Dimensionamento delle batterie negli UPS standard di Borri

Oltre a proteggere il carico dai disturbi, come variazioni di tensione e armoniche, il compito principale di un UPS è quello di fornire alimentazione ininterrotta durante mancanze prolungate di rete. A questo scopo sono installate delle batterie di accumulatori, le quali, indipendentemente dalla loro tecnologia, costituiscono uno dei componenti più costosi dell’intero sistema. Un’ approfondita conoscenza dei parametri che influiscono sul dimensionamento della potenza di batteria è dunque fondamentale per permettere una corretta verifica dell’autonomia fornibile da un UPS e, dunque, una considerevole riduzione dei costi.

Potenza attiva e autonomia.

Un UPS può essere definito come un convertitore statico -il cui compito è trasferire potenza attiva al suo carico. Gli UPS in doppia conversione sono basati su un doppio stadio: nel primo un raddrizzatore – o convertitore AC/DC – preleva potenza dalla rete di alimentazione al suo ingresso e la fornisce alla sezione in corrente continua, che è collegata a sua volta alla batteria; nel secondo stadio un inverter – o convertitore DC/AC – usa la potenza della sezione in continua per generare potenza in corrente alternata, priva di disturbi, da fornire ai carichi. In ognuno dei due stadi una parte della potenza viene dissipata in calore all’interno dei due convertitori, generando quelle che sono chiamate “perdite” di raddrizzatore e di inverter.

Se consideriamo il funzionamento da batteria durante le mancanze rete, le perdite di inverter dovrebbero essere inserite nel calcolo della potenza totale che la batteria dovrà fornire per garantire l’autonomia desiderata. Questo può essere fatto dividendo la potenza necessaria al carico per il fattore di efficienza dell’inverter, così facendo si aggiunge correttamente la potenza che inevitabilmente sarà persa nell’inverter durante la scarica.

Prevenire il danneggiamento della batteria.

Le batterie possono essere definite come sistemi di accumulo dell’energia. I monoblocchi sono caricati alla loro massima capacità e configurati in modo da ottenere il necessario livello di tensione continua alla quale opera l’UPS e la quantità di energia utile a sostenere il carico per la durata dell’autonomia desiderata. Durante una scarica la potenza è trasferita dalla batteria al carico, risultando in una diminuzione della tensione di ogni accumulatore. Il processo di scarica deve arrestarsi prima che sia raggiunto il valore minimo di tensione sostenibile dalla chimica della batteria, o tensione di fine scarica, al fine di evitare un danneggiamento irreversibile. La tensione di fine scarica definisce la cosiddetta profondità di fine scarica, DoD (Depth of Discharge), ovvero l’entità della scarica. Data la natura chimica dell’accumulatore, la potenza fornibile in scarica è una funzione non lineare della durata e della tensione di fine scarica.

Maggiore è la durata, minore è la potenza prelevabile dall’accumulatore; minore è la tensione di fine scarica, maggiore è la potenza prelevabile. Questa relazione è mostrata sotto forma di tabella nelle cosiddette curve di scarica, dove i costruttori di batterie dichiarano la potenza fornibile da quel modello di accumulatore in funzione della durata della scarica e dell’intervallo permesso di tensioni di fine scarica.

Da parte loro, i costruttori di UPS dichiarano nelle schede tecniche il valore minimo ammissibile della tensione continua, oltre il quale l’inverter smette di operare. Per un dimensionamento corretto questo numero deve rimanere all’interno dei valori ammessi per la tensione di fine scarica dell’accumulatore prescelto.

Ricarica della batteria e dimensionamento dell’UPS.

Dopo una scarica le batterie devono essere riportate alla loro capacità nominale attraverso un ciclo di ricarica eseguito dal raddrizzatore. Il tempo necessario a ripristinare la piena capacità degli accumulatori dipende dal livello della corrente di ricarica fornita.Per quanto riguarda le batterie del tipo ermetico VRLA la corrente necessaria per una ricarica in 8 ore è tipicamente 0,1C, dove C è la capacità della batteria espressa in Amperora.

Negli UPS i raddrizzatori devono essere in grado di fornire la potenza nominale al carico collegato e contemporaneamente ricaricare le batterie di cui sono dotati. Se si deve rispettare il tempo di ricarica tipico sopra indicato, la corrente nominale di ricarica deve essere maggiore o uguale al valore 0,1C della batteria associata. Se questa condizione non è verificata, è necessario applicare un opportuno sovradimensionamento dell’UPS in fase di calcolo della taglia necessaria. Alcuni costruttori di UPS hanno sviluppato una funzione dedicata che permette, a scelta dell’utente, di destinare tutta la potenza eventualmente non utilizzata dal carico alla ricarica delle batterie, così da limitare il ricorso al sovradimensionamento ed ottenere delle soluzioni a più basso impatto economico.

Per maggiori informazioni sul dimensionamento degli UPS Borri contattaci a info@borri.it.