Właściwy dobór akumulatora do przetwornicy napięcia to niezwykle istotny element projektowania i budowy systemów zasilania awaryjnego, systemów solarnych, a także w aplikacjach mobilnych i stacjonarnych. Wybór ten zależy od wielu czynników, w tym od użytego akumulatora. W pierwszej części naszego artykułu przedstawimy istniejące na rynku typy akumulatorów.

Akumulatory - budowa i obszary zastosowań

Akumulatory ołowiowo-kwasowe

Akumulatory ołowiowo-kwasowe są skonstruowane z dwóch elektrod: anody wykonanej z ołowiu oraz katody z dwutlenku ołowiu, zanurzonych w elektrolicie będącym roztworem kwasu siarkowego. W trakcie ładowania zachodzą reakcje elektrochemiczne, które powodują konwersję energii elektrycznej na chemiczną i jej magazynowanie. Podczas rozładowywania akumulatora odwrócone reakcje chemiczne uwalniają zgromadzoną energię elektryczną, pozwalając na jej wykorzystanie w zewnętrznym obwodzie. Akumulatory ołowiowo-kwasowe są jednym z najstarszych typów akumulatorów wykorzystywanych w różnych aplikacjach ze względu na ich niezawodność, łatwość obsługi oraz stosunkowo niski koszt zakupu.

• Systemy zapasowego zasilania (UPS). Akumulatory ołowiowo-kwasowe są powszechnie używane w systemach UPS (Uninterruptible Power Supply), które zapewniają ciągłe zasilanie dla krytycznych urządzeń elektronicznych, takich jak komputery, serwery czy sprzęt medyczny, w przypadku awarii sieci elektrycznej.
• Systemy telekomunikacyjne. Ze względu na swoją zdolność do zapewniania stabilnego i długotrwałego zasilania, akumulatory ołowiowo-kwasowe są często stosowane w infrastrukturze telekomunikacyjnej do zasilania sprzętu w sytuacjach awaryjnych oraz jako buforowe źródło zasilania.
• Pojazdy elektryczne i maszyny. Są one używane w wielu pojazdach elektrycznych, w tym w wózkach widłowych, pojazdach golfowych oraz niektórych typach elektrycznych skuterów i motocykli, gdzie wymagana jest duża pojemność i odporność na cykliczne ładowanie i rozładowanie.
• Systemy alarmowe i bezpieczeństwa. Akumulatory tego typu są również wykorzystywane do zasilania systemów alarmowych, systemów bezpieczeństwa i oświetlenia awaryjnego w budynkach, gdzie długotrwałe zasilanie są podstawą ich niezawodności.
• Systemy rozruchu pojazdów. Tradycyjnie akumulatorów ołowiowo-kwasowych używa się do uruchamiania silników w samochodach spalinowych.

Akumulatory litowo-jonowe

Akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się zastosowaniem anody z grafitu oraz katody z tlenku metalu litowego, zanurzonych w elektrolicie zawierającym sole litu. W procesie ładowania litowe jony migrują z katody do anody, podczas gdy w trakcie rozładowywania przemieszczają się w kierunku odwrotnym, z anody do katody. Akumulatory te wyróżniają się wysoką gęstością energii, długą żywotnością oraz brakiem efektu pamięci, co czyni je idealnymi do zastosowań w nowoczesnych urządzeniach elektronicznych. Akumulatory litowo-jonowe są popularne w wielu nowoczesnych zastosowaniach ze względu na ich wysoką gęstość energii, długą żywotność i niską masę.

• Pojazdy elektryczne. Akumulatory litowo-jonowe są źródłem zasilania pojazdów elektrycznych (EV), w tym samochodów, motocykli, skuterów i rowerów elektrycznych, oferując długi zasięg jazdy i efektywność energetyczną.
• Systemy magazynowania energii (ESS) dla gospodarstw domowych, komercyjnych oraz w przemyśle, pozwalając na przechowywanie nadmiaru energii wygenerowanej przez instalacje słoneczne lub wiatrowe oraz na jej wykorzystanie w okresach niskiej produkcji.
• Zasilanie awaryjne i UPS. Chociaż mniej powszechne niż akumulatory ołowiowo-kwasowe, baterie litowo-jonowe zaczynają być stosowane również w zasilaczach awaryjnych ze względu na ich większą wydajność i dłuższą żywotność.

Akumulatory żelowe

Akumulatory żelowe stanowią zaawansowane warianty tradycyjnych akumulatorów ołowiowo-kwasowych. W akumulatorach żelowych elektrolit jest w postaci zagęszczonego żelu krzemionkowego, co zapobiega jego wyciekowi i umożliwia pracę w różnych pozycjach. Akumulatory AGM wykorzystują maty z włókna szklanego do absorpcji elektrolitu, co minimalizuje ryzyko wycieku oraz zwiększa odporność na wstrząsy i wibracje. Oba typy cechują się również zmniejszonymi wymaganiami konserwacyjnymi i dłuższą żywotnością. Akumulatory żelowe zawierają elektrolit w postaci żelu, co pozwala im na pracę w ekstremalnych temperaturach i minimalizuje ryzyko wycieku. Oto ich główne zastosowania:

• Fotowoltaika i inne systemy odnawialnych źródeł energii. Powszechnie stosuje się je w systemach solarnych do magazynowania energii, ponieważ są odporne na głębokie rozładowania i mogą pracować w różnych warunkach środowiskowych.
• Sprzęt medyczny. Akumulatory żelowe są używane w przenośnym sprzęcie medycznym, wózkach inwalidzkich i innych urządzeniach związanych z ochroną zdrowia.
• Zasilanie awaryjne. Ze względu na ich zdolność do długotrwałego magazynowania energii i niskie samorozładowanie, są idealne do zastosowań, które wymagają gotowości do pracy przez długi czas, na przykład w systemach alarmowych czy telekomunikacyjnych.
• Marine i rekreacyjne pojazdy (RV). Odporność tego typu akumulatorów na wibracje i możliwość pracy w różnych pozycjach sprawia, że są doskonałym wyborem do łodzi i pojazdów kempingowych.

 Akumulatory AGM

Akumulatory AGM  (Absorbent Glass Mat) wykorzystują maty z włókna szklanego, które wchłaniają elektrolit, co zapewnia im większą wytrzymałość mechaniczną i lepsze właściwości elektryczne. Ich główne zastosowania to:

• Systemy UPS. AGM są często stosowane w zasilaczach awaryjnych ze względu na ich zdolność do szybkiego rozładowywania i długiej żywotności.
• Pojazdy elektryczne. Wytrzymywanie dużej liczby cykli ładowania i rozładowania oraz szybkie ładowanie sprawiają, że AGM są popularne w transporcie elektrycznym.
• Aplikacje mobilne. W kamperach, przyczepach kempingowych i łodziach, AGM oferują niezawodność i bezpieczeństwo, będąc w stanie pracować w różnych położeniach bez ryzyka wycieku.

Typy akumulatorów, ich zalety i wady

 Zapraszamy do lektury drugiej części artykułu.