Systemy zasilania bezprzerwowego, buforowego i awaryjnego odgrywają coraz większą rolę w technice

Z uwagi na coraz większe nasycenie otoczenia sprzętem elektronicznym, który odpowiada za działanie wiele istotnych dla życia instalacji, nieustanny wzrost znaczenia usług i technologii opartych na komunikacji i większą rolę jakości, systemy zasilania gwarantowanego stają się dziś obowiązkowe.

Przedstawiamy wszystkie ważne zagadnienia techniczne wiążące się z zasilaniem bezprzerwowym, dostawców krajowych takich urządzeń, omawiamy ofertę tych firm i trendy kształtujące rynek.

Ankietowani specjaliści zgodnie sygnalizowali w ankietach, że polski rynek zasilania gwarantowanego z każdym kolejnym rokiem staje się coraz trudniejszy. Pojawia się na nim coraz więcej firm, o nastawieniu wyłącznie handlowym, które nie zapewniają odpowiedniego wsparcia technicznego lub nawet konsultacji, a nastawione są na sprzedaż tanich produktów azjatyckich.

Ich aktywność widać najbardziej w zakresie zasilaczy buforowych i prostych zasilaczy bezprzerwowych, a więc tych wyrobów, które nie bazują na zaawansowanych technologiach i jednocześnie nie są na tyle duże, aby stwarzały problemy w transporcie. Najsłabsze oddziaływanie ci dostawcy mają w zasilaczach UPS dużej mocy, bo są to produkty zaawansowane techniczne, skomplikowane, ciężkie i duże od strony rozmiarów.

W ostatnich kilku latach, gdy rynek zmagał się ze spowolnieniem w gospodarce, importerzy zaktywizowali się znacznie, korzystając z tego, że cena stała się głównym kryterium selekcji produktu. Efekt tych procesów jest taki, że niestety większość produktów słabszej jakości psuje rynek ze względu na niską cenę i nieświadomość klientów końcowych co do zasady funkcjonowania tego typu urządzeń.

Gdyby był to jedyny trend kształtujący rynek zasilania w Polsce, sytuacja byłaby bardzo trudna, ale szczęśliwie ponieważ nieustannie przybywa sprzętu wymagającego podtrzymania lub stałego zasilania, per saldo całość branży jest rozwojowa.

Co przeszkadza, a co pomaga?

Warto przez chwilę skupić się na czynnikach sprzyjających rozwojowi rynku i zjawiskach negatywnych dla tego biznesu. Poza wymienionym powyżej wzrostem liczby urządzeń wymagających nieprzerwanego zasilania, liczy się też ogólny wzrost wymagań i jakości, jakiej wymaga się od współczesnych urządzeń przemysłowych.

Tabela 1 i 2. Przegląd ofert dostawców produktów do zasilania gwarantowanego

Coraz większa jest świadomość użytkowników związana ze stratami w przypadku przerwy w dostawie energii, rośnie liczba ekstremalnych zjawisk pogodowych, wywołujących spektakularne awarie sieci energetycznych. Takie zdarzenia, zwłaszcza po nagłośnieniu w mediach, zmieniają świadomość i budzą zainteresowanie tematyką zasilania gwarantowanego nie tylko u specjalistów. Skutek jest taki, że gwarantowane zasilanie z podtrzymaniem bateryjnym wraz ze zdalnym monitoringiem staje się standardem nie tylko w aplikacjach krytycznych, ale także w zastosowaniach półprofesjonalnych.

W zakresie urządzeń dużej mocy czynnikiem napędowym jest budowa nowych serwerowni. Wraz z popularyzacją usług dostępnych w chmurze, rozwojem Internetu i wzrostem szybkości łączy telekomunikacyjnych, zwiększa się liczba obiektów infrastrukturalnych. W nich gwarantowane zasilanie to po prostu obowiązek, ale widać, że podobne instalacje pojawiają się w obiektach użyteczności publicznej, zakładach i to nie tylko przemysłowych, a nawet obiektach, które nie pełnią funkcji strategicznej i mogłyby bez nich funkcjonować. Wszystko zależy od inwestorów i ich podejścia do jakości.

Po stronie czynników negatywnych poza wymienioną aktywnością tanich dostawców produktów azjatyckich, ograniczeniami w finansowaniu i cięciami kosztów, należy dopisać jeszcze wysokie ceny tych urządzeń związane m.in. z kosztownym transportem akumulatorów, ich utylizacją oraz składowaniem zużytego sprzętu.

Nowości na rynku zasilania gwarantowanego

Rys. 1. Zestawienie wzrostów i spadków obrotów dla krajowych dostawców systemów zasilania bezprzerwowego za lata 2011-2013

Wraz z kolejnymi generacjami urządzeń wchodzących na rynek zasilania gwarantowanego podnosi się sprawność, z jaką przetwarzają one energię. Kiedyś 90% przy pełnej mocy wyjściowej wydawało się granicą trudną do pokonania, dzisiaj takie współczynniki ma wiele produktów będących na rynku, a rekordy przesunęły się jeszcze o minimum 5%. Wyższa sprawność przenosi się na mniejsze wymiary urządzeń zasilających i wagę lub większą moc dostępną w takiej samej obudowie. To także dłuższy czas podtrzymania zasilania z akumulatorów o tej samej pojemności, czyli same korzyści.

Szybki postęp technologiczny w zakresie efektywnej konwersji energii elektrycznej równoważy trochę umiarkowane lub nawet słabe tempo rozwoju rynku chemicznych źródeł prądu. Cały czas podstawowym elementem systemów zasilania gwarantowanego są akumulatory kwasowo-ołowiowe, które niechętnie ustępują miejsca chemii litowej, lżejszej, pojemniejszej, ale sporo droższej. Stąd baterie litowe pojawiają się głównie w zasilaczach buforowych małej mocy.

Do zasilaczy bezprzerwowych aplikuje się także ultrakondensatory, które zwiększają chwilową moc, jaką mogą oddać takie zasilacze, co zapobiega przewymiarowaniu UPS-ów i pozwala na zapewnienie możliwości chwilowego przeciążania bez zmian w akumulatorach.

Upowszechniają się także konstrukcje modułowe, w których ułatwiono rozbudowę i zapewniono możliwość pracy równoległej przez dodawanie kolejnych jednostek. Takie skalowalne systemy mają wiele zalet, bo pozwalają na stopniową rozbudowę systemu bez konieczności ponoszenia od razu dużych kosztów. Gdy moduły można wymieniać podczas pracy, takie funkcje zapewniają też łatwość serwisu.

Sporo się dzieje w zakresie możliwości komunikacyjnych. Zasilacze bezprzerwowe zawsze miały mniejsze lub większe możliwości połączenia z komputerem, chociażby po to, aby zamknąć bezpiecznie system podczas długiej przerwy w zasilaniu. Ale z czasem zwykłe połączenie zamieniło się w możliwość zdalnego zarządzania wieloma zasilaczami i systemami przez sieć. Takie opcje nie tylko ograniczają koszty obsługi technicznej, ale i pozwalają na szybsze diagnozowanie potencjalnych problemów.

Zasilacze buforowe

Rys. 2. Ocena stopnia konkurencji na rynku, aktualnych tendencji w koniunkturze oraz podsumowanie sytuacji na rynku na początku 2014 roku dla rynku zasilaczy bezprzerwowych

Poza UPS-ami na rynku zasilania gwarantowane funkcjonuje wiele produktów ukierunkowanych na wybrane aplikacje lub uzupełniające oferty, jak chociażby filtry sieciowe lub urządzenia do kompensacji mocy biernej. Ale z pewnością drugim ważnym produktem są zasilacze buforowe, które współpracują z akumulatorem i pozwalają utrzymać dopływ energii do wyjścia przy braku zasilania sieciowego.

W miarę jak w naszym otoczeniu rośnie liczba urządzeń i aplikacji elektronicznych związanych z infrastrukturą komunikacyjną, systemami bezpieczeństwa, monitoringu i kontroli dostępu, oświetleniem, automatyką budynkową i innymi podobnymi obszarami, rośnie też potrzeba zapewnienia podtrzymania zasilania.

Wprawdzie jakość sieci energetycznych stale się poprawia, a modernizacje w branży energetyki spowodowały, że wyłączenia prądu nie są już dzisiaj tak częste jak dawniej, niemniej nie da się jednak uniknąć problemów wywoływanych przez pogodę albo celowe działanie. Systemy zasilania z podtrzymaniem stają się coraz popularniejsze także dlatego, że są coraz dostępniejsze i tańsze.

Książkowym przykładem takiego produktu jest zasilacz buforowy. Jest to typowa sieciowa jednostka zasilająca oparta na przetwornicy impulsowej, do której zapewniono możliwość dołączenia akumulatora. Przy obecności zasilania sieciowego jest on ładowany i utrzymywany w stanie gotowości, po zaniku energia zgromadzona w ogniwach kierowania jest na wyjście.

Ta ogólna idea przekłada się na wiele typów produktów dostępnych na rynku i wykonań: w obudowie, w formie modułu do montażu w skrzynce instalacyjnej lub całkowicie bez obudowy, do montażu na szynie, z wbudowanym akumulatorem lub z ogniwami dołączanymi do zasilacza. Często obudowa zasilacza ma wydzielone zatoki pozwalające na montaż 1-2 akumulatorów, przez co całość tworzy gotową jednostkę. Niekoniecznie też konstrukcja musi bazować na zasilaczu impulsowym - wiele jednostek mniejszej mocy opiera się na klasycznym transformatorze sieciowym - liczba wariantów funkcjonujących obok siebie jest spora, dzięki czemu bez problemu daje się dobrać najbardziej pasujące rozwiązanie.

Charakterystyczną cechą zasilacza buforowego jest układ ładowania i kontroli stanu akumulatora z kontrolkami, czasem dostępny jest też interfejs komunikacyjny z możliwością zarządzania. Drugą cechą charakterystyczną jest to, że typowy zasilacz buforowy ma jedno napięcie wyjściowe o wartości powiązanej z napięciem znamionowym akumulatora.

Na dodatek nierzadko jest to napięcie niestabilizowane, bowiem akumulator dołącza się wprost do zacisków wyjściowych. Wybrane modele mają napięcie wyjściowe regulowane stabilizatorem LDO o wartości mniejszej, niż dają ogniwa. Niemniej dołączony do wyjścia akumulator ma sporo zalet - zapewnia dużą moc chwilową i znacznie upraszcza konstrukcję zasilacza, dzięki czemu w obudowie więcej miejsca jest dla akumulatorów.