Kako rade invertori

Svi koristite neku vrstu elektronskog gedžete u svom automobilu. Možda slušate MP3 plejer, koristite navigaciju ili igrate prenosive video igrice. Ovi uredjaji se mogu puniti na upaljač od automobila.

Medjutim šta se dešava ukoliko želite više od toga? Možda želite da napravite tost, gledate LCD TV ili možda koristite svoj laptop? Ovi uredjaji uobičajeno rade u kućnim uslovima priključenjem na utičnicu u zidu. Da bi ovi uredjaji radili u vašem automobilu nije dovoljno da nadjete samo odgovarajući adapter, potreban vam je i invertor.

Invertori pretvaraju jednosmernu struju (DC), struju koja se nalazi u akumulatorima, u naizmeničnu struju (AC), vrstu struje kojom se iz elektrodistributivne mreže snadbevaju naši domovi. U samostalnim solarnim sistemima se takodje koriste ovakvi invertori.

Zašto je potrebno jednosmernu struju pretvarati u naizmeničnu?

Solarni paneli proizvode jednosmernu struju i ona se skladišti u solarnim baterijama a da bi bila prikladna za upotrebu u potrebno je da je invertor pretvori u naizmeničnu kako bi se nesmetano mogli koristiti svi kućni uredjaji.

Jednosmerna struja kreće se u kontinuitetu od negativnog priključka na akumulatoru kroz komletno strujno kolo i vraća se na pozitivni priključak na akumulatoru. Kretanje se odvija samo u jednom pravcu, odatle i ime jednosmerna struja. U baterijama je moguće skladištiti samo jednosmernu struju.

Jednosmerna struja je veoma korisna, ali baterije isporučuju relativno nizak jednosmerni napon. Mnogim uredjajima je potrebno više snage nego što baterije mogu da isporuče da bi pravilno radili. Većina kućnih aparata je dizajnirana da radi na 220V naizmeničnog napona. Naizmenična struja, konstantno menja polartet, krećući se u jednom smeru kroz strujno kolo a  onda se okreće i kreće u dugom pravcu. Ovo radi veoma brzo 50 puta u sekundi. Naizmenična struja se dobro ponaša pri velikim naponima, a naizmenični napon se može lakše podići preko transformatora na željeni nivo nego jednosmerni.

Invertor povećava jednosmerni napon, a onda jednosmernu struju prebacuje u naizmeničnu koju potom šalje do potrošača.

Dakle kako nam invertor daje visoki naizmenični napon od niskog jednosmernog napona?

Prvo da vidimo kako alternator proizvodi naizmeničnu struju. U svojoj najjednostavnijoj formi, alternator ima kalem (namotaj) ia rotirajući magnet u blizini. Kada se jedan pol magneta približi kalemu, struja se stvara u kalemu. Ova struja će rasti do maksimuma kako magnet prolazi pored kalema, spuštajući se dole kako se pol magneta odaljava. Kada se suprotan pol magneta približi kalemu, struja koja se indukuje u kalemu će se kretati u suprotnom smeru. Kada se proces u kontinuitetu ponavlja sa konstanstnom rotacijom magneta, stvara se naizmenična struja.

Da vidimo sada kako se povećava napon. Za podizanje napona se koristi transformator. Transformator takodje dozvoljava da se u kalemu indukuje struja.  U slučaju transformatora, promenljivo magnetno polje se stvara kretanjem naizmenične struje kroz drugi kalem. Svaki kalem kroz koji se kreće naizmenična struja proizvešće magnetno polje. Kako se menja smer struje koja prolazi kroz kalem - menja se i polaritet magnetnog polja. Ono što je specifično za transformator je da je napon koji se dobija na sekundarnom kalemu ne mora biti isti kao napon koji je na primarnom kalemu. Ukoliko je sekundarni kalem dvostruko veći (ima dvostruko više namotaja) od primarnog kalema, sekundarni napon će biti dvostruko veći od napona na primarnom kalemu. U principu na sekundaru možemo dobiti bilo koji napon prilagodavanjem veličina kalema.

Ukoliko kroz primarni kalem pustimo jednosmernu struju, struja se neće indukovati na sekundarnom kalumu pošto neće biti promenljivog magnetnog polja. Medjutim, ukoliko podesimo da jednosmerna struja efektivno i brzo menja pravac - onda dobijamo najprostiji invertor. Ovaj invertor će proizvesti naizmeničnu struju sa izlaznim signalom četvrtastog oblika pošto jednosmerna struja iznenada menja pravac kretanja.

Invertori sa čistim sinusom

Ipak nije sve tako jednostavno. Naizmenična struja koja dolazi iz elektrodistributivne mreže ima sinusni signal dok je signal koji dobijamo iz ovog jednostavnog invertora poprilično četvrtast. Neki električni uredjaji nisu tolerantni na ovako četvrtast signal, zato se teži da izlazni signal iz invertora bude što je moguće pibližniji sinusnom signalu. Tako postoji čitav niz invertora sa signalom modifikovanog sinusa koji nije četvrtast ali nije ni pravilnog sinusnog oblika.

Peglanje signala kako bi se dobio sinusni zahteva čitav niz filtera, induktora i kondenzatora. Jeftiniji invertori imaju jednostavnu ili uopšte nemaju filtraciju signala. Naizmenična struja koju oni proizvode ima veoma četvrtast signal, što je uredu ako samo želite da skuvate kafu ali ukoliko koristite složenije elektro uredjaje ovo može biti problem. Za sigurno i nesmetano funkcionisanje svih uredjaja treba vam čist sinusni signal a samim tim i invertor sa boljom filtracijom signala. Naravno invertori koji daju čist sinusni signal su skuplji. Postoje invertori koji proizvode čak i čistiji sinusni signal od samog signala koji dobijamo iz elektrodistributivne mreže.

Snaga invertora

Da bi znali koliko snažan invertor Vam je potreban, neophodno je da znate koje sve uredjaje planirate da povežete na invertor. Na svakom uredjaju imate nalepnicu (obično na poledjini) na kojoj piše koliko W (vati) taj uredjaj troši. Snaga invertora treba da bude veća od zbira snaga svih uredjaja koje priključujete na njega. Recimo, ukoliko na invertor priključite blender od 600W i recimo aparat za kafu od 600W u isto vreme, invertor treba da ima veću snagu od 1200W. Medjutim, ukoliko vi znate da nikada nećete u isto vreme da koristite aparat za kafu i blender, onda je dovoljan i invertor od 600W.

Nažalost stvari nisu bas toliko jednostavne. Uredjaji koji imaju elektromotore, pri pokretanju povlače veću snagu od one koju koriste u normalnom radu. Ova snaga koju povuku pri pokretanju je poznata kao pik (vrh), i ovaj podatak bi takodje trebao da se nalazi na nalepnici uredjaja. Većina invertora takodje ima pik snagu, tako da se treba postarati da pik snaga invertora bude veća od pik snage uredjaja koji planirate da priključite na invertoru.

Koliki je životni vek solarne baterije?

Šta utiče na životni vek baterije?

Ciklus baterije je jedan krug kompletnog punjenja i pražnjenja. Obično se pod time podrazumeva pražnjenje sa 100% na 20% i punjenje nazad na 100%. Medjutim ponekad se ciklus može meriti i do druge vrednosti recimo 10% ili 50% su takodje često korišćene vrednosti. Prilikom gledanja broja predvidjenih ciklusa u specifikaciji odredjene baterije obratite pažnu i na podatak do kog procenta se prazni baterija prilikom ciklusa.

Na slici je prikazan generalan grafikon koji uopšteno prikazuje odnos broja ciklusa i dubine pražnjenja baterije. Svaka baterija ima svoj specifičan grafikon koji pokazuje tačan odnos za konkretnu bateriju.

Životni vek baterije je u direktoj povezanosti sa time koliko se duboko baterija prazni i puni prilikom svakog ciklusa. Ukoliko se baterije prazne 50% svaki dan, trajaće duplo duže nego ukoliko se svaki dan prazne do 80%. Ukoliko se prazne do 10%, trajaće otprilike pet puta duže nego ukoliko se prazne do 50%. Očigledno ovo ima nekih praktičnih limita, naravno neželite da imate 5 tona baterija koje vam zauzimaju ogroman prostor samo da bi im povećali radni vek. Najpraktičnije je tj. najbolji odnos dubine pražnjenja baterije i životnog veka baterije je kada se baterija prazni do 50%. To ne znači da povremeno ne možete isprazniti bateriju i do 80%.

Uticaj temperature na baterije 

Kapacitet baterije (koliko Ah može da drži) se smanjuje ukoliko se smanjuje temperatura, a povećava ukoliko raste temperatura. Zbog toga vaš automobilski akumulator crkava tokom hladnog zimskog jutra, iako je dan prethodno popodne radio normalno. Ukoliko vaše baterije provode deo godine na hladnoći, kapacitet koji se gubi mora biti uračunati prilikom proračuna potrebnog kapaciteta baterija. Standardne karakteristike važe za uslove sobne temperature 25 stepeni. Na približno -27 stepena kapacitet baterije opada na 50%. Prilikom zamrzavanja, kapacitet opada za 20%. Kapacitet se povećava pri većim temperaturama na 50 stepeni kapacitet će biti otprilike 12 puta veći.

Napon za punjenje baterija će se takodje menjati sa promenom temperature. Variraće od 2.74V po ćeliji (16.4V) na -40 stepeni do 2.3V po ćeliji (13.8V) na 50 stepeni.Ovo je razlog zbog kog bi vaš kontoler punjenja trebao da ima u sebi uredjaj za kompenzaciju temperature.

Iako je kapacitet baterije na višim temperaturama veći, životni vek baterija se smanjuje. Kapacitet baterije se smanjuje 50% na -30 stepeni, ali se životni vek baterije povećava za 60%. Životni vek baterija se smanjuje na višim temperaturama, ovo važi za sve tipove olovnih baterija bez obzira da li su gel, AGM ili baterija sa tečnim elektrolitom.

Pročitajte i naš tekst o baterijama koje se koriste u solarnim sistemima.

Koje baterije se koriste u solarnim sistemima?

Šta je baterija?

Beterija može biti, u principu, bilo koji uredjaj koji čuva energiju za kasniju upotrebu. Kamen, podignut na vrh planine, može se smatrati nekom vrstom baterije, pošto je energija koja je utrošena da bi se kamen podigao na vrh planine (energija iz mišića) konvertovana i sačuvana kao potencijalna kinetička energija na vrhu planine. Kasnije, ta energija se oslobadja kao kinetička i toplotna energija kada se kamen skotrlja niz brdo. Složićete se da ovo nije previše praktično za korišćenje u svakodnevnom životu.

U svakodnevnoj upotrebi reč baterija koristimo za elektro-hemijski uredjaj koji konvertuje hemijsku energiju u električnu, pomoću galvanske ćelije. Galvanska ćelija je prilično jednostavan uredjaj koji se sastoji od dve elektrode različitih metala ili metalnih jedinjenja (anode i katode) i elektrolita (obično kiselina, ali ima i alkalnih). Baterija se dobija spajanjem dve ili više ovih galvanskih ćelija.

Dakle, baterije su uredjaji za skladištenje električne energije. Baterije ne prave električnu energiju, one je skladište, kao što bure za vodu skladišti vodu za kasniju upotrebu. Kako se hemijske reakcije u bateriji menjaju, električna energija se skladišti ili ispušta. U punjivim baterijama ovaj proces može biti ponovljen mnogo puta. Baterije nisu 100% efikasne – deo energije se izgubi u zagrevanju i hemijskim reakcijama prilikom punjenja i pražnjenja. Ako koristite bateriju od 1000W, trebaće vam 1050W ili 1250W ili više da bi je potpuno napunili.

Skoro sve punjive baterije su napravljene od olova (ima i NiCad baterija ali su uglavnom mnogo skuplje). Nekoliko vrsta Litijum-jonskih se pojavljuje na tržištu, ali je njihova cena dosta veća i nemaju svi punjači baterija prilagodjene programe za punjenje ovih baterija.

Vrste baterija

Baterije se dele na dva načina, po nameni i po konstrukciji (kako i od čega su napravljene).

Glavna podela po nameni je na: automobilske, brodske, baterije dubokog pražnjenja. Baterije dubokog pražnjenja se koriste u solarnim sistemima. 

Po konstrukciji se dele na: baterije sa tečnim elektrolitom (klasični akumulatori), gel baterije i AGM baterije.

Baterije sa tečnim elektrolitom su najčešće baterije koje su danas u upotrebi. Najrazličitijih su kapaciteta i oblika, i prave se za najrazličitije namene. Najčešće ih srećete kao automobilske akumulatore.

GEL i AGM baterije zajedno spadaju u grupu VRLA baterija. To su baterije koje su zatvorene, ali ne hermetički, i imaju takozvanu rekombinaciju kiseonika i vodonika unutar ćelija.

GEL baterije koriste gel kao elektrolit. Gel je na bazi silicijum-dioksida. GEL baterije su fleksibilnije za upotrebu od baterija sa tečnim elektrolitom ali nemaju fizičku snagu i izdržljivost AGM baterija. Velika prednost ovih baterija je odlična otpornost na hladnoću.

AGM baterije su najnoviji iskorak u evoluciji olovnih baterija. Umesto gela, AGM baterije koriste fiberglas kao razdvajač kako bi zadržali elektrolite na mestu. Ove baterije su otporne na okretanje, prevrtanje i moguće ih je montirati u bilo kojem položaju. AGM baterije su najotpornije na vibracije i udare.

Automobilske (startne) baterije se koriste za pokretanje motora. Za startovanje motora je potrebna velika startna struja u malom vremenskom periodu. Automobilske baterije imaju vek trajanja od odprilike 30-150 ciklusa dubokih pražnjenja, dok mogu trajati hiljadama običnih ciklusa paljenja automobila prilikom kojih se isprazne od 2-5%.

Brodske baterije su obično „hibridne“ i nalaze se negde izmedju automobilskih i baterija sa ciklusom dubokog pražnjenja.

Baterije sa ciklusom dubokog pražnjenja, su dizajnirane da daju stabilanu stuju tokom dužeg vremenskog perioda i da se povremeno isprazne i do 80%. Baterije sa ciklusom dubokog pražnjenja imaju manju startnu snagu u odnosu na automobilske baterije. Iako ove baterije mogu da se isprazne i do 80%, najbolji odnos veka trajanja baterije i cene se dobija ukoliko se baterija prazni do 50%.

Baterije sa ciklusom dubokog pražnjenja kao automobilske baterije?

U principu ovo je moguće, akumulator sa ciklusom dubokog pražnjenja se neće oštetiti ako se bude koristio kao automobilski akumulator.  Ali akumulator sa ciklusom dubokog pražnjenja iste veličine kao automobilski akumulator nema istu startnu snagu, slabiji je a uz to je i skuplji. Ukoliko se baterija sa ciklusom dubokog praznjenja koristi kao automobilska baterija onda ona treba biti za nijansu jača nego obična automobilka baterija kako bi se iz nje mogla povući dovoljna startna snaga. Ukoliko se stavi baterija sa dubokim pražnjenjem iste snage kao obična automobilska baterija, doćiće do oštećenja baterije.

Baterije koje se koriste u solarnim sistemima

U solarnim sistemima se koriste baterije sa ciklusom dubokog pražnjenja, koje po konstrukciji mogu biti i baterije sa tečnim elektrolitom, GEL ili AGM baterije. Automobilske baterije nisu prilagodjene za upotrebu u solarnim sistemima, gde je potrebno da baterije dugo i konstantno daju struju. Automobilske baterije imaju veliku startnu snagu u kratkom vremenskom periodu i ukoliko bi se koristile u solarnom sistemu, gde se baterije povremeno prazne io do 80% svoga kapaciteta, njihov radni vek bi se drastično smanjio.

Životni vek baterija

Životni vek baterija sa ciklusom dubokog pražnjenja će značajno varirati u zavisnosti kako se koristi, kako se održava i puni, temperature i drugih faktora. Evo nekih podataka o očekivanom životnom veku različitih tipova baterija ukoliko se koriste kao baterije u solarnim sistemima:

- Automobilski akumulator 3-12 meseci

- Brodski akumulator 1-4 godina

- AGM baterija sa ciklusom dubokog pražnjenja 2-6 godina

- GEL baterija sa ciklusom dubokog pražnjenja 2-8 godina

- Baterije sa tečnim elektrolitom sa ciklusom dubokog pražnjenja 1-4 godina

Prednosti AGM baterija u odnosu na GEL baterije i baterije sa tečnim elektrolitom

Elektolit AGM baterija neće iscureti čak ni ukoliko je baterija slomljena. Ovo donosi veliku prednost u transportu, smanjuje cenu transporta. Pošto nema tečnosti koja se smrzava i širi, praktično su otporni na oštećena od hladnoće.

Naponi punjenja ovih baterija su isti kao i naponi za punjenje standardnih baterija, tako da nema potrebe za nekim specijalnim podešavanjima ili nekompatibilnim punjačima. Unutrašna otpornost ovih baterija je veoma mala, tako da skoro da ni nema zagrevanja baterije.

AGM baterije imaju jako malo samo-pražnjenje otprilike izmedju 1-3% mesečno.

Prednosti GEL baterija u odnosu na AGM baterije i baterije sa tečnim  elektrolitom

GEL baterije imaju najveću otpornost na hladnoću, sto je veoma bitno u vremenskim zonama gde su zime veoma hladne. 

GEL baterije imaju najduzi životni vek.