Лайфхаки

Як зробити резервне живлення для квартири на випадок відключень світла

Ігор Романько

Живлення для холодильника, котла, зарядки пристроїв при відключенні електроенергії

У цій статті автор розглянув можливі системи резервного живлення на прикладі того, що є на ринку України та сусідніх держав.

Про це пише Майстерня Мольфара. Після публікації попередньої статті про теорію резервних джерел живлення, автор отримав велику кількість запитань і прохань описати реальні рішення для задоволення певних потреб і як це все встановити.

Але перш за все треба чітко сформувати ідею резервного джерела живлення у вигляді інвертора чи зарядної станції. Ця система – це запас енергії, який дозволить задовольнити ваші потреби в електроенергії на обмежений час. Тобто це не варіант повноцінної роботи поза електромережею, а тільки короткочасне живленняза аварійних ситуацій.

Також важливо розуміти, що для роботи такої системи потрібно звідкись брати запас електроенергії. У час віялових відключень, коли електроенергія періодично з’являться і є можливість поповнити цей запас, воно буде працювати добре. Під час повного блекауту все ж потрібно шукати повноцінне альтернативне джерело електроенергії, зокрема генератори. Хоча за наявності інвертора можна заряджати акумулятори на місці, де наявна електроенергія чи генератори, а тоді приносити їх додому.

Система “сів-поїхав"

Коли всі говорять про правильні синуси, інвертори, літій та інші незрозумілі терміни, а вам потрібно лише збільшити тривалість роботи ноутбука чи смартфона – це для вас.

Це рішення – готові “портативні зарядні станції", як їх називають виробники. Серед наявних на ринку, найпопулярніші – EcoFlow та BLUETTI. Ці прилади є готовою збіркою електроніки керування та акумуляторів, яка передбачає виходи USB, автомобільного прикурювача (12 В постійного струму), а також євророзетку (230 В змінного струму). Нічого збирати не потрібно, тільки придбати, заряджати і користуватись.

  • Переваги – просте керування, мала вага, мобільність. Є інформативний додаток. Є аксесуари з інтуїтивним інтерфейсом. Користування максимально безпечне. Підключення надзвичайно просте – просто підключаєте штекер вашої техніки у відповідне гніздо на станції. Все, готово.
  • Недоліки – ціна, обмежена потужність, обмежене масштабування.

Ідеально підходять для вашого ноутбука, смартфону чи терміналу Starlink. Всі ці пристрої не потребують специфічного живлення або можуть підключатись безпосередньо до USB виходів. Можна використовувати із газовими котлами (з нюансами), ігровими приставками чи телевізорами. Навіть електрочайник буде працювати, але заряд втратите майже зразу ж. Щодо холодильників, то виробник у інструкції зазначає, що запускати холодильники не рекомендується у режимі X-Boost. Вважаю за потрібне цієї рекомендації дотримуватись.

Складність підключення існує тільки із газовими настінними котлами. Без зв’язку із “землею" станція перебуває у “плаваючому стані" відносно землі. А тому сенсор розпалу котла не завжди може встановити стан запалу. Котел буде намагатись виконати запал і можливо йому це таки вдасться:

Але щоб робота була плавна і стабільна, таки потрібно “заземлити" станцію.

У EcoFlow це можна зробити просто залишивши підключеним кабель живлення до електромережі квартири (попри те, що електрики немає).

Альтернативно, можна впевнитись чи є у зарядної станції наявний вихід заземлення на корпусі, і вже його приєднати до заземленої розетки у квартирі. Для цього найкраще виготовити простий перехідник, де кабель приєднати до контакту “земля" штекеру, далі штекер з’єднати із заземленою розеткою, а тоді цей же кабель приєднувати до гвинта заземлення.

Увага! Робота із відкритими джерелами високої напруги небезпечна для життя, не можна торкатись неізольованих контактів на штекері, коли від підключений до електромережі, навіть якщо у ній на даний момент відсутня електрика!

В інтернеті ще “гуляють" інші варіанти, зокрема як от “заземляти" один з виходів інвертора, але автор не радить таким займатись, якщо ви не впевнені що зможете це зробити правильно і безпечно.

Крім наявних виходів, найважливіше у виборі певної моделі станції це ємність і потужність. Тому конкретну модель обираємо спершу за потужністю. Для тривалої роботи або роботи таких приладів, як холодильник, потрібно більша номінальна потужність. Хоча важливо розуміти, що робота сучасних холодильників – це непростий процес запрограмованих циклів із кардинально різним споживанням і холодильники краще не запускати із таких станцій на тривалий час.

Система на основі інверторів або джерел безперебійного живлення

Складнішими у збиранні, встановленні і використанні будуть комбо інвертора та зарядного із зовнішніми акумуляторами. Але такі системи підходять для будь-яких потреб, а все через неймовірну кількість варіацій, які можна скомбінувати із наявних комплектуючих. Тут існують як і готові корпоративні рішення у вигляді джерел безперебійного живлення (ДБЖ) для комп’ютерів чи серверів, так і різноманітні інвертори для електромереж off-grid, тобто незалежних від глобальної електромережі.

Схема резервного джерела така – система пропускає електроенергію із мережі за нормальних умов, а також підзаряджає акумулятори (сині стрілки). За проблем з електромережею накопичена енергія використовується для живлення потрібних приладів (червоні стрілки).

Такі системи не є бюджетними. Та я все ж автор рекомендує встановлювати повноцінну систему, оскільки це інвестиція у збереження приладів вашого помешкання.

Для вибору такої системи спершу потрібно визначитись із споживачами:

  • Група 1: стаціонарні комп’ютери, ноутбуки, смартфони. Живити ноутбуки і смартфони через інвертор недоцільно (величезні втрати на перетворення), але стаціонарні ПК, телевізори та ігрові приставки потребують саме 230 В. Основне, що треба тут знати, що блоки живлення цієї техніки – імпульсні, і можуть працювати в широких межах напруг і досить толерантні до параметрів змінного струму.
  • Група 2: газові котли, витяжки, циркуляційні мотори, насоси, кавові ростери, швейні машинки – тобто все, що має у своїй будові малопотужні електродвигуни. Ось їм важлива форма сигналу змінного струму, а ще їм потрібен певний пусковий струм для запуску двигуна і у моменти сильного навантаження.
  • Група 3: холодильники, кондиціонери, пилососи, компресори, потужні витяжки. У будові цих пристроїв є потужні двигуни, яким також важлива форма змінного сигнал, але характерний значний пусковий струм.

У цьому поділі, інвертор для пристроїв кожної наступної групи буде працювати із пристроями попередніх груп. Тобто, якщо далі у статті буде вказано, що інвертор для групи 3, то не буде проблем його використовувати із групами 2 і 1.

А от якщо вказано, що меншої групи, то такий інвертор може і підійти для вищої групи (за умови наявності відповідної потужності), але автор вважає за потрібне таки брати потужніші і більш технологічніші пристрої більш тих потужніших споживачів. І не стільки через форму сигналу, як через оптимальне використання заряду акумуляторів.

Для усіх груп можуть підійти як низькочастотні так і високочастотні інвертори, як трансформаторні, так і безтрансформаторні. Кращими є низькочастотні трансформаторні інвертори для тих же холодильників, але це не є аксіомою. Тут таки це більше питання ціни і зручності – ті самі характеристики можуть забезпечувати і умовно дешеві громіздкі низькочастотні трансформаторні, і досить дорогі компактні легкі високочастотні інвертори.

Автор обирає "золоту середину" – купляти топові моделі дешевих низькочастотних інверторів задля хороших характеристик і дешевшого ремонту. Умовно дешево і сердито.

Збірка системи починається з вибору акумуляторів

Усі інверторні системи потребують акумулятора або акумуляторну батарею. Перший крок у виборі акумулятора полягає у визначенні виду акумулятора. Вибір цілої інверторної системи починається із вибору виду акумуляторів. З найбільш поширених і перевірених – літій-ферум-фосфатні та свинцеві. Різниця у ціні велика, але й характеристики різні.

Вони обидва підходять для аварійних систем, проте літієві характеризуються невеликою масою, надійністю, довготривалістю, більшою кількістю циклів розряду і що найголовніше – найбільшою швидкістю заряду. Недоліками є специфічність заряджання, рідкісність на локальному ринку інверторів, які вміють із ними працювати, і необхідність у спеціальних платах BMS.

Свинцеві акумулятори є набагато важчі, мають обмежену кількість циклів і потребують визначеного невеликого струму заряджання, а тому, як наслідок, заряджаються досить довго. Перевагами є низька ціна, простота експлуатації і поширеність.

Якщо вам потрібно швидко поновлювати запаси енергії через часті і довготривалі відключення – то ваш вибір то літій-ферум-фосфатні акумулятори. Це, до прикладу, увімкнення електроенергії 2-3 години на добу. Якщо ж увімкнення і вимкнення співвідносяться приблизно 50% до 50%, то свинцеві будуть виконувати свою роботу без проблем. Попри це все, переконайтесь у тому що бажаний або наявний інвертор таки підтримує ваш тип акумуляторів, і то краще з кількох джерел.

Наступний крок – вибір параметрів: ємності і напруги

Ємність акумулятора визначається спершу із потреби, а тоді і можливостей зарядного в потенційних інверторах.

Нехай є котел (100 Вт) і холодильник (100 Вт), а тривалість роботи – 8 годин. Тому мінімально необхідна ємність буде ((100 Вт + 100 Вт) * 1.15 (85% ККД) + 50 Вт (самозабезпечення інвертора)) * 8 годин = 2240 Вт⋅год. Але зазвичай ємність пишуть не у Вт⋅год, а у А⋅год. Щоб отримати ці більш поширені одиниці вимірювання, необхідно знати номінал напруги акумуляторів, який буде у системі.

Номінал напруги обирається залежно від наявних інверторів, хоча краще мати інвертор на більшу напругу. Власне, для 3-ї групи автор рекомендує 24 В. За такої напруги струм із акумуляторів буде меншим, а значить і меншим буде просідання при пуску моторів. Для групи 2достатньо і 12 вольт.

Стандартна напруга свинцевого акумулятора 12 В, як тоді отримати 24 В? А тут потрібно користуватись правилом послідовного з’єднання джерел струму – напруга кожного елемента сумується, а ємність зберігається сталою. Отож, якщо потрібний номінал напруги батареї 12 В, то можна використати всього один акумулятор на 12 Вольт. Якщо ж номінал батареї повинен бути 24 В, то потрібно два акумулятори з’єднати послідовно.

Отож, якщо плануємо інвертор на 24 В, то нам потрібно мінімум два акумулятори. Розрахована вище ємність 2240 Вт⋅год при 24 В буде дорівнювати 93 А⋅год. Таку ємність можна отримати на тих же двох акумуляторах, якщо їхня ємність буде 93 А⋅год.

Номінал ємності не буває довільним, переважно це 7, 10, 12, 20, 50, 65, 100 або 200 А⋅год. Найближча до розрахованої стандартна ємність 100 А⋅год. Отже потрібно шукати саме такий акумулятор для задоволення потреби 8 годин роботи котла з холодильником.

Не завжди можна знайти акумулятор бажаної ємності, а тому акумулятори об’єднують у батареї паралельним підключенням додаткових акумуляторів. Якщо 24 В, то вам до пари потрібна ще одна пара акумуляторів. Якщо 12 В – то до одного наявного паралельно підключають ще один.

Максимальна кількість акумуляторів, які можна підключити, обмежується здатністю зарядного зарядити ці акумулятори. До прикладу, більшість інверторів LogicPower/VoltPolska має зарядне на 10 А або 15 А. Оскільки вимога заряду для свинцевих акумуляторів є 0.1С (де C – це ємність), то оптимально зарядити такий інвертор зможе тільки батареї ємністю 100 А⋅год або 150 А⋅год відповідно. Звичайно, слабше зарядне зможе заряджати і велику ємність, але час заряду буде більшим.

Серед свинцевих акумуляторів для резервних джерел підходять акумулятори AGM та гелеві. Підійдуть і перші і другі, якщо вони призначенні для глибокого розряду (зазвичай на них же написано deep cycle) і є герметичними. До прикладу, це Kijo JDG 12V 100Ah GEL, Challenger G12-100 або LogicPower LPM-GL 12V 150AH.

А от звичайні автомобільні з рідким електролітом автор радить не брати.

Специфічні нюанси із свинцевими акумуляторами

Нюанс 1: Та ємність, яка написана на акумуляторі, не означає що саме стільки енергії ви зможете використати.

У виборі ємності акумулятора важливо розуміти, що номінальна ємність це ємність за певної потужності. Виробники цю деталь вказують у даташиті (документ із технічними характеристиками).

Наприклад, у даташиті вказано що ємність 100 А⋅год гарантована при струмі 10 А. 10 А у батареї 12 В це 120 Вт вихідної потужності, при 24 В – 240 Вт. Отож випадок, коли ми маємо акумуляторну батарею на 24 В кращий, оскільки при 200 Вт навантаження струм буде у межах 10 А, а це значить що ємність акумулятора може бути використана повністю. Якщо ж матимемо один акумулятор у батареї на 12 В, то струм при 200 Вт буде 17А, а значить певна частина енергії не буде використана взагалі.

Буває ще інше позначення – у даташитах або на самих акумуляторах пишуть C100, С20, C10 або C5 з різною ємністю.

Тут це значення означає ємність, яку можна отримати розряджаючи струмом, який вираховується з формули C/100, C/20, C/10 або C/5 відповідно, де С – ємність, а число після нього години. Отож, якщо на акумуляторі пише C100 100 А⋅год, то це означає що 100 А⋅год буде отримано, якщо розряджати акумулятор 100 годин струмом 100 А⋅год / 100 годин = 1 А. А якщо пише C20 70 А⋅год (як на фото вище), то це значить що 70 А⋅год можна отримати, якщо розряджати акумулятор 20 годин струмом 70 А⋅год / 20 годин = 3.5 А. Це та ж інформація, що у прикладі даташиту акумулятора Kijo JDG 12 100Ah GEL, але закодована у формулу.

До цього важливого нюансу також відноситься неможливість запуску потужних моторів при низькому заряді. Оскільки такий пуск мотору, нехай холодильника, потребує умовні 1000 Вт на 2-4 секунди, це значить що 2-4 секунди умовна повна ємність є меншою і тому напруга на акумуляторі просяде нижче за критичний для захисту інвертора рівень. Інвертор піде у захист, напруга на акумуляторі відновиться, але генерації струму вже не буде. Саме тому мінімізація струмів важлива.

Мінімізація досягається або використанням більшої номінальної напруги, або паралельним підключенням кількох акумуляторів. З досвіду скажу, перший варіант хоч і дорожчий із самого початку, проте повністю себе виправдовує.

Нюанс 2: Тривалість життя акумулятора залежить від глибини його розряджання.

Якщо тут у статті враховується ємність акумулятора по-максимуму, то це 100% глибини розряду (Depth of Discharge, D.o.D.). А свинцеві акумулятори характеризуються тим, що чим більша глибина розряджання, тим меншу кількість циклів розряджання-заряджання вони витримають, а відповідно швидше “помруть". Більшість гелевих / AGM акумуляторів хоч і мають вказані 10 років служби, проте відпрацьовують близько 300 циклів із глибиною розряду 100%. Тоді, якщо дотримуватись глибини розряду 70%, тобто резервувати 30% ємності, це збільшує кількість циклів вдвічі – до 600. Як воно співвідноситься для кожного окремого акумулятора, потрібно дивитись у даташиті того акумулятора, але для прикладу наведу графік кількості циклів відносно рівня деградації і глибини розряджання вже згаданого вище Kijo JDG 12 100Ah GEL.

Інвертори з якими мав справу автор, або які він розглядав як хороший варіант

"Улюблений" бренд автора статті – Must. Він користується їхніми інверторами і вже кілька встановлював або допомагав встановлювати. У них наявні різноманітні інвертори і комбо, але найбільше йому подобаються їхні низькочастотні інвертори – серія EP20/EP2000 та серія EP30/EP3000. Ці інвертори підходять для групи 3 взагалі без проблем, зокрема масивний мідний трансформатор буде гарантувати витримування високих пускових струмів. Також таким інверторам характерні автоматичне перемикання між входами і виходами, правильна синусоїда при номінальній потужності, вбудоване “розумне" і потужне зарядне (з розрахунку на велику акумуляторну батарею), а також програмування режимів та можливість контролю за системою із ПК по USB/RS232.

Інший хороший бренд, який популярний в Україні – LogicPower. У них досить великий вибір малопотужних інверторів, зокрема для груп 2 і 3, вони у розділі ДБЖ з правильною синусоїдою. Цим інверторам характерні хороший тороїдальний трансформатор, правильна синусоїда, вбудоване зарядне та контроль за станом електромережі.

До слова, там у описі товару згадані літій-ферум-фосфатні акумулятори, але жоден із згаданих інверторів з ними не працює!

Приклад для групи 2, зокрема котла (100 Вт в середньому) – LogicPower LPY-B-PSW-500VA+ (350Вт) 5A/10A.

Такі ж інвертори, аналогічної чи навіть ідентичної будови, наявні у Польщі під брендом VoltPolska. Саме ці моделі почали з’являтись в Україні. Проблем у покупці інвертора такої ж потужності під бендом VoltPolska не повинно бути взагалі.

Менш відомі в Україні, але досить непогані інвертори від китайської фірми PowMr. Їх можна знайти у Польщі під тим же брендом PowMr. У них є декілька низькочастотних (ідеально для групи 3), але більший вибір високочастотних (група 2 або 3 за відповідних потужностей). Також більшість їхньої продукції окрім зарядного із мережі мають вбудований контролер заряду MPPT.

Основною перевагою інверторів цього бренду є наявність підтримки літій-ферум-фосфатних акумуляторів. Більшість моделей вищезгаданих виробників свої вироби нижнього і середнього сегменту не адаптовують для цього типу акумуляторів, а тут практично усі з ним “дружать".

Прикладом для групи 3 – 1500W DC 12V AC 220V All In One Inverter (на allegro). Подібними є продукція під китайським брендом EАsun Power.

Існує один досить популярний виробник обладнання для автономних систем – Victron. Коли у мережі пропадає струм, інвертор переключає на батарею миттєво – чутлива техніка (комп’ютер) не помічає. Заявлене навантаження витримує і навіть з перевищенням ліміту протягом кількох хвилин. Доволі тихий, порівняно з китайськими аналогами. В інструкції вказують, що синусоїда правильна, але це не перевірялось. Усі прилади у квартирі працюють нормально, зокрема газовий котел.

Також, за словами автора, варто зазначити, що ринок LFP акумуляторів – суцільне шахрайство. Якщо нема розуміння що перевіряти, нема інструментів для цього або фізичної можливості перевірити, то ймовірність обману наближається до 100%. Всунуть вживані, браковані або з різних партій. Треба брати лише в перевірених постачальників з авторитетними відгуками.

Спершу під’єднуємо акумулятори, тоді мережу!

Підключення акумуляторів виконується товстими кабелями. Вони можуть бути у комплекті (LogicPower/VoltPolska) або їх потрібно докупити (Must, PowMr, EAsun). Якщо вони у комплекті, то єдине що потрібно зробити правильно – це не переплутати плюс і мінус. Помилка тут буде коштувати покупку нового інвертора або ремонту половини його начинки, а тому слід бути дуже уважним.

Якщо ж кабель потрібно докупити, це найкраще зробити у магазині, який зразу і виконає обтиск наконечників кабелю. Марка кабелю може бутиПВ-3 українських виробників. Перетин кабелю обирається відповідно від напруги акумуляторної батареї і потужності інвертора. Складніші комбінації краще питати у спеціаліста, але якщо приєднувати лише один-два акумулятори, то можна скористатись наступними умовами:

  • Напруга 12 В, потужність 1 кВт = перетин не менше 35 мм2.
  • Напруга 12 В, потужність 500 Вт = перетин не менше 16 мм2.
  • Напруга 24 В, потужність 1 кВт = перетин не менше 25 мм2.
  • Напруга 24 В, потужність 500 Вт = перетин не менше 10 мм2.

Довжина кабелю повинна бути мінімальна. Це вказують виробники, це наголошую і автор зі свого гіркого досвіду. Найкраще, коли інвертор з акумуляторами будуть у наявності, розмістити їх у плановому місці та виміряти потрібну довжину кабелю. Надлишкова довжина – втрати енергії на нагрів того таки кабелю!

Перед підключенням до мережі потрібно виставити параметри типу акумулятора, струму заряду – це все завжди гарно і до деталей описано в інструкції. Якщо ви дійшли до цього моменту, у вас проблем із цим не повинно бути взагалі. Але, звичайно, за потреби консультуйтесь із спеціалістом.

Підключення до мережі відрізняється від моделі до моделі, проте у всіх випадках гарно описане в інструкції.

Найпростіше підключення ДБЖ від LogicPower/VoltPolska. В них вхід і вихід змінного струму реалізований звичайними розеткою і вилкою. Отож, до прикладу, відключаєте ваш котел від розетки, підключаєте до виходу ДБЖ. А тоді вхід ДБЖ підключаєте у щойно звільнену розетку у квартирі.

Інвертори типу Must чи PowMr підключаються через клемні колодки. Тому для їх підключення потрібно докупити провід, як от ШВВП 3 х 2,5 мм2, штекер та зовнішню розетку. Все залежно від монтажу, та у найпростішому варіанті достатньо і цього. Добре мати автоматичний вимикач (автомат) у простій коробці, для зручності вмикання і вимикання інвертора.

Якщо ж хочете інтегрувати інвертор у мережу квартири, підключивши на нього декілька споживачів від електрощитової квартири, то тут є чи не єдина вимога – нульова шина на виході інвертора має бути окремою від нульової шини входу на інвертор. Тобто у щитовій потрібно мати дві роздільні нульові шини (1 і 2 на схемі нижче), як і у схемах підключення генератора. Хоча деякі інвертори дозволяють використовувати спільну нульову шину і про це вказано в інструкції. Якщо ж не вказано – шини повинні бути розділені.

 

Отож, система зібрана і підключена. Деякі інвертори, як от Must, мають окремий вмикач для інвертора, то це останній крок для запуску системи. У результаті у вас буде система, яка сама заряджає акумулятори, сама підтримує заряд на акумуляторах і сама перемикає себе на живлення від акумуляторів у випадку проблем із мережею.

  • Переваги – гнучка масштабованість, гарантована робота потужних споживачів (як от холодильників).
  • Недоліки – умовно складний процес підбору комплектуючих, підключення і монтажу.

Система резервного живлення чутливої техніки у квартирі, або система, яку збирав автор собі самому

Як пишу автор, коли планував систему електроживлення у власній квартирі, зразу ж хотів встановити джерело безперебійного живлення. Був 2019-тий, проблем з електромережею не було, але керувався наступною логікою – на газовий настінний котел потрібно стабілізатор (раз), на холодильник бажано стабілізатор (два) на комп’ютер обов’язково треба ДБЖ (три), на лампові підсилювачі та ЦАП добре було б мати стабілізатор (чотири), та й на ігрову приставку не зашкодить ДБЖ (п’ять). Купити окремі ДБЖ і стабілізатори, підтримувати їх у належному стані і ремонтувати – лишні клопоти. Простіше мати один ДБЖ, який буде і відсікати прилади від електромережі за відхилень напруги, і аварійно живити техніку. А ще добре організувати освітлення у квартирі, коли відключена електроенергія. Оці всі ідеї реалізував інверторною системою.

Вибір системи був такий. Короткочасна потужність 850 Вт (500 Вт комп’ютер, 100 Вт монітори, 100 Вт холодильник, 100 Вт котел і 50 Вт освітлення) необхідна протягом 15 хвилин (щоб мати час вимкнути комп’ютер, аналогічно комп’ютерного ДБЖ), а тоді 200 Вт (100 Вт холодильник і 100 Вт котел) на умовні 4 години.

Серед наявних рішень на ринку примітив інвертори Must – низькочастотні трансформаторні інвертори. З плюсів – чиста синусоїда при повній потужності, гарантоване трикратне перевищення потужності протягом 5-10 секунд, вбудоване розумне зарядне та автоматичний моніторинг електромережі з різними режимами роботи. А ще гарантована робота холодильників та кондиціонерів. Якщо глянути на схеми продавця, то можна також зрозуміти що такий інвертор з акумуляторами це 50% від сонячної електростанції, бракує лише сонячних панелей і контролера заряду для них.

 

Комбінація 1,5 кВт 12 В здалась автору найкращою. По-перше, це дешевше за 24 В, оскільки потрібно лише один акумулятор. По-друге, 1,5 кВт хоч і більше потрібних 850 Вт майже вдвічі, але вартість не дуже відрізняється від версії на 1кВт, то трохи переплативши мати 50% запасу явно краще. Примітка, це тепер я знаю, що версія на 24 В була б кращою.

Отож він зупинився на моделі Must EP3000-1512 Pro, її і придбав. У комплекті тільки сам інвертор, тому акумулятори докупляв окремо. 200 Вт протягом 4 годин, враховуючи втрати (85 % ККД + 35 Вт самозабезпечення) це 1060 Вт⋅год. Оскільки інвертор на батарею 12 В, то ємність акумуляторів повинна бути 88 А⋅год. Найближчий за характеристиками у продавця був гелевий свинцевий акумулятор 100 А⋅год.

Акумулятор китайської фірми Kijo JDG 12V 100Ah GEL. Тут важливо згадати, що варто дивитись у даташиті акумулятора. Крім струму заряджання, кінцевих напруг, які потрібно буде налаштувати на інверторі, є інші деталі – як от крива ємності від струму розряджання, крива заряджання і кількість циклів при повному глибокому розряді (100% Depth of Discharge/D.o.D). Що найважливіше – реальна ємність 100 А⋅год гарантована лише при струмі 10 А. Якщо струм більший – то і ємність, яку акумулятор віддасть при цьому струмі, менша. У випадку автора, при струмі 64 А (750 Вт потужності) гарантована ємність 64 А⋅год. На 15 хвилин роботи, щоб вимкнути ПК, зійде.

Крива заряджання показує скільки часу потрібно для повного заряду, тут це ~20 годин при 0.1С. Кількість циклів при повному розряді ~300, що досить непогано.

Інвертор, акумулятор. Тепер їх потрібно з’єднати. При повному навантаженні (1500 Вт) по кабелях буде протікати не менше 125 А (1500 Вт / 12 В). Кабель повинен це витримати і мати мінімальні втрати при такому струмі. Тоді продавець порадив кабель ПВ-3 перетином 35 мм2. Такий кабель має номінальний струм 170 А і опір 0,551 Ом/км. З опору розраховуємо втрати – на 1 м падіння напруги буде 0,000551 Ом/м * 125 А = 0.07 вольта, а падіння потужності 0,07 В * 125 А = 8,75 Вт. Менший перетин, 25 мм2 має номінальний струм 140 А і опір 0,809 Ом/км. Втрати напруги – 0,1 В, потужності – 12,5 Вт.

Другий би підійшов теж, але працював би впритул, при чому створюючи досить велике падіння, яке буде впливати на “розуміння" інвертором рівня заряду акумулятора. Автор взяв два плеча по 1 м проводу ПВ-3 35 мм2 з обтиском, але це було помилкою і згодом замінив на одне плече 60 см і друге – 20 см. Чому? Оскільки падіння потужності виявилось настільки великим, що інвертор йшов у захист при низькому заряді, попри те, що теоретично ще би мав запускатись.

Інвертор, акумулятор, кабелі. Де це все розмістити? Ще на етапі планування гардеробу автор передбачив поличку на металевому стелажі саме під цю систему. Чому металевому? По-перше, чим менше легкозаймистих речовин біля такої системи, тим краще. По-друге – маса інвертора 30 кг, акумулятора – теж 30 кг. Тобто поличка має витримати масу 60 кг, яка ще й деколи вібрує з частотою 50 Гц при роботі.

Окремо зазначено про запобіжник. Оскільки інвертор у гардеробі, то близько знаходяться інші легкозаймисті речі, а тому для кращої безпеки додатково встановив автомобільний запобіжник на 250А у розрив плюсового контакту. Плюс запобіжника у більшому спокої за систему, мінус – у досить великій втраті енергії на ньому. Суть запобіжника – перегоріти, коли струм вище порогового рівня. Проте щоб він перегорів при пороговому рівні, на ньому вже втрачається на нагрів певна кількість енергії ще до цього порогового рівня. А тому отримуємо втрату енергії, яка зростає при більшому навантаженні. У теперішній системі зняв запобіжник, оскільки з ним інвертор не міг запустити холодильник при низькому заряді акумулятора.

Все є, встановив систему і тепер її можна підключати до споживачів. На етапі прокладки кабелів по квартирі автор заклав два проводи ШВВП 3 х 2,5 мм2 від щитової до місцезнаходження інвертора. Отак, один провід (вхід) підключив до спільного заземлення, до нульової шини загальної електромережі та до автомату, який відсікає вхід інвертора від фази загальної електромережі. З іншого боку цього проводу підключається інвертор до клем Вхід.

Інший провід (вихід) підключається до клем Вихід інвертора. Далі, у щитовій цей провід знову підключається до спільного заземлення. Але нульова шина окрема. Всі передбачені споживачі підключається до цієї окремої нульової шини і, через відповідні автомати, до фази, яка повертається від інвертора.

Для чого це потрібно? Мізки інвертора живляться від акумулятора. Так він може безпроблемно контролювати стан загальної електромережі. За нормальних умов, інвертор комутує вхід і вихід, що відповідає режиму “bypass". Так він подає на свій сегмент електромережі те ж саме, що приходить на вхід, плюс заряджає свої акумулятори. Коли виникає нестандартна ситуація, інвертор швидко відсікає свою електромережу від загальної.

Щодо споживачів, найкращий варіантом вважаю розключити окремими автоматами освітлення, роутер, розетки комп’ютерної техніки і роздільно холодильник з котлом. Це дозволяє комбінувати навантаження, зокрема буде можливість швидко залишати увімкненим лише котел.

 

Результати

Така збірка працювала у автора статті близько 2 років і виручала у випадку вимкнення електроенергії навіть на 6 годин літом (коли не працює котел і не потрібно тримати увімкненим освітлення). У своєму телеграм каналі автор писав, що після блекаутів, спричинених обстрілами росіянами цивільної інфраструктури, докупив додатковий акумулятор, оскільки у осінньо-зимовий період, із включеним котлом і освітленням, час роботи вийшов всього 3,5 годин.

Зараз система працює 8-11 годин. Перший нюанс, який виплив після користування, це те, що під час тривалих відключень холодильник може таки запустити більш ненажерливий режим, типу розмороження, і споживати більше, ніж було заплановано. Інший нюанс – це те, що із розряджанням падіння напруги може бути досить великим, аж до рівня, що інвертор буде сигналізувати про повний розряд і вимикатись.

 

Отак системою автор користується наступним чином – перші 5 годин живит котел, холодильник, роутер з медіаконвертором, сервер на Raspbery Pi, ноутбук і за потреби щось інше. Решту часу підключені тільки котел, роутер з медіаконвертором, сервер на Raspbery Pi і можливо ще ноутбук. Так безпроблемно справляється із блекаутами по 10 годин. Звичайно, за критичних умов, коли тільки тепло буде у пріоритеті, то живить лише котел – так очікується до 20 годин роботи збірки.

Отож, остаточна версія такої системи – інвертор Must EP30-1512 Pro та акумуляторна батарея на 12 В 200 А⋅год (з двох паралельно підключених свинцевих гелевих акумуляторів ємністю по 100 А⋅год). Вартість вийшла близько 800 доларів, але це з врахуванням курсу і цін 2020 року. Зараз така ж система коштує 950-1100 доларів.

Інші рішення, які можна зробити самому чи придбати:

  • Комп’ютерні джерела безперебійного живлення

Альтернативним рішенням є придбання вживаних або нових комп’ютерних чи серверних ДБЖ. Деякі з них навіть мають правильну синусоїду. До прикладу, хороші безперебійники випускає фірма APC. Покупка нового ДБЖ буває зіставима по ціні із покупкою інверторної системи, але вживаний дешевий варіант дозволить працювати групі 1 або 2 певний час, обмежений тільки ємністю акумулятора. Не найкращий варіант, але повністю робочий.

Також на сайтах онлайн оголошень можна знайти оголошення про продаж комп’ютерних ДБЖ, перероблених під інвертори. Зазвичай “перероблення" полягає у підключенні зовнішніх кабелів для можливості використання більш ємних акумуляторів.

Перевага такого рішення – дешевизна і наявність великої кількості вживаних комп’ютерних ДБЖ.

Недолік – більшість таких систем мають тільки модифіковану синусоїду, яка не бажана групі 2, а особливо групі 3. А також зарядне таких пристроїв переважно розраховане на акумулятор 12 В 7 А⋅год, то струм заряду відповідно близько 0,7-1 А, що дуже мало для зарядки акумулятора ємністю вже від 30 А⋅год.

  • Автомобільні інвертори

Автомобільні інвертори на те і автомобільні інвертори, щоб використовувати їх в автомобілі. Так, воно буде працювати, буде видавати якусь потужність і якусь форму напруги. Але потрібно розуміти, що ці пристрої часто не мають захистів, не підтримують стабільно частоту, не витримують перевантаження. Їхнє призначення – отримати 230 В для роботи умовного фену для волосся в авто, але не живлення чутливої техніки у вигляді котла.

Але так, воно буде працювати із котлом. Буде працювати навіть довго і можливо навіть стабільно. Але, вважаю, не існує автомобільного інвертора, який можна назвати рішенням для резервного живлення у квартирі для груп 2 і 3.

Для групи 1 такі інвертори підійдуть. Так, буде втрачатись певна кількість енергії на конвертацію, проте пристрої тої групи будуть працювати. Працювати до моменту поки акумулятори не розрядяться. А далі?

Автомобільні інвертори у 99% не мають вбудованого зарядного. Воно їм і непотрібне – акумулятор заряджається від генератора автомобіля. Якщо ж ви думаєте користуватись таким інвертором для групи 1, то вам окремо обов’язково потрібно докупити зарядне.

Звичайно, якщо немає нічого в наявності, то автомобільний інвертор краще ніж нічого.

 

  • DIY рішення з автомобільних інверторів та зарядних

Такі збірки роблять навіть з сонячною панеллю і контролером заряду. Воно буде працювати для групи 1 на ура. Якщо вам тільки ноутбук підзарядити чи освітлення у квартирі – зійде. Але для котла на постійно автор таке не радить.

  • Блоки резервного живлення для роутерів

Окремо існує просте резервне живлення лише для роутерів. Так, за наявності ноутбука і смартфону, заживити потрібно лише роутер з медіаконвертором чи 4G модемом, щоб мати можливість працювати певний час.

Найпростішим рішенням є кабель USB 5В до DC5525/DC5521 9 В або 12 В. Цей кабель дозволить підняти напругу на виході вашого павер-банку до потрібного рівня. Зараз (27.11.2022) ціни в Україні на такий простий кабель просто космічні, хоча на АліЕкпресі вони коштують копійки.

Окрім таких кабелів із вбудованим DC-DC перетворювачем, можна використати кабель або адаптер з тригером швидкої зарядки. Такий варіант запрацює тільки якщо ваш павер-банк вміє видавати напругу 9 чи 12 В по протоколах Quick Charge/PowerDelivery. Але це буде ефективніше, оскільки потрібна напруга буде сформована зразу павер-банком, без додаткових перетворень.

Інше рішення – збірки аварійного живлення сигналізацій. Саме так, напруги і потреби потужності практично ідентичні, то використати таку збірку можна і для роутера. Головне звіритись із вихідною потужністю.

 

  • Акумулятор із конверторами або без них

Прості літієві акумулятори можна використовувати для живлення малопотужних простих споживачів, як от роутери чи LED стрічки. Деколи тільки це і потрібно. За таких умов використання інверторів необґрунтоване як коштами, так і втратами енергії. Достатньо використовувати один-два акумулятори і схеми конвертації напруги. Це рішення технічно не складне, але потребує базового знання електроніки.

Перш за все, за прямого використання акумулятора потрібно слідкувати на напругою, його не перерозрядити. Це найкраще зробити автоматично із використанням готових плат.

Далі, 12 В LED стрічки можна живити безпосередньо від одного свинцевого акумулятора або трьох послідовно з’єднаних літієвих акумуляторів. 24 В LED-стрічку можна живити від двох послідовно з’єднаних свинцевих акумуляторів, або 6 послідовно з’єднаних літієвих.

Для зарядки смартфону (5 В) від свинцевого акумулятора (12 В) потрібна плата пониження напруги, наприклад LM2596. Вона видасть 2А тривалий час, отож може бути використання для зарядки одного смартфону.

Для зарядки ноутбука (19 В) вважаю краще використати два послідовно з’єднанні свинцеві акумулятори (2 х 12 В = 24 В) і підключити більш потужну плату пониження напруги, як от XL4016. За таких умов можна оптимально використати заряд акумуляторів майже повністю.

Якщо напруга вашого акумулятора нижче потрібної, то можна використати схему підвищення напруги, як от наступний. Проте слід враховувати що для підвищення споживається більше струму, а значить доступна ємність акумулятора – менша.

Ще як варіант можна використати акумулятори від силової техніки – шуруповертів, перфораторів тощо. Зазвичай там вихід 12, 18 або 24 вольти, є вбудована плата захисту від перерозряду, а тому їх можна використовувати як напряму, так і з DC-DC конверторами.

 

Важлива примітка, якщо ви все таки користуєтесь свинцевим акумулятором без жодних плат, то врахуйте що при підзарядці зарядне живить свинцевий акумулятор при напрузі 14,4 В. Якщо у цей же час ви не від’єднали споживача (роутер, медіаконвертер), то такою наругою буде живитись також ваш споживач, і дуже імовірно що згорить. Отож, не заряджайте свинцевий акумулятор з приєднаним навантаженням, якщо останнє не вміє стабілізувати напругу. Та й врахуйте, навіть якщо у вас буде плата стабілізації, одночасна підзарядка і використання акумулятора збільшує кінцевий час заряду.

Ці всі рішення для критичних умов, та й потрібно мати зарядне під рукою. Проте навіть старий майже зношений акумулятор може дати можливість хоч трохи освітити помешкання чи зарядити смартфон для здійснення важливого дзвінка.

  • Павер-банки

Окремо розгляну варіант, коли вам потрібно живити лише смартфон і ноутбук. Для цього найкраще підійдуть саме павер-банки, оскільки мають найменші втрати на перетворення.

Для ноутбука важливо знати чи підтримує від зарядку від USB і які протоколи підтримує. Бо якщо ноутбук потребує саме 19 В, то прийдеться шукати спеціальний підвищувач напруги, або павер-банк який вміє видавати 19В, а таких небагато.

Якщо таки підтримує підзарядку від USB, то його потужність має бути не менше 60 Вт. Серед таких є, до прикладу, Baseus з потужністю 65 Вт, або Promate PowerMine з потужністю 130 Вт.

Для смартфону підійде будь який павер-банк, оскільки всі смартфони можуть заряджатись навіть у найслабшому режимі 5 В 0,5А. Для швидшого заряду потрібно вибирати павер-банк під конкретно ваші потреби.

Ну і важливе правило, ємність павер-банку рахуйте на заряджання вимкненого телефону. Якщо ви будете заряджати його увімкнутим, множте потребу у ємності зразу на 2.

Відповіді на питання

  1. Модифікована, апроксимована, правильна синусоїда – як їх розрізняти?

Синусоїда у розумінні форми сигналу – це плавні коливання. Саме таку форму має змінний струм у електромережі. А там генерація відбувається на генераторах при обертанні. Більшість приладів розраховані і спроектовані саме під цю форму. Особливо це важливо для моторів, які роблять зворотну роботу – вони енергію перетворюють в обертання. Так плавність і правильність форми відіграє важливу роль у хорошій і продуктивній роботі двигуна.

На противагу механічних генераторів, інвертори змінний струм генерують внаслідок роботи електронних компонентів. Тому “синусоїда" там ніколи не є ідеальною. Навіть у тих крутих інверторів з написами True Sine чи Pure Sine, вона апроксимована, тобто наближена. Рівень наближення дозволяє говорити про “правильність". Хороша апроксимація дає “правильний" синус, гірша – щось подібне на синус. Коли воно не подібне на синус, а більше на прямокутники – це взагалі назвали модифікованою синусоїдою.

Для простоти, форму вихідного сигналу можна розділити на правильну синусоїду (наближення 95% і більше; гарний, плавний синус), апроксимовану різного рівня (наближення від 40% до 95%; трикутна форма або синус із великою кількістю прямокутних “ступенів") і модифіковану (наближення форми до 40%; щось подібне на синус, сформований із прямокутних сигналів).

  1. Чи буде працювати *щось* від інвертора із модифікованою синусоїдою?

Буде. Але ключове питання не так у тому чи буде працювати, а як ефективно. Тут ефективність можна проілюструвати велосипедом із квадратними колесами.

  1. Автомобільний акумулятор з рідким електролітом – чому ні?

Автомобільні класичні з рідким електролітом не підходять для експлуатації у квартирах, а тим більше у режимах із глибоким розрядом.

По-перше, глибокий розряд таких акумуляторів зменшує кількість циклів до десятка, якщо не одиниць. Зокрема через відкладання солей сульфатів, які колосально зменшують ємність акумулятора.

А по-друге, при помилці або при значному накопиченні сульфатів можливе закипання електроліту (кислоти), інтенсивне випаровування, розбризкування або навіть вибух. Явно не те, що було б безпечним у квартирі.

Раніше ми писали про те, чи можна використовувати автомобільний акумулятор для джерела безперебійного живлення.

 

Бажаєте отримувати найактуальніші новини про війну та події в Україні – підписуйтесь на наш Телеграм-канал!