Как правильно выбрать инвертор для дома или офиса и пережить отключение: полезные советы

В предыдущей публикации 24 канал рассказывал о генераторах электроэнергии, их разновидностях, преимуществах и недостатках, а также о том, почему генератор, к сожалению, не всегда может стать решением всех проблем. В первую очередь, из-за невозможности установить его в квартире, на балконе или в некоторых случаях даже возле собственного дома, офиса. К сожалению, генераторы слишком шумные и создают сильные вибрации, а кроме того, выхлопные газы работающих генераторов существенно ограничивают возможность их использования.

К теме Пережить зиму со светом: как правильно выбрать генератор для дома или бизнеса

Инверторы

Еще одним источником энергии для вашего дома или офиса может быть инвертор. Они тоже бывают очень разными как по мощности, так и по типу используемой батареи, а еще по нескольким специфическим характеристикам, о которых стоит знать, чтобы сделать правильный выбор.

На рынке доступен огромный ассортимент инверторов разных типов разных производителей, с огромным диапазоном цен и характеристик. А потому некоторые знания об этих приборах могут сэкономить вам и время и деньги, а главное – уберечь от неприятных сюрпризов.

-12/~220

При покупке инвертора для домашнего использования вам следует позаботиться как об аккумуляторе, так и об его автоматической зарядке во время возобновления энергоснабжения. А еще выбрать тип, емкость батареи и мощность. Но обо всем по порядку.

Актуально Альтернативные источники энергии для дома: их преимущества и недостатки

Мощность

Следует понимать, что большинство производителей в рекламных целях указывают на завышенную (пиковую) максимальную мощность своих преобразователей. Как правило, с такой (указанной в названии и технических характеристиках) мощностью инвертор может работать слишком мало времени. Именно поэтому следует обратить внимание именно не на пиковую (или максимальную) мощность, а на номинальную, рабочую мощность, то есть ту, с которой преобразователь сможет работать в течение длительного времени, не выходя из строя и не отключаясь из-за перегрузки.

Другая важная деталь – мощность отмечают в кВА (на английском – kVA) то есть в "кило-вольт-амперах", а не в кВт (киловатах). Для большинства бытовых приборов – от ноутбуков и телевизоров до котлов отопления и водяных помп это НЕ одно и то же.

Чтобы не вдаваться в подробности, большинство бытовых приборов, работающих от электрической энергии, кроме активной, имеют еще и так называемую емкостную или индуктивную нагрузку, их мощность потребления в Ватах НЕ  равна напряжению умноженному на потребляемый ток (как в законе Ома). Это обязательно нужно учитывать при подборе инвертора. Другими словами, вам нужен запас мощности на "реактивную нагрузку" приборов.

Крайне важно не путать "Исходящую мощность инвертора" и "Мощность инвертора в Втч" (фактически, второй показатель – это емкость батарей, способность инвертора держать нагрузку определенное время).

К примеру, инвертор BLUETTI EB3A имеет в обозначении следующие данные: "268Вт*г/600Вт", что означает "Максимальная нагрузка 600 Вт, а емкость
аккумуляторной батареи составляет 268 Вт*ч.

Как правило, вам достаточно умножить указанную в кВА мощность на 0,7…0,75, чтобы получить приблизительную полезную мощность в кВт. Например, инвертор с указанной номинальной (рабочей) мощностью 4 кВА сможет питать суммарную нагрузку до 3 кВт (4*0,75=3).

ВАЖНО! Большинство приборов, питающихся от вашего инвертора, имеют "стартовый бросок тока". Это процесс кратковременного повышенного потребления мощности/тока в момент включения/запуска. Для двигателей мгновенное увеличение может достигать 3…3,5 номинальной мощности, а для телевизоров и других приборов с так называемыми импульсными блоками питания – до 2.

Если этого не учесть при выборе инвертора, можно получить хлопоты с постоянным срабатыванием системы защиты преобразователя от перегрузки …и в таком случае придется каждый раз перезапускать его заново. Следовательно, в зависимости от того, насколько мощны двигатели у ваших домашних устройств потребителей энергии – насосы для воды в скважине, компрессоры в холодильнике, циркуляционные насосы в системе отопления – следует выбирать инвертор с запасом мощности, выдерживающий момент стартовых нагрузок. К примеру, двигатель в насосе мощностью 500 Вт (0,5 кВт) в момент старта на долю секунды может потреблять около 1,5 кВт мощности, но даже этой доли секунды может хватить для того, чтобы включилась защита от перегрузки в вашем инверторе.

Форма выходного напряжения. Почему "чистый синус" (pure sine) имеет значение

Большинство дешевых моделей инверторов выдают нужное напряжение и частоту на выходе (типично ~230 Вольт, 50 Герц), но форма этого напряжения отличается от синусоиды. Это не означает, что эти устройства не подходят для использования!

Для питания компьютеров или телевизоров форма напряжения не столь важна (их блоки питания "переваривают" практически любую форму входного напряжения). Но для устройств, содержащих электрические двигатели (циркуляционные насосы отопления, компрессоры холодильников, электроприводы для ворот и т.п.) такое напряжение неприемлемо. Даже если производитель обещает "апроксимированную синусоиду", это не гарантирует, что ваша техника с двигателями сможет исправно работать с таким преобразователем. Потому лучше не рисковать.

На сегодняшний день почти все производители научились изготавливать инверторы, выдающие на выходе практически идеальную ("чистую") синусоиду (на английском – pure sine), созданную сложными электронными схемами управления. Как правило, такие устройства немного дороже их "апроксимированных собратьев", но разница в цене оправдана.

All inclusive or DIY (Все включено или сделай это сам)

• Первый вариант "Сделай это сам" автономного питания на базе автомобильного инвертора.

В начале статьи мы уже упоминали об одном из типов инверторов – это так называемые "автомобильные инверторы", или инверторы "в одну сторону", создающие переменное напряжение 220 Вольт из постоянного напряжения 12 Вольт (бортовой сети автомобиля или аккумулятора). "Неудобство" таких преобразователей в том, что они требуют внешнего источника постоянного напряжения (аккумуляторная батарея), а также устройства для зарядки этой батареи.

Если у вас есть автомобильный инвертор и вы хотите применить его для домашнего использования, выходом может быть покупка автомобильного зарядного устройства для аккумуляторов и аккумулятора соответствующей емкости. В этом случае зарядное устройство должно быть включено в розетку 220 В в вашем доме/офисе, а выходные клеммы ("крокодилы") в соответствии с обозначением "+" и "-" – к аккумулятору. Теперь каждый раз, когда в сети будет появляться напряжение, аккумулятор подзаряжается. К этому же аккумулятору подключите также инвертор – и в то время, когда напряжения в сети нет, аккумулятор будет отдавать накопленную энергию.

Вам не обязательно каждый раз переключать прибор (например, котел) то в розетку на стене, то в инвертор. Вы можете оставлять его включенным в инвертор постоянно. В таком случае, при наличии напряжения в сети, ваше зарядное устройство будет одновременно заряжать аккумулятор и питать инвертор (для этого следует подобрать зарядное устройство, рассчитанное на ток 12…15 Ампер и более, чтобы его хватало на все нужды).

• Второй вариант "Сделай это сам" системы автономного питания на базе инвертора с функцией подзарядки.

Другим вариантом автономного питания может являться система на базе преобразователя (инвертора) со встроенным зарядным устройством аккумулятора. Таких инверторов на рынке достаточно много, они имеют разную выходную мощность и разные токи зарядки внешней батареи. Но все они нуждаются в подключении внешней аккумуляторной батареи (для ее подключения предусмотрены специальные проводники с клеммами). Как правило, такие инверторы существенно дороже "автомобильных", но более удобны в использовании и освобождают вас от необходимости мастерить электрические схемы и докупать зарядные устройства для аккумуляторов. Но это не избавляет вас от необходимости приобретения аккумулятора требуемой мощности.

Наименее хлопотным вариантом является использование готового инвертора с интегрированной (встроенной) батареей питания. Однако обычно он является самым дорогим решением.
На рынке представлена целая линия инверторов, как известных производителей (например, EcoFlow и Bluetti), так и менее раскрученных брендов, рассчитанных на разную мощность нагрузки и с батареями разной энергоемкости (от нескольких десятков Вт*ч до нескольких кВт*ч). Очевидным преимуществом таких инверторов является простота подключения и использования, компактные размеры, мобильность и относительно небольшой вес.

К недостаткам следует отнести цену и невозможность увеличить энергоемкость (мощность) системы, используя наружные аккумуляторные батареи.

Аккумуляторные батареи

Чрезвычайно важной составляющей любой автономной системы питания на базе инвертора является аккумулятор (формально аккумуляторная батарея, состоящая из определенного количества отдельных аккумуляторов). К вопросу о подборе вида и емкости аккумуляторов автономного источника питания следует отнестись очень внимательно!

Главными характеристиками для аккумуляторов являются емкость в "ампер-часах" (Аг или английском – Ah), вес и габаритные размеры (или объем). Из этих показателей можно вывести производные характеристики: емкости на килограмм веса "Ah/kg" и емкости на объем в литрах "Ah/l". Кроме этого, следует учитывать надежность и долговечность аккумуляторов, которые во многом определяются их технологией изготовления (спойлер – наиболее емкими и компактными, а также долговечными и выносливыми по количеству циклов "заряд – разряд" являются "литий-ионные" аккумуляторы, но они также самые дорогие среди доступных на рынке).

Среди различных типов аккумуляторов мы рассмотрим только те, которые доступны и пригодны для использования:

Важно! Мы НЕ РЕКОМЕНДУЕМ ИСПОЛЬЗОВАТЬ кислотные (автомобильные стартерные) и AGM аккумуляторы. Хотя они имеют относительно невысокую цену и доступны в широком диапазоне емкостей, и их можно купить практически в любом автомагазине, для использования дома или в офисе – не пригодны – они продуцируют испарения кислоты во время работы. Такие испарения даже в малых концентрациях вредны для здоровья. Установить их в специальном проветриваемом помещении, скорее всего, у вас не получится, а соответственно со временем концентрация испарений кислоты будет повышаться, и это опасно для здоровья!

Гелевые аккумуляторы

Это разновидность кислотных аккумуляторов, общие принципы работы такие же, но благодаря специальной конструкции герметические гелевые аккумуляторы, не продуцируют вредных испарений и могут использоваться в помещениях без ущерба для здоровья людей. Обычно они немного дороже (при такой же емкости) кислотных и AGM аккумуляторов, но на такой "доплате" не стоит экономить.

Литий-ионовые (или их популярная разновидность – LiFePO4 литий-ферум-фосфатные аккумуляторы)

Получили очень широкое применение в компактной электронной технике (мобильные телефоны и другие гаджеты), имеют лучшие показатели плотности энергии на единицу веса и объема. С началом эры электромобилей аккумуляторные батареи именно такого типа есть в основе источника питания. К преимуществам такой батареи следует отнести и высокую скорость заряда (современные аккумуляторы спокойно "переваривают" ток заряда около 50% от их емкости в А*г – сравните с "начальными" 8…10% для гелевых кислотных). Аккумуляторами такого типа оснащены указанные выше "модные" инверторы EcoFlow и Bluetti. Но такие же батареи можно использовать для создания собственного преобразователя.

Качественные, созданные по современным технологиям литий-ионовые аккумуляторы имеют значительно большее количество циклов "заряд – разряд" (до 4,5…6 тысяч!) и имеют встроенные модули управления процессом заряда (BMS – battery management system), что позволяет сохранить их ресурс и продлить срок жизни.

Едва ли не единственным недостатком аккумуляторов такого типа является их цена. К сожалению литий-ферум-фосфатные аккумуляторы в несколько раз дороже гелевых батарей такой же емкости. Но если вы планируете использовать свое автономное питание длительное время, то такая разница в цене может быть вполне оправдана.

Расчет длительности работы в зависимости от емкости аккумулятора

Прежде всего, нужно вспомнить о законе сохранения энергии – в случае с инверторами и аккумуляторами он также сбывается – энергия не берется ниоткуда и никуда бесследно не исчезает. Поэтому аккумулятор с номинальным напряжением 12 Вольт и емкостью 100 А*г может отдать не более 12 В*100 Аг = 1200 Вт*г (или 1,2 кВт*г). То есть, инвертор с аккумулятором такой емкости сможет давать энергию для приборов с суммарной мощностью 1,2 кВт не более 1 часа. Или приборы с общей мощностью 0,6 кВт смогут работать до 2 часов (2*0,6=1,2).

На самом деле, к сожалению, даже меньше, поскольку всегда присутствуют потери на нагрев и рассеивание энергии. Кроме того, любой аккумулятор (если вы не собираетесь использовать его только один раз!), следует разряжать не ниже, чем до уровня 20% от номинальной емкости* ( для большинства аккумуляторов AGM максимальный рекомендуемый уровень разрядки только до 30%!). Это означает, что суммируя мощности всех потребляющих энергию приборов и желаемое время автономной работы, следует умножить полученный результат на 1,3…1,4 чтобы получить необходимую емкость батареи.

*Большинство производителей литий-ионовых аккумуляторов регламентируют параметры своих аккумуляторов при разряде не ниже 20% емкости и гарантируют длительную работу и количество циклов "заряд-разряд" только при условии соблюдения этого параметра и целого ряда других требований.

Еще один пример расчета: инвертор Bluetti с батареей на 600 В*ч (англ. Wh) планируется использовать для питания газового котла (паспортная потребляемая мощность 120 Вт). Расчет продолжительности работы: 600:120=5 час(!). На самом деле с таким инвертором время работы котла может быть даже существенно больше! Все потому, что двигатели циркуляционных насосов котла не работают все время, а включаются на прокачку теплоносителя периодически лишь на некоторое время. Оставшееся время энергию потребляет только электроника (автоматика управления) котла, а это небольшая мощность.

Приблизительно такая же паспортная мощность потребления у телевизора с небольшой диагональю, но в этом случае аккумулятор инвертора разрядится значительно быстрее… скорее всего до 4 часов (несколько продлить время работы телевизора может уменьшение яркости экрана).

В любом случае продолжительность работы ваших домашних приборов и гаджетов от инвертора можно рассчитать только очень приблизительно. Имеют значение большое количество параметров:

• уровень зарядки до начала работы (успели ли вы подзарядить батареи до уровня 95…100%);
• износ батарей (новые аккумуляторы держат заряд лучше);
• режим потребления (постоянно или периодически потребляемая мощность);
• и даже температура в помещении.

Вам следует помнить несколько простых правил, приведенных выше: не разряжать аккумуляторы ниже уровня 20% от номинальной емкости, не перегружать инвертор (даже стартовыми кратковременными токами) выше указанной номинальной мощности и… регулярно заряжать батареи!

Теперь вы знаете все об автономных источниках питания, их типах и разновидностях батарей, от которых они питаются. Оцените свой бюджет, составьте расчет мощности и необходимый запас времени работы и вперед!

В продолжении цикла публикаций мы напишем о том, как создать свой "островок энергетической независимости" на основе гибридного инверторного преобразователя, аккумуляторных батарей и внешних источников питания.