Маленький апокалипсис в сельской местности
Современные тенденции показывают, что проблемы в электроэнергии могут возникать по разным причинам, к примеру, из-за возникновения перегрузок на электроподстанциях или техногенных аварий. При этом, всегда хочется чувствовать себя защищенным, даже при отсутствии достаточных средств на покупку системы бесперебойного питания.
Министерством Энергетики РФ утверждены правила устройства электроустановок, которые указывают на то, что отключение электроснабжения для потребителя может составлять до 24 часов за единовременное проведение аварийно-восстановительных работ и на срок до 72 часов за календарный год. Устранением любых аварий занимаются работающие круглосуточно бригады. При этом, реальные сроки восстановления электроснабжения могут значительно затянуться. Хотя и происходят такие случаи крайне редко.
Все производимые далее расчеты будут производиться с учетом того, что электрики при восстановительных работах не будут превышать сроки, и регламент в 24 часа будет соблюден.
Первое, что нужно сделать это определиться с тем количеством электроприборов, которые потребуются.
Для сельской местности присуще использование газового котла, который при этом подключен и к электросистеме. Автоматика работает так, чтобы при отключении электричества, выключалась и подача газа, иначе может возникнуть ситуация с аварийным повреждением системы отопления.
Газовый котел вместе с циркуляционным насосом имеют общую ёмкость в 100-1500 Вт.
Расчет следует производить, исходя из работы котла на протяжении 24 часов в сутках по формуле: 150Ватт * 24часа = 3600 Вт*ч.
Второе место в списке важности электроприборов занимает холодильник. Для старых холодильников характерно большое количество потребления энергии, у них есть недостатки виде пропускаемого холода через некачественные теплоизоляционные материалы. Лучше использовать те холодильники, которые имеют энергоэффективность, как минимум A+. Среднее дневное энергопотребление можно узнать, прочитав в инструкции, какое количество в среднем в год потребляет холодильник и разделить это число на 365. Эта цифра будет актуальной в том случае, если холодильник полностью исправен и сохраняет температуру внутри.
В среднем холодильник потребляет около 2400 Вт*Ч за 24 часа. Холодильник также включается периодически и может потреблять до 1,5 кВт. Это позволяет нам сразу учитывать, что инвертор бесперебойника должен иметь не меньшую мощность. При подключении других потребителей, необходимо учитывать и их мощность. Но об этом мы поговорим дальше.
Следующий электроприбор – это микроволновка, которая используется для разогрева и приготовления пищи. К примеру, приготовить картошку можно, примерно, за 20 минут. Если исходить из того, что есть мы будем 3 раза, то получается, что микроволновка проработает как минимум час.
Можно в расчетах использовать и электроплиту, 1 конфорка которой будет потреблять около 1000Вт*ч за 1 час работы. Пусковая мощность микроволновки составляет 2 кВт, но она вряд ли будет совпадать с началом работы холодильника. Если же это случится, то в недостаточно мощном инверторе должна сработать система защиты.
Далее мы переходим к мытью посуды. Если вы набираете воду из колодца, то никаких проблем. Но вот в случае наличия скважины, без электричества накачать воду у вас не получится. Номинальная емкость большинства глубинных насосов составляет от 1000 до 1500 Ватт. Пусковая мощность считается основным критерием и она, может быть, в 5-7 раз выше номинальной, и напрямую зависит от глубины.
Пиковая мощность бесперебойника в данном случае должна быть больше, чем пусковая мощность насоса, которая поддерживается на протяжении 1-2 секунд, а также больше, чем потребление всех других подключенных электроприборов.
Пятикратное увеличение мощности при номинальной в 1 кВт будет составлять 5 кВт. При этом, насос работает только в момент, когда качает воду в расширительный бак. А кто-то вряд ли будет просто так включать кран и смотреть на льющуюся воду. В среднем, потребление в день составляет около 30 минут, так что за 24 часа расчет будет следующим: 1000Вт * 0,5часа = 500Вт*ч.
Конечно, собственная скважина есть далеко не у каждого, а значит и мощность бесперебойника стоит учитывать только при ее наличии. Мы сделаем расчеты и без использования такого насоса.
Учитывается также и освещение, так как без него передвигаться по дому становится просто невозможно. На рынке представлено множество энергосберегающих лампочек, которые предлагаются во многих вариациях. Мощность лампочек составляет 5-10 Вт. При горении 8 светодиодных лампочек, общее потребление освещения составит 10 Вт * 8шт = 80 Вт. Чаще всего свет включают в вечернее время, а значит следует рассчитывать в среднем используют его около 4 часов. Получается, что потребление составляет 80Ватт * 4часа = 320 Вт*ч. В зимнее время использование повышается до 8 часов, а значит и потребление энергии увеличивается до 640 Вт*ч.
Конечно, мы не можем оставить потребителя без телевизора, которому будет очень скучно при отключении электроэнергии. Причем, телевизор люди включают очень часто, а значит в день он может проработать вплоть до 16 часов в день. В среднем, потребляет устройство до 50 Вт, как и обычный ноутбук. Итак, за 16 часов мощность составит: 50Ватт * 16часов =800 Вт*ч энергии.
Наши потребители энергии, которых мы описали выше, со скважинным насосом воды:
Далее следует определить с выбором ИБП, включая инвертора МАП и его мощностью.
Компьютерные ИБП плохо подойдут для данных целей, так как они имеют небольшой аккумулятор, и имеют слабую перегрузочную способность. При применении насоса, общая мощность может достигать вплоть до 6380 Вт. Отсюда следует, что минимальная модификация МАП должна иметь мощность 2кВт 24 Вольт модель Pro.
Это позволит обеспечить питание в следующих режимах:
· до 8кВт на время до 5 секунд, затем отключится под действием защиты от перегрузки;
· до 6кВт на время до 30 минут, затем отключится под действием защиты от перегрева;
· до 4кВт на время, пока не отключится под действием защиты от глубокого разряда АКБ (порог отключения устанавливается пользователем).
Всегда можно выбрать более мощную модель МАП HYBRID, если в вашем доме требуется большая пусковая мощность, которая будет использовать АКБ, что позволит избежать «выбивания» вводных автоматов. Среди «топовых» решений выделяются две модели инверторов: МАП DOMINATORи МАП TITANATOR.
Следующий шаг: выбрать необходимое количество и тип АКБ. Мы предлагаем рассмотреть следующие аккумуляторы, и определить, подойдут они для использования или нет:
Свинцово-кислотные автомобильные стартерные
Дешевые, но не эффективные при глубоком разряде. Имеют тонкие свинцовые пластины, которые недолговечны и не устойчивы к разрядам.
Свинцово-кислотные герметизированные типа AGM
Данные аккумуляторы имеют большую стоимость в сравнении со стартерными, и могут использоваться длительно при неглубоких разрядах. В качестве резервной системы электроснабжения может стать неплохим решением.
Свинцово-кислотные герметизированные гелевые
Дороже AGM и чуть лучше в характеристиках. Но переплачивать за них нет никакого смысла, так как объем накапливаемой энергии равен предыдущему типу АКБ.
Свинцово-кислотные герметизированные карбоновые
Это современные аккумуляторы, которые имеют повышенный ресурс и их можно назвать идеальным решением для резервных и автономных систем. Даже при глубоких ежедневных разрядах они имеют достаточный ресурс. Стоимость в 2 раза выше, чем у АКБ AGM, но количество циклов заряда/разряда в 7 раз больше.
Свинцово-кислотные тяговые панцирные
Хорошо работают при отрицательных температурах и имеют небольшой саморазряд. А это значит, что их можно долго ранить без использования. Но есть эффект памяти, который считается главным недостатком. Количество циклов заряда\разряда в 2 раза меньше, чем у карбоновых. Имеют пониженный КПД по сравнению с другими аккумуляторами.и, которые устанавливаются на аккумуляторах. Но стоит учитывать, что при этом повышается цена.
Литий-железо-фосфатные (LiFePO4)
Современные качественные аккумуляторы, имеющие большой ресурс, но при этом у них очень высокая стоимость. Они имеют преимущества в виде небольшого веса и быстрого заряда, но эти плюсы в системе резервного питания не используются.
Количество циклов как у кислотно-карбоновых АКБ, но стоимость в данном случае будет в 2 раза выше. Их лучше всего использовать в тех местах, где важен именно размер и небольшой вес.
Различные модификации щелочных аккумуляторов
Хорошо работают при отрицательных температурах и имеют небольшой саморазряд. А это значит, что их можно долго хранить без использования. Но есть эффект памяти, который считается главным недостатком. Количество циклов заряда\разряда в 2 раза меньше, чем у карбоновых. Имеют пониженный КПД по сравнению с другими аккумуляторами.
Для наших целей подойдет тип аккумулятора AGM емкостью 200А*ч с напряжением 12 вольт. Если есть дополнительные средства, то можно использовать и карбоновые АКБ. Такая большая емкость аккумулятора используется для того, чтобы снизить количество болтовых соединений на пути протекания тока. Это в свою очередь повысит ресурс при использовании большого числа аккумуляторов.
Количество аккумуляторов обратно пропорционально тому, насколько долго они будут служить. Чем их меньше, тем больший срок использования. Одна банка свинца имеет напряжение в 2В независимо от типа и емкости, и чем больше таких банок, тем хуже баланс в работе системы.
Сравним две системы, компьютерного бесперебойника и системы с инверторами. Для компьютерного ИБП характерно использование большого числа небольших аккумуляторов, зачастую 9 Ач*12В и их общее напряжение составляет 192 В. Это позволяет снизить стоимость бесперебойника. Для безопасности АКБ помещается в корпус. При этом срок службы такого аккумулятора достигает максимум 3-5 лет. Каждый аккумулятор имеет по 6 ячеек по 2 В, и они соединяются последовательно, а значит всего их 16 штук. И мы в конечном итоге получаем систем с 96 последовательно соединенными ячейками. В этом случае повышается риск разбалансировки. Даже из-за одной ячейки, работающей с высоким внутренним сопротивлением, начинают разрушаться и остальные. При этом весь массив аккумуляторов продолжит выдавать напряжение в 192 В.
Для системы, где основа – это инвертор МАП, используется 4 АКБ 200Ач*12В, которые соединены на 48 В. Это обеспечивает как большую безопасность, но и долгий срок использования. Это связано с тем, что последовательно соединены всего 24 ячейки.
Как понять, сколько энергии у нас запасается в одном аккумуляторе? Если аккумулятор 200А*ч на 12 вольт, то по формуле из курса физики мощность равна произведению тока на напряжение, значит у нас энергии в аккумуляторах:
200 Ампер*часов * 12 Вольт = 2400 Ватт*часов
Из аккумулятора забирается не вся энергия, потому что они устроены таким образом, что при большой потере быстрее выходят из строя. Лучше не разряжать их больше, чем на 70 процентов. В нашем инверторе МАП, по умолчанию, уже в настройках установлено напряжение конца разряда АКБ, соответствующее разряду АКБ не ниже чем на 70%. Инвертор, при этом, в качестве защитной меры, отключит генерацию переменного напряжения 220 В для защиты аккумулятора от более глубокого разряда. Следовательно, от математически высчитанного запаса энергии в нашем массиве аккумуляторов мы сможем использовать 70%:
200А*ч * 12вольт * 70% (глубина разряда) = 1680 Вт*ч энергии.
Для нашей системы (со скважинным насосом), нам потребуется аккумуляторов:
8940Вт*ч / 1680Вт*ч = 5,32 штук аккумуляторов
С округлением в большую сторону, ближайшее целое число аккумуляторов – 6 шт.
В этом случае, можно выбрать сборку АКБ на 24 В и, соответственно, инвертор на 24 вольт. Наши 12 вольтовые аккумуляторы мы будем соединять в один общий массив в цепочки по две штуки последовательно и три такие цепочки соединим параллельно, тем самым наша общая ёмкость массива получится 600А*ч на 24 Вольт.
Наш запас энергии, который мы сможем использовать при условии глубины разряда АКБ до 70%:
600ампер*часов * 24 вольт = 14400 Ватт*часов
14000Вт*ч * 70% = 10080 Ватт*часов.
В данном случае немного больше, чем наши первоначальные расчеты в 8940 Вт*ч, что позволяет использовать источник питания на несколько часов дольше до включения света.
Устанавливаются аккумуляторы на специальном стеллаже, который должен выдержать большой вес АКБ, ведь каждый весит больше 50 килограмм. Нижняя планка вмещает 2 аккумулятора, а это значит, что необходимо использовать 3 полки. Дополнительно нам потребуется следующее оборудование, которое позволит произвести грамотное подключение:
Итог по оборудованию:
Комплект оборудования обеспечит бесперебойное питание вашей нагрузки 220 Вольт 1 фазы мощностью:
- до 8 кВт на время до 5 секунд, затем отключится под действием защиты от перегрузки,
- до 6 кВт на время до 30 минут, затем отключится от перегрева или по времени работы,
- до 4 кВт на время, пока не разрядятся аккумуляторные батареи.
Запаса энергии в АКБ будет достаточно для обеспечения работы нагрузки всего приведённого для примера дома на время до 27 часов.
Общее количество энергии, которое будет автоматически поддерживаться в АКБ и которое потом можно будет использовать – 10 кВт*ч.
357600 рублей / (12 месяцев * 12 лет ) = 2483 рублей в месяц за бесперебойное надёжное электроснабжение на основные нужды частного дома.
Получилось не так уж и дорого, вполне сопоставимо с походом в кино с женой и детьми!
Расчёт системы бесперебойного питания без скважинного насоса воды.
Если скважинный насос не используется, то пусковая мощность будет значительно меньше, так как мы не используем электродвигатель. Пусковая мощность составит не более 2340 Вт причем на промежуток времени в 1-5 секунды. наименьший подходящий по пиковой мощности МАП 2 кВт 12 Вольт модели Pro (однако, если финансы позволяют, можно выбрать МАП на 12 В или на 24 В 3 кВт – больший запас мощности, это большая надёжность, а кроме того, начиная с модели 3 кВт, на приборы ставятся удобные для подключения разводочные коробки).
МАП 2 кВт сможет обеспечить бесперебойное питание наших электроприборов 220 Вольт 1 фазы мощностью:
· до 2,8 кВт на время до 5 секунд, затем отключится действием защиты от перегрузки;
· до 2 кВт на время до 30 минут, затем отключится действием защиты от перегрева;
· до 1,4 кВт на время, пока не отключится действием защиты от глубокого разряда акб.
Для нашей системы без скважинного насоса нам потребуется аккумуляторов:
8440Вт*ч / 1680Вт*ч = 5,02 штук аккумуляторов.
В данном случае можно выбрать 5 шт АКБ.
Т.к. мы выбрали инвертор на 12 вольт, то наши 12 вольтовые аккумуляторы мы будем соединять в один общий массив все параллельно, тем самым наша общая ёмкость массива получится 1000 А*ч на 12 Вольт.
1000 Ампер*часов * 12 Вольт = 12000 Ватт*часов
Наш запас энергии, который мы сможем использовать при условии глубины разряда акб до 70%: 12000Вт*ч * 70% = 8400 Ватт*часов.
Получилось чуть меньше, чем наши расчётные 8440 Вт*ч, это позволит нам продержаться без света на 7 минут меньше, чем расчётные 24 часа.
Для размещения оборудования мы используем тот же стеллаж с тремя полками для аккумуляторов и ещё одной полкой для самого инвертора.
Аккумуляторы стоят рядом, и можно использовать короткую перемычку для создания параллельного соединения. В нашем случае, мы предлагаем использовать перемычки одной длины, что позволит добиться нужной равномерности при работе. Всего будет использовано 8 перемычек длиной в 70 сантиметров. Для равномерного использования АКБ и их износа, необходимо подключать инвертор к общему массиву АКБ «по диагонали», т.е. если мы подключаем «-» провод инвертора к первому АКБ массива, то «+» провод инвертора надо подключить к последнему АКБ массива – см. рис.
Итог по оборудованию:
Комплект оборудования обеспечит бесперебойное питание вашей нагрузки 220Вольт 1 фазы мощностью:
- до 2,8 кВт на время до 5 секунд, затем отключится действием защиты от перегрузки,
- до 2 кВт на время до 30 минут, затем отключится от перегрева,
- до 1,4 кВт на время, пока не разрядятся аккумуляторные батареи.
Запаса энергии в АКБ будет достаточно для обеспечения электроэнергией нашего дома, если в нем не будет использоваться скважинный насос, на время до 24 часов.
Общее количество энергии, которое можно накопить в АКБ и потом использовать – 8,4 кВт*ч.
Наша надёжность электроснабжения будет стоить нам:
255 700руб. / (12месяцев * 12лет ) = 1776 рублей в месяц за бесперебойное надёжное электроснабжение на основные нужды частного дома.
Мы очень надеемся, что нам удалось рассказать и объяснить, как правильно подбирается резервная система бесперебойного питания для дома.
