Современные источники бесперебойного питания (ИБП) используются в самых разных отраслях от телекоммуникации и центров обработки данных до промышленности и централизованной защиты электропитания целых зданий. Такой широкий спектр применения ИБП требует большого выбора накопителей энергии, отвечающих конкретным требованиям эксплуатации.
Традиционно автономным источником тока в ИБП служили герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы, изготовленные по технологии AGM или Gel. Они по-прежнему используются в большинстве систем бесперебойного питания ввиду доступности, простоты и безопасности эксплуатации.
При изготовлении AGM аккумуляторов пространство между пластинами плотно заполняется стекловолоконными матам. Они образуют капиллярную структуру, удерживающую электролит и пузырьки газа, образующегося при электрохимических процессах. Затем 99% газа рекомбинируется в жидкость, благодаря чему АКБ не требуют обслуживания и могут эксплуатироваться вне специальных помещений.
Gel технология построена на заполнении пространства между пластинами гелем на основе двуокиси кремния (SiO2). Она также использует капиллярный эффект для удержания электролита и необходимые поры для рекомбинации газов, но обеспечивает лучшие эксплуатационные характеристики в случае частых глубоких разрядов батарей. Отдельно можно выделить OPzV батареи с гелевым заполнением и трубчатыми пластинами, обеспечивающими большую емкость и ресурс аккумуляторов.
Более современным технологическим решением стали аккумуляторы с катодом на основе оксида литиевого металла. Они имеют большую плотность емкости и лучшие разрядные характеристики, особенно на коротком времени разряда. Существуют разные исполнения литиевых батарей в зависимости от материала катода, например:
Важная особенность литиевых аккумуляторных батарей — это необходимость контролировать напряжение и температуру ячеек чтобы исключить их перезаряд и перегрев. Поэтому литиевые аккумуляторы оснащаются контроллерами, обеспечивающими мониторинг и балансировку ячеек комплектной батареи. При этом батарейные кабинеты большой емкости строятся из набора типовых батарейных модулей, каждый из которых имеет собственный контроллер, передающий данные на общую систему управления.
В свою очередь контроллер батарейного кабинета передает в ИБП данные об уровне заряда и обеспечивает своевременное изменение режимов работы зарядного устройства, вплоть до его отключения, чтобы исключить перезаряд и/или перегрев литиевых ячеек. Литиевые батарейные кабинеты оснащаются развитой системой мониторинга, отображающей внутренние данные вплоть до каждой ячейки и имеющей систему защиты от возникновения аварийных ситуаций. Например, в процессе заряда ведется контроль температуры ячеек и окружающей среды, чтобы исключить их терморазгон.
Зачастую нагрузка ИБП имеет мгновенное высокое пиковое потребление электроэнергии в течение короткого времени. Пример подобной нагрузки это промышленное и технологическое оборудование с высокими пусковыми токами. В этом случае разрядных характеристик аккумуляторов, построенных на химических принципах, может быть недостаточно и необходимы другие источники тока для автономной работы.
В этом случае возможно применение с ИБП сборок ионисторов или как их зачастую называют суперконденсаторов. Эти электронные компоненты представляют собой конденсатор, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. Толщина двойного электрического слоя крайне мала за счёт использования электролита, а площадь пористых материалов обкладок — колоссальна, поэтому ионисторы способны накапливать и моментально отдавать большой заряд энергии.
Типовая структура накопителя состоит из нескольких модулей суперконденсаторов за счет последовательного соединения которых получается требуемое напряжение постоянного тока, системы управления, а также блоков предзаряда и разряда. Предзаряд необходим для запуска системы в работу, а разрядный блок обеспечивает снятие напряжения после выключения для проведения сервисных работ.
Благодаря способности быстро накапливать и отдавать энергию, широкому рабочему диапазону температур и огромному количеству циклов заряда-разряда накопители на суперконденсаторах эффективны в промышленности, нефтегазе и других отраслях, где необходимо обеспечить мгновенный отклик на короткое время автономной работы при большой нагрузке.
В частности, подобное решение требуется для потребителей большой мощности имеющих электропитание от двух источников. В этом случае система бесперебойного питания обеспечивает автономную работу нагрузки во время переключения на резервный источник питания. В качестве накопителей короткого времени разряда могут также применяться кинетические системы, основанные на маховике, вращающемся в безвоздушном пространстве.
Магнитные подшипники позволяют ротору вращаться с высокой скоростью без физического контакта с опорой, что расширяет диапазон скоростей и продляет срок службы системы. Скорость вращения регулируется в зависимости от режима работы накопителя, а также потребности в отдаче энергии или времени автономной работы.
Правильный выбор накопителя энергии для системы бесперебойного питания с учетом потребности по времени автономной работы, мощности и характера защищаемого оборудования, а также условий эксплуатации обеспечит оптимальное решение даже для самых сложных проектов.