Резервное питания для загородного дома (дачи)
Рассмотрим вопрос того, как обеспечить себе бесперебойное электроснабжение при периодическом отключении городской линии питания для загородного дома, будь то большой коттедж или просто дача. Для квартир, кстати, тоже может быть актуально.
Пусть ситуация такова, что городское питание есть, но оно может отключаться как кратковременно (до часа), так и на весь день. А поскольку хочется, чтобы работали телевизор, холодильник, освещение и розетки, то надо озаботиться резервным питанием.
Я уже писал несколько статей про целесообразность солнечных батарей, и мы пришли к выводу о том, что солнечные батареи имеют смысл только если основного питания нет и не предвидится, а потребность в электричестве у нас очень маленькая (лампочка и розетка для ноутбука). Либо система солнечной электростанции будет достаточно дорогой (от миллиона рублей).
Для нашей задачи «питание есть, но отключается», солнечные батареи дадут немного энергии в летний период, но их установка никак не оправдывает себя по сравнению с системой «инвертор + аккумуляторы».
Итак, что представляет собой необходимая нам система.
В центре системы стоит инвертор. Инвертор — это устройство, которое выполняет три функции:
- При наличии города заряжает аккумуляторы и даёт питание на потребителей в доме
- Генерирует из постоянного напряжения аккумуляторов переменное напряжение 230В для питания дома
- Автоматически переключает питание потребителей на аккумуляторы и обратно
Собственно, в инверторе есть блок питания, который делает из 230В 12 либо 24 либо 48 вольт постоянного тока для заряда аккумуляторов. Также там есть схема, которая из постоянного напряжения аккумуляторов делает 230В переменного тока, отсюда и название «инвертор» — он меняет направление тока 50 раз в секунду для генерации переменного.
Есть инверторы дешёвые, которые выдают на выходе модифицированный синус. То есть, синусоида получается ступенчатой, как на картинке.
Дешёвый инвертор — это, например, инвертор автомобильный, который вставляется в прикуриватель и из 12В делает 230В для работы ноутбука. Или более крупные и мощные инверторы, но недостаточно дорогие. Такой сигнал плох для техники, имеющей преобразователи питания, так как эти преобразователи от такого сигнала сильно греются (не буду сейчас объяснять почему, это не относится к теме) и их срок службы сокращается. Хорошие инверторы выдают сигнал «чистый синус», качество которого регламентируется ГОСТом, как правило, качество чистого синуса из инвертора даже выше качества сигнала городской линии.
Так вот, инвертор при наличии города заряжает аккумуляторы, а при пропадании города их разряжает. Причём хороший инвертор переключается почти мгновенно, даже компьютер перезагрузиться не успеет.
Я считаю, что лучшие из российских инверторов — МАП Энергия, они производятся в Москве.
К инвертору подключаются город, дом и аккумуляторы.
Инверторы есть на 12, 24 и 48 вольт — это поддерживаемое ими напряжения массива аккумуляторов. Аккумуляторы резервного питания обычно 12-вольтовые, соответственно, чтобы получить 48 вольт, нам надо взять 4 аккумуляторы, 24 вольта — 2 аккумулятора. Я чуть позже напишу, как считать количество аккумуляторов, но сейчас важно знать, что если аккумулятора нам по расчётам надо 4, то лучше брать 48-вольтовый инвертор. Больше напряжение — меньше ток в проводах, значит, меньше потери напряжения и нагрев проводов.
Если нам нужно резервировать 3-фазную сеть питания дома, то нужны три инвертора. Можно использовать один массив аккумуляторов. Инверторы МАП Энергия умеют работать с 3-фазной сетью, их надо соединить между собой кабелем, чтобы они синхронизировались.
Помимо основных перечисленных выше функций хороший инвертор делает следующие полезные вещи:
- Контроль мощности потребления дома
- Логгирование данных и передача их на компьютер
- Контроль уровня заряда аккумуляторов, чтобы не разряжать их в ноль (это плохо для них)
- Автозапуск генератора, когда аккумуляторы садятся
Для последнего пункта — автозапуска генератора — требуется, чтобы генератор мог запускаться по сигналу типа «сухой контакт». На инверторе есть реле, которое включается и выключается при необходимости запустить или заглушить генератор.
По сравнению с системой резервного питания «просто генератор» система «инвертор + аккумуляторы» имеет такие преимущества:
- инвертор переключает мгновенно. А генератор с автозапуском запускается секунд 20 или больше.
- инвертор сам переключает линии питания, а генератору нужен щит АВР (автоввода резерва)
- инвертор бесшумный, а генератор сами знаете
- инвертор и аккумуляторы можно поставить в доме, они ничего не выделяют в воздух. Генератору нужно отдельное помещение или навес.
- генератор дымит
- генератор требует бензин и масло
- срок службы генератора меньше срока службы инвертора и гелевых аккумуляторов
Важно оговориться, что если нам нужно много электричества (например, электронагреватели или мощные холодильники), то аккумуляторы нас не спасут, тут генератор нужен. Аккумуляторы — это для резерва на время кратковременных отключений.
Считаем количество аккумуляторов
Ёмкость аккумуляторов считается в ампер-часах. Автомобильный аккумулятор — это, как правило, 52 или 60 АЧ. Аккумулятор маленькой машины типа Daewoo Matiz — 40АЧ. Кстати, для резервного питания можно использовать автомобильные аккумуляторы, но у них срок службы 4-5 лет и их нельзя ставить в помещение — выделяют. Специальные аккумуляторы для систем резервного питания служат 10-12 лет, полностью герметичны и не требуют обслуживания.
Аккумуляторы резервного питания имеют ёмкость до 250АЧ. Самые распространённые — 200АЧ. Вес такого аккумулятора около 65 кг.
Напряжение аккумулятора 12 вольт. Разряжается он не в ноль, а, скажем, до 10% ёмкости. Получается, что в аккумуляторе запасено 2160 Вт-часов электроэнергии. КПД хорошего инвертора МАП Энергия 96%, значит, фактически 200АЧ аккумулятор даст нам 2073 Вт-часов электроэнергии. Это означает, что холодильник со средним потреблением 100Вт-часов проработает 20 с небольшим часов от одного такого аккумулятора. Если среднее потребление дома посчитать как холодильник (небольшой и современный) + несколько светодиодных лампочек + небольшой телевизор + розетка для ноутбука, то получаем примерно 3 часа работы. Ставим 4 аккумулятора — получаем 12 часов автономной работы.
Если использовать какой-то мощный прибор, например, чайник на 1600Вт, который кипятит воду за 5 минут, то он израсходует 133 Вт-часов электроэнергии из аккумуляторов. Вот такой расчёт. Нужно сориентироваться, сколько ватт-часов электроэнергии нам необходимо для резерва, понять, в скольких аккумуляторах они содержатся, подобрать инвертор на соответствующее напряжение и максимальную мощность дома.
Общий бюджет системы складывается из:
- аккумуляторов
- инвертора
- клемм на аккумуляторы
- УЗИП — устройство защиты от импульсных помех, очень полезная вещь
- кабеля от инвертора до аккумуляторов нужного сечения
Если в какой-то момент поймёте, что аккумуляторов не хватает, можно поставить ещё столько же параллельно. Можно добавить в систему солнечные батареи, подключив их через контроллер к аккумуляторам. Можно добавить генератор, который будет запускаться по сигналу от инвертора.
Можно при помощи инвертора и батарей зарезервировать не весь дом, а какую-то ветку электроснабжения: слаботочный шкаф, аварийное освещение, газовый котёл, насосы и так далее.
220,518 просмотров всего, 20 просмотров сегодня
Источник
12 В портативная аккумуляторная батарея для инвертора
Шаг первый: общие сведения
Сначала нужно рассчитать, какой мощности батарея нужна.
Ватт-час — это единица измерения мощности за определенный период времени (час). Один ватт-час равен одному ватту среднего расхода энергии за час. Один ватт за четыре часа — это четыре ватт-часа энергии.
Пример: мощность оборудования x количество времени, которое предполагается использовать в течение среднего периода времени на лодке.
Зарядное устройство для инструментов _ 60 Вт x 3 часа = 180 Вт · ч
Зарядное устройство для ноутбука _ 60 Вт x 3 часа = 180 Вт-ч
Зарядное устройство для телефона _ 20 Вт x 6 часов = 120 Вт-ч
Зарядное устройство для динамика _ 10 Вт x 2 часа = 20 Вт-ч
Освещение _ 30Вт x 5 часов = 150 Вт.ч
Суммарно = 650 Вт.ч
Значит нужно сделать аккумулятор емкостью 650 Вт·ч.
Это время основано на расчетном потреблении энергии для работы устройств на лодке в течение дня с последующей подзарядкой аккумулятора на следующий день.
При выборе аккумуляторов мастер учитывал следующие параметры:
1. Удельная энергия: Гравиметрическая плотность накопления энергии в батарее, выраженная в ватт-часах на килограмм (Вт.ч / кг).
2. Удельная мощность: Удельная мощность для аккумулятора — это гравиметрическая плотность мощности, выраженная в ваттах на килограмм (Вт / кг).
3. Стоимость.
4. Производительность.
5. Безопасность.
6. Срок службы.
Мастер выбрал аккумуляторы Panasonic NRC18650PF. NMC в корпусе 18650 обеспечивают лучшее сочетание всех этих параметров. Конечно новые АКБ довольно дороги, но элементы 18650 широко доступны на вторичном рынке.
Правда здесь есть риск, что один или несколько аккумуляторов могут быть повреждены, поэтому мастер будет проводить их тестирование.
Шаг второй: аккумуляторы
Среднее напряжение аккумулятора, приблизительно равное 50% уровню заряда называется номинальным.
Свинцово-кислотный элемент выдает 2 В. Литий-ионный элемент выдает 3,6 В.
Ключевым словом здесь является «номинальное», фактически измеренное напряжение на батарее будет уменьшаться по мере ее разряда. Полностью заряженный литий-ионный аккумулятор NMC вырабатывает около 4,1 В, а в разряженном состоянии его напряжение может быть ближе к 3,0 В.
Если вы откроете PDF-файл со спецификацией батареи, вы увидите график, показывающий, как падает напряжение элемента при уменьшении его емкости.
NCR18650PF-Panasonic.pdf
Еще один важный параметр — емкость батареи.
Емкость батареи обычно составляет 1 С, что означает, что полностью заряженная батарея номиналом 1 А.ч должна обеспечивать 1 А в течение одного часа.
Теперь нужно рассчитать, как отдельные элементы соединить в одну батарею.
Сначала рассмотрим подключение ячеек последовательно:
Мы знаем, что ток одинаков во всех точках последовательной цепи, поэтому, какая бы величина тока ни была в одной из последовательно соединенных батарей, она должна быть одинаковой и во всех остальных. По этой причине каждая батарея должна иметь одинаковую емкость в ампер-часах, иначе некоторые батареи разрядятся раньше, чем другие, что поставит под угрозу емкость всей банки.
Далее рассмотрим параллельное соединение ячеек:
Известно, что напряжение на всех ветвях параллельной цепи одинаково, поэтому нужно быть уверенным, что все батареи имеют одинаковое напряжение.
Ячейки 18650 имеют максимальное напряжение 4,2 В, номинальное напряжение 3,6 В и минимальное напряжение 3,0 В.
Для последующего преобразования напряжения в 220 В нужно 12 В. Последовательное соединение 3 ячеек даст номинальное напряжение 10,8.
Последовательное соединение 4 ячеек даст нам номинальное напряжение 14,4. Это выше или ниже требуемого, но можно использовать повышающий или понижающий модуль.
Нужно высчитать, сколько элементов нужно.
Емкость ячейки Panasonic NMC18650PF новой 2900 мАч, 90% = 2610мАч.
650 Вт / 12 В = 54000 А.ч
54000 / 2610 = 20.5
Значит потребуется 20 или 21 ячейка, подключенная параллельно, чтобы получить банк с необходимой емкостью.
Шаг пятый: упаковка
На этом этапе батареи нужно упаковать в ячейки и подготовить к последующей сварке.
Используя электронную таблицу Excel, можно легко найти место каждого аккумулятора в ячейки. Вводим емкость ячейки, которую ищем, в надстройке нажимаем «Найти», и получаем ссылку на местоположение в сетке.
После сортировки 80 АКБ по 20 нужно выполнить следующие действия.
Осторожно отшлифуйте все контактные площадки, + и -, батарей.
Установить аккумуляторы в ячейки и зафиксировать термоклеем. При сборке нужно правильно ориентировать аккумуляторы.
Шаг шестой: точечная сварка
Дальше нужно соединить аккумуляторы с помощь никелевой полосы и точечной сварки. Сначала проверяет настройки сварки, делая пробное сваривание. Нужно сделать сварное соединение прочное, но при этом не прожечь отверстие. Пробное сваривание необходимо, потому что качество никелевых полос разных производителей, разное.
Дальше отрезает ленту нужной длины и приваривает.
Каждую ячейку после сварки закрывает каптоновой лентой.
После сборки батареи замеряет напряжение. Вольтметр должен показывать 3,3 x 4 = 13,2 В.
Источник