Spis treści:
Akumulatory żelowe, pomimo sporych rozmiarów i masy, są wciąż bardzo szeroko stosowane w pojazdach, systemach przemysłowych i telekomunikacyjnych oraz wielu innych aplikacjach.
Konstrukcja akumulatorów żelowych
Akumulatory żelowe są unowocześnioną odmianą tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych, stosowanych od dziesięcioleci głównie jako pokładowe źródło energii w samochodach (i nie tylko). Nazwa “żelowe” pochodzi od specyficznego rodzaju elektrolitu – jest to kwas siarkowy zmieszany z krzemionką, nadającą mu charakterystyczną gęstość. Dzięki takiemu zabiegowi możemy zminimalizować ryzyko wycieku kwasu – nawet jeśli obudowa akumulatora zostanie uszkodzona lub zainstalowana w „nietypowej” pozycji (np. do góry nogami lub na boku).
Warto wiedzieć, że akumulatory żelowe są projektowane tak, by ograniczać efekt gazowania, co pozwala na bezpieczną pracę w zamkniętych pomieszczeniach, bez ryzyka uwalniania do otoczenia szkodliwych gazów.
Zaleta ta zyskuje duże znaczenie m.in. w zasilaczach UPS, stosowanych do ochrony systemów komputerowych i serwerów przed nagłymi zanikami napięcia sieciowego. W porównaniu do tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych, ich żelowe odpowiedniki są także odporniejsze na ekstremalne temperatury, mają dłuższą żywotność oraz wykazują lepszą wydajność podczas długotrwałego rozładowania.
Akumulatory żelowe są dostępne w różnych pojemnościach i napięciach, mogą być zatem stosowane w rozmaitych aplikacjach – począwszy od zasilania małych urządzeń przenośnych (np. latarek, zwanych potocznie szperaczami), a kończąc na dużych systemach zasilania awaryjnego, spotykanych w branży telekomunikacyjnej i informatycznej.
Dobrym przykładem wysokiej jakości akumulatora żelowego (dostępnego w sklepie Botland!) może być model Xtreme 12V 20Ah. Jego wymiary wynoszą około 181mm (długość) x 77mm (szerokość) x 167mm (wysokość). Produkt może być używany w rozmaitych zastosowaniach, takich jak systemy UPS, centrale alarmowe, instalacje oświetlenia awaryjnego, sprzęt medyczny, aparatura telekomunikacyjna, a także małe, terenowe roboty mobilne.
Napięcie akumulatora – na którą wartość zwrócić uwagę w praktyce?
Co ciekawe, w przypadku każdego akumulatora można wyróżnić kilka wartości napięcia, które określają zalecane przez producenta zakresy pracy. Zdecydowanie najważniejszym parametrem katalogowym jest rzecz jasna napięcie nominalne – dla akumulatorów żelowych wynosi ono typowo 6V, 12V lub 24V. Wersje 6-woltowe są produkowane głównie w niewielkich pojemnościach i można je spotkać m.in. we wspomnianych wcześniej latarkach. Zdecydowanie najpopularniejsze są akumulatory 12-woltowe (stosowane m.in. w samochodach osobowych), nieco rzadsze natomiast – 24-woltowe (używane głównie w pojazdach ciężarowych).
Producenci określają zwykle również minimalne napięcie w stanie rozładowania – to nic innego jak końcowa wartość napięcia, poniżej której obciążenie powinno zostać odłączone, aby nie uszkodzić struktury akumulatora przez zbyt głębokie rozładowanie. Dla akumulatorów żelowych bezpieczna granica wynosi typowo około 1.75V na ogniwo, co daje nam 5.25V dla akumulatora 6V, 10.5V dla akumulatorów 12V oraz 21V dla wersji 24V. Warto także zwrócić uwagę na maksymalne napięcie, które akumulator może osiągnąć podczas ładowania. Dla akumulatorów żelowych wynosi zazwyczaj około 2.4V na komórkę, co przekłada się na 7.2V dla akumulatora 6V, 14.4V dla pakietów 12V i 28.8V dla modeli 24-woltowych.
W przypadku systemów zasilania buforowego akumulator pozostaje cały czas podłączony (niejako „równolegle”) do źródła zasilania – zwykle zasilacza sieciowego – ale nie jest intensywnie ładowany, a jedynie delikatnie doładowywany w celu podtrzymania optymalnej ilości zmagazynowanej energii. Dla akumulatorów żelowych zalecane napięcie pracy w tym trybie wynosi zazwyczaj około 2.25V na ogniwo, co – po przemnożeniu przez liczbę szeregowych ogniw, znajdujących się wewnątrz akumulatora – daje wartości 6.75V (dla akumulatora 6V), 13.5V (12V) i 27V (24V).
Przykładowe zastosowania akumulatorów żelowych
Akumulatory żelowe są powszechnie używane do zasilania instalacji elektrycznych pojazdów – nie tylko do rozruchu silnika, ale także do obsługi świateł, wyposażenia kabiny czy też dodatkowych systemów (np. alarmu). Dzięki zastosowaniu szczelnej konstrukcji opartej na elektrolicie w stanie żelowym, oferują one długą żywotność i są odporne na wibracje, co ma rzecz jasna pierwszorzędne znaczenie zarówno w samochodach, jak i motocyklach. Dodatkowo, brak ryzyka wycieku kwasu sprawia, że są one bezpieczne w przypadku kolizji. Warto dodać, że akumulatory żelowe można także spotkać w innych rodzajach pojazdów, np. przyczepach kempingowych, w których zasilają systemy oświetlenia, ogrzewania, klimatyzacji czy nawet… niewielki sprzęt AGD. Akumulatory kwasowo-ołowiowe (w ogólności) nie nadają się natomiast do zasilania głównego napędu w samochodach hybrydowych i elektrycznych – do tego celu używane są nowocześniejsze rodzaje pakietów, o ogromnej pojemności i wysokim prądzie rozładowania.
Jak już wspomnieliśmy, akumulatory żelowe są doskonałym źródłem zasilania dla latarek, szczególnie tych o dużych mocach. Długa żywotność oraz możliwość pracy w dowolnej pozycji sprawiają, że akumulatory żelowe wciąż bronią w swojej pozycji w tym segmencie rynku, pomimo znacznego upowszechnienia mniejszych i lżejszych pakietów litowo-jonowych. W przypadku zasilaczy UPS i systemów zasilania awaryjnego, akumulatory żelowe pozostają natomiast niezastąpione, a to głównie ze względu na swoją trwałość i niezawodność, łatwość łączenia w większe zespoły oraz dużą pojemność. Z podobnych przyczyn omawiana grupa akumulatorów znalazła także zastosowania w magazynach energii, zyskujących coraz większą popularność dzięki upowszechnieniu odnawialnych źródeł energii (OZE). Magazyny są w stanie przechowywać energię przez długi czas, co jest kluczowe dla efektywności i użyteczności nowoczesnych sieci typu smart grid.
Jak prawidłowo wybrać akumulator żelowy?
Przy wyborze akumulatora żelowego – czy to do własnego, tworzonego od podstaw projektu, czy też do serwisowanego urządzenia komercyjnego (np. zasilacza UPS) – należy wziąć pod uwagę szereg parametrów katalogowych. Zdecydowanie najważniejszy to oczywiście napięcie nominalne źródła energii (musi być ono zgodne z wymaganiami urządzenia, do którego będzie podłączone). Najczęściej spotykane są akumulatory o napięciu 6V, 12V lub 24V, przy czym w niektórych sytuacjach możliwe jest zastosowanie odpowiedniego połączenia dwóch lub więcej akumulatorów – przykładowo, szeregowe połączenie dwóch akumulatorów 12-woltowych pozwala zastąpić pojedynczy (zintegrowany) akumulator 24-woltowy. Należy przy tym pamiętać, że łączone źródła energii powinny mieć taką samą pojemność, co pozwoli efektywnie wykorzystać każdy z elementów składowych zespołu.
Kolejnym czynnikiem jest pojemność akumulatora, wyrażana w amperogodzinach (Ah) – to od niej zależy, jak długo akumulator będzie w stanie zasilać urządzenie przy danym poziomie obciążenia prądowego. Należy uwzględnić oczekiwany czas pracy urządzenia na jednym ładowaniu oraz maksymalny (chwilowy i ciągły) pobór prądu przez urządzenie. Duże znaczenie ma również dopuszczalny prąd rozładowania, szczególnie istotny w urządzeniach o wysokim poborze mocy (wykorzystujących np. silniki elektryczne czy grzałki).
W niektórych przypadkach ważny będzie również dopuszczalny zakres temperatur pracy akumulatora. Akumulatory żelowe są bardzo odporne na ekstremalne temperatury, jednak każde dostępne na rynku źródło energii ma określony zakres warunków otoczenia, w których działa najefektywniej. Dobór akumulatora o odpowiednim zakresie temperatur pracy ma największe znaczenie w przypadku urządzeń pracujących na zewnątrz budynków lub w pomieszczeniach narażonych na silne wychłodzenie bądź przegrzewanie (tj. nie wyposażonych w klimatyzację, systemy ogrzewania czy też izolację cieplną).
