У попередній публікації 24 Канал розповідав про генератори електроенергії, їхні різновиди, переваги та недоліки, а також про те, чому генератор, на жаль, не завжди може стати вирішенням усіх проблем. Насамперед, через неможливість встановити його в квартирі, на балконі чи в деяких випадках навіть поблизу власного будинку, офісу. На жаль, генератори надто шумні та створюють сильні вібрації, а крім того, вихлопні гази від працюючих генераторів суттєво обмежують можливість їх використання.

До теми Пережити зиму зі світлом: як правильно обрати генератор для дому чи бізнесу

Ще одним джерелом енергії для вашого дому чи офісу може бути інвертор. Вони теж бувають дуже різними як за потужністю, так і за типом батареї, яку використовують, а ще за кількома специфічними характеристиками, про які варто знати, щоб зробити правильний вибір.

На ринку доступний величезний асортимент інверторів різних типів різних виробників, з величезним діапазоном цін та характеристик. А тому, деякі знання про ці прилади можуть зекономити вам і час і гроші, а головне – вберегти від неприємних сюрпризів.

Що таке інвертор і як він працює

Слово "інвертор" означає "перетворювач" і передбачає перетворення постійної напруги акумулятора у змінну напругу 220 Вольт. Проте, зрозуміло, що й акумулятор потрібно заряджати енергією, яку він витрачає в процесі використання. Тому, при виборі інвертора потрібно також розуміти де буде використовуватися прилад. До прикладу, так звані "автомобільні" інвертори можуть перетворювати бортову напругу автомобіля 12 Вольт у звичну для електроприладів 220 Вольт "лише в один бік".

При цьому, аккумулятор автомобіля буде автоматично заряджатися від генератора чи двигуна. Та для домашнього чи офісного використання такий інвертор не зовсім підходить – доведеться щоразу підзаряджати вашу акумуляторну батарею, хоча й тут існує вихід (про це трохи пізніше).

Купуючи інвертор для домашнього використання, вам слід подбати як про аккумулятор, так і про його автоматичну зарядку в час, коли енергопостачання відновлено. А ще обрати тип, ємкість батареї та потужність. Але про все по порядку.

Актуально Альтернативні джерела енергії для дому: їхні переваги та недоліки

Інша важлива деталь – потужність зазначають у кВА (англійською – kVA) тобто у "кіло-вольт-амперах", а не в кВт (кіловатах). Для більшості побутових приладів – від ноутбуків і телевізорів до котлів опалення та водяних помп це НЕ одне і те ж.

Щоб не вдаватися в подробиці, більшість побутових приладів, що працюють від електричної енергії, крім активного, мають ще й так зване ємнісне або індуктивне навантаження, їхня потужність споживання у Ватах НЕ дорівнює напрузі помноженій на споживаний струм (як у законі Ома). Це обов’язково треба враховувати при підборі інвертора. Іншими словами, вам потрібний запас потужності на "реактивне навантаження" приладів.

Як правило, вам достатньо помножити зазначену у кВА потужність на 0,7…0,75 щоб отримати приблизну корисну потужність у кВт. Для прикладу, інвертор із зазначеною номінальною (робочою) потужністю 4 кВА зможе живити сумарне навантаження до 3 кВт (4*0,75=3).

Чому форма вихідної напруги інвертора має значення

Все тому, що енергія в наших електричних мережах (у звичайних умовах) створюється на електростанціях потужними генераторами (що обертаються парою чи водою) та передається до нашого житла через лінії електропередач і трансформаторні підстанції. А форма цієї напруги – ідеальна або "чиста" синусоїда створюється якраз в процесі обертання. І саме така форма напруги потрібна майже всім двигунам (у згаданих вище приладах) для того, щоб перетворити електричну енергію назад в обертовий рух.

Будь яке відхилення від "чистої синусоїди" погіршує процес зворотнього перетворення електричної енергії в механічну енергію обертання. Двигуни у помпах та компресорах "страждають" від такої "неправильної синусоїди" і навіть можуть "відмовитися" працювати або ще гірше – вийти з ладу.

Більшість дешевих моделей інверторів видають потрібну напругу та частоту на виході (типово ~230 Вольт, 50 Герц), але форма цієї напруги відрізняється від синусоїди. Це не означає, що ці пристрої непридатні для використання!

На сьогодні майже всі виробники навчилися виготовляти інвертори, що видають на виході практично ідеальну ("чисту") синусоїду (англійською – pure sine), створену складними електронними схемами керування. Як правило, такі пристрої трохи дорожчі за їх «апроксимованих побратимів», але різниця в ціні виправдана.

  • Перший варіант “Зроби це сам” автономного живлення на базі автомобільного інвертора.

На початку статті ми вже згадували про один із типів інверторів – це так звані "автомобільні інвертори", або інвертори "в один бік", такі, що створюють змінну напругу 220 Вольт із постійної напруги 12 Вольт (бортової мережі автомобіля чи акумулятора). "Незручність" таких перетворювачів в тому, що вони потребують зовнішнього джерела постійної напруги (акумуляторна батарея), а ще – пристрою для заряджання цієї батареї.

Вам не обов’язково щоразу переключати прилад (до прикладу, котел) то в розетку на стіні, то в інвертор. Ви можете залишати його включеним в інвертор постійно. В такому разі, за наявності напруги в мережі, ваш зарядний пристрій буде одночасно заряджати акумулятор і живити інвертор (для цього варто підібрати зарядний пристрій, розрахований на струм 12…15 Ампер і більше аби його вистачало на усі потреби).

  • Другий варіант "Зроби це сам" системи автономного живлення на базі інвертора із функцією заряджання.

Іншим варіантом автономного живлення може бути система на базі перетворювача (інвертора) із вбудованим зарядним пристроєм акумулятора. Таких інверторів на ринку є доволі багато, вони мають різну вихідну потужність і різні струми зарядки зовнішньої батареї. Але всі вони потребують підключення зовнішньої акумуляторної батареї (для її підключення передбачені спеціальні провідники із клемами). Як правило, такі інвертори суттєво дорожчі за "автомобільні", але зручніші у використанні та звільняють вас від необхідності майструвати електричні схеми та докуповувати зарядні пристрої для акумуляторів. Але це не позбавляє вас від необхідності придбання акумулятора необхідної потужності.

Найменш клопітким варіантом є використання готового інвертора з інтегрованою (вбудованою) батареєю живлення. Проте, зазвичай він є найдорожчим рішенням.
На ринку представлено цілу лінію інверторів, як відомих виробників (наприклад, EcoFlow і Bluetti), так і менш розкручених брендів, розрахованих на різну потужність навантаження та з батареями різної енергоємності (від кількох десятків Вт*год до кількох кВт*год). Очевидною перевагою таких інверторів є простота підключення та використання, компактні розміри, мобільність та відносно невелика вага.

До недоліків слід віднести ціну і неможливість збільшити енергоємність (потужність) системи, використовуючи зовнішні акумуляторні батареї.

Надзвичайно важливою складовою будь якої автономної системи живлення на базі інвертора є акумулятор (формально – акумуляторна батарея, що складається із певної кількості окремих акумуляторів). До питання підбору виду та ємності акумуляторів автономного джерела живлення слід поставитися дуже уважно!

Головними характеристиками для акумуляторів є ємність в "ампер-годинах" (Аг або англійською – Ah), вага та габаритні розміри (або об’єм). Із цих показників можна вивести похідні характеристики: ємності на кілограм ваги "Ah/kg" та ємності на об’єм в літрах "Ah/l". Крім цього, треба брати до уваги надійність та довговічність акумуляторів, які багато в чому визначаються їхньою технологією виготовлення (спойлер – найбільш ємкими та компактними, а також довговічними та витривалими за кількістю циклів "заряд – розряд" є "літій-іонні" акумулятори, але вони також найдорожчі серед доступних на ринку).

Серед великої кількості різних типів акумуляторів, ми розглянемо лише ті, які є доступними та придатними для використання:

Це різновид кислотних акумуляторів, загальні принципи роботи такі ж, але завдяки спеціальній конструкції гелеві акумулятори герметичні, не продукують шкідливих випарів і можуть використовуватися в приміщеннях без шкоди для здоров’я людей. Зазвичай вони трохи дорожчі (при такій же ємності) від кислотних та AGM акумуляторів, але на такій "доплаті" не варто економити.

Гелеві акумулятори мають відносно невелику кількість циклів "заряд – розряд" (типово – 300…500) і доволі швидко втрачають ємність. До недоліків слід віднести і повільне заряджання – початковий струм заряду не може перевищувати 8…10% від ємності акумулятора в А*г, а в процесі заряду цей струм потрібно знижувати аби уникнути перегріву. В іншому випадку навіть до обіцяних 500 циклів аккумулятор "не дотягне".

Таким чином, повністю розряджений гелевий аккумулятор мав би заряджатися 20…24 год. В умовах періодичних (по кілька разів на добу) відключень електроенергії, така тривалість заряду є недосяжною. А відповідно гелевий акумулятор не буде заряджатися навіть до 60…70% номінальної ємності, вказаної на ньому… З часом заряд не буде дотягувати і до половини від ємності, і ви швидко помітите це по тривалості роботи інвертора від такого акумулятора. Все це варто брати до уваги, враховуючи "енергетичний баланс" в проєкті свого автономного джерела живлення.

Отримали дуже широке застосування в компактній електронній техніці (мобільні телефони та інші гаджети), мають найкращі показники "щільності" енергії на одиницю ваги і об’єму. З початком ери електромобілів акумуляторні батареї саме такого типу є в основі джерела живлення. До переваг такої батареї слід віднести і високу швидкість заряду (сучасні акумулятори спокійно "переварюють" струм заряду близько 50% від їхньої ємності в А*г – порівняйте із "початковими" 8…10% для гелевих кислотних). Акумуляторами саме такого типу оснащені вказані вище "модні" інвертори EcoFlow та Bluetti. Але такі ж батареї можна використати для створення власного перетворювача.

Якісні, створені за сучасними технологіями літій-іонові акумулятори мають значно більшу кількість циклів "заряд – розряд" (до 4,5…6 тисяч!) і мають вбудовані модулі керування процесом заряду (BMS – battery management system), що дозволяє зберегти їхній ресурс і подовжити термін життя.

Чи не єдиним недоліком акумуляторів такого типу є їхня ціна. На жаль літій-ферум-фосфатні акумулятори в кілька разів дорожчі за гелеві батареї такої ж ємності. Але, якщо ви плануєте використовувати своє автономне живлення тривалий час, то така різниця в ціні може бути цілком виправдана.

Насправді, на жаль, навіть менше, оскільки завжди присутні втрати на нагрівання та розсіювання енергії. Крім того, будь який аккумулятор (якщо ви не збираєтеся використовувати його лише один раз!) варто розряджати не нижче, ніж до рівня 20% від номінальної ємності* (для більшості AGM акумуляторів максимальний рекомендований рівень розрядки лише до 30%!). Це означає, що просумувавши потужності всіх приладів, що споживають енергію, та бажаний час автономної роботи, слід помножити отриманий результат на 1,3…1,4 щоб отримати необхідну ємність батареї.

Ще один приклад розрахунку: інвертор Bluetti із батареєю на 600 В*год (англ.Wh) планується використати для живлення газового котла (паспортна споживана потужність 120 Вт). Розрахунок тривалості роботи: 600:120=5 год (!). Насправді із таким інвертором час роботи котла може бути навіть суттєво більшим! Все тому, що двигуни циркуляційних помп котла не працюють увесь час, а вмикаються на прокачування теплоносія періодично лише на деякий час. Решту часу енергію споживає тільки електроніка (автоматика управління) котла, а це невелика потужність.

Приблизно така ж паспортна потужність споживання в телевізора із невеликою діагоналлю, але в цьому випадку акумулятор інвертора розрядиться значно швидше… швидше за все до 4 годин (дещо подовжити час роботи телевізора може зменшення яскравості екрану).

У кожному випадку тривалість роботи ваших домашніх приладів і гаджетів від інвертора можна розрахувати лише дуже приблизно. Мають значення дуже багато параметрів:

  • рівень зарядки до початку роботи (чи встигли ви підзарядити батареї до рівня 95…100%);
  • зношеність батарей (нові акумулятори тримають заряд краще);
  • режим споживання (постійно чи періодично споживана потужність);
  • і навіть температура в приміщенні.

Отож, тепер ви знаєте все про автономні джерела живлення, їхні типи та різновиди батарей, від яких вони живляться. Оцініть свій бюджет, складіть розрахунок потужності та необхідний запас часу роботи і вперед!!

В продовженні циклу публікацій ми напишемо про те, як створити власний "острівець енергетичної незалежності" на базі гібридного інверторного перетворювача, акумуляторних батарей та зовнішніх джерел живлення.