Система электропитания с аккумуляторами

Аккумулятор для дома

Электричество – источник питания окружающих человека приборов и устройств, делающих жизнь в современном жилье полноценной и комфортной. Централизованное снабжение электрическим током, как и любая коммуникация, может быть подвержено авариям. Отключение света нарушает налаженный ритм жизни в доме. Резервное электроснабжение позволяет избежать досадных ситуаций, когда перестают работать компьютер, телевизор, и отключается свет.

Устройство бесперебойного электроснабжения для дома

Источником аварийного бесперебойного питания электроэнергией служат аккумуляторы для дома. Особенно актуально резервное электроснабжение для загородных домов и дач, которые находятся вдали от централизованной электросети. Немаловажное значение имеет установка аккумуляторов в тех жилищах, которые часто остаются без света.

Домашние аккумуляторные батареи, обеспечивающие бесперебойное питание внутренней электросети, по своему принципу работы схожи с автомобильными АКБ. В отличие от них, домашнее электрооборудование рассчитано на режим глубокой разрядки. Это увеличивает время пользования электрическим током до очередной зарядки батареи.

Резервное питание электроэнергией может представлять собой несколько батарей, соединённых, как параллельно, так и последовательно. Их размещают в отдельных помещениях энергоёмких зданий.

Для квартиры, где нужна небольшая мощность тока, устанавливают ИБП (резервное электроснабжение). В корпус прибора встроен аккумулятор. Устройство располагает опциями контроля и управления энергетическими потоками. Вся информация о разряде АКБ отражается на жидкокристаллическом дисплее.

Виды домашних аккумуляторов

Для обеспечения аварийного питания внутренней электросети дома используют четыре вида аккумуляторных источников электроэнергетики:

1. Кислотно-свинцовые АКБ.
2. Гелевые батареи.
3. AGM аккумуляторы.
4. Никель-кадмиевые АКБ.

Кислотно-свинцовые АКБ

Самые распространённые аккумуляторы для ИБП по своему устройству ничем не отличаются от автомобильных батарей. В банках АКБ расположены свинцовые пластины, залитые электролитом (водным раствором серной кислоты).

Внимание! Хранить большие кислотно-свинцовые АКБ следует в отдельных помещениях с хорошей вентиляцией. Дело в том, что в процессе разрядки батареи выделяют газ, вредный для здоровья человека.

К недостаткам таких устройств нужно отнести то, что они требуют постоянного обслуживания (контроль уровня электролита и восполнение его падения дистиллированной водой).

Гелевые батареи

В электролит добавляют элементы кремния, в результате он приобретает форму геля (застывший пористый раствор из серной кислоты и силикагеля). Густая структура геля не даёт разрушаться электродам, что значительно увеличивает срок службы АКБ. Преимуществом такой батареи является то, что эксплуатировать аккумулятор можно в любом положении, не боясь вытекания электролита.

Гелевые аккумуляторы отличаются большим временным промежутком хранения заряда. Они хорошо служат для освещения, маломощных бытовых приборов (компьютеров, телевизоров и прочего). В то же время ИБП с такими АКБ не могут обеспечить большой ток для питания мощного оборудования (электродвигатели различного назначения).

Важно! Нельзя допускать перегрев гелевой батареи – она может взорваться. Нужно обеспечить контроль температуры корпуса АКБ.

Батареи этого вида долговечны. Они выдерживают от 600 до 800 циклов заряда – разряда. Специалисты рекомендуют их использовать в резервировании питания для светильников, ПК, ТВ и маломощных кухонных приборов: миксеров, комбайнов и кофемолок.

AGM аккумуляторы

Аббревиатура AGM сложилась из начальных букв Absorbent Glass Mat, что означает влагопоглощающие стеклянные маты. В последнее время батареи AGM завоёвывают передовые позиции на рынке аккумуляторов. Суть их конструкции состоит в том, что раствором серной кислоты пропитывают капиллярные синтетические маты, которые помещают между свинцовыми пластинами.

Пластины изготовляют из свинца высокой химической чистоты с добавками кальция и сурьмы. Присадки предотвращают разрушение электродов, что значительно увеличивает срок службы аккумуляторов.

Некоторые AGM устройства имеют спиральное расположение матов. Такое решение позволяет значительно увеличить контактную площадь для протекания химических реакций, что повышает КПД батарей.

AGM аккумуляторы занимают большой объём в производимой продукции таких брендов, как Bosh, Delta, Fiamm и др.

Никель-кадмиевые АКБ

Аккумуляторы настоящего типа уступают другим видам батарей в величине ёмкости. Это пальчиковые батарейки и крупные бочонки. Их соединяют никелевой полосой в блоки точечной сваркой. Ими заполняют корпуса ИБП, предназначенные для бесперебойного питания портативной техники и стационарных компьютеров.

Заряжают никель-кадмиевые аккумуляторные блоки в корпусе ИБП, который подключают к бытовой электросети. Также восполняют потенциал в отдельных специальных зарядных устройствах.

Источники зарядки домашних аккумуляторов

Резервный домашний источник тока частного дома нуждается в регулярной зарядке. При отключении электричества аккумуляторы автоматически переходят в режим разряда. По истечении определённого времени оборудование будет нуждаться в зарядке.

Питание для зарядки АКБ обеспечивают несколькими способами:

• электрическая сеть;
• генераторы;
• солнечные батареи;
• ветровые генераторы.

Электрическая сеть

При наличии автономной системы энергоснабжения используют аккумуляторы для частных домов при отключении электричества. Источник бесперебойного питания мгновенно реагирует на отказ сетевого электропитания, в работу включаются АКБ.

После восстановления работы электросети ИБП переходит в режим зарядки батарей. Электронная промышленность производит различные модели зарядных устройств. На входе встроенный инвертор переменный ток делает постоянным, а на выходе ток становится снова переменным. Это происходит потому, что АКБ должна получать постоянный зарядный ток.

Генераторы

Для домов, стоящих вдалеке от централизованного энергоснабжения, используют генераторы, которые снабжают электрическим током внутренние электросети. Все виды генераторов (газовые, на жидком топливе) производят громкий шум. Поэтому их используют одновременно, как поставщика электроэнергии напрямую, так и для питания зарядных устройств ИБП.

Генератор включают на время зарядки аккумуляторных батарей. Затем заряженные АКБ переходят в режим разрядки, генератор прекращает свою работу.

Солнечные батареи

В последнее время появились новые платформы солнечных батарей с большим КПД. В районах, где большое количество солнечных дней в году, солнечные батареи эффективно справляются с электроснабжением и резервным питанием для домов вместо генераторов.

Преимущество фотомодулей состоит в том, что их можно приобретать отдельными фрагментами. Постепенно приобретая новые модули, наращивают мощность потребляемого тока. Объединение в одну систему электроэнергетики фотопанелей с аккумуляторами даёт выгоду в том, что электропитание в солнечные дни обеспечивает солнечная батарея, в пасмурную погоду и ночные часы включаются в работу АКБ.

Ветровые генераторы

Ветровые установки обладают малой энергоёмкостью. Как правило, для обеспечения электроэнергией частного домостроения ставят несколько установок, вплоть до нескольких десятков. Позволить такие устройства может только финансово обеспеченный хозяин коттеджа. Как и в случае солнечных батарей, ветровые генераторы работают в одной системе с домашними АКБ.

Устройство ИБП

Источники бесперебойного питания в просторечии называют бесперебойниками. Принципиальное строение агрегата состоит из аккумуляторных батарей и электронной начинки. Электроника включает в себя инверторы, выпрямители, фильтры и микросхемы, гасящие различные возмущения в электросети. В дорогих моделях имеется байпас.

Характеристики АКБ определяют возможности прибора. В основном применяются свинцово-кислотные батареи. Средние показатели параметров равняются 12 В напряжения, ёмкостью от 7 до 9 А/ч. Все аккумуляторы абсолютно герметичны и являются необслуживаемым оборудованием. В небольших моделях устанавливается одна батарея, в мощных приборах их количество может любым.

Виды ИБП

ИБП бывают трёх видов:

1. Резервные.
2. Линейно-интерактивные.
3. Онлайн модели.

Резервные

Энергоснабжение проходит от сети через ИБП к потребителям. Как только электрический поток прекращается, прибор переключается в режим разряда аккумулятора. В момент возобновления сетевого питания бесперебойник передаёт энергию во внутреннюю сеть дома, часть импульса направляет на подзарядку АКБ. Время переключения режимов энергоснабжения составляет несколько миллисекунд, что исключает потерю данных во время работы компьютера.

Дополнительная информация. Использование таких установок вполне приемлемо для домашней техники. Для энергоёмкого силового оборудования (насосы, отопительные котлы и пр.) резервные модели не годятся. ИБП не гарантирует сохранения стабильности синусоидальной формы напряжения.

Линейно-интерактивные

Принцип работы и устройство интерактивного источника схожи с резервной моделью. Отличие заключается в том, что линейно-интерактивные ИБП оснащены коммутирующими устройствами. Приборы не нуждаются в переключении режимов питания при отклонении нормативного показателя входного напряжения до 20%. При этом показатель выходного напряжения практически остаётся неизменным.

Онлайн модели

Онлайн оборудование считается самым надёжным и высококлассным ИБП. В него заложен принцип двойного преобразования. Уровень защиты практически составляет 100%. Работа устройства заключается в следующем:

• входящий ток проходит через выпрямитель, становясь постоянным;
• инвертор возвращает энергию обратно в переменный ток с идеально ровным напряжением;
• внутренняя резервная линия – байпас, страхует бесперебойное питание в случае выхода из строя основной линии ИБП.

Время переключения режимов стремится к нулю. Такой источник называют «онлайн», то есть перерыва в его работе не существует.

К недостаткам онлайн ИБП следует отнести их высокую стоимость, а также снижение КПД электросилы из-за двойного преобразования характеристик тока. Потери потенциала по отношению к абсолютной величине КПД довольно незначительны.

Сам по себе аккумулятор без такого прибора, как ИБП, не может стать автономным гарантом бесперебойного энергоснабжения дома. Для того чтобы выбрать подходящую модель ИБП, необходимо произвести точный расчёт силы тока, его напряжения и мощности, обеспечивающих работу всех потребителей в доме.

Видео

Источник

Резервное питание дома на аккумуляторах

В этом посте мы покажем примеры реализации резервного питания дома по одной фазе из трех. Часто это наиболее оптимальное решение с точки зрения бюджета: мы собираем в одну группу всю самую ответственную нагрузку в доме: систему отопления и водоснабжения, частичное освещение, холодильники, охранную систему и видеонаблюдение, роутер, некоторые розеточные группы.

Подобная схема позволяет исключить мощную нагрузку (электродуховки, стиральные и сушильные машины, электрические бойлеры и теплые полы и т.п.), что в свою очередь позволяет заметно увеличить время автономной работы или сэкономить на количестве и емкости аккумуляторных батарей.

Пример 1: инвертор на резервную фазу

Основной ввод в дом нашего клиента был сделан бронированным кабелем с прокладкой в земле, затем через подпол кабель заходил в главный распределительный электрощит на первом этаже. Следуя пожеланиям минимизировать вмешательство в интерьер, мы приняли решение осуществить подключение напрямую через “врезку” в этот кабель и прокладку нашей силовой линии до инвертора через подпольное пространство.

В результате инвертор с аккумуляторами был установлен в бойлерной:

Инвертор Bineos 5KF и 4 АКБ по 200Ач

В состав системы у нас вошли:

• Инвертор Bineos 5KF номинальной мощностью до 5 кВт, пиковая – 10 кВт.
• Щит ИБП с автоматом ввода резервной фазы, автоматами входа и выхода инвертора, ручной байпас
• Аккумуляторы по 200Ач MNB MM 200-12 – 4шт.
• Усиленный сборный стеллаж (д*ш*в: 50*60*100)

Наш ИБП питает одну фазу в доме, на которую мы собрали всю самую ответственную нагрузку, включая напольный газовый котел De Dietrich. Расчетное время автономной работы на средней длительной нагрузке 800Вт составит более 9 часов. Отметим, что инвертор также защищает вашу технику от резких скачков напряжения и ЭМИ.

Цена проекта с монтажными работами и всеми материалами:

В случае, если место ограничено, можно установить узкий стеллаж и компактно разместить систему на нём:

Размещение на узком стеллаже

Тут дополнительно обращу внимание на GSM-модуль Эктоконтрол, который у нас выполняет роль оповещения об отключениях электричества до инвертора, а также сообщит о том, что аккумуляторы сели. По-мимо этого, мы установили беспроводной температурный датчик, что позволило нам реализовать управление газовым котлом про определенной программе:

GSM-модуль для оповещения об отключениях электричества и управления системой отопления

Пример 2: инвертор и стабилизатор напряжения на основную резервную фазу

В проекте электрики загородного дома нашего заказчика была предусмотрена группа потребителей, которая должна иметь гарантированное и качественное электропитание. Для монтажа оборудования по нашему ТЗ уже была проложена силовая линия. Выбор был сделан в пользу комбинированной системы резервного электропитания: инвертор+стабилизатор напряжения:

Инвертор МАП Энергия PRO 6.0/48 и стабилизатор напряжения

• Энерготех Prime 9000 – высокоточный электронный стабилизатор напряжения, корректно работающий даже с оборудованием, имеющим высокие пусковые токи
• Инвертор МАП Энергия PRO 6.0/48 – ИБП off-line типа с временем переключения на работу от АКБ за 10мс.
• Аккумуляторы Delta DTM 12200L
• Усиленный сборный стеллаж (д*ш*в: 50*60*200)

Самый важный электропотребитель в нашем проекте – напольный газовый котел Buderus Logano.

Экран нашего инвертора отображает нагрузку – 400Вт, а при такой мощности наш батарейный банк совокупной емкостью 800Ач обеспечит время автономной работы более 21 часа.

Инвертор МАП Энергия PRO 6.0/48

Стоимость решения с установкой:

Часто, распределительный электрощит находится в прихожей, в этом случае инвертор с аккумуляторами можно расположить прям внутри встроенного шкафа:

Пример 3: ИБП on-line типа

Клиент обратился с проблемой: в загородном коттедже постоянно моргают лампы освещения и периодически полностью пропадает напряжение. Условно причины подобного некачественного электропитания можно разделить на два вида – внешние и внутренние. К внешним можно отнести:

• Старая и нестабильно работающая трансформаторная подстанция
• Перегрузка, износ и аварийное состояние внешней питающей электросети
• Помехи и наводки от работы промышленного электрооборудования или сварки
• Сильный перекос по фазам

• Малое сечение вводного кабеля
• Плохой контакт нулевого проводника, неправильный режим нейтрали
• Плохой контакт фазных проводников
• Некачественные материалы и электромонтажные работы
• Неисправная бытовая техника.

В результате диагностического выезда, наш инженер сделал заключение о внешнем характере проблем с напряжением и в этом случае самое оптимальное решение – ИБП двойного преобразования (on-line типа) с внешними аккумуляторными батареями. На вводе у нашего заказчика стоит автомат ABB S203 C40 мощностью 40А, в связи с этим мы подобрали мощность бесперебойника для фазы с гарантированным питанием – 10кВА (9кВт).

On-line ИБП на 10кВа

• Однофазный ИБП on-line типа Lanches L900II-H 10kVa
• Аккумуляторы типа AGM – Восток PRO СК-12100
• Усиленный сборный стеллаж (д*ш*в: 50*60*200)

Наш батарейный банк запасает приблизительно 16кВт/ч, т.е. при постоянной длительной средней нагрузке в 1кВт время автономной работы составит более 16 часов. Экран источника отображает значения входного и выходного напряжения, мощность нагрузки в ВА и Вт, напряжение на шине постоянного тока, режим работы. Для удобства восприятия на экране в виде шкалы отображаются уровень текущей нагрузки и степень заряда АКБ:

Цена проекта для частного дома с монтажными работами:

Ещё один пример установки ИБП для дома на одну фазу on-line типа:

При плохой питающей сети лучше установить ИБП on-line типа с очень качественной стабилизацией напряжения

• Подробнее разобраться в вопросе выбора типа источника бесперебойного питания поможет наша статья: ИБП On-line VS Инвертор
• Типовые решения: ИБП для дома
• Другие примеры работы
• Трехфазные ИБП для всего дома

Источник