wersja mobilna
Online: 368 Sobota, 2017.12.16

Raporty

Zasilanie gwarantowane staje się dla nowoczesnej elektroniki coraz bardziej istotne

piątek, 15 września 2017 11:11

Elektroniki w naszym życiu jest coraz więcej i pełni ona coraz bardziej odpowiedzialne zadania, przez co nieprzerwana dostępność zasilania staje się jednym z ważniejszych zagadnień, jakie muszą rozwiązywać projektanci i integratorzy systemów w technice. Zapraszamy do zapoznania się z obszernym artykułem techniczno-rynkowym poświęconym zagadnieniom zasilania bezprzerwowego w technice. Omawiamy w nim wszystkie istotne trendy i zjawiska z tego obszaru, pokazujemy produkty i dostawców obecnych na rynku krajowym.

Spis treści » Produkty do zasilania gwarantowanego
» Zasilacze bezprzerwowe UPS
» Zasilacze buforowe
» Zasilacze buforowe z superkondensatorami
» UPS-y o stałym napięciu wyjściowym
» Akumulatory
» Ogniwa paliwowe, agregaty
» UPS-y w aplikacjach małej i średniej mocy
» UPS-y w zastosowaniach przemysłowych
» Dostawcy systemów zasilania gwarantowanego
» Zestawienie w tabelach
» Pokaż wszystko

W przemyśle, a zwłaszcza w procesach realizowanych ciągle, utrata zasilania, a nawet chwilowa niestabilność, to wymierne straty wywołane niekontrolowanym przestojem, dlatego gwarancja tego, że będzie ono dostępne, jest warunkiem koniecznym do zapewnienia jakości i potencjału przedsiębiorstwa. Niewątpliwie awarii sieci energetycznych jest dzisiaj mniej niż dekadę temu, ale jednocześnie, ponieważ nieustannie przybywa sprzętu wymagającego podtrzymania lub stałego zasilania, całość branży jest rozwojowa.

Im większa moc, dłuższy wymagany czas podtrzymania i większa dostępność energii elektrycznej, tym zapewnienie gwarancji zasilania staje się coraz bardziej złożone i kosztowne. Dlatego wyboru odpowiedniego wariantu powinno się dokonać na podstawie kilku czynników, np. oczekiwanej niezawodności, kryteriów ekonomicznych, warunków przystosowania instalacji elektrycznej czy możliwości zapewnienia właściwych warunków montażu, pamiętając, że ciągłość zasilania jest podstawowym warunkiem bezpieczeństwa klientów, pracowników oraz mienia.

Tendencje w koniunkturze na rynku
w pierwszej połowie 2017 roku

Aktualna koniunktura na rynku w pierwszej połowie 2017 roku została przez blisko połowę firm uznana za niezmienną, ale podobnie jak wyszło w ocenie całego 2016 roku, trudno szukać na powyższym wykresie znamion stałego trendu. Przeciwnie, zdania specjalistów są podzielone, poszczególne kategorie są dość duże, co sugeruje, że wyniki poszczególnych firm sporo się od siebie różnią. Zapewne odpowiedzi są pochodną wygranych przetargów, realizowanych projektów i branży, w których dany dostawca jest aktywny. Warto dostrzec, że czerwone pole charakteryzujące oceny negatywne koniunktury w tym zestawieniu jest znacznie większe, niż wyszło w pytaniach ankietowych o ocenę 2016 roku. To może sugerować, że niestety warunki biznesowe się nie poprawiają.

W obszarze zasilania gwarantowanego liczy się dzisiaj ogólny wzrost wymagań i jakości, a świadomość użytkowników związana ze stratami w przypadku przerwy w dostawie energii też jest większa. Mówi się również, że nic tak nie działa dobrze na rozwój rynku jak spektakularna wpadka oraz problemy powstałe na skutek zaniedbań, bo one mają wyjątkowo przemawiający do wyobraźni aspekt edukacyjny. Warto też odnotować, że rośnie liczba ekstremalnych zjawisk pogodowych, wywołujących awarie sieci energetycznych. One stają się istotnym czynnikiem ryzyka, tym bardziej że przerwy w dostawach są bardzo długie.

Po stronie czynników prorozwojowych dla rynku warto jeszcze wymienić popularyzację usług dostępnych w chmurze, szybki rozwój Internetu i wzrost szybkości łączy telekomunikacyjnych, które przekładają się na coraz większą liczbę obiektów infrastrukturalnych pracujących nonstop. To wszystko powoduje, że znaczenie omawianego sektora rynku we współczesnej technice nieustannie się zwiększa.


Produkty do zasilania gwarantowanego

Do podstawowych urządzeń zasilania gwarantowanego zalicza się zasilacze buforowe wyposażone w akumulatory i zasilacze UPS, które są w stanie zapewnić niezbędne zasilanie energią o wymaganych parametrach urządzenia wymagające przemiennego napięcia o parametrach takich jak sieć energetyczna. Dla większości urządzeń i systemów magazynem energii na czas awarii są akumulatory.

W dużych systemach urządzenia te są wspomagane przez agregaty prądotwórcze, natomiast rozwiązania zasilaczy bezprzerwowych małej mocy oraz wersje zapewniające krótkie czasy podtrzymania korzystają z superkondensatorów. Ogniwa paliwowe oraz inne rozwiązania takie jak generatory termoelektryczne to domena zastosowań specjalnych (kosmos, wojsko).

Najważniejsze branże i grupy odbiorców
dla rynku zasilania gwarantowanego

Na szczycie zestawienia najważniejszych branż i grup odbiorców dla rynku zasilania gwarantowanego znalazły się zastosowania przemysłowe, które przebiły wyraźnie IT i telekomunikację, a więc rynek historycznie najstarszy i dla wybranych produktów takich jak UPS-y także najważniejszy. Wysoko uplasowały się także zastosowania w energetyce i te wykorzystywane do podtrzymania zasilania w infrastrukturze obiektów, np. związane z bezpieczeństwem, monitoringiem oraz automatyką budynkową. Taka kolejność wynika z tego, że zastosowania przemysłowe, budynkowe i podobne dotyczą często wprawdzie jednostek mniejszej mocy i tańszych, ale za to częściej aplikowanych. Wykres jest dowodem, że podtrzymanie zasilania dotyczy obecnie obszarów, gdzie wymagane moce wyjściowe są relatywnie mniejsze, czasy działania też niekoniecznie rekordowo długie, a systemy zasilające mają strukturę rozproszoną i rozdzieloną na wiele małych jednostek zamiast na jeden duży system. Małe znaczenie rynku konsumenckiego to wynik tego, że awarii sieci energetycznej jest dzisiaj znacznie mniej niż np. dekadę temu, a dodatkowo coraz większy udział ma sprzęt mobilny, który ma własne akumulatory i dodatkowego podtrzymania nie wymaga.

Największym problemem technicznym rynku zasilania gwarantowanego są oczywiście akumulatory, a dokładnie ich ograniczona pojemność i żywotność, a także zjawiska takie jak np. przedwczesna utrata pojemności. Szybki postęp technologiczny w zakresie efektywnej konwersji energii elektrycznej równoważy trochę umiarkowane lub nawet słabe tempo rozwoju rynku chemicznych źródeł prądu.

Niemniej lata lecą, a podstawowym typem ogniw na rynku cały czas są wersje kwasowo-ołowiowe. Specjaliści mówią wprawdzie, że technologia litowo-jonowa się popularyzuje, ale w praktyce zmiany daje się dostrzec jedynie w zasilaczach buforowych.


Zasilacze bezprzerwowe UPS

Zasilacze bezprzerwowe UPS są stosowane przede wszystkim w centrach danych, systemach komunikacyjnych, w energetyce i przemyśle. Na rynku dostępne są urządzenia różnych typów. Gdy bezprzerwowa dostawa energii o odpowiednich parametrach staje się wymaganiem podstawowym, naturalnym wyborem jest UPS online.

Niezależnie od pracy sieci zasilającej dostarcza on energię o wysokiej jakości (pozbawioną zaburzeń EM i harmonicznych), a w razie awarii bezprzerwowo przełącza się na pracę z baterii. Aplikacje o mniej krytycznych wymaganiach mogą z kolei korzystać z tańszych rozwiązań typu offline lub pośredniej wersji tego urządzenia z tzw. interaktywną linią sieciową.

W skład większości UPS-ów, niezależnie od ich wielkości i topologii, wchodzą akumulatory, ładowarka i przetwornica (inwerter) zamieniająca niskie napięcie stałe w przemienne. Różnice między topologiami dotyczą tego, czy przetwornica pracuje cały czas, czy jest załączana dopiero podczas awarii. Cechą UPS-a online jest podwójna konwersja energii, z sieci do napięcia akumulatora i dalej z powrotem na sieć.

Tabela 1. Przegląd ofert dostawców systemów zasilania gwarantowanego

Dzięki temu przetwornica zasila obciążenie czystym i dokładnie stabilizowanym przez UPS napięciem przemiennym. Oprócz tego prostownik zasilający falownik z sieci zapewnia korekcję współczynnika mocy, przez co UPS online jest w istocie też filtrem, który chroni urządzenia przed zakłócającymi wpływami sieci energetycznej, optymalizując równocześnie obciążenie w stosunku do sieci.

W UPS-ie offline w trakcie normalnej pracy obciążenie jest zasilane bezpośrednio z sieci energetycznej, przez co napięcie na obciążeniu nie jest stabilizowane ani filtrowane. Gdy napięcie zasilania spadnie poza ustaloną granicą, zasilanie obciążenia jest przełączane przekaźnikiem na przetwornicę i akumulator. Spowodowana tym przerwa może trwać typowo kilka milisekund. Zaletą UPS-a offline jest to, że gdy zasilanie z sieci jest, falownik nie pracuje, a więc nie pobiera energii.

Robert Siroic

inżynier sprzedaży w Delta Energy Systems (Poland)

  • Jakie są czynniki sprzyjające rozwojowi rynku zasilaczy bezprzerwowych w Polsce?

Popyt na niezawodne zasilanie idzie w parze z powstającymi centrami danych oraz z nieustannie postępującą cyfryzacją techniki. Warto podkreślić, że ze względu na coraz wyższe oczekiwania rynku w zakresie niezawodności poszukuje się nowych rozwiązań, które zapewniają wysoką dostępność pozwalając przy tym na rozwój infrastruktury zasilania wraz ze wzrostem potrzeb. Kolejnym czynnikiem sprzyjającym rozwojowi rynku wysokowydajnych zasilaczy UPS są oczekiwania klienta związane uzyskaniem wysokiej sprawność systemów, dzięki której możliwe jest uzyskanie oszczędności energii elektrycznej.

  • Jakie nowości pojawiają się na rynku zasilaczy?

Od kilku lat można zaobserwować trend rozwoju systemów zasilania UPS idący w kierunku rozwiązań modułowych. Dzięki tej funkcjonalności możliwa jest rozbudowa zasilacza UPS, łatwość serwisu oraz wydajność ze względu na skalowalność systemu. Przykładem jest pełni modułowy zasilacz UPS z serii Modulon DPH z możliwością pionowej rozbudowy co 25 kW do 75 kW, 150 kW i 200 kW do 4 jednostek (800 kW).



Zasilacze buforowe

Zasilacze buforowe zyskują w ostatnich latach na znaczeniu, gdyż mamy coraz więcej urządzeń elektronicznych małej mocy, dla których wymagane jest zasilanie gwarantowane. Urządzenia automatyki budynkowej, układy komunikacyjne i telemetryczne, rozproszone systemy pomiarowe, elementy systemów alarmowych, monitoringu i kontroli dostępu, oświetlenie, komponenty infrastruktury telekomunikacyjnej to przykłady aplikacji, które wymagają obecnie zasilania bezprzerwowego ze specjalnego zasilacza wspomaganego akumulatorem.

Cechą wspólną tych aplikacji jest to, że są zasilane niskim napięciem stałym, mają niewielki pobór mocy oraz to, że zwykle są zainstalowane w miejscach, gdzie nie ma problemu z dostępnością miejsca. W takich przypadkach zasilacz buforowy sprawdza się doskonale i jest w stanie zapewnić podtrzymanie zasilania przez długi czas.

Popularności zasilaczy buforowych sprzyja też to, że od strony technicznej są to urządzenia stosunkowo proste. Wiele takich urządzeń składa się z najprostszego zasilacza sieciowego, do którego dodany został akumulator na wejściu, a także układ ładowania. Przy obecności zasilania sieciowego jest on ładowany i utrzymywany w stanie gotowości, po zaniku energia zgromadzona w ogniwach kierowana jest na wyjście.

Ocena biznesowa 2016 roku pod kątem
produktów do zasilania gwarantowanego

Specjaliści pytani w ankietach o to, jak oceniają 2016 rok, nie udzielali jednoznacznych odpowiedzi, niemniej jak widać na powyższym wykresie, statystycznie najwięcej wskazań padło, że był to okres zadowalający lub dobry dla biznesu. Biorąc pod uwagę obserwowane w tamtym okresie wyhamowanie w inwestycjach i nie najlepsze nastroje wśród przedsiębiorców, można powiedzieć, że prezentowane wyniki i tak są niezłe. Przyczyna leży w tym, że produkty składające się na systemy zasilania gwarantowanego mają bardzo szeroki obszar aplikacyjny, dzięki czemu zła koniunktura w jednym sektorze wyrównywana jest lepszą w innym i odwrotnie. Dlatego sprzedaż jest dość słabo powiązana z tym, co dzieje się w gospodarce, a słabe lub bardzo dobre wyniki mają tylko te firmy, które mają wąską ofertę produktową i wstrzelą się z nią w zapotrzebowanie rynku.

Bardziej złożone jednostki opierają się na przetwornicy impulsowej o dużej sprawności, mają dodane obwody sygnalizacyjno-kontrolne i zabezpieczające. Czasem dostępny jest też interfejs komunikacyjny (np. USB) dający możliwość zarządzania taką jednostką. Dzięki niemu urządzenie zasilane może np. w kontrolowany sposób się wyłączyć na chwilę przed wyczerpaniem energii akumulatora.

Na rynku jest wiele dostępnych typów takich urządzeń także pod kątem wykonania mechanicznego. Obudowy zasilaczy buforowych przeznaczone są do montażu na szynie, w skrzynce instalacyjnej. Są też wersje całkowicie jej pozbawione. Zasilacze tego typu mają nierzadko wydzielone specjalne zatoki pozwalające na montaż 1-2 akumulatorów, przez co całość tworzy gotową jednostkę zasilającą skalowalną i z możliwością serwisowania podczas pracy. Liczba wariantów funkcjonujących na rynku jest spora, dzięki czemu bez problemu daje się dobrać najbardziej pasujące rozwiązanie do każdych zastosowań.

Typowy zasilacz buforowy ma jedno napięcie wyjściowe o wartości powiązanej z napięciem znamionowym akumulatora, a więc z reguły 12/24 V. Na dodatek nierzadko jest to napięcie niestabilizowane, bowiem akumulator dołącza się wprost do zacisków wyjściowych.


Zasilacze buforowe z superkondensatorami

Jak wspomniano, moc pobierana przez wiele układów elektronicznych z każdą kolejną generacją urządzeń jest coraz mniejsza. Nierzadko też wymagany czas podtrzymania zasilania nie musi być długi. W takich sytuacjach akumulatory w zasilaczu buforowym zastępuje się dzisiaj superkondensatorami. Konstrukcyjnie niewiele się zmienia, bo 10-12 superkondensatorów o pojemności mniej więcej 400 F zajmuje mniej więcej tyle miejsca co akumulator 12 V o pojemności 5 Ah.

Struktura obrotów osiąganych przez dostawców

Jeśli chodzi o obroty osiągane przez dostawców systemów zasilania gwarantowanego, to blisko jedna trzecia firm ma sprzedaż nieprzekraczającą 500 tys. zł rocznie. Generalnie zasilacze bezprzerwowe są urządzeniami stosunkowo drogimi, kosztowne są zwłaszcza jednostki o dużej mocy, przez co należy domyślać się, że niewielka sprzedaż dotyczy handlu uzupełniającego akumulatorami i prostymi zasilaczami buforowymi. One są sprzedawane przez dystrybutorów podzespołów elektronicznych i komponentów automatyki, dostawców systemów alarmowych i ochrony mienia. 8% firm, które zadeklarowało obroty roczne powyżej 25 mln zł (czyli co 12. firma z zestawienia), to specjalizowani dostawcy takich systemów, mający w ofercie jednostki dużej mocy. W praktyce takich firm jest nieco więcej, gdyż nie wszyscy ankietowani udzielili odpowiedzi na to pytanie.

Czas podtrzymania jest zwykle znacznie mniejszy, ale tę niedogodność rekompensuje szeroki zakres temperatur pracy, niewielki ciężar, brak konieczności okresowej wymiany akumulatorów (pełna bezobsługowość). Oczywiście cena takich rozwiązań jest wyższa, zwłaszcza gdy czas podtrzymania ma być długi, ale w aspekcie długoterminowym inwestycja w takie rozwiązanie ma sens, tym bardziej że akumulator zdolny do pracy w szerokim zakresie temperatur też wcale nie jest tani. Reasumując, zasilacze z superkondensatorami to propozycja głównie do zastosowań w przemyśle i aplikacji instalowanych na zewnątrz budynków.


UPS-y o stałym napięciu wyjściowym

Bardzo duża część urządzeń elektronicznych opiera się na dołączonym do sieci zasilaczu impulsowym, który stanowi źródło zasilania dla poszczególnych bloków i systemów. Klasyczne transformatory sieciowe w nowym sprzęcie elektronicznym to już rzadkość, bo są to elementy kosztowne, duże, ciężkie i niestety niepozwalające w wielu przypadkach osiągnąć wysokiej sprawności konwersji energii elektrycznej.

Typowy zasilacz impulsowy przetwarza wyprostowane i odfiltrowane napięcie sieci, a więc o wartości ok. 310 V dla sieci jednofazowej. Oznacza to, że w wielu przypadkach nie ma sensu przetwarzać napięcia stałego akumulatora na przemienne napięcie sieci 50 Hz po to, aby zaraz je wyprostować i odfiltrować. Ponieważ wiele sprzętu tego typu można po prostu zasilić napięciem stałym, oznacza to, że zasilacze buforowe o wysokim napięciu stałym mogą być interesującą alternatywą dla klasycznych UPS-ów.

Co się liczy w ofercie handlowej - ranking kryteriów

Zestawienie najważniejszych kryteriów selekcji ofert branych pod uwagę przez klientów rozważających kupno systemów zasilania gwarantowanego z pewnością nie jest zaskakujące, bo na czołowych miejscach znalazły się cena, parametry techniczne i jakość wykonania, a więc standardowy zestaw i na dodatek ułożony w typowej kolejności. Niemniej warto zauważyć, że dość wysoko wypadło znaczenie marki producenta, które na tym rynku jest utożsamiane z jakością. To samo można powiedzieć o terminie dostawy, który zdaniem co drugiego pytanego jest istotny. To zapewne dlatego, że duża część omawianych systemów jest tworzona jako projekt, a więc wchodzi w skład większej instalacji tworzonej dla konkretnego odbiorcy lub miejsca. Do takich celów jednostki kupuje się po wygraniu przetargu lub otrzymaniu zamówienia, gdy czas zaczyna szybko biegnąć i termin oddania staje się bardzo ważny. W efekcie na dostawę klienci nie mogą długo czekać.

UPS-DC to obiegowa nazwa zasilacza buforowego dostarczającego stabilizowanego napięcia wyjściowego o mocy dochodzącej do ok. 500 W. Jednostki te mają znacznie rozbudowaną część odpowiadającą za współpracę z akumulatorem. Ich ładowarka pozwala na ładowanie szybkie ogniw i nierzadko obsługuje różne typy akumulatorów. Dodatkowo testowany jest stan baterii, także w zakresie dostępnej pojemności, gdyż wraz z kolejnymi cyklami ładowania i rozładowywania i latami pracy stale się zmienia.

W zasilaczach UPS-DC napięcie wyjściowe jest stabilizowane za pomocą wysoko sprawnej przetwornicy, co rozszerza obszar ich zastosowań. Mają one z reguły znacznie większą moc od opisanych wcześniej jednostek buforowych i pozwalają na współpracę z akumulatorami o znacznej pojemności. Pozwala to dobierać czas podtrzymania zasilania poprzez wybór odpowiedniego akumulatora.

Michał Brennenstuhl

Kierownik Działu Product Managerów w firmie Elhurt

  • Jakie są czynniki sprzyjające rozwojowi rynku zasilaczy bezprzerwowych i buforowych w Polsce?

Utrata strategicznych danych przedsiębiorstwa, a także zabezpieczenie najważniejszego filaru każdej firmy - serwerów baz danych - to główne aspekty, o których rozmawiamy podczas pierwszego kontaktu z klientem. W ostatnich latach zauważalnie wzrosła świadomość przedsiębiorców. Obawa przed utratą tego co kluczowe dla każdego przedsiębiorstwa przemawia w największym stopniu.

Duży wpływ na rozwój rynku mają nowe usługi takie jak monitorowanie na odległość czy przetrzymywanie zebranych danych w chmurze. Dla tego typu usług/aplikacji wymagana jest ciągłość pracy - 24/7. Zauważamy, że duży wpływ mają także ostatnie wydarzenia związane z unieruchomieniem wielkich korporacji przez oprogramowanie typu ransomware. Poza aspektami zabezpieczenia sieci IT klienci jednocześnie poszukują wysokiej jakości systemów zasilania awaryjnego.

  • Jakie są najważniejsze cechy handlowe brane pod uwagę przy kupnie zasilaczy bezprzerwowych i buforowych?

Wpośród wszystkich naszych klientów możemy wyróżnić dwie grupy: takich, którzy zazwyczaj nie mają świadomości i wiedzy na temat produktów i głównie kierują się podstawowymi charakterystykami i przede wszystkim ceną. Druga grupa odbiorców to osoby, które zwracają uwagę na wszystkie aspekty techniczne.

Skrupulatnie sprawdzają każdy oferowany zasilacz pod kątem każdego kluczowego komponentu, a także wymagają udokumentowania kluczowych parametrów podanych w ogólnie dostępnych kartach katalogowych. W tym drugim przypadku często kwestia ceny jest drugorzędna. Ogromną wartością dodaną dla klienta jest wsparcie techniczne, takie jak dobór odpowiedniego systemu, rozwiązanie istniejącego problemu, a także serwis i montaż na miejscu przez wykwalifikowanego pracownika.



Akumulatory

Integralną częścią wszystkich systemów zasilania gwarantowanego są akumulatory, zapewniające magazynowanie energii elektrycznej. Dla systemów przemysłowych znakomita część rozwiązań zasilania bazuje na ogniwach kwasowo-ołowiowych. Systemy małej mocy oraz rozwiązania specjalistyczne wykorzystują też akumulatory litowo-jonowe, a w elektronice konsumenckiej także wersje niklowo-wodorkowe. Niemniej ilościowo i wartościowo rynek jest zdominowany przez akumulatory ołowiowo-kwasowe, bo są one relatywnie tanie, wystarczająco dobre i powszechnie dostępne.

Obserwując zmiany na rynku związane z samochodami elektrycznymi lub aplikacjami energii odnawialnej, gdzie z powodzeniem aplikuje się akumulatory litowo-jonowe, można zaryzykować twierdzenie, że w przyszłości zyskają one większe znaczenie także w systemach zasilania gwarantowanego. Masowe zastosowania w motoryzacji i dobre perspektywy rynku powodują, że aktualnie trwa budowa wielu dużych fabryk takich ogniw.

Także w Polsce LG Chem realizuje taką inwestycję. Oznacza to, że podaż w kolejnych latach będzie się zwiększać i zapewne w konsekwencji ceny akumulatorów litowo-jonowych spadną. W zasilaczu buforowym takie ogniwa będą bardzo przydatne, gdyż w porównaniu do wersji kwasowo-ołowiowych są lekkie, mają minimalne samorozładowanie i zapewniają dużą gęstość mocy. Nie bez znaczenia jest to, że napięcie nominalne wynosi w tym przypadku 3,7 V, a więc dla równoważnego napięcia potrzeba mniej ogniw.

Stopień specjalizacji firm
w zakresie zasilania gwarantowanego

Firm, dla których omawiana tematyka stanowi wąską i główną specjalizację, jest w tym opracowaniu 17%. To dość dużo jak na warunki panujące w Polsce oraz w porównaniu do innych grup urządzeń i komponentów omawianych w naszych analizach. Zasilanie gwarantowane i związane z nim produkty stanowią na tyle wartościowy sprzęt i jednocześnie powszechnie wykorzystywany, że mogą one stać się centralną częścią biznesu lub nawet wąską specjalizacją. Tezy tej nie podważa nawet drugi koniec powyższego zestawienia, mówiący, że dla połowy dostawców jest to tylko drobny dodatek do większej całości. Po prostu rynek systemów zasilających jest na tyle szeroki, że miejsca jest dosyć dla wszystkich.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe w systemach zasilania gwarantowanego to w dużej mierze wersje szczelne (typu SLA lub z zaworami bezpieczeństwa VRLA). Zapewniają one duże bezpieczeństwo eksploatacji, pozwalają na pracę w dowolnej pozycji i nie wymagają serwisowania, takiego jak uzupełnianie elektrolitu. Żywotność tego typu akumulatorów jest duża i wynosić może kilkanaście, typowo 5 lub 10 lat. Jednostki takie są wykonywane w wersjach AGM oraz żelowej.

W pierwszym przypadku pomiędzy płytami znajdują się separatory wykonane z włókna szklanego, które zawierają elektrolit, natomiast dla akumulatorów żelowych elektrolit ten utrzymywany jest w postaci żelu bazującego np. na żywicy silikonowej. Cechą tych pierwszych jest długi czas pracy i stosunkowo niska rezystancja wewnętrzna, co jest pożądane w zasilaczach UPS (do pracy cyklicznej). Z kolei akumulatory żelowe cechuje większa odporność na wstrząsy, wibracje oraz możliwość lepszego odprowadzania wytwarzanego ciepła. One kierowane są do zasilaczy buforowych.

Większość akumulatorów tego typu ma napięcie nominalne 12 V i jest umieszczona w standardowej prostopadłościennej obudowie z niepalnego tworzywa. Warto dostrzec, że w tej grupie produktów mamy daleko posuniętą standaryzację zapewniającą zgodność wymiarów i kształtów, wyprowadzeń, typów, pojemności (od ok. 1 do 200 Ah). To bardzo korzystna cecha zapewniająca wysoką konkurencyjność na rynku, dostępność produktów od wielu producentów oraz możliwość zmiany typu akumulatora na inny, np. o szerszym zakresie temperatur pracy.


Ogniwa paliwowe, agregaty

Wiele systemów zasilania gwarantowanego ma strukturę hybrydową, a więc podstawowa jednostka, taka jak UPS, jest dodatkowo wspierana pomocniczym źródłem zasilania zapewniającym długi czas podtrzymania. Z reguły takie systemy są instalowane w przemyśle, gdzie utrata zasilania w trakcie procesów ciągłych jest niedopuszczalna.

W takiej sytuacji instalowany jest UPS dużej mocy wspomagany agregatem prądotwórczym, dzięki czemu nie ma konieczności instalacji akumulatorów o dużej pojemności i daje się zapewnić długi czas pracy autonomicznej. Agregaty prądotwórcze są stosowane jako rezerwowe źródło zasilania wszędzie tam, gdzie wymagany czas podtrzymania przekracza 40 min.

Zestawienie najważniejszych trendów
technicznych zmieniających rynek

Na wykresie pokazane jest zestawienie najważniejszych trendów technicznych zmieniających rynek zasilania gwarantowanego i odpowiedzialnych za tempo jego ewolucji. Za najbardziej istotną zmianę uznano powiększającą się sprawność, która już dawno przekroczyła 90% i dla wielu producentów stała się synonimem zaawansowania technicznego. Drugim czynnikiem jest modułowa konstrukcja i skalowalność pozwalająca na zmiany konfiguracji jednostek i dopasowanie ich funkcjonalności do aktualnych potrzeb bez konieczności zmiany całości. Z kolei komunikacja i zarządzanie pracą przez sieć lub całkowicie zdalnie to trend w całej technice, w ramach którego wszystko staje się połączone ze sobą, dzięki czemu można ograniczyć koszty serwisu, nadzoru i obsługi technicznej.

Wiele jednostek uruchamia się w czasie ok. 20 sekund od momentu zaniku prądu w sieci. Co istotne, nowoczesne agregaty mogą działać autonomicznie - zawierają sterownik zapewniający zdalne sterowanie i kontrolę pracy silnika z opcją powiadamiania alarmowego (uruchomienie, nadzór nad obciążeniem, blokada pracy w przypadku, gdy napięcie sieciowe pojawi się ponownie, czasy reakcji itp.).

Dla systemów mniejszej mocy agregat jest sporym obciążeniem, bo jest to zwykle urządzenie duże, ciężkie i mało mobilne. W takich sytuacjach zapewnienie długiego czasu podtrzymania zasilania niestety jest kłopotliwe lub kosztowne. Na rynku dostępne są źródła energii wykorzystujące ogniwa paliwowe o średniej mocy umieszczone w prostopadłościennej obudowie i dostarczające moc rzędu kilkuset watów. Pozwalają one na zapewnienie zasilania w każdych warunkach. Niemniej na razie są to rozwiązania bardzo drogie.


UPS-y w aplikacjach małej i średniej mocy

W aplikacjach małej i średniej mocy chętnie korzysta się z zasilaczy UPS przeznaczonych do zasilania sprzętu komputerowego, bo są one tanie, łatwo dostępne i mają niezłe parametry. W wielu wypadkach zastosowanie UPS-a o większej mocy (przewymiarowanie systemu) uwalnia od problemów z rozruchem urządzeń lub pewnością zasilania i stąd takie rozwiązania są stosowane. UPS tego typu pracuje zwykle w technologii line interactive, co oznacza, że przy obecności sieci falownik nie pracuje a napięcie przekazywane jest bezpośrednio z wejścia na wyjście przez styki przekaźnika.

Zanik sieci powoduje włączenie falownika i podłączenie do niego zasilanego urządzenia. Czas przełączenia wynosi kilka milisekund. Zasilacze takie mają napięcie wyjściowe, które jest kształtem zbliżone do sinusa, pozwalają na zarządzanie i nadzór przez sieć lub USB i zwykle są dostępne w małych obudowach mieszczących też akumulator (jeden lub kilka w zależności od mocy wyjściowej).

Największe problemy oddziałujące
na rynek zasilania gwarantowanego

Zestawienie najbardziej palących problemów i zjawisk negatywnie oddziałujących na rynek zasilania gwarantowanego otwiera silna konkurencja. Duży, wartościowy rynek oddziałujący na wiele branż, spora liczba producentów, w tym wiele firm azjatyckich, powodują, że biznes nie jest w tym obszarze sielanką. Dodatkowo wiele jednostek takich jak zasilacze buforowe to proste konstrukcje o standardowych właściwościach, które może wytwarzać i produkuje wielu. Efekt jest taki, że coraz częściej jedynym kryterium wyboru urządzeń zasilających jest cena. Bo klienci nie mają odpowiedniej wiedzy do tego, aby prawidłowo dobrać urządzenia pod potrzeby, a na dodatek brakuje im funduszy i starają się oszczędzać. Brak wiedzy na temat zasilania, zależności związanych z zapewnieniem gwarancji, bagatelizacja problemów, niestety przez wielu pytanych były wykazywane jako istotne ograniczenie dla biznesu.

UPS-y tego typu nie są remedium na problemy z jakością sieci zasilającej, np. spadkami napięcia. Można powiedzieć też, że gdy jakość energii jest nie najlepsza, rozwiązania te mogą sprawiać też dodatkowe problemy, np. związane z częstym przełączaniem się w tryb awaryjny. Te problemy producenci starają się ograniczać, wyposażając jednostki w system stabilizacji napięcia zmiennego bazujący na transformatorach obniżająco-podwyższających lub ferrorezonansowych.

Utrzymują one napięcie wyjściowe nawet z dokładnością do ±3% przy zmianach wejściowego od -40% do +20%, ograniczają też zaburzenia nadchodzące z sieci. Ale ich główną zaletą jest łagodzenie przełączeń zasilania dzięki zgromadzonej energii magnetycznej, co częściowo upodabnia skutki ich działanie do działania UPS-ów online.

Bogdan Krzyścik

Merawex

  • Jakie są najważniejsze cechy zasilaczy buforowych od strony technicznej?

Zasilacz buforowy często rozumiany jest jako zasilacz ze skorygowanym, odpowiednio do współpracującego akumulatora, napięciem wyjściowym. Tymczasem są to dość skomplikowane urządzenia wyposażone w mikrokontroler sprawujący zaawansowaną kontrolę nad parametrami samego zasilacza i dołączoną do niego baterią akumulatorów.

Kompensacja temperaturowa napięcia wyjściowego, ograniczenie prądu ładowania czy rozłącznik głębokiego rozładowania to w tej chwili standardowe funkcje, które musi mieć każdy dobry zasilacz buforowy. Bardziej zaawansowane konstrukcje dają możliwość współpracy z akumulatorami wykonanymi w różnych technologiach i o dużym zakresie pojemności. Takie jednostki zapewniają często różne tryby ładowania akumulatorów oraz kontrolują ich stan.

  • Jakie nowości techniczne pojawiają się na rynku zasilaczy buforowych?

Ponieważ nie ma dobrej i wiarygodnej metody pomiaru pojemności akumulatorów w pracującym systemie zasilania gwarantowanego, pojawiają się różne sposoby oszacowania stanu pracujących w danej aplikacji akumulatorów. Jedna z takich metod to pomiar rezystancji całego obwodu bateryjnego. O ile zastosowanie tej metody do pojedynczych akumulatorów o małych pojemnościach jest stosunkowo proste, o tyle pomiar rezystancji w wielu ciągach bateryjnych o pojemnościach kilkuset Ah nie jest już sprawą banalną.

W takich układach stosuje się pomiar impedancji obwodu bateryjnego określonym sygnałem zmiennym generowanym przez układ kontrolny zasilacza. Należy pamiętać, że zawsze mierzona jest rezystancja całego obwodu akumulatora, czyli suma rezystancji wewnętrznych akumulatorów, przewodów, złączy i innych elementów występujących w torze bateryjnym. Dlatego ta metoda wymaga ustalenia pewnego poziomu odniesienia, a następnie obserwacji przyrostu rezystancji w czasie.

Od tego jakie zmiany rezystancji są sygnalizowane przez układ pomiarowy zasilacza oraz od właściwej interpretacji tych wyników przez inżyniera znającego układ zasilania zależy, czy uda się w porę rozpoznać zbliżające się uszkodzenie akumulatorów.



UPS-y w zastosowaniach przemysłowych

Zasilacze UPS przeznaczone do aplikacji przemysłowych i do zasilania obiektów z infrastrukturą IT z reguły są rozwiązaniami o dużej mocy sięgającej kilkaset kVA. Z uwagi na to system akumulatorowy będący magazynem energii jest w tym przypadku baterią ogniw o dużym napięciu znamionowym (100-220-540 VDC), gdyż zmniejsza to straty powstające w falowniku podczas konwersji energii.

UPS-y przemysłowe mają falownik zaprojektowany do pracy z obciążeniem indukcyjnym (silniki) i takim, który w chwili rozruchu pobiera duży prąd. Jednostki te są w stanie zapewnić wysoką wartość prądu zwarciowego. Chodzi o to, aby UPS podłączony do instalacji w zakładzie był w stanie zapewnić warunki jej pracy zbliżone do tego jak przy dostępności sieci, gdzie powstanie zwarcia musi doprowadzić do zadziałania bezpieczników z ustaloną selektywnością, a nie do zadziałania ograniczenia w falowniku.

Jednostki przemysłowe bazują na podwójnej konwersji energii elektrycznej (z napięcia przemiennego do stałego i znowu do przemiennego). Pozwala to na ich pracę z bardzo małym lub zerowym czasem przełączania (true-on-line), jak też na uzyskanie wysokiego współczynnika mocy.

Takie zasilacze mają często konstrukcję modułową zapewniającą skalowanie systemu zasilającego (rozbudowywanie w miarę zwiększających się potrzeb) i większą dostępność zasilania, a akumulatory są w takich rozwiązaniach umieszczane w osobnych obudowach, co ułatwia ich serwis. Bardzo często dostępna jest w tym przypadku opcja hot-swap umożliwiająca wymianę ogniw podczas pracy. Część UPS-ów pozwala także na pracę równoległą, co umożliwia uzyskanie redundancji zasilania lub zwiększenie mocy wyjściowej.

Czynniki pozytywnie kształtujące rozwój rynku

Ankietowani specjaliści zajmujący się rynkiem zasilania gwarantowanego zgodnie uznali, że rozwojowi rynku w największym stopniu sprzyja coraz większe nasycenie współczesnego świata techniki urządzeniami elektronicznymi oraz to, że takie systemy pełnią coraz bardziej odpowiedzialne funkcje. Skoro wymagamy niezawodności, jakości i bezpieczeństwa działania, to musimy inwestować w zasilanie gwarantowane, bo inaczej nie da się zapewnić wymaganej funkcjonalności. Coraz większa świadomość dotyczy też bezpieczeństwa danych i konieczności ich ochrony. Rośnie także liczba osób rozumiejących, że nie tylko chodzi tu o ochronę przed zanikiem zasilania, ale też przed złą jakością parametrów energii elektrycznej, która daje nierzadko taki sam efekt jak zanik. Zapewne specjaliści będą tutaj oponować, że świadomość rynku jest cały czas niewystarczająca, że klientom brakuje wiedzy, ale patrząc na rynek w dłuższej perspektywie, zmiany da się zauważyć. Może tempo jest za małe, ale z punktu widzenia handlowców zawsze ono takie będzie.

Cechą UPS-ów przemysłowych jest też rozbudowany system sterowania zapewniający wiele funkcji związanych z optymalizacją ładowania i zarządzania akumulatorami, nadzorem nad działaniem jednostki przez sieć, programowaniem czasów reakcji oraz zarządzanie stopniowym uruchamianiem systemów zasilających w przypadku pracy równoległej wielu urządzeń. Standardem w nowoczesnych UPS-ach jest również możliwość komunikacji z wykorzystaniem sieci komputerowych lub sieci komórkowych i bieżącego zdalnego monitorowania ich pracy.

Zmiany w technologii UPS-ów przemysłowych zmierzają w kierunku zwiększania ich sprawności, poprawy jakości napięcia wyjściowego (mały poziom harmonicznych, a więc czystość sinusoidy), współczynnika mocy wejściowej jak najbliższego 1. Innymi słowy, zasilacz taki to nie tylko awaryjne źródło energii, ale także sposób na zapewnienie jej wysokiej jakości, co w wielu przypadkach ma pierwszorzędne znaczenie.

Z takimi problemami boryka się głównie przemysł spożywczy i farmaceutyczny, dla których przerwanie procesu produkcyjnego to ogromny koszt. Stosowane może być wówczas zasilanie całej linii produkcyjnej łącznie z pompami i zaworami, ponieważ nawet krótkotrwałe zniekształcenie lub zanik napięcia może spowodować zatrzymanie przepływu substancji spożywczych lub farmaceutycznych.


Dostawcy systemów zasilania gwarantowanego

Szeroki i przekrojowy rynek powoduje, że tytułową tematyką zajmuje się dość duża liczba firm, dla których zasilacze bezprzerwowe są bardziej lub mniej ważnym produktem. Zależy to głównie od obszaru rynkowego aktywności firmy (specjalizacja), powiązania z producentem i profilem jego produkcji.

Oprócz dystrybutorów mamy w kraju też producentów takich rozwiązań, zarówno jeśli chodzi o proste jednostki, takie jak zasilacze buforowe, złożone systemy zasilania gwarantowanego dla przemysłu. Rynek jest na tyle różnorodny, że omawiając dostawców, trzeba ich podzielić na grupy o mniej więcej podobnym profilu i w kolejności rosnącej specjalizacji.

Zasilacze buforowe, akumulatory i wersje rozbudowane pełniące funkcję opisywaną jako UPS-DC sprzedają katalogowi dostawcy podzespołów elektronicznych i komponentów automatyki: TME, Elfa Distrelec, Farnell element14, Conrad Electronic. Są one oferowane przez firmy dystrybucyjne związane z automatyką przemysłową i elektroniką, jak Dacpol, Astat, Elmark Automatyka, Elhurt, BNS oraz Micros.

Zasilacze UPS i buforowe dostępne są też w firmach oferujących komponenty i systemy automatyki, komputery przemysłowe i podobne urządzenia oraz u różnych dystrybutorów, jak Siemens, Phoenix Contact, Weidmüller lub Murrelektronik.

Zasilacze buforowe oraz specjalistyczne jednostki zasilające współpracujące z akumulatorami wytwarza też kilku naszych krajowych producentów, jak Merawex, Polwat, Pulsar i kilku innych.

Tabela 2. Dane kontaktowe do firm

W zakresie zasilaczy UPS średniej i dużej mocy do zastosowań w IT i przemyśle na rynku mamy kilku polskich producentów - jak na przykład Medcom, CES, Ever i APS Energia oraz szereg firm zagranicznych - Schneider Electric (APC), Delta Energy Systems, Orvaldi, Eaton. Firmy te zajmują się dostawami kompletnych systemów zasilających oraz wdrożeniami.

Podobny obszar aktywności mają też firmy integracyjno-usługowe zajmujące się projektowaniem i wykonywaniem systemów zasilania bezprzerwowego, jak AG IT Project, Camco, Comex, Impakt, Anmaro. Poza typowymi i popularnymi systemami zasilania bezprzerwowego rynek uzupełniają też specjalizowani dostawcy akumulatorów i pakietów, jak np. Baterie Przemysłowe, Wamtechnik lub EMU.


Zestawienie w tabelach

Tabela 3. Plan raportów "Elektronika" na najbliższe miesiące

Przegląd ofert wymienionych firm i innych dostawców komponentów i systemów zasilania gwarantowanego prezentujemy w tabeli 1. Ma ona na celu ułatwić ogólną orientację i pozwolić na wstępną selekcję dostawców, np. po to, aby w kolejnym kroku móc przejść do szczegółowych pytań.

Tabela podzielona została na cztery sekcje poświęcone najpopularniejszym produktom tego typu (UPS-y, zasilacze buforowe, agregaty, akumulatory i usługi). W tabeli 2 prezentujemy dane kontaktowe do 42 firm z omawianego obszaru wraz z listą reprezentowanych marek.

Robert Magdziak

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców systemów zasilania gwarantowanego w Polsce.