-
Måndag8-17
-
Tisdag8-17
-
Onsdag8-17
-
Torsdag8-17
-
Fredag8-17
-
LördagStängt
-
SöndagStängt
Energisystem och laddning
Lagra ström för att skydda din fastighet eller verksamhet mot strömavbrott
Vårt beroende av ström
Idag tar vi ström för givet och det behöver inte gå många strömlösa minuter innan utmaningarna börjar hopa sig. Vi får problem att hålla värmen i våra bostäder, kyl/frys fungerar inte, hur lagar vi mat? El-bilen går inte att ladda och sist men inte minst, varje barnfamiljs mardröm, inget Wi-Fi!
Även våra arbetsplatser är sårbara för strömbortfall, ett avbrott på 10-20 minuter är ofta inget problem tack vare reservkraft men är avbrottet mycket längre än börjar det kärva rejält, servrarna stänger ner, kassorna i matbutiken fungerar inte, passersystem, elektriska dörröppnare mm. sluta att fungera.
Många delar av vår centrala infrastruktur i städer är byggd för att klara 2-3 timmars strömbortfall men om vi från vår arbetsplats inte kan kommunicera med serverhallen så är det en klen tröst.
Strömavbrott som vi känner det är som regel ett resultat av oväder och stormar där träd faller över el-ledningar eller då en grävmaskin råkat gräva av en kabel. På senare tid har vi dock läst och hört om ett ”nytt” begrepp, nämligen strömransonering. Något som faktiskt delstaten Kalifornien tvingades införa så sent som i början av 2000-talet där hela kvarter stängdes av utefter schema bl.a. i IT industrins centrum Silicon Valley, Mountain View och Palo Alto vilket drabbade flera tunga industrier så som Intel, MIPS, Apple, HP osv med gigantiska produktionsföreningar som följd.
I denna artikel reder vi ut vilka teknikformer det finns för att lagra ström både med eller utan solceller samt hur man kan skydda sin verksamhet eller fastighet mot strömavbrott och strömransonering samt hur man räknar för att dimensionera detta.
Varför får vi strömavbrott när vi har brist på ström?
Denna fråga ligger som regel lite under ytan när man pratar om ström. Svaret brukar viftas bort som en självklarhet och frågeställaren står med minst lika många frågetecken som före.
Ett förenklat svar ur ett så komplext system är att ström tillverkas i ett till ett förhållande mellan den som konsumerar och den som producerar ström. Om en du konsumerar 10kW så måste din el-producent producera exakt lika mycket -10kW. (förluster etc borträknade) och i det fall konsumenten behöver 12 kW i stället så kommer det blixtsnabbt att produceras ytterligare 2kW och så håller det på tills man når den punkt då det inte finns mer energi att tillgå, då kommer generatorerna att stängas av för att inte överbelastas.
En del som styr detta nätets frekvens på 50Hz. Det innebär att strömmen växlar 50 gånger per sekund mellan plus och minus. Vid den tidpunkt då generatorerna kopplade till ett elnät inte längre kan producera den ström som efterfrågas så kommer frekvensen gå ned och då sjunker den till så pass nivå att det längre inte är brukbar ström.
Jämförelsen kan göras när man kör bil uppför en brant backe. Är backen för brant så kommer motorn inte längre kunna hålla uppe önskat varvtal och fart och bilen kommer åka allt långsammare och till sist stanna.
När man dimensionerar batterilagring är det viktigt att ha detta i beaktning eftersom man då driver sitt eget lilla lokala elnät. Den lagringslösning man väljer måste vara kraftfull nog att kunna driva de delar man vill kunna använda under strömavbrotten.
Vad ska man då tänka på efter ett strömavbrott?
I händelse av strömavbrott så är det lätt att tro att det bara är att sitta lugnt och vänta på att strömmen kommer tillbaka. Det är förvisso sant, men om man låter alla sina maskiner vara påslagna så kommer det bli en mycket kraftfull belastning på elsystemet i det ögonblick strömmen är åter.
Även större datacenter kan råka ut för samma överbelastningsproblematik när serverar, disksystem, switchar, lampor, kylaggregat etc startar upp samtidigt och man riskerar då ett längre avbrott än nödvändigt på grund av trasiga säkringar. I vissa fall kan man även råka ut för s.k transienter eller strömspikar som kan slå sönder delar av utrustningen.
Lösningen är att så i så stor utsträckning som möjligt slå av all elektrisk utrustning och sedan starta dessa maskin för maskin när strömmen är tillbaka. För känslig utrustning rekommenderas transientskydd som även ger ett visst skydd mot åska.
I ett datacenter är det som regel inte möjligt att manuellt slå på utrustningen då det är så många enheter som ska startas upp. Därför kan det vara lämpligt att använda sig av strömlister eller PDU'er som har sekventiellt påslag. Dessa startar per automatik upp ett uttag i taget och säkerställer på så sätt att nätet inte överbelastar samt även att all utrustning startar i rätt ordning.
Hur kan man lagra ström och säkerställa drift under ransonering eller vid naturliga strömavbrott?
Det finns ett flertal lösningar idag som funnits i många år men inte haft så stort genomslag på den Skandinaviska marknaden då vi under de senaste decennierna haft väldigt bra elnät och stabil elproduktion.
UPS, Uninterupted Power Supply, är det som vi som regel tänker på. Den är vanlkigtvis enkel att använda och du kan installera den själv utan hjälp av elektriker. Plugga in den i väggutaget och anslut efterföljande utrustning mot UPS:en.
Fram tills ganska nyligen har batterier vart ganska dåliga på att spara ström. Tesla, LG, Panasonic med flera har drivit på utvecklingen tillsammans med mobilföretagen Samsung och Apple med flera så idag kan man i princip bygga hur stora batterilösningar som helst, företrädelsevis med Lithiumbatterier då dessa har hög verkningsgrad och lång livscykel, plånboken och behov avgör.
Hur dimensionerar man en batterilösning?
Avgörande är hur många watt som ska drivas och hur länge. Gör därför en förteckning över din utrustning och rangordna dessa utefter behov. Notera sen den effekt som dessa maskiner förbrukar.
- Brödrost 1kW
- Kaffebryggare 1kW (Författarens Wilfa)
- Wi-Fi Router 20W
- 19" Swtich 70W
- Liten Server 300W
- Stor Server 1kW
- Elpanna modern villa 10kW
- Luftvärmepump för villa 2kW-10kW
- LapTop 50-100W
- Mobiltelefonladdare 5-20W
Bestäm sedan hur stor del av dessa du önskar skydda samt hur länge. Författaren menar att det viktigaste i listan ovan är Wi-Fi och kaffebryggaren. LapTop och mobiltelfon har redan batteri varpå de ligger längst ned i listan.
Beräkning och dimensionering - Beräkningen gör man i två steg där man först räknar ut hur stor UPS man behöver och därefter hur långt tid man önskar.
Beräkning: Wi-Fi routern ovan behöver kontinuerlig spänning medan kaffebryggaren enbart behöver ström när den brygger kaffe.
- Beräkningen blir 1000W (Kaffebryggare)+70W (Wifi Routern) d.v.s. 1070W
- Därefter så dividerar man med 0,8 vilket är en tumregel för att man skall ha lite marginal för s.k. startströmmar, strömspikar. 1070W/0,8 =1337W -> avrundat till närmsta hundratal ger 1300W. Detta är den alltså effekt som UPS:en som lägst behöver klara för att kunna starta utrustningen.
- Välj en UPS som har denna effekt (W).
Dimensionering av batterilagringstid: Efter att man beräknat effektuttaget behöver man även beräkna lagringstiden. Batteriet skall kunna leverera 1070W och vi bedömer vi vill klara ett tre timmar långt strömavbrott. Är det sannolikt att författarens kaffebryggare kommer konsumera ström i 3 timmar?
Svaret är nej, men det kanske kan vara aktuellt under en av dessa tre timmar. Det är däremot sannolikt att Wi-Fi routern kommer förbruka ström under hela strömavbrottet. Vi kommer nu behöva beräkna antalet Wh = Antal Watt gånger antal timmar (Watt hours eller Watt timmar).
(1h x 1000W[kaffebryggaren]) + 3h x 70W [wifi routern] = 1000Wh + 210Wh
Totalt antal Wh = 1210Wh eller 1,21 kWh
Vi behöver alltså en UPS som minst kan leverera 1,21 kWh i energi och ca 1,3kW(1300W) i effekt.
(I beräkningen av batteritid har vi exkuluderat att dividera med 0,8 för enkelhetens skull.)
Typer av lagringslösningar - UPS, inverter eller hybrid-inverter
UPS
En UPS innehåller som regel 3 delar.
- Likriktare - Gör om växelström till likström som kan lagras i batterier
- Batteri inkl. BMS (Batteri Management System), se förklaring i slutet
- Växelriktare - Gör om likström från batteriet till växelström
UPS säljs som regel färdiga och dimensioneras enligt beräkningsexemplet ovan. Inkoppling sker antingen med en vanlig Schuko kontakt i vägguttaget och så ansluts utrustningen till UPS:en via Schucko, C13 eller C19 till utrustningen. Det finns också UPS som ansluts till 3 fas uttag eller mot plint och i dessa fall så kan de koppas in centralt i fastigheten.
En UPS har som regel möjlighet till övervakning via mail samt att det går att styra vissa uttag och stänga av före batteriet tar slut så att man skall kunna spara ström så länga som möjligt. UPS är som regel byggda för att skydda datautrustning och därför kan de även kopplas till en server så att servern själv stänger av sig efter en viss tid.
Inverters
När man pratar om Inverters av olika slag så kommer namnet från växelriktare/likriktare som är delkomponenten som ingår i en UPS. Idag så är en inverter som regel lika avancerad som en UPS men skillnaden är som regel att alla batterier ansluts separat. Skillnaden mellan en UPS och en inverter är alltså ganska liten.
För den som har solceller så har man en inverter för att ta likströmmen som levereras från solcellerna och göra om den till växelström så den antingen kan säljas eller brukas lokalt.
I solcelllösningen så finns det idag tre typer av inverters.
- De som kan ansluta ett batteri så man kan ladda ström på dagen och förbruka den på natten.
- Batterilösa inverters som enbart gör om strömmen till växelström och matar ut den på elnätet.
- Inverter med möjlighet att ladda batteri både från elnätet och via solceller.
Den sista i listan ovan brukar kallas hybrid-inverters och är som regel något dyrare då det ingår lite mer komponenter.
Förenklad dimensionering av inverter och batterilagring från Solceller
I det ovanstående exemplet för UPS till kaffebryggare och Wi-Fi-router så utgick vi från att beräkna hur mycket effekt(Watt) det går åt att driva utrustningen och hur mycket energi (WattHour(Wh)) som går det åt att driva utrustningen en viss tid.
I en solcellanläggning så skall dimensioneringen göras efter hur stor effekt man kan producera. Man utgår alltså från hur många solceller man har. Solcellsanläggningar görs oftast i jämna steg om 5kW d.v.s. 5, 10, 15kW. Har man en anläggning som är på 9.2kW så skall man välja den närmast över d.v.s. 10kW. Efter 15kW så är det vanligt att man har en extra inverter men det finns system som klarar betydligt högre effekter beroende på fabrikat.
En anläggning på 30kW kan således byggas upp med två 15kW inverters.
Dimensionering av en solcellsinverter görs alltså efter hur mycket solcellerna kan producera.
Därefter så väljer man antingen en inverter som skall ha möjlighet att ansluta en batterilösning eller inte.
Dimensionering av batteri för en viss batteritid till inverter för solanläggning
Förutsatt att man har en inverter som har möjlighet att ansluta batterier behöver man se på vilken spänning som används. Det kan vara till exempel 48VDC (Volt likström) eller 72VDC eller 192VDC. Vi förespråkar att man använder Lithium batterier då dessa dels är mindre samt har betydligt längre livslängd. Batteriernas kapacitet beskrivs i Ah (Ampere Timmar). Ett batteri som kan leverera 100Ah kan alltså i leverera 100 Ampere i 1 timme, 50 ampere i 2 timmar, 25 ampere i 4 timmar osv.
Ett batteri med 100Ah och 48V nominell spänning, har en total energi på 100 x 48 = 4,8KWh. (Ohms lag)
Därefter skall man beräkna inkludera verkningsgraden (d.v.s. hur effektiv omvandling en av ström är från likström till växelström) i beräkningen.
Ett batteri med 4,8kWh med en standard inverter har en verkningsgrad på ca 91% d.v.s. den verkliga effekt man kan ta ut är (4,8*0,91) 4,36kWh. (notera att det finns inverter med så låg verkningsgrad som 50% och upp till de lyxigaste på 96%)
Om man nu har installerat en inverter på t.ex 10kW så betyder det att man kan ta ut 10kW max.
Hur länge räcker då ett batteri på 4.36 kWh
Vi har ovan beräknat att 4.36kWh är den energi vi har att tillgå i batteriet och med förluster i laddningen konstaterat att vi behöver ca 4.8kWh för att ladda upp batteriet.
I tabellen nedan visar vi hur länge 4.36kWh räcker vid olika effektuttag. kW x h ger kWh [effekt x tid = energi] Vi kan alltså välja att ta ut mycket effekt under kort tid eller lite effekt under lång tid.
Observera att vi inte dimensionerar för max effekt av invertern för att det måste finnas lite marginal.
| 8,72kW | 4,36kW | 2,18kW | 1,09kW |
| Max tid 30min | Max tid 60min |
Max tid 120min |
Max tid 180min |
I detta fall så måste man således säkerställa att man kan producera så mycket ström att man har ett överskott som motsvarar 4.8 kWh.
Batterikapacitet för en villa på 20kWh per dygn
I det andra fallet så vill vi veta hur mycket batteri som behövs för att driva en fastighet i 1 dygn. Det man först behöver göra är att bilda sig en uppfattning om hur mycket ström som fastigheten förbrukar. Enligt statistiken förbrukar en modern snittvilla ca 20 kWh.
Exempel kring villan nedan är för att ge en referens men man bör även ta med i beräkningen är att förbrukningen är högre under en kall vinterdag jämfört med en varm sommardag.
I detta exempel behöver vi alltså kunna ta ut totalt 20kWh över 24 timmar.
Då det finns 4,36kWh i ett batteri krävs (20kWh/4,36kWh) vilket ger 4.59 stycken batterier d.v.s. det behövs fem 100Ah batteri för att kunna klara en snittförbrukning på 20kWh.
Här ser man snabbt att det är lämpligt att anpassa sitt energiuttag för att göra av med så lite ström som möjligt och att det är väldigt lönsamt att använda strömsnåla maskiner för att på så sätt klara sig längre tid.
Hur kan jag använda en inverterlösning eller en UPS lösning i de fall jag inte har solenergi att tillgå?
En UPS laddas som regel via elnätet medan en batterilösning tillkopplad till en solcellsanläggning laddas via solen. Den lösning vi på Direktronik förespråkar är en inverter som kan laddas både vi solen och elnätet, en så kallad hybrid inverter. Dessa kan både konvertera ström från elnätet till batterier samt ta ström från solceller i övrigt fungerar den precis som en UPS.
Idag går det att köpa ström på spot-priser via tjänster som Tibber etc. därav kan man se att under vissa tider så är strömmen billig och i vissa fall gratis. Kan man då ladda strömmen under dessa tider? Svaret är Ja.
Det går alltså att ladda sina batterier via elnätet under den tid man har billig ström eller under den tid som man har ström om man vill skydda sig mot strömransonering eller naturliga strömavbrott.
I så fall ser beräkning lite annorlunda ut.
För att ladda ett batteri från elnätet på 100Ah så behöver enligt ovan 4.8kWh
Batteriet har likström och vi behöver således ta med verkningsgraden på omvandlingen av växelström till likström. Detta är nominellt mellan 0.9 till 0.95 och vi väljer den nedre av de två då detta är en produktoberoende text.
4.8kWh / 0,9 =5,44kWh
Det krävs alltså 5,44kWh för att batteriet skall laddas till 4,8kWh på grund av förluster. Det finns tillverkare som påstår att man inte har förluster men detta är i dagens läge extremt osannolikt även om det i teorin går att uppnå.
Vi summerar:
Växelström till likström (AC till DC)
5,44kWh för att få 4,8kWh i batteriet på 100Ah
Likström i batteriet tillbaka till användbar växelström (DC till AC):
4,8kW ger 4,36kWh användbar ström.
Kort om Direktroniks lösningar
Vi kan ta fram lösningar från 10W upp till 3600kW.
Vi har ett stort utbud av UPS som inte kräver elbehörgihet för att koppla in i Serverhallar, industrier eller i bostäder.
När det gäller batterilagringar för nödström, solcellanläggnigar etc som kräver fast inkoppling mot fastighetens elnät kräver vi i skrivande stund att det är intstallatörer som är inblandede i bygget av elsäkerhetstekniska skäl.
Vi kan vägleda dig i valet av lösning.
Kontakta din installatör eller elfirma för våra lösningar.
Vill du läsa mer om detta:
SVT: Varningen inför vintern: Elen kan stängas av
Svenska Kraftnät:Risken för bortkoppling av el i vinter har ökat
Vi är dessutom lätta att nå på chatt, mejl eller telefon: 08 52 400 700.
Missa heller inga artiklar i Kunskapsbanken, prenumerera på nyhetsbrevet
© Copyright 2022-10-18, innehållet är skyddat enligt lagen om upphovsrätt.
Topplista
populära produkterProduktområden
-
Avbrottsfri kraft (UPS) upp till 5000W
Kraftiga smarta UPS'er i från 12V DC, 230V, 100W till 5000W. Rackmonterade UPS'er samt tornmodeller. UPS med Lithiumbatterier, UPS med Blybatterier. UPS med SNMP, Reläkort UPS för inbyggnad och rack. On-Line eller LineInteractive lösningar
-
Åskskydd och Transientskydd för Ethernet RJ45 för 10/100/1000Mbit/s
Transientskydd och Åskskydd skyddar din utrustning mot elektriska överslag. Vid ett större elektriskt haveri eller vid ett närliggande åsknedslag så kan höga energier transporteras genom alla kopparkablar och skada serverar, datorer eller annan utrustning så som kameror. Direktronik har skydd för RJ45, BNC, Coax och givar/sensor-kablar(0-10V/4-20mA)
-
Grenuttag, strömlister och PDU
Från 10-250 Ampere Strömlister och PDU(power distribution unit) eller MPDU (Metered Power Distribution Unit). 1 eller 2 matanade ingångar för den mest kritiska datautrustning, kryptoserverparker eller webservers, sitter ofta i ett rack i datahallen. Det är värt en extra funderare innan man bestämmer hur och av vad de skall strömförsörjas.
