Як правильно обрати інвертор для дому чи офісу та пережити відключення: корисні поради

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

Інвертори

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.

-12/~220

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

Потужність

Слід розуміти, що більшість виробників в рекламних цілях зазначають завищену (пікову) максимальну потужність своїх перетворювачів. Як правило, із такою (зазначеною в назві та технічних характеристиках) потужністю інвертор може працювати обмаль часу. Саме тому, слід звернути увагу саме не на пікову (чи максимальну) потужність, а на номінальну, робочу потужність, тобто ту, з якою перетворювач зможе працювати впродовж тривалого часу, не виходячи з ладу та не відключаючись через перенавантаження.

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.

Вкрай важливо не плутати "Вихідну потужність інвертора" і "Потужність інвертора у Вт*год" (фактично, другий показник – це ємність батарей, здатність інвертора тримати навантаження певний час). 

До прикладу, інвертор BLUETTI EB3A має в позначенні такі дані: "268Вт*г/600Вт", що означає "Максимальне навантаження 600 Вт, а ємність
акумуляторної батареї складає 268 Вт*год".

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).

ВАЖЛИВО! Більшість приладів, що будуть живитися від вашого інвертора, мають "стартовий кидок струму". Це процес короткочасного підвищеного споживання потужності/струму у момент включення/запуску. Для двигунів миттєве збільшення може сягати 3…3,5 від номінальної потужності, а для телевізорів та інших приладів із так званими імпульсними блоками живлення – до 2.

Якщо цього не врахувати при виборі інвертора, можна отримати клопіт із постійним спрацьовуванням системи захисту перетворювача від перенавантаження… і в такому разі доведеться щоразу перезапускати його заново. Отже, залежно від того, наскільки потужні двигуни у ваших домашніх пристроїв споживачів енергії – помпи для води у свердловині, компресори у холодильнику, циркуляційні насоси у системі опалення – слід обирати інвертор із запасом потужності, що витримує момент стартових навантажень. Для прикладу, двигун у помпі потужністю 500 Вт (0,5 кВт) в момент старту на долю секунди може споживати біля 1,5 кВт потужності, але навіть цієї долі секунди може вистачити для того, щоб увімкнувся захист від перевантаження у вашому інверторі.

Форма вихідної напруги. Чому "чистий синус" (pure sine) має значення

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!

Для живлення комп'ютерів чи телевізорів форма напруги не така важлива (їхні блоки живлення "переварюють" практично будь яку форму вхідної напруги). Але для пристроїв, що містять електричні двигуни (циркуляційні помпи опалення, компресори холодильників, електроприводи для воріт і т.п.) така напруга неприйнятна. Навіть якщо виробник обіцяє "апроксимовану синусоїду", це не гарантує, що ваша техніка із двигунами зможе справно працювати із таким перетворювачем. Тому краще не ризикувати.

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.

All inclusive or DIY (Все включено або зроби це сам)

• 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.

Якщо у вас є "автомобільний інвертор" і ви хочете застосувати його для домашнього використання, виходом може бути покупка автомобільного зарядного пристрою для акумуляторів та акумулятора відповідної ємності. В такому разі зарядний пристрій треба увімкнути в розетку 220 В у вашому помешканні/офісі, а вихідні клеми ("крокодили") відповідно до позначення "+" і "-" – до акумулятора. Тепер кожного разу, коли в мережі буде з'являтися напруга, ваш акумулятор підзаряджатиметься. До цього ж акумулятора підключіть також інвертор – і в час, коли напруги в мережі немає, аккумулятор буде віддавати накопичену енергію.

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.

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:

Важливо! Ми НЕ РЕКОМЕНДУЄМО ВИКОРИСТОВУВАТИ кислотні (автомобільні стартерні) та AGM акумулятори. Хоча вони мають відносно невисоку ціну та доступні в широкому діапазоні ємностей, і їх можна купити практично у будь якому автомагазині, для використання вдома чи в офісі не придатні – вони продукують випари кислоти під час роботи. Такі випари навіть у малих концентраціях є шкідливими для здоров'я. Встановити їх у спеціальному провітрюваному приміщенні швидше за все у вас не вийде, а відповідно з часом концентрація випарів кислоти буде підвищуватися, і це небезпечно для здоров'я!

Гелеві акумулятори

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.

Літій-іонові (або їх популярний різновид – LiFePO4 літій-ферум-фосфатні акумулятори)

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.

Розрахунок тривалості роботи в залежності від ємності акумулятора

Насамперед потрібно згадати про закон збереження енергії – у випадку з інверторами і акумуляторами він також справджується – енергія не береться нізвідки і нікуди безслідно не зникає. А тому, акумулятор із номінальною напругою 12 Вольт і ємністю 100 А*г може віддати не більше, ніж 12 В*100 Аг = 1200 Вт*г (або 1,2 кВт*г). Тобто інвертор із акумулятором такої ємності зможе давати енергію для приладів із сумарною потужністю 1,2 кВт не більше 1 години. Або ж прилади із загальною потужністю 0,6 кВт зможуть працювати до 2 годин (2*0,6=1,2).

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.

*Більшість виробників літій-іонових акумуляторів регламентують параметри своїх акумуляторів за умови розряду не нижче 20% ємності і гарантують тривалу роботу і кількість циклів "заряд-розряд" лише за умови дотримання цього параметру та цілого ряду інших вимог.

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.

Вам слід пам'ятати кілька простих правил, наведених вище: не розряджати акумулятори нижче рівня 20% він номінальної ємності, не перевантажувати інвертор (навіть стартовими короткочасними струмами) вище вказаної номінальної потужності і… регулярно заряджати батареї!

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.