Z uwagi na szereg zalet oraz właściwości eksploatacyjne, szczelne, bezobsługowe ogniwa i akumulatory ołowiowo-kwasowe oznaczane jako SLA (Sealed Lead-Acid – szczelne ołowiowo-kwasowe) lub VRLA (Valve Regulated Lead-Acid – ołowiowo-kwasowe regulowane zaworami) są najpopularniejszym rozwiązaniem wykorzystywanym przy budowie systemów zasilania awaryjnego. Artykuł prezentuje właściwości tego typu ogniw na przykładzie produktów firmy EMU.

Akumulatory bezobsługowe (VRLA), nazywane potocznie żelowymi, wykonuje się w dwóch technologiach: AGM oraz żelowej.
Akumulatory AGM są częściej stosowane i powszechnie używane w zasilaczach UPS, systemach alarmowych, kasach fiskalnych czy systemach oświetlenia awaryjnego. W akumulatorach wykonanych w technologii AGM (Absorbed Glass Mat) cały elektrolit jest uwięziony w separatorach z włókna szklanego o wielkiej porowatości, znajdujących się między płytami. Ogniwa takie charakteryzują się niższą rezystancją wewnętrzną, wyższym napięciem na zaciskach oraz dłuższym czasem pracy, szczególnie przy rozładowaniu dużym prądem. Jednym z głównych argumentów przemawiającym za tego typu rozwiązaniem jest również optymalizacja kosztów, gdyż są znacznie tańsze niż ich żelowe odpowiedniki.
Akumulatory żelowe posiadają elektrolit uwięziony w żelu, w wyniku dodania do kwasu siarkowego czynnika żelującego w postaci krzemionki. Wytrzymują one więcej cykli rozładowania/ładowania w porównaniu z odpowiednikami typu AGM, jak również są bardziej odporne na głębokie rozładowania, wibracje i wstrząsy, co jest szczególnie istotne w zastosowaniach mobilnych i przenośnych (praca cykliczna). Lepiej odprowadzają ciepło wytwarzane w akumulatorze przy przepływie prądu, dlatego często stosowane są w systemach narażonych na duże wahania temperatury otoczenia. Charakteryzują się również wysoką odpornością na ubytek elektrolitu podczas pracy, niskim stopniem samorozładowania oraz zwiększoną tolerancją na obniżoną jakość parametrów ładowania. Są zatem optymalnym rozwiązaniem w różnego rodzaju systemach wykorzystujących energię pochodzącą ze źródeł odnawialnych.
Zarówno akumulatory typu AGM jak i te wykonane w technologii żelowej charakteryzują się:
• bezobsługowością w zakresie obsługi elektrolitu – nie wymagają uzupełniania wody i ciągłej konserwacji elektrolitu (pomiary gęstości, poziomu itp.),
• szczelnością obudowy – mogą pracować w dowolnym położeniu (oprócz pozycji klemami do dołu) i w normalnych warunkach eksploatacji praktycznie nie wydzielają gazów,
• bezpieczeństwem eksploatacji – dzięki szczelności są nieszkodliwe dla otoczenia, a także nie wymagają pomieszczeń ze specjalną, wymuszoną wentylacją.

Rys. 1. Akumulatory EPL marki Europower, w technologii VRLA

Podstawowe wymagania eksploatacyjne

Należy pamiętać, że ogniwa i akumulatory VRLA są bezobsługowe jedynie w zakresie obsługi elektrolitu. W celu osiągnięcia projektowanej żywotności i zapewnienia niezawodnej pracy należy przeprowadzać regularne przeglądy okresowe oraz kontrole parametrów pracy, tj. pomiary:
• napięcia ładowania baterii,
• napięcia ładowania akumulatorów,
• rezystancji wewnętrznej akumulatorów,
• prądu ładowania baterii,
• temperatury w pomieszczeniu (nie powinna przekraczać 25°C).
W trakcie eksploatacji akumulatorów bezobsługowych należy bezwzględnie wystrzegać się:
• niedoładowania akumulatorów – zbyt niskie napięcie ładowania może doprowadzić do spadku pojemności baterii,
• przeładowania akumulatorów – ładowanie zbyt wysokim napięciem może doprowadzić do nadmiernego gazowania, utraty wody, wzrostu temperatury i ciśnienia wewnętrznego i w konsekwencji deformacji obudowy,
• dużych wahań temperatury otoczenia – zbyt wysoka temperatura może doprowadzić do znacznego skrócenia żywotności; zbyt niska temperatura znacznie ogranicza pojemność dysponowaną baterii,
• zbyt głębokiego rozładowania – rozładowanie poniżej dopuszczalnego poziomu może doprowadzić do zasiarczenia i częściowej lub całkowitej utraty pojemności oraz skrócenia żywotności akumulatora.

Ładowanie
Akumulatory bezobsługowe ładuje się metodą stałonapięciową z ograniczeniem początkowego prądu ładowania, który nie powinien przekraczać 0,3C (C – pojemność akumulatora). W przypadku swoich akumulatorów firma EMU zaleca, aby w miarę możliwości prąd ładowania nie przekraczał wartości 0,1C. W przypadku akumulatora 12 V napięcie ładowania przy pracy buforowej powinno zawierać się w granicach 2,25 do 2,30 V/ogniwo. Podczas pracy cyklicznej, gdy akumulator stanowi podstawowe źródło zasilania, napięcie jego ładowania powinno wynosić 2,40 do 2,50 V/ogniwo.

Rys. 2. Akumulatory EPS / EP marki Europower

Rozładowanie
Bezobsługowe akumulatory ołowiowo-kwasowe są wrażliwe na nadmierne rozładowania, które mogą doprowadzić do ograniczenia zdolności magazynowania energii w akumulatorze, zmniejszenia pojemności oraz skrócenia żywotności. Pozostawienie na dłuższy czas rozładowanego akumulatora prowadzi najczęściej do zasiarczenia i nieodwracalnego spadku pojemności. Minimalny dopuszczalny poziom napięcia, do którego można bezpiecznie rozładować akumulator zmienia się w zależności od prądu rozładowania i waha się w granicach od 8 do 10,5 V.

Rys. 3. Akumulatory EV (VRLA) marki Europower

Temperatura otoczenia
Kolejnym bardzo ważnym parametrem jest temperatura otoczenia. Znamionowa temperatura pracy akumulatorów bezobsługowych wynosi 25oC. Praca w podwyższonych temperaturach powoduje znaczne skrócenie ich żywotności. Żywotność zmniejsza się o połowę przy każdym wzroście temperatury o 8oC powyżej znamionowej temperatury pracy. Dla przykładu akumulator eksploatowany w 33oC zachowa 50% a w 41oC tylko 25% projektowanej żywotności. W celu uzyskania maksymalnej żywotności akumulatora pracującego buforowo należy:
• umieszczać akumulator z dala od urządzeń będących źródłem ciepła,
• zachować przynajmniej 1,5 cm odstępu wokół akumulatora oraz stosować urządzenia z otworami wentylacyjnymi w obudowie dla zapewnienia swobodnej cyrkulacji powietrza,
• stosować efektywną naturalną lub wymuszoną wentylację lub klimatyzację,
• stosować zasilacz z kompensacją temperaturową napięcia ładowania jeśli temperatura pracy będzie przekraczać 25°C.
Należy również pamiętać, że praca w wysokiej temperaturze (powyżej 40oC) oprócz znacznego skrócenia żywotności akumulatorów może doprowadzić również do ich uszkodzenia. Wzrost temperatury akumulatorów powoduje zmniejszenie ich rezystancji wewnętrznej, czego efektem jest zwiększenie prądu ładowania. Większy prąd podnosi temperaturę akumulatorów, więc ich rezystancja dalej maleje. Następnie cykl ten powtarza się prowadząc do tak zwanego rozbiegu cieplnego czyli braku stabilności termicznej akumulatorów. Gdy temperatura akumulatorów przekroczy 40oC proces ten przebiega lawinowo i doprowadza do nieodwracalnego uszkodzenia akumulatorów (przerwa lub zwarcie wewnętrzne, a w ekstremalnych przypadkach deformacja obudowy). Należy pamiętać, że przy temperaturze powietrza w pomieszczeniu na poziomie 40oC, temperatura akumulatorów umieszczonych wewnątrz zasilacza UPS będzie od kilku do kilkunastu stopni Celsjusza wyższa, w zależności od trybu pracy akumulatorów (ładowanie buforowe lub rozładowanie dużym prądem).

Ochrona środowiska

Właściwa eksploatacja oraz stosowanie się do zaleceń i wymagań producenta pozwala znacznie wydłużyć okres rzeczywistej żywotności akumulatora. Rzadsze wymiany oznaczają ograniczenie ilości odpadów, a więc znacznie mniejsze obciążenie środowiska naturalnego, co jest niezmiernie istotne z punktu widzenia obowiązujących przepisów i regulacji prawnych w zakresie sprzedaży akumulatorów i gospodarowania powstałymi z nich odpadami.
Akumulatory VRLA zawierają w sobie różnego rodzaju substancje niebezpieczne, w tym przede wszystkim ołów, który jest silną trucizną, stanowiącą duże obciążenie dla środowiska naturalnego. Dlatego ważne jest, aby dołożyć wszelkich starań w celu zminimalizowania ilości odpadów powstających ze zużytych akumulatorów. Jednym ze sposobów realizacji tego celu jest wybór produktów o długiej żywotności. Np. stosując akumulatory Europower serii EPL o żywotności projektowanej ponad 12 lat, minimalizuje się ilość odpadów i eliminuje koszt częstych wymian, co przekłada się na wymierne oszczędności w budżecie użytkownika systemu.

Rys. 4. Baterie i akumulatory muszą być oznakowane symbolem selektywnego zbierania,
a ogniwa i akumulatory ołowiowo-kwasowe (oraz pozostałe zawierające powyżej 0,004% wagowo ołowiu) muszą dodatkowo posiadać symbol chemiczny ołowiu – Pb

Recykling
Gdy jednak bateria akumulatorów osiągnie już kres swojej żywotności, należy pamiętać, że na użytkowniku ciąży szereg obowiązków nałożonych przez ustawodawcę mających sprawić, że zużyte akumulatory zostaną poddane procesom recyklingu i odzysku.
Ustawa o bateriach i akumulatorach z 24 kwietnia 2009 roku wprowadza podział baterii i akumulatorów na dwie grupy: przenośne i przemysłowe. Zgodnie z zamieszczoną definicją, akumulatory przeznaczone do awaryjnego lub rezerwowego zasilania energetycznego zaliczane są do akumulatorów przemysłowych. Do tej samej grupy należą akumulatory przeznaczone do współpracy z urządzeniami wykorzystującymi energię odnawialną oraz do pojazdów z napędem elektrycznym. Przepisy nakładają na podmioty wprowadzające do obrotu baterie i akumulatory obowiązek zawarcia umów z firmami zbierającymi i prowadzącymi zakłady przetwarzania zużytych baterii i akumulatorów. Do zadań dystrybutorów należy również zorganizowanie odrębnego systemu zbierania, gdyż są to odpady małe o znaczącym stopniu rozproszenia.
Każdy użytkownik końcowy ma natomiast obowiązek przekazywania zużytych baterii i akumulatorów podmiotowi zbierającemu tego rodzaju odpady i nie ponosi z tego tytułu żadnych dodatkowych kosztów.
Zgodnie z ustawą, wszystkie baterie i akumulatory muszą być oznakowane symbolem selektywnego zbierania (rys. 4), a w przypadku ogniw i akumulatorów ołowiowo-kwasowych (oraz pozostałych zawierających powyżej 0,004% wagowo ołowiu), dodatkowo należy umieścić symbol chemiczny ołowiu – Pb (rys. 4).
Ustawa przewiduje również instrument finansowy, jakim jest opłata depozytowa, a więc rodzaj kaucji pobieranej przy sprzedaży akumulatorów kwasowo-ołowiowych (samochodowych i przemysłowych) przez sprzedawcę detalicznego tych produktów – jeżeli kupujący nie przekazał mu zużytego akumulatora. W przypadku akumulatorów przemysłowych stawka opłaty depozytowej wynosi 35 zł za sztukę. Jeżeli w terminie 30 dni od pobrania kupujący przekaże zużyty akumulator, sprzedawca detaliczny jest obowiązany do zwrotu opłaty depozytowej. Nieodebrane opłaty depozytowe pobrane w danym roku kalendarzowym sprzedawca detaliczny przekazuje na konto bankowe urzędu marszałkowskiego.

Akumulatory Europower

Na polskim i europejskim rynku od wielu lat dostępne są akumulatory i ogniwa marki Europower. Produkty te znalazły zastosowanie w bardzo wielu aplikacjach w kraju i za granicą. Akumulatory i ogniwa Europower charakteryzują się wysoką powtarzalnością parametrów modeli z tej samej serii produkcyjnej oraz rzeczywistą żywotnością znacznie przekraczającą wartości projektowane. W wielu systemach UPS w Polsce wciąż pracują akumulatory Europower o żywotności projektowanej 5 lat zainstalowane ponad 8 lat temu. Akumulatory od 15 lat wytwarzane są w tej samej fabryce, a w procesie produkcyjnym umieszczono aż 24 punkty kontroli jakości. Rzeczywista żywotność akumulatorów Europower w systemach zasilania awaryjnego jest 2-3-krotnie dłuższa niż tanich, importowanych akumulatorów dostępnych na polskim rynku. Przykładem może być zastosowanie akumulatorów serii EPL o żywotności projektowanej ponad 12 lat. Znacznie rzadsze wymiany minimalizują ilość zużytych akumulatorów (odpadów), co oznacza mniejsze obciążenie środowiska naturalnego oraz wymierne oszczędności w budżecie użytkownika systemu.

Maciej Użarowski
Autor jest z-cą dyrektora handlowego ds. rynku
w firmie EMU