Автомобильный инвертор 12 в 220 Вольт: выбираем лучший
Проблема, связанная с использованием электроприборов, рассчитанных на работу от сети переменного напряжения 220 вольт вдали от стационарных источников питания, многие годы омрачала жизнь любителей путешествовать с комфортом. Те агрегаты, которые были призваны заменить полюбившиеся электрокофеварки, телевизоры, холодильники, столь необходимые путешественникам во время их странствий, не отвечали требованиям потребителей. Ассортимент рассчитанных на работу от источников постоянного напряжения 12V был скуден. Сами приборы являлись постоянным дефицитом.
Ситуация существенным образом улучшилась, когда на российский рынок хлынул поток дешевой китайской продукции — преобразователей 12 220 вольт. Однако качество и надежность китайской техники оставляло желать лучшего. Все изменилось с развитием новых технологий в производстве полупроводниковых материалов. ШУМ-контроллеры позволяют повышать напряжение с 12 до 220 вольт, имея при этом КПД до 95%.
Расчет емкости аккумуляторов и мощности инвертора
Для вычисления эксплуатационных характеристик ИБП и инвертора необходимо рассчитать энергопотребление в автономном доме. Составляем первый вариант таблицы:
| Наименование потребителя | Мощность, Вт |
| Энергосберегающая лампа | 18 |
| Энергосберегающая лампа | 11 |
| Холодильник | 300 |
| Телевизор | 160 |
| Стиральная машина | 1400 |
| Утюг | 1400 |
| Ноутбук | 340 |
| Пылесос | 800 |
| Электрочайник | 1100 |
| Микроволновка | 1500 |
| Фен | 500 |
В таблицу требуется вписать все электроприборы, которые используются как минимум раз в месяц и особенно те из них, что потребляют высокое напряжение. Если лампы имеют различное энергопотребление, их следует записать отдельно. Приведенные в таблице цифры, обозначающие потребляемые каждым прибором киловатты, нужно найти либо в инструкции к нему, либо в специальной табличке на его корпусе (на бытовой технике она расположена с обратной стороны либо сбоку). Ориентироваться на киловатты, указанные в таблице выше нельзя – они даны условно, с целью объяснения порядка расчетов.
Далее вводим в таблицу новые столбцы – количество приборов и время их ежедневной работы.
| Наименование потребителя | Мощность, Вт | Количество, шт | Время , ч |
| Энергосберегающиая лампа | 18 | 5 | 4,0 |
| Энергосберегающая лампа | 11 | 4 | 0,5 |
| Холодильник | 300 | 1 | 12,0 |
| Телевизор | 160 | 1 | 3,0 |
| Стиральная машина | 1400 | 1 | 0,3 |
| Утюг | 1400 | 1 | 0,14 |
| Ноутбук | 340 | 2 | 2,0 |
| Пылесос | 800 | 1 | 0,4 |
| Электрочайник | 1100 | 1 | 1,0 |
| Микроволновка | 1500 | 1 | 1,0 |
| Фен | 500 | 1 | 0,14 |
Подчитываем время работы бытовой техники, используемой периодически, таким образом: утюг необходим во время глажки, осуществляемой два раза в неделю по полчаса. Следовательно, за месяц утюг будет работать полчаса, умноженные на два (раза в неделю) и на четыре (недели в месяце). Получаем цифру четыре, делим ее на 30 (количество дней в месяце), выходит 0,14 часов в день (с округлением в большую сторону). И так далее…
А сейчас введем в таблицу пятый столбик и вычислим, сколько киловатт потребляет за сутки каждый бытовой прибор и все они вместе:
| Наименование потребителя | Мощность, Вт | Количество, шт | Время, ч | За сутки, Вт•ч |
| Энергосберегающая лампа | 18 | 5 | 4,0 | 360 |
| Энергосберегающая лампа | 11 | 4 | 0,5 | 22 |
| Холодильник | 300 | 1 | 12,0 | 3600 |
| Телевизор | 160 | 1 | 3,0 | 480 |
| Стиральная машина | 1400 | 1 | 0,3 | 420 |
| Утюг | 1400 | 1 | 0,14 | 196 |
| Ноутбук | 340 | 2 | 2,0 | 1360 |
| Пылесос | 800 | 1 | 0,4 | 320 |
| Электрочайник | 1100 | 1 | 1,0 | 1100 |
| Микроволновка | 1500 | 1 | 1,0 | 1500 |
| Фен | 500 | 1 | 0,14 | 70 |
| Итого: | 9428 | |||
Итак, мы определили суточное потребление в доме – в моем случае это 9428 Вт.
Выбор напряжения
Оптимальным, как правило, будет либо напряжение в 12 В, либо в 24 В – если автономное энергоснабжение используется только в летнее время и вы не намерены увеличивать число электрогенераторов, то 12 В достаточно. В противном случае стоит выбрать 24 В напряжение и ориентироваться в поисках оборудования для автономного электроснабжения именно на него. В примере расчетов остановимся на 12 вольтах.
Требуемое количество электроэнергии за 24 часа (в сутки). Делим полученное ранее потребление за сутки на выбранное напряжение 9428÷12 и получаем 786 А•ч. Поскольку КПД инвертора не может быть 100% — часть энергии прибор потратит на себя – нужно ввести эти потери в расчеты. Умножаем 786 А•ч на «инверторный» коэффициент 1,2, результат с округлением – 944 А•ч.
Как выбрать автомобильный инвертор
Рынок автомобильных инверторов чрезвычайно широк. Главное, определиться с двумя основными требованиями, которые вы предъявляете к прибору:
- насколько мощным он должен быть – зависит от количества планируемых к подключению электроприборов;
- сколько средств вы готовы потрать на приобретение гаджета.
Основное внимание в инверторе автомобильном на 12-220 V обращают на ресурс мощности, потому что бывает крайне обидно, когда к приобретенному инвертору не удается подключить дополнительный прибор, без риска выхода из строя самого инвертора или неработоспособности подключенного прибора ввиду падения напряжения в сети.
Производители автомобильных инверторов
Составление рейтингов всегда занятие неблагодарное. Особенно если на рынке представлено большое количество однотипной продукции, отличающейся только этикеткой на корпусе. Рекомендуем выбрать автомобильный инвертор, среди наиболее популярных в Москве производителей, признанных таковыми в 2021 году:
- МАП «ЭНЕРГИЯ» 900;
- ACMEPOWER 12/220V 1000W;
- MEANWELL 12/220V 1500W;
- RITMIX RPI-6010 CHARGER;
- ШТИЛЬ PS12/300вт.
Оценка возможного пикового напряжения
Вернитесь к таблице с расчетами – представьте ситуацию, когда микроволновка (1500 Вт), утюг и стиральная машина (вместе 2800 Вт), электрочайник (1100 Вт) и пылесос (800 Вт) включены в сеть одновременно. Сетевая нагрузка в этой ситуации составит 6,2 кВт и для ее обеспечения понадобится инвертор мощностью не ниже 6,5 кВт. Но такая модель будет очень и очень дорогой – почему нельзя распределить энергоемкие приборы по времени так, чтобы они не запитывались сразу все и не нагружали сеть? И в этом компромиссном варианте достаточной номинальной мощностью для инвертора будет 3 кВт. Дешевым его, конечно, не назовешь, но он и не будет излишне дорогим – модель на 3 кВт, оснащенная MPPT контроллером заряда аккумуляторных батарей, стоит порядка 33000 руб.
Виды преобразователей и их устройство
В основу работы инвертора положен принцип циклического переключения контактов источника постоянного напряжения с целью изменения его полярности на клеммах, к которым подключается нагрузка. Этим процессом управляет контроллер. Кроме функции смены полярности источника тока контроллер выполняет дополнительные операции:
- синхронизирует частоту переключений;
- защищает приборы и цепь в целом от перегрузки;
- регулирует напряжение.
По принципу работы существуют инверторы:
- автономные;
- зависимые (ведомые сетью);
- инверторы напряжения (АИН);
- инверторы тока (АИТ);
- резонансные.
Мощность инвертора
Мощность инвертора – основной показатель эффективности его работы. В зависимости от мощности определяется количество бытовых приборов, которые можно подключить к электросети.
Зависит от схемы инвертирования напряжения:
- Самые маломощные (250-500 ватт) – с нулевым выводом трансформатора. Используются для инвертирования напряжения от маломощных источников тока – автомобильных аккумуляторов с напряжением 12-24 V.
- Мостовые без трансформатора. Позволяют инвертировать напряжение до 220-380 V с подключением нагрузки свыше 500 ватт.
- Мостовые с трансформатором – предназначены для подключения потребителей, остро нуждающихся в бесперебойном электроснабжении. Обеспечивают широкий диапазон мощности до десятков киловатт.
Потребление тока
Знать, сколько ваш инвертор 12-220 В потребляет тока от АКБ необходимо для того, чтобы правильно смонтировать электрическую сеть. Конкретно, какого сечения провода должны соединять прибор с аккумуляторной батареей, чтобы они не грелись и привели к возгоранию.
Для этого рекомендуем воспользоваться таблицей, в которой приведено потребление тока в зависимости от выходной мощности инвертора:
ТАБЛИЦА 1
Зависимость потребления тока от мощности инвертора
| Выходная мощность инвертора (Вт) | Потребляемый ток (А) |
| 100 | 8,46 |
| 150 | 13,7 |
| 300 | 25,4 |
| 1000 | 84,6 |
| 1500 | 137 |
| 2000 | 254 |
| Пиковая мощность 4000 ватт | 508 |
Из таблицы видно, что сила тока чрезвычайно высока. Для того чтобы выдержала проводка, необходимо использовать специальные провода с медными клеммами. Прилегание клемм к контактам должно быть максимально плотным, без зазоров, чтобы исключить искрение.
Температурная защита
Температурная защита автомобильных преобразователей напряжения обеспечивается двумя системами:
- пассивного охлаждения – за счет массивного корпуса, изготовленного из алюминия. на корпусе обязательно должны иметься пластины радиатора, обеспечивающего большее соприкосновение поверхности с окружающим воздухом;
- активного охлаждения – встроенного вентилятора, нагнетающего воздух в корпус агрегата и обдувающий его наружную поверхность.
Штатного охлаждения часто бывает недостаточно, особенно при высокой нагрузке, приближающейся к пиковым значениям. В этих случаях автомобилисты прибегают к устройству самодельных систем обдува корпуса инвертора 12-220 V изготавливаемых, как правило, из кулеров блоков питания компьютеров.
Форма импульса
Форма импульса – техническая характеристика, влияющая на плавность подачи напряжения в сеть, чем обеспечивается бесперебойная работа подключенных приборов.
- Прямоугольную форму выходного импульса. Обеспечивает группой ключей, периодически коммутируемых таким образом, чтобы получить переменное напряжение на клеммах нагрузки, и обеспечить циркуляцию энергии в цепи реактивной энергии.
- Ступенчатая форма кривой выходного напряжения. Получается в результате предварительного высокочастотного преобразования, из которого формируются однополярные кривые ступенчатого типа. Перед поступлением напряжения к потребительским клеммам с помощью мостового инвертора однополярные кривые ступенчатого типа преобразуются в разнополярную кривую.
- Синусоидальная форма напряжения на выходе. Принцип действия инвертора сходен с инверторами, выдающими ступенчатую форму кривой напряжения на выходе с той разницей, что ступени сглаживаются благодаря управлению транзисторами (принцип многократной широтно-импульсной модуляции).
Расчет мощности ИБП
Зная по итогам расчетов суточный расход электроэнергии, решаем – как долго будут его обеспечивать аккумуляторные батареи? Расценки на них недешевы, поэтому лишняя емкость будет не только «лишней», но и попусту затратной. Я в дальнейших расчетах буду исходить из того, что дом посещается двое суток в неделю, т.е. источники бесперебойного питания должны обеспечить мне электроэнергию на этот срок, а остальное время находится под зарядом.
Также на выбор емкости и тип аккумуляторов будут влиять минимально допустимый уровень заряда, условия их эксплуатации, температура окружающей среды в месте размещения АКБ.
Для кислотных необслуживаемых аккумуляторов максимальный разряд не должен превысить 20% — учтем этот порог в расчетах.
Каждый тип аккумуляторных батарей рассчитан на эксплуатацию в определенном диапазоне температур, причем АКБ реагируют снижением емкости и на низкие температуры и на высокие. Значит необходимо заранее увеличить расчетную емкость, применив один из следующих температурных коэффициентов:
- коэффициент 1,00 при t max + 26,7 оС;
- коэффициент 1,04 при t max + 21,2 оС;
- коэффициент 1,11 при t max + 15,6 оС;
- коэффициент 1,19 при t max + 10,0 оС;
- коэффициент 1,30 при t max + 4,4 оС;
- коэффициент 1,40 при t max – 1,1 оС;
- коэффициент 1,59 при t max – 6,7 оС.
Приступаем к расчетам:
Мною выбрана мощность ИБП, достаточная для двух суток автономного энергопотребления. Умножаю 944 А•ч на 2, получаю 1888 А•ч.
С учетом минимального порога разрядки аккумуляторных батарей, их емкость будет равна 1888 А•ч деленные на 0,2 – получается 9440 А•ч.
Выбрав летнее посещение дома, нужно применить коэффициент для самой высокой температуры 9440 А•ч умножаю на единицу – остается 9440 А•ч.
Требуемая мне емкость АКБ известна – 9440 А•ч. Сколько же аккумуляторных батарей нужно, чтобы ее обеспечить? Выбираю Gel аккумуляторы с номинальной емкостью 200 А•ч и делю 9440 А•ч на 200 А•ч = 47,2 шт. Учитывая, что 1/5 часть АКБ мне не достать, округляю число аккумуляторов до целого – мне понадобится 48 аккумуляторных батарей.
Мною выбрано напряжение в 12 В, но что, если пришлось выбрать 24 В, а номинальное напряжение аккумуляторов – лишь 12 В? В этом случае требуется разделить напряжение системы на напряжение АКБ – полученное число будет означать, сколько аккумуляторов нужно будет соединить последовательно, в то время как остальные – параллельно.
Типы аккумуляторов для инверторов
12-ти летний аккумулятор LEOCH DJM1245, созданный по технологии AGM
В аккумуляторных батареях, выполненных по технологии GEL, электролит находится в виде геля, а не жидкости, как в кислотных аналогах. При повреждении корпуса такого аккумулятора гель не разливается, а выпадает в виде плотной субстанции, которую можно легко удалить практически с любой поверхности.
А в батареях AGM применяется сухой электролит, который выглядит как запрессованная между платинами аккумулятора ткань, имеющая особую пропитку. Естественно, что при повреждении корпуса такой батареи, никакого разлива электролита не произойдет. Оба типа аккумуляторов сертифицированы и устанавливать их можно где угодно, даже в жилых помещениях. Срок их службы зависит от условий и интенсивности эксплуатации, в среднем это 7-12 лет. О необходимости замены аккумулятора свидетельствует снижение уровня накапливаемого им ресурса мощности.
В завершении
Разумеется, приведенный порядок расчета несколько преувеличен в большую сторону. Для точного определения потребностей необходимы данные, применимые к конкретному местоположению загородной усадьбы и подробная оценка мощностей системы автономного энергообеспечения.
И если на стоимость оборудования повлиять в некоторых случаях сложно, то домовладельцу вполне по силам сократить потребности в обеспечении электричеством, заменив часть бытовых потребителей менее энергоемкими, а также уменьшив их количество.
Серия материалов, в которой изучались вопросы «Автономного электроснабжения загородного дома», на этом закончена.
Аккумулятор для инвертора
Инверторные системы – отличное решение для вашего загородного дома или дачи. Если все спроектировать верно, срока эксплуатации вашего инвертора хватит очень надолго и работать он будет без всяких перебоев и постоянного технического обслуживания.
Схема инверторной системы
- 1 Бесперебойные источники электроэнергии
- 1.1 Что такое инвертор?
- 1.2 Какой инвертор выбрать
- 1.3 Сколько работает инвертор
- 2.1 Плоские коллекторы
- 2.2 Вакуумные коллекторы
Трудно обустроить комфортную жизнь за городом, если не иметь постоянного и надежного источника электричества 220В. Даже если питание будет потеряно на короткий срок, это может сильно помешать вашей спокойной жизни. А такие перебои, увы, у нас происходят часто, особенно в зимнее время.
Если свет на вашей даче или в коттедже не очень стабилен, не избежать большого количества проблем с бытовой техникой. Как же бороться с такой бедой дома? Проще всего установить стабилизатор напряжения стоимостью 2–3 тысячи рублей. Общедомовой стабилизатор обойдется в 20–30 тысяч. Он неплохо справляется со своей функцией, но только если напряжение не падает ниже 160–170 В. А ведь случается и такое, что электричество отключают полностью – тогда спасут только бесперебойные источники.
Существуют разные рекомендации, наиболее расхожая – установить дизельный генератор стоимостью от 50 до 100 тысяч рублей. Но это устройство тоже немного испортит ваше время, проведенное за городом – оно производит много шума, требует дотошного технического обслуживания и загрязняет воздух.
Инверторная аккумуляторная система
Но можно установить инверторную аккумуляторную систему.
Бесперебойные источники электроэнергии
Что такое инвертор?
Инвертор – это трансформатор, который преобразует постоянный электрический ток (в среднем 12 В) от аккумуляторных батарей в переменный, изменяет напряжение в зависимости от ситуации. Если электричество подается в обычном режиме, оно начинает заряжать аккумуляторные батареи (АКБ). Если напряжение падает или отключается, питание домашней сети переходит на АКБ, превращая их постоянное напряжение 12 В в переменное – 220В/50 Гц.
Компактный автомобильный инвертор
Чтобы инвертор работал нормально, необходимы самые лучшие материалы и детали. От того, насколько качественно установлен инвертор, зависит, насколько долгий срок смогут проработать другие компоненты, особенно АКБ. Качество инвертора определяет срок работы АКБ – хватит его на 2 года или же на целых 12 лет.
Добиться лучшей службы АКБ можно через использование разных компонентов, например, ветрогенераторов или солнечных батарей.
Какой инвертор выбрать
Российские инверторы стоят, конечно, дешевле американских, но в них нельзя изменять то, как будет произведено подключение аккумуляторов: с каким алгоритмом заряда, порогом начала работы, как будет происходить управление сторонними источниками.
Настройка этих параметров помогает более безопасно использовать АКБ, плавно переходить на режим, позволяет использовать инверторы параллельно. Американские системы надежнее, они живут дольше, их хватит на более долгий срок службы на благо вашего дома.
Есть два вида инверторов: онлайн и оффлайн. В онлайн-инверторах разряженная батарея начинает одновременно работать и подзаряжаться от внешнего источника питания (к примеру, подобный принцип работы свойствен автомобильному аккумулятору).
Однако подобный составной режим на деле очень плохо сказывается на батареях, заставляет их работать на износ и быстро заканчивать срок эксплуатации. Оффлайн-инвертор куда более безопасен для батарей – здесь одновременно батарея либо заряжается, либо разряжается. Это более щадящий режим работы.
Поэтому, производя расчет с целью выявить более надежный вариант, обратите свое внимание на оффлайн-инверторы.
Не забывайте также учитывать и качество напряжения. Импортные модели выдают напряжение 230 В. Обычно одна АКБ имеет напряжение 12 В. Коэффициент искажений у них достаточно низок – от двух до трех процентов. Чтобы добиться этого, такие модели используют особый алгоритм, формирующий выход синусоидального напряжения, качественные трансформаторы и согласованные фильтры.
Сколько работает инвертор
Инвертор не имеет внутренних батарей, вместо этого использует внешние. Благодаря этому появляется возможность подобрать такой объем аккумуляторных батарей, который обеспечит необходимый срок независимой работы устройства бесперебойной электроэнергии.
Поговорим подробнее о времени независимого действия системы. Чтобы вычислить время заряда, нужно разделить объем аккумулятора на силу тока, которую он производит (в амперах).
Чтобы определить силу тока аккумулятора (IАКБ), опираемся на закон сохранения энергии, в таком случае КПД инвертора будет ровняться ста процентам. Нужен такой результат, чтобы перемноженные вольты и амперы Аккумуляторной батареи Инвертора равнялись перемноженным вольтам и амперам на выходе.
Расчет напряжения АКБ = 12 В (в более сильных моделях имеют место 24 В и 48 В), назовем его UАКБ. Вольт*ампер на выходе являются силой, подключенной к инвертору нагрузки Pнагр.
В итоге имеем расчет Pнагр=UАКБ*IАКБ, а также IАКБ=Pнагр/UАКБ.
Если мы знаем объем аккумулятора САКБ, то можем узнать и сколько он будет автономно работать: tАВТ = CАКБ/(Pнагр/UАКБ) = CАКБ*UАКБ/Pнагр.
Итак, допустим, что у нас есть инвертор, к которому подключен аккумулятор на 55 Ампер*Часов с нагрузкой 300 Вт. Вычислим, сколько он проработает независимо.
- UАКБ = 12 В
- Pнагр = 300 Вт
- CАКБ = 55 Ампер*часов
Производим расчет: tАВТ = CАКБ*UАКБ/Pнагр = 55*12/300 = 2.2 часа.
И другой вопрос, какая нужна Аккумуляторная батарея, чтобы обеспечить определенную продолжительность работы: CАКБ = Pнагр*tАВТ/UАКБ.
Блок из двенадцати аккумуляторов
Например, рассчитаем, какой нам нужен аккумулятор на заданный инвертор, чтобы при нагрузке в 300 Вт обеспечить 2.2 часа независимого действия: CАКБ = 00*2.2/12 = 55 Ампер*часов.
Солнечные коллекторы
Суть солнечных коллекторов – собирать, сохранять и передавать тепло солнца. Солнечную энергию можно использовать бесплатно и бесконечно, она не требует добычи и транспортировки. Есть два основных вида коллекторов – плоские и вакуумные.
Плоские коллекторы
Плоский солнечный коллектор
Конструкция плоских солнечных коллекторов – это изолированная от тепла, находящаяся под стеклом панель, внутри которой находится поглощающая пластина. Именно она накапливает энергию солнца. Впрочем, даже с учетом теплоизоляции нижних и боковых стенок, зимой уровень заряда намного ниже из-за потери тепла. Плоские коллекторы хуже приспособлены к температурным перепадам, однако распространены шире благодаря своей низкой стоимости.
Вакуумные коллекторы
Структура вакуумных солнечных коллекторов предполагает, что несколько вакуумных трубок преобразуют солнечный свет в тепловую энергию. Сами по себе трубки похожи на обычный термос и состоят из нескольких стеклянных трубок, встроенных друг в друга. С внешней стороны трубки просвечивают, а внутри нанесен материал, который и собирает солнечный свет.
Коллекторы располагают на крыше и/или стенах дома. Вакуумные солнечные коллекторы гораздо лучше защищены от перепадов температуры и лучше поглощают тепло, почему и приспособлены для работы в холодное время.
Какой аккумулятор выбрать
Определяясь с тем, какой источник питания вам нужен, чтобы обеспечить в загородном доме привычные 220В, сделайте расчет и убедитесь, что он соответствует нагрузке системы. Если значение тока превышается сверх меры, происходит перегрев, батареи быстрее выходят из строя. Так, обычная система дома – это 9 кВт, напряжение – 24В. Если система заработает на полную, сила тока составит более 400А, что быстро нанесет вред аккумуляторным пластинам.
Здесь потребуются батареи с напряжением в 48В. Это снизит рабочий ток вдвое, он составит 200А. Кроме того, желательно использовать проводные соединения всех элементов высокого качества, сечение проводов не должно составлять менее 75 мм 2 . При соблюдении этих требований инверторная система прослужит долго.
Аккумулятор для инвертора
Вообще говоря, цена – это главный показатель качества аккумуляторных батарей. Возможно ли сэкономить, обеспечив хорошее качество? Лучший способ сделать это – приобретать всю систему не сразу, а поэтапно наращивать мощность. Вначале приобретаем инвертор 3 кВт, добавляем к нему новые, ведь современные технологии дают возможность скрепить до 10 одинаковых инверторов.
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор, или инверторный источник сварочного тока – необходимый элемент в сварке, он передает сварочной дуге более стабильное горение и более простой поджиг. Инверторы наиболее популярны в сварке, т. к. они как никакой другой аппарат могут обеспечить надежность и независимость от общей сети, исключить колебания и помехи.
Сварочный инвертор действует за счет того, что напряжение сети выходит на выпрямитель, после чего силовой модуль делает постоянный ток переменным. Переменный ток отправляется уже на сварочный трансформатор, который, в свою очередь, обеспечивает им саму сварочную дугу.
Сварочный инвертор хорош тем, что, используя его, вы можете значительно уменьшить силовой трансформатор в размере и при этом увеличить динамику дуги. Благодаря ему стало возможным уменьшить размер и вес сварочного аппарата, повысить КПД и снизить до минимума разбрызгивание при сварке.
Однако сварочный инвертор имеет и ряд недостатков. Его коэффициент нагрузки ограничен, он довольно чувствителен к влажности воздуха и конденсату. Самый большой его минус – он создает очень высокий, часто даже опасный уровень помех. Эту проблему можно решить, но все ныне известные решения делают устройство не только дороже, но и тяжелее.
Аккумуляторы для солнечной батареи
Если дома вы используете солнечную энергию, то для вас будут очень важны аккумуляторные батареи. Они играют роль посредника, передавая получаемую мощность энергии конечным устройствам и обеспечивая нужное напряжение в 220В.
Наибольшее количество энергии солнечная батарея вырабатывает днем, когда ярко светит солнце. Ночью же, когда потребление энергии не происходит, очень широко начинают использоваться бытовые приборы и различные источники искусственного освещения. Аккумуляторная батарея нужна вам, чтобы убедиться, что электричества хватит и на ночное время, когда подзарядка уже не будет происходить.
Статистика говорит, что дешевле всего использовать аккумуляторы из лития китайского производства и свинцово-кислотные батареи.
Важнейшие параметры аккумуляторов следующие:
- Объем. Он определяется тем, насколько велик заряд, замеряемый во время отдачи электричества конечным устройствам-потребителям.
- Плотность энергии. Согласно этой характеристике рассчитывается, какой объем энергии производят батареи на единицу своего объема либо веса. Используя этот параметр, можно сравнить степень эффективности разных моделей.
- Саморазряд. С помощью этого показателя можно проанализировать, какое количество энергии теряет устройство на холостом ходу, насколько долго оно может хранить энергию.
Чтобы круглый год наслаждаться экологически чистыми источниками электричества и нужными 220В, нужно соблюдать следующие условия эксплуатации:
К сожалению, аккумуляторы не очень хорошо выдерживают резкие перепады температур, им лучше не стоять на жаре свыше +40 о С и на холоде ниже –25 о С.
Лучше не располагать эти устройства вблизи открытого огня: пары могут воспламениться. Желательно, чтобы вода и осадки не попадали на аккумуляторную батарею: из-за появления новых электрических цепей возможно возникновение токов саморазряда.
Аккумуляторные батареи также характеризуются различным устройством корпуса. Некоторые требуют постоянно контролировать электролит и восполнять его уровень, когда пары выкипают.
Существуют также герметичные модели, в них используется цикл замкнутого типа. Некоторые производители предлагают необслуживаемые модели и предоставляют на них гарантию до 5 лет. Также производятся малообслуживаемые модели, в которые нужно лишь подливать воду два раза в год.
Как происходит заряд
Процессы в аккумуляторных батареях изменяются соответственно химической энергии внутри них. Количество этой энергии беспрестанно снижается во время разряда, что ослабляет ток и напряжение. Чтобы вернуть энергию, нужно подать перманентный ток высокого напряжения в противоположную сторону.
Как правило, подбирают силу тока, используя следующий расчет: 100% номинального объема в амперах*часах следует разделить на 10, что даст значение силы тока в амперах. Это не слишком научный показатель, но на практике именно его обычно используют, чтобы обеспечить цикл заряда из восьми часов. Впрочем, это число больше характеризует достаточно дорогие устройства типа NiMh и NiCd, а не бюджетные свинцово-кислотные.
Как правильно выбрать аккумулятор для ИБП или инвертора. Часть I
Но профессионалам хорошо известно, что принципиальных различий существенно больше. Давайте разбираться! Для начала классифицируем аккумуляторы для систем бесперебойного питания.
1) AGM батареи для охранно-пожарных систем (ОПС сегмент)
Это самые дешевые аккумуляторы, которые рассчитаны на работу в слаботочных системах (видеонаблюдение, сигнализации) в течение 1-3-х лет с последующей заменой. Конструктив, качество свинца, состав электролита проектируются в целях максимального удешевления себестоимости. Как правило, емкость подобных АКБ заметно ниже заявленной, у них высокое внутреннее сопротивление и они быстро подвергаются сульфатации (потеря емкости).
К таким АКБ относятся:
- Delta серии DT
- Alarm Force
- General Security
- Security Force
- Optimus и другие.
Однако некоторые производители позиционируют марку своих аккумуляторов как подходящую и к ИБП и к инверторам, хотя по факту это ОПС АКБ. Как определить это? Самая важная и наглядная характеристика – это вес. Для ориентира:
- АКБ емкостью 7Ач должен весить не менее 2,1кг. Причем, следует доверять показанию весов, а не спецификаций
- Емкость 100Ач – от 31кг и выше
- Емкость 200Ач – от 62кг и более.
Ниже представлено видео, в котором разбираются две батареи ОПС сегмента.
2) AGM аккумуляторы рассчитанные на длительные разряды – от часа и более
Эти АКБ имеют срок службы 5-12 лет в зависимости от серии. При их производстве используется высококачественный свинец, а также электролит со специальными присадками, которые выступают ингибиторами процессу сульфатации и коррозии. Эти аккумуляторы исправно и корректно отдают свою емкость в течение длительных (от часа и более) разрядов, способны быстро заряжаться (током до 0.3С), их емкость как правило соответствует заявленной.
Однако эти аккумуляторы плохо переносят короткие разряды. Из-за высокого внутреннего сопротивления они сильно просаживаются по напряжению на высокой нагрузке и быстро садятся. Иными словами, такие аккумуляторные батареи на коротких разрядах отдадут заметно меньше энергии, нежели серии High Rate (о ней немного позже). Более того, они могут быстрой выйти из строя.
К таким АКБ относятся:
- Delta серии DTM
- BB Battery BPS
- Leoch DJM
- CSB GP
- Haze HZB
- Challenger A
- Yuasa NP
- Panasonic LC-R
Конструктив AGM аккумулятора
3) Гелевые аккумуляторы
Ориентированы на работу с альтернативными источниками энергии в циклическом режиме. В состав электролита АКБ типа GEL добавлен желеобразующий компонент, в результате чего АКБ приобретает увеличенное кол-во циклов заряда-разряда, но становится более требовательной к току заряда. Подобные батареи целесообразно использовать с солнечной энергетике, с ветряками, т.е. в ежедневном циклическом режиме. Подробное сравнение AGM и GEL технологий.
Примеры таких АКБ:
- Delta серии GX
- Leoch серии LPG
- Ventura VG
- Haze HZY
- Sonnenschein A
Гелевая АКБ Ventura
4) AGM АКБ серий High Rate
Аккумуляторы рассчитаны на короткие разряды для поддержания высокой нагрузки сроком от нескольких минут до нескольких часов.
Для таких батарей используются самые высококачественные компоненты: чистый свинец, агенты и присадки в электролит, специальный состав покрытия анода и катода. Увеличивается площадь контакта пластин с электролитом для снижения внутреннего сопротивления. High Rate АКБ корректно разряжаются как на длительных разрядах, так и на коротких.
Просадка по напряжению при высокой нагрузке находится в допустимых пределах: ИБП работает корректно и не отключает нагрузку по низкому напряжению DC шины. Количество циклов приблизительно на 30% выше, чем у АКБ длительных разрядов. Стоимость таких батарей заметно выше, но это обусловлено высокой себестоимостью изготовления. Аккумуляторы HR – это высшее звено в эволюции свинцово-кислотной технологии.
Какой купить аккумулятор для инвертора
Энергетическая основа современных систем резервного электроснабжения – специализированные необслуживаемые (не требующие долива) аккумуляторные батареи большой емкости, изготовленные по технологиям GEL (гелевые) или AGМ (стекловолоконные). Внешне они похожи на автомобильные аккумуляторы (только крупнее). Но на самом деле есть большое отличие.
Почему не годятся обычные стартерные батареи
Для многих очевидно, что дешевые обслуживаемые батареи стартерного типа не предназначены для оснащения инверторных систем резервного электроснабжения коттеджей. Менее очевидно, что и более дорогостоящие необслуживаемые авто-аккумуляторы (выполненные по той же технологии AGM!) также малопригодны для резервного электроснабжения.
И дело здесь не в том, что они «плохие» или «хуже», чем специализированные аккумуляторы для бесперебойного питания. Дело в принципиально разном назначении!
Автомобильный аккумулятор должен в течение нескольких секунд обеспечивать большой ток для работы стартера, который должен провернуть массивные внутренние части двигателя. Подразумевается, что заряд аккумулятора при этом падает незначительно и должен успеть полностью восстановиться даже в короткой поездке.
При длительных циклах разрядки (а это нормальный режим резервного электроснабжения) стартерные аккумуляторы быстро выходят из строя. Опытные водители знают, что если аккумулятор разрядился в ноль несколько раз подряд, то он больше уже не будет нормально работать. Не важно из-за чего это произошло, выход один — новый аккумулятор. Понятно, что с такими данными автомобильные батареи не годятся для резервного электроснабжения коттеджа.
Преимущества специализированных аккумуляторов
Именно режим работы системы резервного электроснабжения определяет главное требование к аккумуляторам — они должны выдерживать глубокий разряд.
В отличие от автомобильных, специализированные аккумуляторы лучше сохраняют работоспособность после глубокого разряда. Они могут отдавать энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии (обозначаемый как «уровень заряда» SoC — State of Charge) падает до 20-30 % от первоначального значения (то есть глубина разряда DoD /Deep of Discharge/ доходит до 70-80%). Причем после зарядки аккумуляторы практически полностью восстанавливают свою рабочую емкость.
Конечно, совсем бесследно глубокий разряд для батареи не проходит. И основное различие уже среди специализированных аккумуляторов – в числе циклов глубокого разряда, которые они выдерживают без существенного ухудшения энергоемкости. По этому параметру необслуживаемые аккумуляторы для резервного электроснабжения условно делят на две категории:
- АКБ общего назначения
- АКБ глубокого разряда(deep cycle)
Для объяснения различий между ними сначала поясним общепринятую терминологию:
- Глубина разряда DoD — Depth of Discharge, величина, противоположная степени заряда SoC (DoD=100% — SoC)
- Глубокий разряд — это разряд с DoD более 40-50% от полного номинала емкости батареи.
- Буферный режим (характерен для резервного электроснабжения) — аккумуляторы полностью заряжены и готовы включиться в работу, но такие включения происходят нечасто, и внешнее питание восстанавливается до того, как батареи полностью разрядились (глубина разряда DoD обычно не более 30%, но для «крайних случаев» разрешенный максимум — до 80%).
- Циклический режим (характерен для автономного электроснабжения) — постоянное чередование глубоких (разряд DoD 40-50%, возможно и до 80%) разрядов и зарядов.
- Срок службы номинальныйLife — число лет с момента начала эксплуатации, которое аккумулятор сохранит свою емкость на уровне не ниже 80% от номинала при работе в буферном режиме и идеальных условиях (t=20-25С, постоянный подзаряд).
Вообще крайний предел эксплуатации батареи — до остаточной ёмкости
60% номинала. Но график потери емкости нелинейный, поэтому хоть после отметки в 80% эксплуатировать батарею еще и можно, но дальше падение ёмкости идет ускоренными темпами.
- Наработка циклов до отказа Cycle life — реальный срок службы, исчисляемый в циклах разряда-восстановления заряда, которые аккумулятор выдержит до снижения емкости на уровень 80% от номинала. Пересчет в «годы» идет делением числа циклов на количество отключений в год.
Если отключения редкие, и по циклам число лет выходит даже больше, чем номинальный срок , ориентироваться нужно на номинальный срок службы, т.к. он о пределяется естественным «старением» материалов аккумулятора и не может быть превзойден.
- Наработка циклов от глубины разряда Cycles life vs DoD — зависимость числа циклов разряда-восстановления до «смерти» батареи от «глубины разряда».
Про характеристики срока службы нужно понимать следующее — величины эти условные: номинальный срок справедлив только для нереальных условий работы, а число циклов по глубине разряда спрогнозировать проблематично, так как разряд при каждом отключении может быть разным.
Тем не менее, «Номинальный срок службы» и «Наработка циклов от глубины разряда» хоть и не позволяют точно спрогнозировать срок замены аккумуляторов, но делают возможным сравнение разных аккумуляторов между собой .
Оптимальные АКБ резервного электроснабжения
Разницу между AGM и GEL, а также аккумуляторами общего назначения и глубокого разряда демонстрирует Таблица зависимости числа циклов от типовых глубин разряда*:
* данные производителей из описаний соответствующих линеек АКБ (реальные, по опыту, могут быть меньше!)
На первый взгляд, аккумуляторы глубокого разряда серьезно выигрывают у аккумуляторов общего назначения. Но у такого превосходства, разумеется, есть цена — необслуживаемые АКБ Deep Cycle заметно дороже идентичных общего назначения.
Посмотрим на АКБ общего назначения с точки зрения реальной практики использования в московской области (все-таки, со стабильностью электроснабжения у нас пока лучше, чем где-нибудь в горных регионах).
Производители АКБ общего назначения, заявляя срок службы 10-12 лет, рассчитывают на буферный режим работы. Например на условную ситуацию, когда отключения случаются еженедельно (50 раз в год) и емкость батареи выбрана так, чтобы она успевала разрядиться не более чем на 50% до восстановления питания от сети. В этом случае
500 доступных циклов делим на 50 раз в год и получаем искомые 10 лет.
Да, в реальной жизни не всё так идеально. Легко представить ситуацию, когда аккумуляторы начинают заряжаться после длительной работы, не успевают набрать 100% емкость, а электросеть опять отключается. На практике глубина разряда будет превышать буферные величины, и батарею придется менять раньше, чем номинальный срок службы.
Но даже если ориентироваться на глубину разряда 80%, это 250 — 300 циклов до выработки батареи. А это долгие и долгие годы работы, в течение которых о существовании системы резервного электроснабжения с необслуживаемыми батареями можно даже не вспоминать.
Поэтому резюме по батареям для типовых систем резервного электроснабжения следующее:
- Для реалий Москвы батареи общего назначения GEL — оптимум по соотношению цена / характеристики-удобство . При этом лучше не брать более дешевые аккумуляторы класса «5 лет» , т.к. их придется заменять раньше аккумуляторов класса «10-12лет» даже в случае заведомо редких отключений («5-летние» обычно стоят в офисных ИБП и служат хорошую службу для обоснования ИТ-бюджетов, но нам ведь не это нужно от аккумуляторов?).
- Аккумуляторы AGM — бюджетный вариант только для непродолжительных отключений или комбинации с генератором . Дают некоторую экономию в цене, но только если вы точно уверены в быстром восстановлении сетей в вашем населенном пункте, или если имеется генератор, т.к. AGM аккумуляторы после глубокого разряда требуют немедленный (и желательно полный) заряд.
- Батареи Deep Cycle — слишком тяжелая артиллерия для целей только резервного электроснабжения (кроме ситуаций совсем «экологичных» уголков с подключением к слабым сельским электросетям, где резервное — чуть ли не постоянное). Аккумуляторы глубокого разряда имеет смысл применять для комбинированного электроснабжения (сеть совместно с альтернативным источниками) и для автономного электроснабжения «выходного дня». Также, с некоторыми оговорками, они пригодны для систем автономного электроснабжения при постоянном проживании.
Схема подключения батарей к инвертору
- Чтобы получить вольтаж батареи, равный номиналу инвертора, отдельные 12В аккумуляторы соединяются последовательно — в одну цепочку (string).
- Для увеличения емкости батареи последовательные цепочки аккумуляторов соединяются параллельно.
- Кабели от инвертора рекомендуется подключать к «диагональным» (см. рисунок) клеммам собранной по параллельно-последовательной схеме батареи.
При оценке емкости и вольтажа получившейся батареи необходимо помнить, что :
- при последовательном соединении аккумуляторов суммируется напряжение (В), а емкость (А-ч) не меняется;
- при параллельном соединении аккумуляторов/цепочек аккумуляторов суммируется емкость (А-ч), а напряжение не меняется.
Это правило показывает, как легко может ввести в заблуждение параметр Емкость батареи (А-час) без указания вольтажа батареи (чем иногда грешат описания недорогих комплектов в неспециализированных Интернет-магазинах). Реальный запас энергии батареи отражает ее энерго-емкость, то есть произведение вольтажа на емкость. Таблица ниже показывает, что батарея с одной и той же емкостью в А-ч будет подразумевать совершенно разное число аккумуляторов (и, разумеется, запас энергии) для инверторов с разным номиналом напряжения:
Максимальная энергоемкость (разряд на 80%) батареи из аккумуляторов 12Вх200А-час Номинал инвертора 12В 24В 48В Число аккумуляторов 12В-200А-час в цепочке 1 шт. 2 шт. 4 шт. Емкость 1 цепочки (А-час) 200 А-час 200А-час 200А-час Энергоемкость цепочки аккумуляторов 1.92 кВт-час 3.84 кВт-час 7.68 кВт-час Предлагаемое оборудование
В настоящее время мы предлагаем герметизированные необслуживаемые аккумуляторы производства Haze Battery (английский бренд Haze, завод в Китае) и Delta (Китай). Оба производителя — это хороший (так называемый «государственный») Китай: Haze — официальный поставщик для Мегафон и МТС, Delta также поставляет огромные партии батарей региональным телеком-операторам. Гелевые и AGM батареи Haze / Delta сочетают высокие эксплуатационные характеристки (надежность, долговечность) и низкую цену.
Для систем резервного электроснабжения на базе наиболее мощной модели Outback VFX3048 чаще всего используются такие комплекты батарей :
- 4 шт. АКБ 12В х 200 (220) А-ч — батарея 48В х 200 (220)А-ч / вес
Также под заказ мы поставляем необслуживаемые GEL аккумуляторы Trojan (США) категории DeepCycle, которые значительно лучше работают в циклических режимах заряда-разряда и имеют больший срок службы.
Все поставляемые АКБ произведены по международному стандарту, сертифицированы, опробованы и на 100% подходят для использования в системах резервного электроснабжения.