Uvod
U ovoj seriji su objedinjena stečena znanja kroz prikaz jedne sheme gotovog sustava s LFP baterijama koju preporučuje proizvođač (Victron energy). Nije se ulazilo u detalje uređaja već samo na to kako su električki međusobno povezani. Ovo je sigurno koristan „korak prije“ za sve one koji planiraju i žele i sami nešto preurediti na svojem plovilu! No kako je nova LFP tehnologija jednom skupa, a drugi puta u stalnom razvoju, to ćemo ovaj puta prikazati nekoliko “klasičnih shema” i rješenja gotovih sustava s klasičnim olovnim baterijama!
Znamo da u našim imalo složenijim sustavima imamo nekoliko baterijskih banki na plovilu. I tu je uvijek umjetnost kako baterije spojiti i puniti zajedno dok radi motor plovila, a kako ih raspojiti kada energija kreće prema trošilima, sve u cilju da nam startna baterija bude uvijek puna i spremna za start i vožnju plovilom, bez obzira koliko smo energije potrošili iz drugih baterija na plovilu. Upoznali smo tako inteligentne releje Cyrix, no ovaj puta ćemo se vratiti kako s baterijama, tako i s rješenjem spajanja baterija dublje u „prošlost“. No ne posve, jer današnji ARGOFET Battery Isolator je uređaj koji staru osnovnu ideju spajanja baterija preko dioda na alternator oplemenjuje primjenom suvremenih elektroničkih poluvodičkih ventila koji otklanjaju sve mane upravo genijalno jednostavnog rješenja s diodama.
I ovaj puta se neće detaljno opisivati elemente, već će se učiti kako i zašto je nešto spojeno u cjelinu! Proučavanje gotovog i provjerenog rješenja čini nas sposobnim za pronicanje u moguće varijacije za svoje rješenje! A ako se negdje zapne uvijek se može prelistati koji stari nastavak gdje su uređaji i njihove funkcije detaljno opisani.
FN moduli i MPPT regulator
Besplatna sunčeva energija prikuplja se iz FN modula i predaje MPPT regulatoru punjenja baterija. U ovom dijelu sustava, slika 1., za podsjetiti je da količina FN modula zavisi o prostoru bez sjene na plovilu. Izabrani moduli određuju i MPPT regulator. MPPT regulator i moduli se uparuju zajedno. Za to kao pomoć postoji već više puta spominjana aplikacija „MPPT calculator“. Između modula i MPPT regulatora postavlja se DC zaštitni prekidač koji će služiti za prekidanje strujnog kruga prije bilo kakvih radova na stezaljkama MPPT regulatora ili modulima. Iako će razina napona u većini primjena biti dozvoljena za izravno diranje (do 120 V DC), ipak izrazito opasna može biti iskra pri rastavljanju strujnog kruga kojim teče istosmjerna struja. MPPT regulator može razmjenjivati podatke preko digitalne VE.direct sabirnice s Color control GX nadzornim uređajem cijelog sustava ako je u sustavu i može biti povezan na pametni telefon preko Victron connect programske aplikacije.
Veza alternatora, startne baterije i baterije opće namjene
U malo zahtjevnijim plovilima bit će prisutna startna baterija i baterija opće namjene, slika 2. Jasna je ideja zašto baterije moraju biti razdvojene ako se iz njih izvlači energija dok motor ne radi. Pametno je ne trošiti startnu bateriju, već startna bateriju držati stalno spremnu za start motora i napajanje uređaja bitnih pri vožnji. U tom slučaju čak i ako se baterija opće namjene isprazni, funkcija starta neće biti ugrožena. Čim se uključi motor, tada se opet mora omogućiti dopunjavanje obje baterije iz alternatora. Najjednostavnije je to napraviti preko dioda. Diode su jednosmjerni poluvodički ventili koji puštaju struju samo u jednom smjeru. Preko dioda možemo istovremeno puniti obje baterije, ali u pražnjenju se prazni svaka baterija pojedinačno iz svoga kruga. Ne može doći do prelijevanje energije iz jedne u drugu bateriju jer diode propuštaju energiju samu u jednom smjeru, dakle iz izvora-alternatora u svaku pojedinu bateriju. Za one malo manje vješte, simbol diode je strelica koja pokazuje smjer u kojem energija prolazi! Dobro je da sve baterije imaju servisnu sklopku i svoj nadzornik baterija. U protivnom izlažete se iskrenju pri raspajanju i spajanju baterija pri servisnim zahvatima.
Pri punjenju obje baterije preko dioda dolazi do pada napona na diodama u iznosu od 0,3 do 0,45 V pa postoji rizik da se baterije nikada ne mogu napuniti do kraja, u odnosu na punjenje da su priključene izravno na alternator. Zato se umjesto dioda primjenjuju tranzistori s efektom polja (engl. Field Effect Transistors, FET) koji djeluju jednako kao diode, ali na sebi imaju pad napona od prihvatljivih 0,02 V do 0,1 V. Neki pak alternatori moraju dobiti napon na svom B+ izvodu da bi uopće propustili struju prema baterijama. No zbog dioda, odnosno FET-ova ne može poteći struja iz baterije prema alternatoru i on ne može povratno osjećati na sebi napon baterije! Zbog toga se u uređaju s FET-ovima nalazi i „energize“ izvod koji pak omogućuje iznosom ograničeno napajanje alternatora preko izvoda D+. Tek kada preko D+ alternator osjeti napon baterije, tada će propustiti struju iz sebe prema baterijama na B+ priključku, slika 3.
Vrlo je važno da kabeli prema baterijama budu dovoljnog presjeka. Primjer: kada struja 100 A teče kroz kabel presjeka 50 mm² dugačak 10 m pad napona na njemu je 0,26 V. Slično, struja 50 A uz presjek 10 mm² i duljinu od 5 m stvara pad napona od 0,35 V. Pad napona na kabelu između alternatora i baterije znači da se baterija nikada neće moći napuniti do kraja, a to za olovo znači ubrzano smanjenje kapaciteta baterije! Baterija koja se ne puni do kraja, već nakon dva do tri mjeseca se više neće nikada moći napuniti do kraja, dakle nepovratno joj se gubi kapacitet.
U rješenju koje opisujemo na slici 4. je prikazan detalj spoja oko ARGOFET Battery Isolator uređaja i startne baterije. Na startnoj bateriji spojen je i neovisni punjač za slučaj dopunjavanja startne baterije kada je plovilo priključeno na obalu. Napon startne baterije mjeri se i prikazuje na nadzorniku baterija BMV712 koji je spojen tako da mjeri i pokazuje dva napona: napon startne baterije i napon baterije opće namjene. Na slici 5. je prikazan detalj spajanja ARGOFET Battery Isolator uređaja i baterije opće namjene. Uočava se servisna sklopka 1 koja će odlično poslužiti pri zahvatima na uređajima ili na baterijskoj banci. Za uočiti je i da je MPPT regulator punjenja spojen samo za nadopunjavanje baterije opće namjene, no kako se iz startne baterije energija zaista ne koristi za napajanje općih trošila to je nadopunjavanje startne baterije isključivo iz alternatora dostatno. No kada je plovilo priključeno na obalu mogu se razdvojeno dopunjavati obje baterije preko zasebnog punjača. Na bateriju opće namjene spojen je Smart battery sensor koji može preko ugrađenog bežičnog sučelja proslijediti informaciju o temperaturi i naponu baterije na pametni. telefon. Smart battery sensor se preko bežičnog sučelja može upariti s MPPT regulatorom punjenja baterije tako da se pri procesu punjenja baterije iz fotonaponskih modula uvažava i stvarna temperatura baterije, što će sigurno imati utjecaja na dugovječnost baterije opće namjene.
Izmjenični dio rješenja
Slika 6. Prikazuje izmjenični dio sustava. Autonomni izmjenjivač ima zadatak iz istosmjernog napona stvoriti izmjenični napon 230 V, 50 Hz na „AC out“ izlazu. Zadatak punjenja baterije dok je plovilo priključeno na obalu ima punjač baterija Phoenix smart charger. Taj punjač ima dva neovisna izlaza za neovisno punjenje startne baterije i punjenje baterije opće namjene. Mreža prolazi kroz ulazni zaštitni prekidač i RCD sklopku i dalje do „AC in“ ulaza punjača. Izlaz „AC out“ izmjenjivača prolazi kroz RCD sklopku i zaštitne prekidače izmjeničnih trošila koja su tako trajno napajana izmjeničnim naponom bez obzira na priključenost na obalnu mrežu. Izmjenična mreža na „AC out“ izlazu autonomnog izmjenjivača nema veze s obalnom mrežom. Na slici 6. se vidi spoj svih negativnih priključaka na zajedničku centralnu negativnu istosmjernu sabirnicu. Uočite i mjerni otpornik nadzornika baterije BMV 712 koji mjeri ukupnu struju koja ide u ili iz baterije opće namjene. Nadzornik baterije tako u cijelosti mjeri i pokazuje stanje baterije opće namjene (napon, struju, energiju, stanje napunjenosti), a napon startne baterije samo mjeri i prikazuje.
Na slici 6. je strelicom označeno mjesto na ulaznom dijelu izmjenične brodske instalacije. Kako bi se spriječila šteta od korozije metala plovila uslijed galvanskih struja poželjno je na tom mjestu primijeniti izolacijski transformator ili barem galvanski izolator. O oba ova uređaja već se također opširno pisalo u ovoj seriji, osnovnu ideju njihovog postavljanja može se vidjeti na slici 7.
Sve do sada opisane cjeline objedinjene su u jednu shemu na slici 8. To je originalna shema koja se u originalu može naći na stranicama Victron energy: https://www.victronenergy.com/upload/documents/VE-direct-drawing-with-Phoenix-charger-12-50-1-inverter-375W-MPPT-100-30.pdf
Na slici 8 prikazano je rješenje s dvije baterije: startnom baterijom i baterijom opće namjene. No vrlo često poželjet ćete napajati i treću bateriju na isti način. I ovu dodatnu bateriju je potrebno nadopunjavati u vožnji preko alternatora za što će nam poslužiti ARGOFET Battery Isolator za međusobni spoj tri baterije. Također kada je plovilo priključeno na obalu, onda punjač mora moći puniti istovremeno sve tri baterije. Najčešća primjena dodatne baterijske banke može biti za bateriju bočnog potisnika ili pak motor za sidro. Shema se neznatno mijenja i prikazana je na slici 9. a i ona se u originalu može naći na: https://www.victronenergy.com/upload/documents/VE-direct-drawing-with-Phoeniakvog x-charger-12-50-3-inverter-800W-Bow-thruster-MPPT-100-30.pdf
Slika 8. i slika 9. se može još i dalje dodatno varirati zamjenom punjača i autonomnog izmjenjivača bidirekcijskim pretvaračem. Također može se koristiti i Color control GX jedinica za objedinjavanje nadzora svih uređaja i dodatno povezivanje na besplatnu aplikaciju praćenja rada sustava preko interneta (VRM – Victron Remote Management). Jedna takva varijacija prikazana je na slici 10., a detalje tih uređaja smo također već u više navrata objasnili u našoj seriji. Ova se originalna shema može isto naći na: https://www.victronenergy.com/upload/documents/1.2KVA-12V-MultiPlus-230-Volt-system-example-with-Argo-Fet-and-MPPT.pdf
Zaključak
U ovom nastavku smo se „vratili u prošlost“. Na čas smo prekinuli našu seriju oko LFP baterija i ušli u pregled tipičnog rješenja sustava za napajanjem električnom energijom trošila na plovilu, ali s olovnim baterijama. Ključni dio je u svakom rješenju spajanje baterijskih banki pri punjenju i razdvajanje istih pri potrošnji iz njih. Opisana su rješenja spoja alternatora i baterija preko ARGOFET Battery Isolator uređaja. Zahvaljujući modernoj izvedbi poluvodičkih ventila koji su zamijenili klasične diode, spoj ostaje trivijalno jednostavan kao da baterije spajamo preko dioda zahvaljujući činjenici da je na ovim poluvodičkim ventilima neznatan pad napona u stanju vođenja što je bila osnovna mana rješenja s diodama!
Čitajući ovaj članak shvatit ćete koliko vam je poznato klasično „olovno rješenje“ i spajanje baterijskih banki diodama; da li s lakoćom prolazite kroz opis, da li vam je potrebno zaviriti u neki prijašnji nastavak (a bilo ih je kroz ove godine!) ili vam je ovo „teško štivo“. U svakom slučaju zadržite odgovornost prema sigurnosti plovila i osoba na njemu i zato nakon razrade ideje, razmislite i procijenite ipak dobro svoje snage! Iako je riječ o klasičnoj tehnologiji postoje tvrtke koje su za to registrirane i imaju potrebno iskustvo i izvest će sustav profesionalno. I vama i njima uvijek ćemo rado pomoći savjetom.