Источник бесперебойного питания для дома: для чего он нужен
От электричества во многих коттеджах зависит работа не только освещения и бытовой техники, включая холодильник, но и систем отопления, водоснабжения, а иногда и автономной канализации. Комфортно существовать без всех этих устройств зимой получится всего несколько часов, и потому на время отключения электроэнергии стоит позаботиться об источнике резервного питания.
При долговременном отключении питания лучше использовать жидко-топливный или даже газовый электрогенератор.
Для устранения последствий краткосрочных, но более-менее регулярных сбоев электроснабжения можно использовать аккумуляторную систему с источником бесперебойного питания.
При исчезновении напряжения в сети система резервного питания должна переключиться на питание от инвертора, преобразующего постоянное напряжение аккумуляторов в переменное, аналогичное сетевому.
Как только напряжение в сети восстанавливается, система переключается, отключает инвертор и ставит аккумуляторную батарею на зарядку.
Хорошая система резервного питания способна выполнять сразу три функции: стабилизатора и сетевого фильтра, когда напряжение в сети есть, а также источника бесперебойного питания, когда напряжение в сети отсутствует.
Схемы переключения устройства на резервный источник
Система резервного питания на основе аккумуляторной батареи позволяет обеспечивать бесперебойное питание лишь основных потребителей, отличающихся либо малой мощностью, либо периодической работой в течение непродолжительного времени.
Это, в частности, могут быть:
- автоматика управления газового или твердотопливного котла;
- циркуляционный насос принудительной системы отопления;
- скважинный насос системы водоснабжения;
- компрессор станции биоочистки;
- дежурное освещение;
- 2-4 дополнительные розетки для техники (интернет-роутер, компьютер и т. д.).
Резервировать продолжительные нагрузки от работы мощных устройств (электрического котла, бойлера, кондиционера, электрического духового шкафа) не стоит.
Это повлечет за собой необходимость использования нескольких аккумуляторов большой емкости, и для обустройства системы придется понести очень большие финансовые затраты.
Оптимальный вариант – следовать принципу разумной достаточности, то есть установить систему нужной производительности и использовать только ту технику, которая действительно необходима в данный момент.
Это даст возможность сэкономить и продлить время автономной работы техники.
Источник для бесперебойного питания на 220в: накопители энергии
Аккумуляторы – важнейший элемент системы резервного питания, поскольку именно они обеспечивают работоспособность техники при возникновении неполадок или отключений в сети.
Эти приборы применяют для многоразового накопления и дальнейшей раздачи электроэнергии.
Наиболее распространенными долгое время являлись кислотные (свинцово-кислотные) аккумуляторы, принцип действия которых основан на погружении двух или более пластин из свинца в раствор серной кислоты (электролита).
Возникающая между ними химическая реакция и вызывает накопление электроэнергии. Данные приборы также носят название тяговых или стартерных, поскольку способны обеспечить повышенные значения пускового (начального) тока. В связи с этим их широко применяют в автомобилях.
А вот для создания домашней автономной системы использовать тяговые устройства не советуют. Дело в том, что жидкий кислотный электролит при больших токах может закипать, поэтому корпус аккумулятора делают негерметичным. А это, в свою очередь, приводит к появлению риска возгораний и даже взрывов в помещении.
Гелевые аккумуляторы используют кислоту, находящуюся в состоянии тиксотропного геля (похожего по своей консистенции на воск).
Корпус приборов делают цельным, но даже в случае его повреждения гель не сможет разлиться. Отсутствует какая-либо опасность или вред для окружающей среды. По этой причине гелевый аккумулятор можно устанавливать в помещении.
Также рекомендовано использование герметизированных свинцово-кислотных AGM-аккумуляторов.
Электролит в них связан при помощи специального стекловолокна, и эти приспособления имеют те же преимущества, что и у гелевые устройства. К тому же AGM-аккумуляторы почти не нагреваются, поскольку внутреннее сопротивление в них незначительно.
Существенная деталь: во время зарядки обычных кислотных аккумуляторов до 20 % энергии переходит в тепловое состояние, у гелевых данный показатель составляет порядка 10-15 %, а у AGM-моделей он равен лишь 3-4 %.
То есть последние практически не нагреваются, а это – положительная характеристика с точки зрения безопасности и меньший расход электроэнергии. Кроме того, гелевые и AGM-приборы эффективнее в случае длительного простоя: они теряют не более 1-3 % энергии в месяц, а кислотные – до 1 % в день.
Для применения в домашних системах резервного питания можно рекомендовать гелевые и AGM-аккумуляторы.
Они не требуют периодического добавления электролита и вообще какого-либо обслуживания в процессе работы. Чтобы увеличить возможности системы, приобретают несколько аккумуляторных батарей.
Выбор аккумулятора
Аккумуляторную батарею выбирают с учетом нескольких параметров:
- Масса, кг – важна для определения места расположения батареи. Современные аккумуляторы весят порядка 10-20 кг. Относительная тяжесть связана с особенностями конструкции приборов, в частности с использованием электролита в вязкой консистенции. Поэтому легкие полки для установки такой батареи не подойдут – нужна более основательная опора, например, стеллаж из металлических уголков.
- Выходное напряжение, В – у большинства современных моделей составляет 12 В. Есть также модификации на 24 и 48 В. Для бытового применения специалисты рекомендуют выбирать аккумуляторы, которые выдают постоянный ток с напряжением в 12 В.
- Максимальная величина пускового тока, А – показывает, сможет ли аккумулятор выработать ток, необходимый для запуска двигателей. Дело в том, что практически все электроустройства в момент включения требуют значительно больше энергии, чем в рабочем режиме. В домашних условиях достаточно аккумулятора с пусковым током в 200-400 А. Этого хватит, чтобы включить, например, насос для скважины.
- Емкость батарей, А-ч – это величина заряда, который аккумулятор способен накопить, а потом отдать в ходе своей работы. Чтобы выяснить, какая именно практическая отдача у аккумулятора, надо выполнить простой расчет. Например, аккумулятор емкостью 200 А-ч и напряжением 12 В накапливает 12×200 = 2400 Вт-ч = 2,4 кВт-ч. Но поскольку не рекомендуется разряжать аккумулятор не ниже уровня 20-25 % заряда, то доступная мощность составляет не более 75-80 % от номинальной, то есть порядка 2 кВт-ч.
Компоненты системы
Помимо аккумуляторов в состав системы резервного питания входят еще несколько устройств.
Инвертор – это преобразователь тока. В нормальном режиме он потребляет минимальное количество электроэнергии и обеспечивает зарядку аккумулятора. При возникновении же аварийной ситуации инвертор автоматически переходит в режим компенсации.
Мощный инвертор в составе системы оснащают автоматом постоянного тока.
Необходимость в нем связана с тем, что аккумулятор выдает постоянный ток с напряжением 12, 24 или 48 В, а большинству электроприборов требуется переменный с напряжением 220 В.
Выделяют модифицированные (с модифицированной синусоидой) и синусоидальные приборы. Первые хороши лишь для видео- и аудиотехники, а для бытовых устройств необходимы вторые.
Они стоят дороже, но и выдают, говоря простым языком, ток более высокого качества.
Кроме того, систему резервного питания оснащают дополнительными устройствами – контроллерами заряда, а также электронными приборами автоматического управления, регулирования и защиты.
Что такое ИБП?
При установке системы резервного питания потребители нередко путают назначение и функции инвертора и источника бесперебойного питания, ИБП.
ИБП для компьютеров содержат в себе инвертор, зарядное устройство и аккумулятор. Тогда как в системах резервного питания коттеджей аккумуляторы устанавливают отдельно, а в роли ИБП выступают вспомогательные устройства, работающие в паре с аккумулятором.
Эти устройства применяют в том числе и для компенсации пиковых нагрузок, кратковременного электроснабжения бытовой техники в случае резких скачков и падений напряжения в сети.
Выделяют два конструктивных вида ИБП в зависимости от электронной схемы управления – резервного типа (офлайн) и непрерывного действия (онлайн).
Устройства резервного типа
Строятся на основе простого инвертора. Они проще и дешевле, но обеспечат энергоснабжение от аккумулятора лишь при отключении или резком падении напряжения в сети. Их время срабатывания составляет порядка 30-40 мс.
Устройства непрерывного действия
Стоят дороже, но «выпрямляют» даже небольшие скачки. Здесь используется два инвертора: первый (выпрямитель) преобразует входное сетевое напряжение переменного тока в постоянный ток, а второй – преобразует постоянный ток в переменный и подает его на выход.
В таком случае при пропадании входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов не требуется, поскольку аккумуляторы включены в цепь постоянно.
Они обеспечивают наилучшую защиту подключенных устройств. Время срабатывания таких систем редко превышает 2 мс.
Систему на базе одного аккумулятора можно использовать для поддержки работы котла.
Подбор параметров
При расчете параметров системы резервного питания нужно определить требуемую мощность оборудования и емкость аккумулятора.
В общем случае мощность электрооборудования определяется в ваттах (Вт). Но полную выходную мощность системы составляет произведение значений тока и напряжения, данный параметр указывают в вольт-амперах (ВА).
Часть этой энергии уходит на работу самих приборов системы резервного питания, но львиная доля приносит пользу. Эту полезную активную мощность (Вт) тоже обычно дополнительно заносят в техпаспорт.
Для вычисления требуемых значений мощности сначала подсчитывают статическую потребляемую мощность оборудования, которое работает постоянно или регулярно (компьютер, холодильник, циркуляционный насос котла, лампы), с учетом среднего времени работы в течение суток.
К результату добавляют краткосрочные запросы силовых потребителей (насоса водоснабжения, привода ворот, электрочайника). Одновременное включение всех приборов маловероятно, и к первой цифре добавляют мощность только самого сильного устройства.
Обязательно следует учесть динамическую пусковую мощность питаемого оборудования. Она достигается в момент запуска устройств и может превышать статические значения в 3-4 раза.
Складывать все пусковые показатели надобности нет, вероятность их совместного включения мала. Так что достаточно ориентироваться на наибольший показатель.
Монтаж системы бесперебойного питания
При кажущейся сложности устройства системы резервного питания объем требуемых для ее подключения электромонтажных работ практически минимален.
Все домашние «нагрузки» подводят к щитку электросети, и надо лишь установить поблизости инвертор (ИБП) с аккумулятором и подключить устройства в сеть между потребителями и щитом.
Для резервной системы электропитания нужно небольшое пространство. Достаточно площади пола примерно 0,5-1 м2.
Систему резервного питания лучше расположить в сухом месте, где обеспечивается постоянное поддержание температуры около 5-12 °C и имеется хорошая вентиляция. Это может быть гараж, правильно выполненный подвал, подсобное помещение.
На стене монтируют усправляющее оборудование, рядом устанавливают аккумуляторы – чаще всего вдоль стенки или же цепочкой на полке или стеллаже. В продаже есть специальные блоки источника резервированного питания с подготовленными местами для размещения оборудования.
Также допускается установка системы в закрытый перфорированный шкаф, где она будет защищена от детей и домашних животных.
В ходе работ важно обеспечить качественные проводные соединения всех компонентов. После монтажа вмешательство в работу системы в течение всего периода эксплуатации не понадобится. Нужно лишь периодически протирать пыль.
Пример расчета системы
Если нет цели обеспечить резервное питание абсолютно всех приборов, а только наиболее важных устройств, то для частного дома площадью 150-300 м2 достаточно моделей общей мощностью 3-6 кВА, выдерживающих пусковую мощность до 9-12 кВА.
Рассчитать необходимую емкость аккумулятора довольно просто. Для этого объем потребления делят на напряжение аккумулятора с учетом коэффициента неполного разряда устройства.
Для гарантирования расхода электроэнергии в объеме 4,5 кВт-ч требуется 500 А-ч (4500 Вт / 0,75 × 12 В). Чтобы техника в доме проработала 4 часа, необходим аккумулятор емкостью 2000 А-ч (4 × 500 А-ч).
При этом рост емкости аккумулятора автоматически ведет к увеличению стоимости и повышению массы прибора, поэтому лучше установить несколько аккумуляторов меньшей емкости. Кроме того, при отключении внешнего энергоснабжения практически никто не использует всю технику одновременно.
Так что на деле указанные значения будут достаточны для обеспечения комфортного пребывания в доме в течение 8-10 часов.
Специалисты рекомендуют приобрести для такого здания восемь аккумуляторов напряжением 12 В на 200 А-ч каждый или десять аккумуляторов на 150 А-ч.
А при желании сэкономить достаточно будет и четырех таких аккумуляторов – они «продержат» дом 1-1,5 часа и обеспечат работу необходимого минимума устройств на 3-4 часа.
Если перебои с подачей электричества более затяжные, первым делом нужно просчитать, на работе какой техники можно сэкономить, и только потом планировать наращивание батарейных секций.