané vo Voltoch) musí byť kompatibilné s napätím záložného zdroja a pripojených zariadení.
- Životnosť: Životnosť batérie sa udáva počtom nabíjacích cyklov, ktoré batéria zvládne predtým, než jej výkon klesne pod určitú úroveň. Pre záložné zdroje sa odporúčajú batérie s dlhou životnosťou, aby sa minimalizovala frekvencia výmeny.
- Vybíjací prúd: Vybíjací prúd udáva, aký maximálny prúd je batéria schopná dodávať. Pre záložné zdroje je dôležité, aby batéria bola schopná dodávať dostatočný prúd pre všetky pripojené zariadenia.
- Odolnosť a rozmery: Odolnosť batérie voči teplotným zmenám, vibráciám a iným vplyvom je dôležitá pre zaistenie spoľahlivej prevádzky. Rozmery batérie musia byť kompatibilné s priestorom, ktorý je k dispozícii v záložnom zdroji.
Starostlivosť o olovené akumulátory
Adekvátna údržba a starostlivosť o olovené akumulátory je kľúčová pre ich dlhú životnosť a spoľahlivý výkon. Ako už napovedá samotné označenie, viac starostí vás čaká pri údržbových akumulátoroch. Tu je potrebná kontrola hladiny elektrolytu a prípadné doplňovanie destilovanej vody. Okolo svoriek batérie sa môže tvoriť korózia alebo usadeniny kyseliny, čo môže znížiť kontakt a zvýšiť odpor.
Pri bezúdržbových akumulátoroch je starostlivosť o poznanie jednoduchšia. Sústrediť sa musíte predovšetkým na správne nabíjanie. Bezúdržbové batérie sú citlivejšie na prebíjanie a vyžadujú špecifické nabíjacie napätie. Používanie nabíjačiek s reguláciou napätia je preto pre ochranu batérie zásadné. Optimálne fungovanie a dlhú životnosť podporíte rovnako obmedzením hlbokého vybíjania. Bezúdržbové batérie síce znášajú hlbšie vybíjanie lepšie ako údržbové modely, ale pravidelné hlboké vybíjanie (pod 50 % kapacity) stále vedie k skráteniu ich životnosti. Nevyhnutným aspektom údržby je kontrola napätia, ktorú vykonáte bežným multimetrom. Hodnota nesmie klesnúť pod odporúčanú úroveň, inak riskujete poškodenie akumulátora či výrazné skrátenie životnosti. Kontrola napätia je dôležitá hlavne po dlhšej dobe nečinnosti. Inak by ste ju mali vykonávať zhruba raz za mesiac. Nezabúdajte ani na správne skladovanie. Batérie uchovávajte na suchom a teplotne stabilnom mieste (ideálne okolo 20 °C). Vysoké teploty urýchľujú degradáciu batérie.
Typy záložných zdrojov
Záložné zdroje sa delia na rôzne typy podľa viacerých kritérií, ako je použitie, kapacita, konštrukcia a pod. Zvyčajne poskytujú krátkodobú ochranu (od niekoľkých minút do pol hodiny), aby umožnili bezpečné vypnutie zariadení. Výber medzi záložným zdrojom UPS (Uninterruptible Power Supply) a motorgenerátorom závisí od konkrétnych potrieb, požiadaviek na energiu a situácií, v ktorých sa nachádzate. Oba systémy majú svoje výhody a špecifické použitie.
UPS (Uninterruptible Power Supply)
UPS je zariadenie, ktoré poskytuje okamžitú náhradu elektrickej energie v prípade výpadku napájania z hlavnej siete. On-line UPS poskytuje bezprostredný prechod na záložné napájanie. UPS nielen poskytuje záložný prúd pri výpadku, ale aj reguluje napätie, čím chráni zariadenia pred nadmerným kolísaním alebo skokmi napätia. Malé UPS systémy sú vo všeobecnosti kompaktné, jednoduché na inštaláciu a nevyžadujú špeciálnu inštaláciu.
Prečítajte si tiež: Ako predísť vybitej batérii v aute
Základným parametrom pre rozdelenie záložných zdrojov na 3 základné druhy je spôsob, ako sa pripájajú na vstupnú sieť a akým spôsobom reagujú na výpadok elektrického prúdu. Okrem toho je dôležitým faktorom takzvaná topológia systému - inak povedané konštrukcia záložného zdroja, ktorá priamo súvisí s tým, ako UPS funguje. Okrem základných typov UPS záložných zdrojov existujú aj zmiešané alebo modulárne druhy, ktoré potom kombinujú ich jednotlivé benefity a rozširujú tak možnosti výberu záložného zdroja na maximum.
Základné druhy UPS:
- Offline UPS (Stand-by): Vhodné napríklad pre zálohovanie domácej elektroniky a zariadení, ako je napríklad počítač, televízia, rôzne spotrebiče alebo herné konzoly. Princíp fungovania offline UPS záložného zdroja spočíva v automatickom prepnutí napájania v momente, keď dôjde k prerušeniu dodávky prúdu. V normálnej prevádzke platí, že je prúd vedený priamo do zariadenia. Ak dôjde k prerušeniu alebo výpadku prúdu, záložný zdroj prehodí napájanie na batérie z invertora. Najväčšou výhodou offline UPS záložných zdrojov je ich cena a dostupnosť, ak ich porovnáme s ostatnými druhmi. Zároveň platí, že sú tieto záložné zdroje dostatočne efektívne, pretože počas normálneho režimu prúdi elektrická energia priamo zo siete, teda nepotrebujú extra napájanie. Nevýhodou je krátke oneskorenie pri prepnutí na batérie a inventor a poskytujú len základnú ochranu a nereagujú na problémy, ako je fluktuácia v sieti alebo rušenie.
- Line Interactive UPS: Chránia pred podpätím a prepätím zariadenie aj dlhodobejšie. Využívajú sa v prípade nižšieho napätia v rezidenčných a SOHO aplikáciách (aplikácie zamerané efektívnejšie procesy v menších podnikoch v domácom prostredí - napríklad televízia alebo počítač). Ak hovoríme o napätí nad 1000 VA, môžu zabezpečovať ochranu pre servery alebo menšie počítačové siete. Tento typ záložného zdroja automaticky reguluje napätia zo siete a v prípade výpadku energie prepína chod na batérie. Keď je napájanie z elektrickej siete opäť ustálené, záložný zdroj sa prepne späť. Najväčším benefitom Line Interactive UPS je vyššia úroveň ochrany (najmä v porovnaní s Offline záložnými zdrojmi). Keďže dokážu regulovať napätie a zaistiť stabilné napájanie aj pri fluktuácii zo siete, dokážu napájanie zabezpečiť efektívnejšie. Výhodou je taktiež nižšia spotreba energie, keďže Line Interactive inteligentne reagujú na potreby aktivácie záložného zdroja. Nevýhody sú v o niečo náročnejšej inštalácii, ktorá si vyžaduje odbornejší pohľad (správna konfigurácia regulátora napätia) a vyššie obstarávacie náklady.
- Online UPS: Používajú sa najmä v kritických sústavách a aplikáciách, kde je potrebné kontinuálne napájanie bez akýchkoľvek výpadkov. Príkladom sú náročné IT servery alebo zariadenia v priemysle a zdravotníctve. Online UPS záložný zdroj funguje na základe neustáleho napájania pripojených zariadení z batérií, ktoré sú nonstop nabíjané priamo z elektrickej siete. Celá schéma je založená na tom, že prúd prechádza cez invertor a ten mení priamo napätie zo siete na konštantné napájacie napätie pre vybrané zariadenie alebo sústavu. Keďže je prechod medzi sieťovým a batériovým napájaním okamžitý, sú ideálnou voľbou pre citlivé zariadenia. Zvládajú nielen fluktuáciu napätia, ale taktiež rôzne frekvencie a rušenie. Dokonca je možné tieto záložné zdroje paralelne prepojiť, čo prináša možnosť ešte väčšmi zvýšiť záťažovú kapacitu sústavy.
Rotačná UPS (RUPS)
Rotačná UPS (RUPS alebo Rotary Uninterruptible Power Supply) je špeciálny typ záložného zdroja, ktorý namiesto klasických batérií využíva rotujúce kinetické úložisko energie - teda zotrvačník (flywheel) v kombinácii s diesel generátorom. Na rozdiel od statickej (batériovej) UPS, ktorá energiu uchováva v batériách, rotačná UPS ju ukladá do rotujúcej hmoty. Keď dôjde k výpadku, energia zotrvačníka sa okamžite premení na elektrickú energiu a napája chránené zariadenia - často dovtedy, kým nenabehne diesel generátor. V praxi premostí výpadok počas 5 až 60 sekúnd - čo je ideálny čas, kým naštartuje záložný diesel generátor.
Záložné zdroje pre obehové čerpadlá
Záložné zdroje pre obehové čerpadlá sú dôležitým príslušenstvom pre „zálohovanie“ kotla, prípadne krbu a iného vykurovacieho zariadenia. Slúžia na zabezpečenie chodu čerpadla pri krátkodobom aj dlhodobom výpadku elektrickej energie. Záložné zdroje tak chránia kotol pred prehriatím a tým pred následnými materiálnymi škodami. Pri dlhších výpadkoch, ktoré sa pohybujú v rádoch hodín, je potrebné zabezpečiť odvod teplej vody z kotla - najmä pri kotloch na pevné palivá. Medzi účinné vlastnosti záložných zdrojov pre obehové čerpadlá patrí tiež kompenzácia kolísania napätia v sieti.
Rozlišujú sa podľa pripojenia dva typy záložných zdrojov - sínusové, ktoré sú spravidla kvalitnejšie aj účinnejšie a pripojíte k nim ľubovoľné zariadenie, ktoré potom zasuniete do klasickej zásuvky, a trapézové záložné zdroje, ktoré sú lacnejšou variantou a majú obmedzené možnosti použitia.
Výber záložného zdroja pre obehové čerpadlo
Záložný zdroj je potrebné vyberať podľa požadovanej doby zálohovania a podľa zálohovaného spotrebiča. Rozlišujú sa kapacitou batérie, čo je vlastne doba, po ktorú umožní prevádzku čerpadla. Uvádza sa v ampérhodinách (Ah). Pri výbere je dôležité vedieť, aký príkon majú dané obehové čerpadlá. Doba zálohovania je tak napríklad pri odbere 120 W približne hodina. V prípade záujmu o konkrétny produkt je potrebné sa zamerať tiež na životnosť akumulátorov.
Prečítajte si tiež: Štartovacia batéria Bosch 0 092 S40 080
Meniče napätia
Menič napätia, často označovaný aj ako invertor, je elektronické zariadenie, ktoré konvertuje jednosmerný prúd (DC) z batérie alebo iného zdroja na striedavý prúd (AC) vhodný pre bežné spotrebiče. Táto zmena elektrickej energie je kľúčová najmä pri zálohovaní domácich vykurovacích systémov, akými sú kotly či obehové čerpadlá. Menič napätia so záložnou batériou zaisťuje, aby sa vykurovacie systémy nezastavili ani vtedy, keď „vypadne“ hlavná sieť.
Ako funguje menič napätia
Technológia meničov napätia je založená na elektronických obvodoch pozostávajúcich z tranzistorov, MOSFET-ov či iných pokrokových polovodičových prvkov. Elektronické obvody modulujú vzniknuté napätie tak, aby malo frekvenciu 50 Hz a tvar sínusovej vlny. Čím pokročilejší je menič, tým lepšie simuluje prirodzenú sieťovú sínusovú vlnu.
V moderných vykurovacích systémoch sa čoraz viac dbá na presnú elektronickú reguláciu. Kotly majú často digitálne riadenie, diagnostické displeje alebo interné počítače, ktoré sledujú stav spaľovania, teplotu a tlak v systéme. Obehové čerpadlá potrebujú na správny chod stabilnú frekvenciu a amplitúdu napätia. Vďaka meniču s kvalitným sínusovým výstupom sú kotly a čerpadlá zásobované prúdom, ktorý sa veľmi podobá napájaniu z bežnej siete. To nielenže zaisťuje spoľahlivú a plynulú prevádzku, ale aj zamedzuje prípadnému poškodeniu súčiastok.
Výber meniča napätia
Pri výbere meniča napätia by ste mali zohľadniť najmä parametre, ktoré pokrývajú výkonovú rezervu, typ výstupnej vlny, kompatibilitu s batériami a spoľahlivú ochranu.
- Nominálny výkon: Je jedným z kľúčových parametrov, ktorý menič dokáže trvalo dodávať. Ak máte v domácnosti vykurovací systém s obehovým čerpadlom, elektronikou a ďalšími doplnkami, mali by ste si spočítať ich spotrebu vo wattoch.
- Typ výstupu:
- Čistá sínusová vlna: Kvalitný menič s čistým sínusom napodobňuje tvar napätia z bežnej elektrickej siete.
- Modifikovaný sínus: Lacnejšia alternatíva, ktorá však môže spôsobiť vyššiu hlučnosť, nadmerné zahrievanie motorov či slabý výkon.
- Napätie batérie: Najbežnejšie modely pracujú s 12 V alebo 24 V batériovými systémami. Vaša voľba by mala závisieť od toho, akú kapacitu a napätie chcete využiť.
- Kapacita batérií: Je dôležité stanoviť, ako dlho má menič napájať vykurovací systém bez prístupu k sieti.
Inštalácia a údržba meniča napätia
Správna inštalácia a pravidelná údržba sú kľúčové pre dlhodobé fungovanie každého meniča napätia:
- Príprava a pripojenie batérie: Uistite sa, že polarita je dodržaná.
- Prepojenie s vykurovacím zariadením: Menič napojte na prívod energie ku kotlu či čerpadlu cez vhodné istenie.
- Čistenie kontaktov: Ak sa na svorkách batérií hromadí oxidácia, očistite ich vhodnými prostriedkami.
- Výmena starých batérií: Ak batéria vykazuje známky opotrebenia (znížená kapacita, častejšie vypínanie meniča), zvážte výmenu za novú.