Akumulator to podstawowy element każdego systemu magazynowania energii. Niezależnie od rodzaju, zawsze dobieramy go do systemu na podstawie potrzebnej mocy i pojemności. Bywa jednak, że nasze zapotrzebowanie ulega zmianie, a sama instalacja nie jest już wystarczająca. W takim przypadku najczęściej będziemy chcieli rozbudować instalację, a w tym celu skorzystamy z możliwości łączenia równoległego lub szeregowego. Którą metodę połączenia wybrać w jakim przypadku? Czym różnią się od siebie? Zapraszamy do zapoznania się z treścią.
Pierwszym sposobem, jakiemu się przyjrzymy jest łączenie akumulatorów szeregowo. Polega ono na połączeniu biegunów dodatnich i ujemnych w taki sposób, że biegun dodatni jednego akumulatora łączy się z biegunem ujemnym kolejnego. W efekcie powstaje „łańcuch” akumulatorów, w którym sumują się napięcia poszczególnych ogniw, natomiast pojemność pozostaje taka sama.
Przykładowo, jeśli połączymy dwa akumulatory 12 V o pojemności 100 Ah w układzie szeregowym, otrzymamy zestaw o napięciu 24 V i pojemności 100 Ah. Taką konfigurację stosuje się zatem w sytuacjach, kiedy potrzebne jest nam wyższe napięcie.
Warto wiedzieć, że łączenie szeregowe wymaga przestrzegania konkretnych zasad. Po pierwsze, łączone akumulatory muszą być tego samego typu. Powinny również mieć takie samo napięcie znamionowe, pojemność, stan naładowania oraz zbliżony stopień zużycia. Zastosowany kabel połączeniowy powinien być jak najkrótszy, aby zminimalizować straty energii. Dodatkowo (w przypadku akumulatorów żelowych i AGM) należy zastosować balanser zewnętrzny. Dlaczego jest to tak istotne? Połączenie akumulatorów o różnym stanie technicznym może prowadzić między innymi do nierównomiernego ładowania i rozładowania, co w dłuższej perspektywie skutkuje uszkodzeniem słabszego ogniwa i spadkiem wydajności całego układu.
Równoległe łączenie akumulatorów
Drugim sposobem łączenia jest połączenie równoległe akumulatorów. W tym układzie wszystkie bieguny dodatnie łączy się ze sobą i wszystkie bieguny ujemne łączy się ze sobą. Tym sposobem napięcie całego zestawu pozostaje takie samo jak napięcie pojedynczego akumulatora, natomiast sumują się ich pojemności.
Zatem jeśli połączymy dwa akumulatory 12 V o pojemności 100 Ah równolegle, uzyskamy zestaw o napięciu 12 V, ale o łącznej pojemności 200 Ah. Dzięki temu układ może dostarczyć większy prąd przez dłuższy czas, co jest szczególnie istotne na przykład w systemach zasilania awaryjnego UPS.
Podobnie jak w przypadku połączenia szeregowego, tutaj także należy trzymać się określonych zasad, w tym:
- połączone akumulatory muszą być tego samego rodzaju, o takiej samej pojemności i napięciu. Powinny być również w podobnym stanie technicznym i posiadać taki sam stopień naładowania (Połączenie nowych i zużytych akumulatorów może doprowadzić do niekontrolowanych przepływów prądu wyrównawczego między nimi, co w konsekwencji może prowadzić do przegrzewania, szybszego zużycia, a nawet uszkodzenia),
- przewody połączeniowe powinny być jak najkrótsze,
- aby uniknąć różnic w rezystancji wewnętrznej, akumulatory muszą być wymieniane równocześnie
Wady i zalety połączenia szeregowego i równoległego
Oba opisane przez nas sposoby łączenia mają swoje wady i zalety. W przypadku połączenia równoległego jest to zwiększenie pojemności przy zachowaniu napięcia, dłuższy czas pracy zestawu przy tym samym obciążeniu i możliwość równomiernego rozkładu obciążenia między akumulatorami. Do wad natomiast możemy zaliczyć wymóg identycznych parametrów i napięć akumulatorów, zwiększone ryzyko prądów wyrównawczych przy różnicach napięć i nierównomiernego rozładowania.
Podobnie sprawa wygląda w przypadku połączenia szeregowego. Tutaj do zalet można zaliczyć zwiększenie napięcia układu bez zmiany pojemności i możliwość zasilania urządzeń wymagających wyższego napięcia. Wadą jest z kolei konieczność stosowania identycznych akumulatorów i fakt, że uszkodzenie jednego akumulatora może unieruchomić cały zestaw.
Rezystancja wewnętrzna – czym jest?
W przypadku równoległego łączenia akumulatorów wspomnieliśmy krótko o rezystancji wewnętrznej. Jest to opór, jaki napotyka prąd przepływający wewnątrz akumulatora.
Każdy akumulator posiada pewną wartość rezystancji wewnętrznej, która zależy od jego konstrukcji, pojemności, temperatury oraz stopnia zużycia. Im mniejsza rezystancja wewnętrzna, tym lepiej akumulator przewodzi prąd, a więc jest w stanie dostarczyć większy prąd rozruchowy. Wysoka rezystancja z kolei powoduje spadki napięcia pod obciążeniem, straty energii w postaci ciepła oraz niższą sprawność całego układu. Wzrost tego procesu jest związany z naturalnym efektem starzenia się akumulatora. Przy łączeniu akumulatorów – zarówno szeregowo, jak i równolegle – różnice w rezystancji wewnętrznej między poszczególnymi ogniwami mogą prowadzić do nierównomiernego obciążenia. W układzie szeregowym skutkuje to różnymi poziomami napięcia na akumulatorach, natomiast w układzie równoległym – przepływem prądów wyrównawczych między nimi. Dlatego właśnie tak istotne jest, aby łączyć akumulatory o zbliżonej charakterystyce i w podobnym stanie technicznym.
Podsumowanie
Łączenie akumulatorów stanowi kluczowy etap rozbudowy wszelkiego rodzaju systemów energetycznych. Prawidłowe stosowanie połączeń szeregowych i równoległych, dobór akumulatorów o zgodnych parametrach oraz regularne monitorowanie ich stanu pozwala na bezpieczną, efektywną i długotrwałą pracę całego układu. Dzięki tym zasadom użytkownicy mogą maksymalnie wykorzystać potencjał swoich akumulatorów i zwiększyć żywotność instalacji.