Как сделать резервное питание для квартиры на случай отключения света

В этой статье автор рассмотрел возможные системы резервного питания на примере того, что есть на рынке Украины и соседних государств.

Об этом пишет Мастерская Мольфара. После публикации предыдущей статьи о теории резервных источников питания автор получил большое количество вопросов и просьб описать реальные решения для удовлетворения определенных потребностей и как это все установить.

Но прежде всего следует четко сформировать идею резервного источника питания в виде инвертора или зарядной станции. Эта система – – это запас энергии, который позволит удовлетворить ваши потребности в электроэнергии на ограниченное время. То есть это не вариант полноценной работы вне электросети, а только кратковременное питание при аварийных ситуациях.

Также важно понимать, что для работы такой системы нужно брать запас электроэнергии. Во время веерных отключений, когда электроэнергия периодически появятся и есть возможность пополнить этот запас, оно будет хорошо работать. При полном блекауте все же нужно искать полноценный альтернативный источник электроэнергии, в частности генераторы. Хотя при наличии инвертора можно заряжать аккумуляторы на месте, где есть электроэнергия или генераторы, а затем приносить их домой.

Система "сел-поехал"

Когда все говорят о правильных синусах, инверторах, литиях и других непонятных сроках, а вам нужно лишь увеличить продолжительность работы ноутбука или смартфона – это для вас.

Это решение – готово " портативные зарядные станции ", как их называют производители. Среди имеющихся на рынке, самые популярные – EcoFlow и BLUETTI. Эти приборы являются готовой сборкой электроники управления и аккумуляторов, которая предусматривает выходы USB, автомобильного прикуривателя (12 В постоянного тока), а также евророзетку (230 В переменного тока) Ничего собирать не нужно, только приобрести, заряжать и пользоваться.

• Преимущества – простое управление, малый вес, мобильность. Есть информативное приложение. Имеются аксессуары с интуитивным интерфейсом. Использование максимально безопасно. Подключение очень простое – просто подключаете штекер вашей техники в соответствующее гнездо на станции. Все готово.
• Недостатки – цена, ограниченная мощность, ограниченное масштабирование.

Идеально подходят для вашего ноутбука, смартфона или терминала Starlink. Все эти устройства не требуют специфического питания или могут подключаться непосредственно к выходам USB. Можно использовать с газовыми котлами ( с нюансами ), игровыми приставками или телевизорами. Даже электрочайник будет работать, но заряд потеряете почти сразу. Что касается холодильников, то производитель в инструкции отмечает, что запускать холодильники не рекомендуется в режиме X-Boost. Считаю нужным этой рекомендации придерживаться.

Сложность подключения существует только с газовыми настенными котлами. Без связи с "землей" станция находится в "плавающем состоянии" относительно земли. Поэтому сенсор разжигания котла не всегда может установить состояние зажигания. Котел будет пытаться выполнить пыл и возможно ему это удастся:

Но чтобы работа была плавная и стабильная, нужно "заземлить" станцию.

В EcoFlow это можно сделать просто оставив подключенным кабель питания к электросети квартиры (несмотря на то, что электричества нет).

Альтернативно, можно убедиться, что у зарядной станции есть выход заземления на корпусе, и уже его подсоединить к заземленной розетке в квартире. Для этого лучше изготовить простой переходник, где кабель подсоединить к контакту "земля" штекеру, далее штекер соединить с заземленной розеткой, а затем этот же кабель подсоединять к винту заземления.

Внимание! Работа с открытыми источниками высокого напряжения опасна для жизни, нельзя затрагивать неизолированные контакты на штекере, когда от подключен к электросети, даже если в ней на данный момент отсутствует электричество!

В интернете еще "гуляют" другие варианты, в частности как "заземлять" один из выходов инвертора, но автор не советует таким заниматься, если вы не уверены что сможете это сделать правильно и безопасно.

Помимо имеющихся выходов, самое важное в выборе определенной модели станции это емкость и мощность. Поэтому конкретную модель выбираем сначала по мощности. Для длительной работы или работы таких приборов как холодильник требуется большая номинальная мощность. Хотя важно понимать, что работа современных холодильников – это непростой процесс запрограммированных циклов с кардинально разным потреблением и холодильники лучше не запускать с таких станций на длительное время.

Система на основе инверторов или источников бесперебойного питания

Более сложными в сборке, установке и использовании будут комбо инвертора и зарядного с внешними аккумуляторами. Но такие системы подходят для любых нужд, а все из-за невероятного количества вариаций, которые можно скомбинировать из имеющихся комплектующих. Здесь существуют как готовые корпоративные решения в виде источников бесперебойного питания (ИБП) для компьютеров или серверов, так и разнообразные инверторы для электросетей off-grid, то есть независимых от глобальной электросети.

Схема резервного источника такая – система пропускает электроэнергию из сети в нормальных условиях, а также подзаряжает аккумуляторы (синие стрелки). При проблемах с электросетью накопленная энергия используется для питания нужных приборов (красные стрелки).

Такие системы не бюджетны. Но я все же автор рекомендует устанавливать полноценную систему, поскольку это инвестиция в сохранение приборов вашего дома.

Для выбора такой системы сначала нужно определиться с потребителями:

• Группа 1: стационарные компьютеры, ноутбуки, смартфоны. Питать ноутбуки и смартфоны через инвертор нецелесообразно (огромные потери на преобразование), но стационарные ПК, телевизоры и игровые приставки нуждаются именно в 230 В. Основное, что нужно здесь знать, что блоки питания этой техники – импульсны, и могут работать в широких пределах напряжений. достаточно толерантны к параметрам переменного тока.

• Группа 2: газовые котлы, вытяжки, циркуляционные моторы, насосы, кофейные ростеры, швейные машинки – есть все, что имеет в своем строении маломощные электродвигатели. Вот им важна форма сигнала переменного тока, а им нужен определенный пусковой ток для запуска двигателя и в моменты сильной нагрузки.
• Группа 3: холодильники, кондиционеры, пылесосы, компрессоры, мощные вытяжки. В строении этих устройств имеются мощные двигатели, которым также важна форма переменного сигнала, но характерен значительный пусковой ток.

В этом разделе инвертор для устройств каждой следующей группы будет работать с устройствами предыдущих групп. То есть, если далее в статье указывается, что инвертор для группы 3, то не будет проблем его использовать с группами 2 и 1.

А вот если указано, что меньшей группы, то такой инвертор может и подойти для более высокой группы (при наличии соответствующей мощности), но автор считает нужным брать более мощные и более технологичные устройства более мощных потребителей. И не столько из-за формы сигнала, сколько из-за оптимального использования заряда аккумуляторов.

Для всех групп могут подойти как низкочастотные, так и высокочастотные инверторы, как трансформаторные, так и бестрансформаторные. Лучше низкочастотные трансформаторные инверторы для тех же холодильников, но это не аксиома. Здесь же это больше вопроса цены и удобства – те же характеристики могут обеспечивать и условно дешевые громоздкие низкочастотные трансформаторные, и довольно дорогие компактные легкие высокочастотные инверторы.

Автор выбирает "золотую середину" – покупать топовые модели дешевых низкочастотных инверторов для хороших характеристик и более дешевого ремонта. Условно дешево и сердито.

Сборка системы начинается с выбора аккумуляторов

Все инверторные системы нуждаются в аккумуляторе или аккумуляторной батарее. Первый шаг в выборе аккумулятора состоит в определении вида аккумулятора. Выбор целой системы инвертора начинается с выбора вида аккумуляторов. Из наиболее распространенных и проверенных – литий-ферум-фосфат и свинцовые. Разница в цене велика, но и характеристики разные.

Они оба подходят для аварийных систем, однако литиевые характеризуются небольшой массой, надежностью, длительностью, большим количеством циклов разряда и что самое главное – наибольшей скоростью заряда. Недостатками являются специфичность зарядки, редкость на локальном рынке умеющих с ними инверторов и необходимость в специальных платах BMS.

Свинцовые аккумуляторы гораздо тяжелее, имеют ограниченное количество циклов и требуют определенного небольшого тока зарядки, а потому, как следствие, заряжаются достаточно долго. Достоинствами являются низкая цена, простота эксплуатации и распространенность.

Если вам нужно быстро обновлять запасы энергии через частые и долговременные отключения – , то ваш выбор то литий-ферум-фосфатные аккумуляторы. Это, например, включение электроэнергии 2-3 часа в сутки. Если же включение и выключение соотносятся приблизительно 50% к 50%, то свинцовые будут делать свою работу без заморочек. Несмотря на это, убедитесь в том, что желаемый или имеющийся в наличии инвертор таки поддерживает ваш тип аккумуляторов, и то лучше из нескольких источников.

Следующий шаг – выбор параметров: емкости и напряжения

Емкость аккумулятора определяется сначала по необходимости, а затем и возможностям зарядного в потенциальных инверторах.

Пусть есть котел (100 Вт) и холодильник (100 Вт), а продолжительность работы – 8 часов. Поэтому минимально необходимая емкость будет ((100 Вт + 100 Вт) * 1.15 (85% КПД) + 50 Вт (самообеспечение инвертора)) * 8 часов = 2240 Вт·ч. Но обычно емкость пишут не во В·ч, а в А·ч. Чтобы получить эти более распространенные единицы измерения, необходимо знать номинал напряжения аккумуляторов, находящийся в системе.

Номинал напряжения выбирается в зависимости от имеющихся инверторов, хотя лучше иметь инвертор на большее напряжение. Собственно, для 3-й группы автор рекомендует 24 В. При таком напряжении ток из аккумуляторов будет меньше, а значит и меньше будет проседание при пуске моторов. Для группы 2 достаточно и 12 вольт.

Стандартное напряжение свинцового аккумулятора 12 В, как тогда получить 24 В? А здесь нужно пользоваться правилом последовательного соединения источников тока – напряжение каждого элемента суммируется, а емкость сохраняется постоянной. Итак, если нужен номинал напряжения батареи 12 В, то можно использовать всего один аккумулятор на 12 Вольт. Если номинал батареи должен быть 24 В, то нужно два аккумулятора соединить последовательно.

Итак, если планируем инвертор на 24 В, то нам нужно минимум два аккумулятора. Рассчитанная выше емкость 2240 Вт·ч при 24 В будет равна 93 А·ч. Такую емкость можно получить на тех же двух аккумуляторах, если их емкость будет 93 Ач.

Номинал емкости не бывает произвольным, предпочтительно 7, 10, 12, 20, 50, 65, 100 или 200 А·ч. Ближайшая к рассчитанной стандартная емкость 100 А·ч. Следовательно, нужно искать именно такой аккумулятор для удовлетворения потребности 8 часов работы котла с холодильником.

Не всегда можно найти аккумулятор желаемой емкости, поэтому аккумуляторы объединяют в батареи параллельным подключением дополнительных аккумуляторов. Если 24 В, то вам в пару нужна еще одна пара аккумуляторов. Если 12 В – то к одному имеющемуся параллельно подключают еще один.

Максимальное количество подключенных аккумуляторов ограничивается зарядной способностью зарядить эти аккумуляторы. К примеру, большинство инверторов LogicPower/VoltPolska имеет зарядное на 10 А или 15 А. Поскольку требование заряда для свинцовых аккумуляторов 0.1С (где C – это емкость), то оптимально зарядить такой инвертор сможет только батареи емкостью 100 А·ч или 1 ⋅час соответственно. Конечно, слабее зарядное сможет заряжать и большую емкость, но время заряда будет больше.

Среди свинцовых аккумуляторов резервных источников подходят аккумуляторы AGM и гелевые. Подойдут и первые и вторые, если они предназначены для глубокого разряда (обычно на них же написано deep cycle) и являются герметичными. Например, это Kijo JDG 12V 100Ah GEL, Challenger G12-100 или LogicPower LPM-GL 12V 150AH.

А вот обычные автомобильные с редким электролитом автор советует не брать.

Специфические нюансы со свинцовыми аккумуляторами

Нюанс 1: Та емкость, написанная на аккумуляторе, не означает, что именно столько энергии вы сможете использовать.

При выборе емкости аккумулятора важно понимать, что номинальная емкость это емкость при определенной мощности. Производители эту деталь указывают в даташите (документ с техническими характеристиками).

Например, в даташите указано, что емкость 100 А·ч гарантирована при токе 10 А. 10 А в батарее 12 В это 120 Вт выходной мощности, при 24 В – 240 Вт. Так что случай, когда у нас аккумуляторная батарея на 24 В лучше, поскольку при 200 Вт нагрузка ток будет в пределах 10 А, а это значит, что емкость аккумулятора может быть использована полностью. Если же будет один аккумулятор в батарее на 12 В, то ток при 200 Вт будет 17А, а значит определенная часть энергии не будет использована вообще.

Бывает еще другое обозначение – в даташитах или на аккумуляторах пишут C100, С20, C10 или C5 с разной емкостью.

Здесь это значение означает емкость, которую можно получить разряжая током, который вычисляется из формулы C/100, C/20, C/10 или C/5 соответственно где – емкость, а число после него часа. Итак, если на аккумуляторе пишет C100 100 А·ч, то это означает, что 100 А·ч будет получено, если разряжать аккумулятор 100 часов током 100 А·год / 100 часов = 1 А. А если пишет C20 70 А·год (как) на фото выше), то это значит что 70 А⋅час можно получить, если разряжать аккумулятор 20 часов током 70 А⋅час / 20 часов = 3.5 А. Это та же информация, что в примере даташита аккумулятора Kijo JDG 12 100Ah GEL, но закодирован в формулу.

К этому важному нюансу относится также невозможность запуска мощных моторов при низком заряде. Поскольку такой пуск мотора, пусть холодильника, требует условных 1000 Вт на 2-4 секунды, это значит что 2-4 секунды условная полная емкость меньше и поэтому напряжение на аккумуляторе просядет ниже критического для защиты инвертора уровня. Инвертор пойдет в защиту, напряжение на аккумуляторе возобновится, но генерации тока уже не будет. Именно поэтому минимизация токов важна.

Минимизация достигается либо использованием большего номинального напряжения, либо параллельным подключением нескольких аккумуляторов. По опыту скажу, первый вариант хоть и дороже с самого начала, но полностью себя оправдывает.

Нюанс 2: Продолжительность жизни аккумулятора зависит от глубины его разрядки.

Если в статье учитывается емкость аккумулятора по-максимуму, то это 100% глубины разряда (Depth of Discharge, DoD). А свинцовые аккумуляторы характеризуются тем, что чем больше глубина разрядки, тем меньшее количество циклов разрядки-зарядки они выдержат, а соответственно быстрее "умрут". Большинство гелевых/AGM аккумуляторов хотя и имеют указанные 10 лет службы, однако отрабатывают около 300 циклов 100% Тогда, если соблюдать глубину разряда 70%, т.е. резервировать 30% емкости, это увеличивает количество циклов вдвое – до 600. Как оно соотносится для каждого отдельного аккумулятора, нужно смотреть в дататите аккумулятора, но для примера приведу график количества циклов уровня деградации и глубины разрядки уже упомянутого выше Kijo JDG 12 100Ah GEL.

Инверторы с которыми имел дело автор или которые он рассматривал как хороший вариант

"Любимый" бренд автора статьи – Must. Он пользуется их инверторами и уже несколько раз устанавливал или помогал устанавливать. У них есть различные инверторы и комбо, но больше всего ему нравятся их низкочастотные инверторы – серия EP20/EP2000 и серия EP30/EP3000. Эти инверторы подходят для группы 3 вообще без проблем, в частности, массивный медный трансформатор будет гарантировать выдерживание высоких пусковых токов. Также таким инверторам характерны автоматическое переключение между входами и выходами, правильная синусоида при номинальной мощности, встроенное умное и мощное зарядное (в расчете на большую аккумуляторную батарею), а также программирование режимов и возможность контроля за системой с ПК по USB/RS232.

Другой хороший бренд, популярный в Украине – LogicPower. У них достаточно большой выбор маломощных инверторов, в частности для групп 2 и 3, они в разделе ИБП с правильной синусоидой. Этим инверторам характерны хороший тороидальный трансформатор, правильная синусоида, встроенное зарядное и контроль состояния электросети.

К слову, там в описании товара упомянутые литий-ферум-фосфатные аккумуляторы, но ни один из упомянутых инверторов с ними не работает!

Пример для группы 2, в том числе котла (100 Вт в среднем) – LogicPower LPY-B-PSW-500VA+ (350Вт) 5A/10A.

Такие же инверторы, аналогичные или даже идентичные, имеются в Польше под брендом VoltPolska. Именно эти модели стали появляться в Украине. Проблем в покупке инвертора такой же мощности под бэндом VoltPolska не должно быть вообще.

Менее известны в Украине, но довольно неплохие инверторы китайской фирмы PowMr. Их можно найти в Польше под тем же брендом PowMr. Они имеют несколько низкочастотных (идеально для группы 3), но больший выбор высокочастотных (группа 2 или 3 при соответствующих мощностях). Также большинство их продукции, кроме зарядного из сети, имеют встроенный контроллер заряда MPPT.

Основным преимуществом инверторов этого бренда является наличие поддержки литий-ферум-фосфатных аккумуляторов. Большинство моделей вышеупомянутых производителей свои изделия нижнего и среднего сегмента не адаптируют для этого типа аккумуляторов, а практически все с ним "дружат".

Примером для группы 3 – 1500W DC 12V AC 220V All In One Inverter (на allegro). Подобна продукция под китайским брендом EАsun Power.

Есть один довольно популярный производитель оборудования для автономных систем – Victron. Когда в сети пропадает ток, инвертор переключает на батарею мгновенно – чувствительная техника (компьютер) не замечает. Заявленная нагрузка выдерживает и даже с превышением лимита в течение нескольких минут. Довольно тихий по сравнению с китайскими аналогами. В инструкции указывается, что синусоида правильная, но это не проверялось. Все приборы в квартире работают нормально, в том числе газовый котел.

Также, по словам автора, следует отметить, что рынок LFP аккумуляторов – - сплошное мошенничество. Если нет понимания, что проверять, нет инструментов для этого или физической возможности проверить, то вероятность обмана приближается к 100%. Вдвинут подержанные, бракованные или из разных партий. Надо брать только у проверенных поставщиков с авторитетными отзывами.

Сначала подключаем аккумуляторы, тогда сеть!

Подключение аккумуляторов производится толстыми кабелями. Они могут быть в комплекте (LogicPower/VoltPolska) или их нужно купить (Must, PowMr, EAsun). Если они в комплекте, то единственное, что нужно сделать правильно, – это не перепутать плюс и минус. Ошибка здесь будет стоить покупку нового инвертора или ремонт половины его начинки, а потому следует быть очень внимательным.

Если же кабель нужно докупить, это лучше сделать в магазине, который сразу и выполнит обжим наконечников кабеля. Марка кабеля может быть ПВ-3 украинских производителей. Сечение кабеля выбирается соответственно от напряжения аккумуляторной батареи и мощности инвертора. Более сложные комбинации лучше спрашивать у специалиста, но если подсоединять только один-два аккумулятора, то можно воспользоваться следующими условиями:

• Напряжение 12 В, мощность 1 кВт = сечение не менее 35 мм2.
• Напряжение 12 В, мощность 500 Вт = сечение более 16 мм2.
• Напряжение 24 В, мощность 1 кВт = сечение не менее 25 мм2.
• Напряжение 24 В, мощность 500 Вт = сечение более 10 мм2.

Длина кабеля должна быть минимальна. Это указывают производители, это подчеркиваю и автор по своему горькому опыту. Лучше всего, если инвертор с аккумуляторами будут в наличии, разместить их в плановом месте и измерить длину кабеля. Избыточная длина – потери энергии на нагрев того же кабеля!

Перед подключением к сети нужно выставить параметры типа аккумулятора, тока заряда – это всегда хорошо и до деталей описано в инструкции. Если вы дошли до этого момента, у вас проблем с этим не должно быть вообще. Но, конечно, при необходимости консультируйтесь со специалистом.

Подключение к сети отличается от модели к модели, однако во всех случаях описано в инструкции.

Самое простое подключение ИБП от LogicPower/VoltPolska. В них вход и выход переменного тока реализованы обычными розеткой и вилкой. Итак, например, отключаете ваш котел от розетки, подключаете к выходу ИБП. А затем вход ИБП подключаете в только что освободившуюся розетку в квартире.

Инверторы типа Must либо PowMr подключаются через клеммные колодки. Поэтому для их подключения нужно докупить провод, как ШВВП 3 х 2,5 мм2, штекер и внешнюю розетку. Все в зависимости от монтажа, но в самом простом варианте достаточно и этого. Хорошо иметь автоматический выключатель (автомат) в простой коробке для удобства включения и выключения инвертора.

Если же хотите интегрировать инвертор в сеть квартиры, подключив на него несколько потребителей от электрощитовой квартиры, то есть едва ли не единственное требование – нулевая шина на выходе инвертора должна быть отдельной от нулевой шины входа на инвертор. То есть в щитовой нужно иметь две нулевые раздельные шины (1 и 2 на схеме ниже), как и в схемах подключения генератора. Хотя некоторые инверторы позволяют использовать общую нулевую шину, и об этом указано в инструкции. Если же не указано – шины должны быть разделены.

Итак, система собрана и подключена. Некоторые инверторы, как Must, имеют отдельный включатель для инвертора, то это последний шаг для запуска системы. В результате у вас будет система, сама заряжающая аккумуляторы, сама поддерживающая заряд на аккумуляторах и сама переключающая себя на питание от аккумуляторов в случае проблем с сетью.

• Преимущества – гибкая масштабируемость, гарантированная работа мощных потребителей (например, холодильников).
• Недостатки – условно сложный процесс подбора комплектующих, подключения и монтажа.

Система резервного питания чувствительной техники в квартире или система, которую собирал автор себе самому

Как пишу автор, когда планировал систему электропитания в собственной квартире, сразу хотел установить источник бесперебойного питания. Был 2019-й, проблем с электросетью не было, но руководствовался следующей логикой – на газовый настенный котел требуется стабилизатор (раз), на холодильник желательно стабилизатор (два) на компьютер обязательно надо ИБП (три), на ламповые усилители и ЦАП хорошо было бы иметь стабилизатор (четыре), да и на игровую приставку не повредит ИБП (пять). Купить отдельные ИБП и стабилизаторы, поддерживать их в надлежащем состоянии и ремонтировать – лишние хлопоты. Проще иметь один ИБП, который будет и отсекать приборы от электросети при отклонениях напряжения, и аварийно питать технику. А еще хорошо организовать освещение в квартире, когда отключена электроэнергия. Эти все идеи реализовал инверторной системой.

Выбор системы был таков. Кратковременная мощность 850 Вт ( 500 Вт компьютер, 100 Вт мониторы, 100 Вт холодильник, 100 Вт котел и 50 Вт освещения ) необходима в течение 15 минут (чтобы иметь время выключить компьютер, аналогично компьютерному ИБП), а затем Вт ( 100 Вт холодильник и 100 Вт котел ) на условные 4 часа.

Среди имеющихся решений на рынке приметил инверторы Must – низкочастотные трансформаторные инверторы. Из плюсов – чистая синусоида при полной мощности, гарантированное трехкратное превышение мощности в течение 5-10 секунд, встроенное разумное зарядное и автоматический мониторинг электросети с разными режимами работы. А еще гарантирована работа холодильников и кондиционеров. Если взглянуть на схемы продавца, то можно также понять, что такой инвертор с аккумуляторами это 50% от солнечной электростанции, не хватает только солнечных панелей и контроллера заряда для них.

Комбинация 1,5 кВт 12 В показалась автору лучшей. Во-первых, это дешевле 24 В, поскольку требуется только один аккумулятор. Во-вторых, 1,5 кВт хоть и больше требуемых 850 Вт почти вдвое, но стоимость не очень отличается от версии на 1кВт, то немного переплатив иметь 50% запаса явно лучше. Примечание, это теперь я знаю, что версия на 24 В была бы лучше.

Он остановился на модели Must EP3000-1512 Pro, ее и приобрел. В комплекте только сам инвертор, поэтому аккумуляторы покупали отдельно. 200 Вт в течение 4 часов, учитывая потери (85% КПД + 35 Вт самообеспечения) это 1060 Вт·ч. Поскольку инвертор на батарею 12 В, емкость аккумуляторов должна быть 88 А·ч. Ближайший по характеристикам продавец был гелевой свинцовый аккумулятор 100 А·ч.

Аккумулятор китайской компании Kijo JDG 12V 100Ah GEL. Здесь важно упомянуть, что следует смотреть в даташите аккумулятора. Помимо тока зарядки, конечных напряжений, которые нужно будет настроить на инверторе, есть другие детали – как кривая емкости от тока разрядки, кривая зарядки и количество циклов при полном глубоком разряде (100% Depth of Discharge/DoD). Что важнее – реальная емкость 100 А·ч гарантирована только при токе 10 А. Если ток больше – то и емкость, которую аккумулятор отдаст при этом токе, меньше. В случае автора при токе 64 А (750 Вт мощности) гарантирована емкость 64 А·ч. На 15 минут работы, чтобы выключить ПК, сойдет.

Кривая зарядка показывает, сколько времени требуется для полного заряда, здесь это ~20 часов при 0.1С. Количество циклов при полном разряде ~300, что достаточно неплохо.

Инвертор, аккумулятор. Теперь их нужно соединить. При полной нагрузке (1500 Вт) по кабелям будет протекать не менее 125 А (1500 Вт/12 В). Кабель должен выдержать это и иметь минимальные потери при таком токе. Тогда продавец посоветовал кабель ПВ-3 сечением 35 мм2. Такой кабель имеет номинальный ток 170 А и сопротивление 0,551 Ом/км. Из сопротивления рассчитываем потери – на 1 м падение напряжения будет 0,000551 Ом/м*125 А= 0.07 вольта, а падение мощности 0,07 В*125 А= 8,75 Вт. Меньшее сечение, 25 мм2 имеет номинальный ток 140 А и сопротивление 0,809 Ом/км. Утраты напряжения – 0,1 В, мощности – 12,5 Вт.

Второй бы подошел тоже, но работал бы в упор, при чем создавая достаточно большое падение, которое будет влиять на "понимание" инвертором уровня заряда аккумулятора. Автор взял два плеча по 1 м провода ПВ-3 35 мм2 с обжимом, но это было ошибкой и впоследствии заменил одно плечо 60 см и второе – 20 см. Почему падение мощности оказалось настолько большим, что инвертор шел в защиту при низком заряде, несмотря на то, что теоретически еще должен был запускаться.

Инвертор, аккумулятор, кабель. Где все это разместить? Еще на этапе планировки гардероба автор предусмотрел полочку на металлическом стеллаже именно под эту систему. Почему металлическому? Во-первых, чем меньше легковоспламеняющихся веществ у такой системы, тем лучше. Во-вторых, – масса инвертора 30 кг, аккумулятора – тоже 30 кг. То есть полочка должна выдержать массу 60 кг, которая еще иногда вибрирует с частотой 50 Гц при работе.

Отдельно указано о предохранителе. Поскольку инвертор в гардеробе, близко находятся другие легковоспламеняющиеся вещи, а потому для лучшей безопасности дополнительно установил автомобильный предохранитель на 250А в разрыв плюсового контакта. Плюс предохранителя в большем покое системы, минус – в достаточно большой потере энергии на нем. Сущность предохранителя – перегореть, когда ток выше порогового уровня. Однако, чтобы он перегорел при пороговом уровне, на нем уже теряется на нагрев определенное количество энергии еще до этого порогового уровня. Поэтому получаем потерю энергии, которая возрастает при большей нагрузке. В настоящей системе снял предохранитель, поскольку с ним инвертор не мог запустить холодильник при низком заряде аккумулятора.

Все есть, установил систему и теперь ее можно подключать к потребителям. На этапе прокладки кабелей по квартире автор заложил два провода ШВВП 3 х 2,5 мм2 от щитовой до инвертора. Так, один провод (вход) подключил к совместному заземлению, к нулевой шине общей электросети и автомату, который отсекает вход инвертора от фазы общей электросети. Кроме того к этому проводу подключается инвертор к клеммам Вход.

Другой провод (выход) подключается к клеммам Выход инвертора. Далее, в щитовой этот провод снова подключается к совместному заземлению. Но нулевая шина отдельная. Все предусмотренные потребители подключаются к этой отдельной нулевой шине и через соответствующие автоматы к фазе, которая возвращается от инвертора.

Зачем это нужно? Мозги инвертора питаются от аккумулятора. Так он может без проблем контролировать состояние общей электросети. При нормальных условиях инвертор коммутирует вход и выход, соответствующий режиму “bypass". Так он подает на свой сегмент электросети то же самое, что приходит на вход плюс заряжает свои аккумуляторы. Когда возникает нестандартная ситуация, инвертор быстро отсекает свою электросеть от общей .

Что касается потребителей, лучшим вариантом считаю разключить отдельными автоматами освещения, роутер, розетки компьютерной техники и отдельно холодильник с котлом. Это позволяет комбинировать нагрузку, в частности, будет возможность быстро оставлять включенным только котел.

Результаты

Такой сборник работал у автора статьи около 2 лет и выручал в случае отключения электроэнергии даже на 6 часов летом (когда не работает котел и не нужно держать включенным освещение). В своем телеграмме канале автор писал, что после блекаутов, вызванных обстрелами россиянами гражданской инфраструктуры, докупил дополнительный аккумулятор, поскольку в осенне-зимний период, с включенным котлом и освещением, время работы вышло всего 3,5 часов.

Сейчас система работает 8-11 часов. Первый нюанс, вытекающий после пользования, это то, что во время длительных отключений холодильник может запустить более прожорливый режим, типа размораживания, и потреблять больше, чем было запланировано. Другой нюанс – это то, что с разрядкой падения напряжения может быть достаточно большим, вплоть до уровня, что инвертор будет сигнализировать о полном разряде и выключаться.

Так системой автор пользуется следующим образом – первые 5 часов питает котел, холодильник, роутер с медиаконвертором, сервер на Raspbery Pi, ноутбук и при необходимости что-то другое. Остальное время подключены только котел, роутер с медиаконвертором, сервер на Raspbery Pi и возможно еще ноутбук. Так беспроблемно справляется с блекаутом по 10 часов. Конечно, при критических условиях, когда только тепло будет в приоритете, питает только котел – так ожидается до 20 часов работы сборки.

Итак, окончательная версия такой системы – инвертор Must EP30-1512 Pro и аккумуляторная батарея на 12 В 200 А·ч (из двух параллельно подключенных свинцовых гелевых аккумуляторов емкостью по 100 А·ч). Стоимость получилась около 800 долларов, но это с учетом курса и цен в 2020 году. Сейчас такая же система стоит 950–1100 долларов.

Другие решения, которые можно сделать или приобрести:

• Компьютерные источники бесперебойного питания

Альтернативным решением является приобретениеприменяемых или новых компьютерных или серверных ИБП. Некоторые даже имеют правильную синусоиду. К примеру, хорошие бесперебойники выпускает фирма APC. Покупка нового ИБП бывает сопоставима по цене с покупкой инверторной системы, но используемый дешевый вариант позволит работать группе 1 или 2 определенное время, ограниченное только емкостью аккумулятора. Не самый лучший вариант, но полностью рабочий.

Также на сайтах онлайн объявлений можно найти объявления о продаже компьютерных ИБП, переработанных под инверторы. Обычно переработка заключается в подключении внешних кабелей для возможности использования более емких аккумуляторов.

Преимущество такого решения – дешевизна и наличие большого количества применяемых компьютерных ИБП.

Недостаток – большинство таких систем имеют только модифицированную синусоиду, которая не желательна группе 2, а особенно группе 3. А также зарядное такое устройство преимущественно рассчитано на аккумулятор 12 В 7 А⋅ч, то ток заряда соответственно около 0,7-1 А, что очень мало для зарядки аккумулятора емкостью от 30 А·ч.

• Автомобильные инверторы

Автомобильные инверторы на автомобильные инверторы, чтобы использовать их в автомобиле. Да, оно будет работать, будет выдавать какую-то мощность и какую-то форму напряжения. Но нужно понимать, что эти устройства часто не имеют защит, не поддерживают стабильную частоту, не выдерживают перегрузки. Их предназначение – получить 230 В для работы условного фена для волос в авто, но не питания чувствительной техники в виде котла.

Но да, оно будет работать с котлом. Будет работать даже долго и, возможно, даже стабильно. Но, думаю, не существует автомобильного инвертора, который можно назвать решением для резервного питания в квартире для групп 2 и 3.

Для группы 1 такие инверторы подходят. Да, будет теряться определенное количество энергии на конвертацию, однако устройства этой группы будут работать. Работать до тех пор, пока аккумуляторы не разрядятся. А дальше?

Автомобильные инверторы в 99% не имеют встроенного зарядного. Оно им и ненужное – аккумулятор заряжается от генератора автомобиля. Если же вы думаете пользоваться таким инвертором для группы 1, то вам необходимо обязательно докупить зарядное.

Конечно, если нет ничего налицо, то автомобильный инвертор лучше чем ничего.

• DIY решения из автомобильных инверторов и зарядных

Такие сборки производят даже с солнечной панелью и контроллером заряда. Оно будет работать для группы 1 на ура. Если вам только ноутбук подзарядить или освещение в квартире – снизойдет. Но для котла постоянно автор такое не советует.

• Блоки резервного питания для роутеров

Отдельно существует простое резервное питание только для роутеров. Так, при наличии ноутбука и смартфона, питаться нужно только роутер с медиаконвертором или 4G модемом, чтобы иметь возможность работать определенное время.

Простейшим решением является кабель USB 5В до DC5525/DC5521 9 В или 12 В. Этот кабель позволит поднять напряжение на выходе вашего павер-банка до нужного уровня. Сейчас (27.11.2022) цены в Украине на такой простой кабель просто космические, хотя на АлиЭкпресс они стоят копейки.

Кроме таких кабелей со встроенным преобразователем DC-DC, можно использовать кабель или адаптер с триггером быстрой зарядки. Такой вариант заработает только, если ваш павер-банк умеет выдавать напряжение 9 или 12 В по протоколам Quick Charge/PowerDelivery. Но это будет более эффективно, поскольку нужное напряжение будет сформировано сразу павер-банком, без дополнительных преобразований.

Другое решение – сборки аварийного питания сигнализации. Именно так напряжения и потребности мощности практически идентичны, то использовать такую сборку можно и для роутера. Главное свериться с выходной мощностью.

• Аккумулятор с конверторами или без них

Простые литиевые аккумуляторы можно использовать для питания маломощных простых потребителей, таких как роутеры или LED ленты. Иногда только это и нужно. В таких условиях использование инверторов необоснованно как средствами, так и потерями энергии. Достаточно использовать один-два аккумулятора и схемы конвертации напряжения. Это решение технически не сложно, но требует базового знания электроники.

Прежде всего, при прямом использовании аккумулятора нужно следить за напряжением, его не переразрядить. Это лучше сделать автоматически с использованием готовых плат.

Далее, 12 В ленты LED можно питать непосредственно от одного свинцового аккумулятора или трех последовательно соединенных литиевых аккумуляторов. 24 В LED-ленту можно питать от двух последовательно соединенных свинцовых аккумуляторов, или 6 последовательно соединенных литиевых.

Для зарядки смартфона (5 В) от свинцового аккумулятора (12 В) требуется плата понижения напряжения, например LM2596. Она выдаст 2А длительное время, так что может быть использование для зарядки одного смартфона.

Для зарядки ноутбука (19 В) считаю лучше использовать два последовательно соединенных свинцовых аккумулятора ( 2 х 12 В = 24 В) и подключить более мощную плату понижения напряжения, как от XL4016. При таких условиях можно использовать заряд аккумуляторов почти полностью.

Если напряжение вашего аккумулятора ниже нужного, то можно использовать схему повышения напряжения, как следующее. Однако следует учитывать, что для повышения потребляется больше тока, а значит доступная емкость аккумулятора – меньше.

Еще как вариант можно использовать аккумуляторы от силовой техники – шуруповертов, перфораторов и т.п. Обычно там выход 12, 18 или 24 вольта, есть встроенная плата защиты от переразряда, поэтому их можно использовать как напрямую, так и с DC-DC конверторами.

Важное примечание, если вы все же пользуетесь свинцовым аккумулятором без каких-либо плат, то учтите что при подзарядке зарядное питает свинцовый аккумулятор при напряжении 14,4 В. будет питаться также ваш потребитель, и очень вероятно, что сгорит. Не заряжайте свинцовый аккумулятор с подключенной нагрузкой, если последняя не умеет стабилизировать напряжение. Да и учтите даже если у вас будет плата стабилизации, одновременная подзарядка и использование аккумулятора увеличивает конечное время заряда.

Это все решения для критических условий, и нужно иметь зарядное под рукой. Однако даже старый почти изношенный аккумулятор может дать возможность хоть чуть-чуть осветить помещение или зарядить смартфон для осуществления важного звонка.

• Павер-банки

Отдельно рассмотрю вариант, когда вам нужно питать только смартфон и ноутбук. Для этого лучше всего подойдут именно павер-банки, поскольку имеют малейшие потери на преобразование.

Для ноутбука важно знать поддерживает ли от зарядки от USB и какие протоколы поддерживает. Потому что если ноутбук нуждается именно 19 В, то придется искать специальный повышатель напряжения, или павер-банк умеющий выдавать 19В, а таких немного.

Если поддерживает подзарядку от USB, то его мощность должна быть не менее 60 Вт. Среди таких есть, например, Baseus с мощностью 65 Вт, или Promate PowerMine с мощностью 130 Вт.

Для смартфона подойдет любой павер-банк, поскольку все смартфоны могут заряжаться даже в самом слабом режиме 5 В 0,5А. Для более быстрого заряда необходимо выбирать павер-банк под именно ваши потребности.

Да и важное правило, емкость павер-банка считайте на зарядку выключенного телефона. Если вы заряжаете его включенным, умножайте потребность в емкости сразу на 2.

Ответы на вопросы

1. Модифицированная, аппроксимированная, правильная синусоида – как их различать?

Синусоида в понимании формы сигнала – – это плавные колебания. Именно такая форма имеет переменный ток в электросети. А там генерация происходит на генераторах при вращении. Большинство приборов рассчитаны и спроектированы именно под эту форму. Особенно это важно для моторов, которые производят обратную работу – они энергию превращают во вращение. Так плавность и правильность формы играет немаловажную роль в хорошей и производительной работе двигателя.

В противоположность механическим генераторам, инверторы переменный ток генерируют в результате работы электронных компонентов. Поэтому "синусоида" там никогда не идеальна. Даже у тех крутых инверторов с надписями True Sine или Pure Sine, она аппроксимирована, то есть приближена. Уровень приближения позволяет говорить о "правильности". Хорошая аппроксимация дает "правильный" синус, хуже – что-то вроде синуса. Когда оно не похоже на синус, а больше на прямоугольники – это вообще назвали модифицированной синусоидой.

Для простоты, форму выходного сигнала можно разделить на правильную синусоиду (приближение 95% и более; хороший, плавный синус), аппроксимированную разного уровня (приближение от 40% до 95%; треугольная форма или синус с большим количеством прямоугольных "степеней") и модифицированную (приближение формы к 40%; нечто вроде синуса, сформированного из прямоугольных сигналов).

1. Будет ли работать что-то от инвертора с модифицированной синусоидой?

Будет. Но ключевой вопрос не в том будет ли работать, а как эффективно. Здесь эффективность можно проиллюстрировать на велосипеде с квадратными колесами.

1. Автомобильный аккумулятор с жидким электролитом – почему нет?

Автомобильные классические с редким электролитом не подходят для эксплуатации в квартирах, а тем более в режимах с глубоким разрядом.

Во-первых, глубокий разряд таких аккумуляторов уменьшает количество циклов до десяти, если не единиц. В частности из-за отложения солей сульфатов, колоссально уменьшающих емкость аккумулятора.

А во-вторых, при ошибке или при значительном накоплении сульфатов возможно закипание электролита (кислоты), интенсивное испарение, разбрызгивание или даже взрыв. Очевидно не то, что было бы неопасным в квартире.

Ранее мы писали о том, можно ли использовать автомобильный аккумулятор для источника бесперебойного питания.

Хотите получать самые актуальные новости о войне и событиях в Украине – подписывайтесь на наш Телеграмм-канал!