Modułowe złącza do magazynów energii

fot. Phoenix Contact

Po co zaprzątać sobie głowę przykręcaniem kabli śrubami skoro można szybciej?

Od kilku lat zauważalne jest zainteresowanie wszelkiego rodzaju magazynami energii. Trend elektromobilności lub generalnie gromadzenia energii wyznaczany przez takich gigantów jak Tesla czy Panasonic powoduje wzrost wydajności ogniw akumulatorów wymuszając równolegle spadek ich cen. Jeśli ktoś chce panować w pełni nad kosztami, powinien także pamiętać o tak istotnym szczególe jak system przyłączy.

Prognozy odnośnie magazynowania nie mogłyby być lepsze – w tej materii na najbliższe lata przewidywany jest ogromny wzrost. Zdolność do kumulowania energii znacząco podnosi atrakcyjność źródeł odnawialnych zarówno w ujęciu finansowym jak i możliwości pewnego rodzaju niezależności od zewnętrznych dostawców. Dąży się do tego, aby energię wytworzoną lokalnie w ciągu całego dnia dało się wykorzystać wtedy, kiedy konkretnie jest na nią zapotrzebowanie.  Obecnie na rynku dostępnych jest kilka różnych rozwiązań do domowego, przemysłowego lub masowego magazynowania energii, nie mniej jednak brak jest standardu gwarantującego jednolite parametry pracy i eksploatacji systemu. To samo tyczy się systemu przyłączy.

Przyłącza – jedna wielka niewiadoma

Mówiąc o przyłączaniu baterii,  można rozważać dwa systemy – przyłącze czołowe lub tylne. W przypadku przyłącza czołowego, złącza zasilania oraz transmisji danych są łatwo dostępne dla operatora, co pozwala na wykorzystanie szerokiej gamy dostępnych technologii. Duża presja cenowa stawiana magazynom energii powoduje, że często wybierane są najtańsze rozwiązania. Jako przykład mogą posłużyć końcówki oczkowe przewodów zasilających pozwalające na przykręcenie ich śrubami. Nie mniej jednak często nikt nie bierze pod uwagę zwiększonych przez to kosztów instalacji i ewentualnej obsługi, co finalnie znacząco potrafi obniżyć zysk z realizacji inwestycji. Dodatkowo, jeśli ta kwestia nie zostanie wyjaśniona klientowi końcowemu, może go istotnie rozczarować wpływając na reputację firmy i dalsze rekomendacje sprzedawanego systemu.

Przyłącze tylne w rozwiązaniach typu rack (w postaci sprzętu montowanego w czymś na kształt prowadnicy szufladowej) jest przygotowane do ekspresowej instalacji. Element stykowy wstępnie zamontowany na obudowie baterii i podłączony wewnątrz tworzy gotowy moduł akumulatorowy, który wystarczy wsunąć od przodu w prowadnicę stelażu magazynu energii. Połączenie zasilania oraz transmisji danych zostaje niejako automatycznie ustanowione przez złącze znajdujące się na tylnej ściance modułu oraz w głębi stelażu. Taki rodzaj instalacji minimalizuje nie tylko koszty uruchomienia i esploatacji, ale również ryzyko potencjalnych błędów podłączeń przewodów.

Zwalnia także z konieczności posiadania konkretnych uprawnień przez obsługę systemu.
Na rynku dostępne jest zaledwie kilka systemów zaprojektowanych dla magazynów energii, gdyż ich wymagania nie zawsze pozwalają na wykorzystanie uniwersalnych rozwiązań. W efekcie producenci oraz integratorzy systemów zmuszeni są do stosowania rozwiązań z innych obszarów aplikacji, przez to przykładowo często używane są złącza stałoprądowe znane z instalacji fotowoltaicznych.  Nacisk kładziony na producentów akumulatorów litowo-jonowych również przejawia się w dziedzinie przyłączy, w związku z tym zwrócili się oni do specjalistów w dziedzinie połączeń w celu dostosowania dostępnych rozwiązań do nowych wytycznych.

Fot. 1 Przykład systemu typu rack – VARTA Storage.  Zapewnia ekspresową wymianę pakietu akumulatorów, bez konieczności przerywania ich pracy. Połączenia wykonywane są automatycznie po dosunięciu kasety do tylnej ściany szafy.

Złącze hybrydowe jako przeważająca koncepcja

Integrację przyłącza zasilania oraz transmisji danych łatwo uzyskać w przypadku złącz modułowych. Powstająca w taki sposób hybryda idealnie wpasowuje się w wymagania aplikacji magazynów energii, gdyż oprócz zgromadzenia samego ładunku elektrycznego ważny jest także nadzór stanu akumulatorów. Baterie Li-Ion wymagają stałego monitoringu statusu ładowania oraz temperatury poszczególnego ogniwa tak, aby móc przeprowadzić ten proces jak najbardziej optymalnie i bezpiecznie. W systemach typu rack konieczne jest idealne zgranie obu części złącza. Osiągalne jest to dzięki dwóm szczegółom technicznym. Po pierwsze - co najmniej jedna strona musi posiadać pływające mocowanie kompensujące niedokładności tolerancji mechanicznych pasowania szuflady i stelażu. Drugi detal to pozycjonujące piny, które ustawiają idealnie w osi parę gniazdo-wtyk i ich styki naprzeciwko siebie zanim ulegną połączeniu.

Zalety zastosowania takiego systemu są widoczne na pierwszy rzut oka – instalacja oraz późniejsze wymiany przebiegają ekspresowo a ryzyko popełnienia pomyłki przy podłączaniu przez obsługującą osobę jest wyeliminowane do zera.

Należy zaznaczyć, że względy bezpieczeństwa mają znaczący wpływ na projektowanie tego typu połączeń. We wszelkich wytycznych bezpieczeństwa, dla domowego zastosowania ogniw Li-Ion, sformułowanych przez zaangażowane organizacje, instytuty naukowe, urzędy, producentów zaznaczono, że niewłaściwy montaż baterii może prowadzić do niepożądanych groźnych incydentów. Aby temu zapobiec, należy przedsięwziąć wszelkie dostępne środki gwarantujące montaż i eksploatację systemu z uniknięciem potencjalnych pomyłek instalatorskich, także tych wynikających z niedbałej obsługi.

Fot. 2 Przykład hybrydowego przyłącza modułowego opartego o system Variocon firmy Phoenix Contact. Widoczne są metalowe piny pozycjonujące oraz czarna rama montażowa zapewniająca kompensację tolerancji.

Wyzwanie standaryzacji

Rynek magazynów energii obecnie raczkuje. Standaryzacja ciągle ma przed sobą wiele wyzwań. Właśnie dlatego producenci komponentów dla tego obszaru jeszcze niechętnie kuszą się do wypuszczania nowych produktów, czekając aż pojawią się konkretne wytyczne. Potencjalni użytkownicy wielokrotnie zastanawiali się jak powinna wyglądać tu idealna technika połączeń – technika, która będzie atrakcyjna cenowo, łatwa w obsłudze i jednocześnie spełniała wymagane normy. Obecnie daje się odczuć, że producenci poszukują optymalnych rozwiązań, co objawia się w nowych pomysłach udoskonalania obecnych systemów.

Jeśli projektant systemu magazynowania energii aktualnie skupi się wyłącznie na cenie pojedynczego rozwiązania popełni kardynalny błąd, który zemści się w przyszłości. W przypadku rozbudowanych, zaawansowanych systemów składających się z setek lub nawet tysięcy modułów akumulatorowych, łatwość obsługi staje się kluczowym czynnikiem wpływającym na finalny koszt aplikacji. Jednorazowy wydatek poniesiony przy inwestycji zwróci się w znacznie tańszych kosztach eksploatacji i serwisu systemu planowanego na wiele lat ciągłej pracy. Systemu, który i tak będzie wymagał cyklicznych wymian pojedynczych modułów.

Podsumowanie

Po co więc skupiać się na wielokrotnym przykręcaniu pojedynczego kabla banalną śrubą skoro można po prostu „wsunąć szufladę”? Obszar magazynów energii będzie się szybko rozwijać i można przewidywać, że systemy typu plug&play będą powszechnie w nich stosowane, gdyż w dłuższej perspektywie zdecydowanie takie rozwiązanie będzie bardziej przekonującym czynnikiem, także z punktu widzenia ekonomii. Natomiast moment, w którym rynek ten ustandaryzuje się, będzie chwilą, w której można spodziewać się dynamicznego rozwoju magazynów energii.