Інвертор плюс акумулятор: як зібрати систему з окремих компонентів

Готовий ДБЖ – це компроміс, зафіксований виробником. Збірка з компонентів дозволяє вибирати кожен параметр окремо, але вимагає, щоб ви самі порахували струми, перетини і запобіжники.

ДБЖ та інверториОновлено 9 вересня 202610 хв читання

Коротка відповідь

Система з окремих компонентів складається з шести частин, і жодну не можна пропустити:

1. Інвертор – перетворює постійну напругу банку на 230 В змінного струму.
2. Банк акумуляторів – джерело енергії, від нього залежить час автономії.
3. Зарядний пристрій – поповнює банк від мережі за профілем, який відповідає хімії.
4. Захист – запобіжник на плюсі біля батареї, автомати на боці змінного струму.
5. Кабелі – перетин на боці постійного струму визначається падінням напруги, а не тільки нагрівом.
6. Місце і вентиляція – температура прямо визначає ресурс батареї.

Чому окремі компоненти, а не готовий ДБЖ

Готовий ДБЖ виграє простотою: одна коробка, один продавець, одна гарантія. Програє він у трьох місцях. Зарядний струм у недорогих моделей зазвичай 4–10 А, чого вистачає на банк 50–100 А·год і не вистачає на 200–400 А·год. Потужність і ємність жорстко пов'язані модельним рядом, тоді як у збірці їх обирають незалежно. І несправний інвертор у збірці міняється окремо, а не разом із батареєю.

Мінус теж очевидний: усі розрахунки і всю відповідальність за монтаж берете на себе ви. Робота на боці 230 В і зі струмами в сотні ампер вимагає кваліфікації.

Компонент 1: інвертор

Класи за формою напруги

Чиста синусоїда практично не відрізняється від мережевої форми і підходить для будь-якої техніки. Модифікована (ступінчаста) – це прямокутні сходинки замість плавної кривої: прийнятно для нагрівачів і ламп розжарювання, шкідливо для двигунів, непридатно для газових котлів. Для домашньої резервної системи розумний варіант лише один.

Потужність: три різні числа

У характеристиках інвертора трапляється щонайменше три значення потужності, і плутати їх дорого.

Правило вибору те саме, що й для генератора: робочі потужності одночасних споживачів плюс пусковий надлишок одного найважчого плюс запас 20–30%. Методика: розрахунок потужності генератора.

ККД і холостий хід

ККД інвертора не є константою. Він низький на малих навантаженнях, виходить на максимум приблизно на 30–70% номіналу і трохи падає біля межі.

Звідси практичний висновок, який суперечить звичці брати «з великим запасом»: надто потужний інвертор під малим навантаженням працює гірше і витрачає більше. Інвертор на 3 кВт, який живить роутер на 15 Вт, може мати реальний ККД нижче 50%, а разом із власним холостим ходом з'їдати вчетверо більше, ніж корисне навантаження.

Холостий хід – це споживання інвертора при нульовому навантаженні. Орієнтовно:

• інвертор до 500 Вт: 4–10 Вт;
• 1000–1500 Вт: 8–18 Вт;
• 2000–3000 Вт: 15–30 Вт;
• 4000 Вт і більше: 25–45 Вт.

Багато моделей мають режим енергозбереження: інвертор засинає і раз на кілька секунд перевіряє коротким імпульсом, чи не з'явилося навантаження. Холостий хід падає до 1–4 Вт, але дуже дрібні споживачі система перестає «бачити».

Компонент 2: банк акумуляторів

Три параметри визначають банк: хімія, напруга і ємність.

Хімія визначає допустиму глибину розряду і ресурс. Стартерний свинець для циклічної роботи не призначений, AGM і GEL дають 50% глибини, LiFePO4 – 80–90%. Порівняння: типи акумуляторів.

Напруга банку визначає струм, а струм визначає перетин кабелю, номінал запобіжника і втрати.

Подивіться на стовпець 12 В: інвертор на 3 кВт вимагає 300 А, тобто кабель 70 мм² і запобіжник на 400 А. Саме тому системи потужніші за 1–1,5 кВт майже завжди роблять на 24 або 48 В.

Ємність рахують у ват-годинах, від потрібної автономії.

Компонент 3: зарядний пристрій

Зарядний пристрій має відповідати хімії банку профілем напруги і бути достатньо потужним, щоб поповнити банк за наявний час.

Рекомендований зарядний струм:

• свинцеві (AGM, GEL, тягові): 10–20% від ємності, тобто 10–20 А на кожні 100 А·год;
• LiFePO4: 20–50% від ємності, тобто 20–50 А на кожні 100 А·год.

Час заряду ≈ ємність × глибина розряду ÷ зарядний струм × поправка. Поправка для свинцю становить 1,3–1,5, бо остання чверть заряду йде на фазі підтримки напруги зі спадним струмом, для LiFePO4 – близько 1,1. Банк 200 А·год AGM, розряджений на 50%, при струмі 20 А зарядиться приблизно за 7 годин, а при струмі 5 А – майже за 28, і в графіку відключень просто не встигне відновитися.

Етапи заряду і чому їх не можна порушувати описано у статті заряд, струми і BMS.

Компонент 4: запобіжники і захист

Що ставлять і де:

• Запобіжник на плюсі біля батареї, не далі 10–20 см від клеми, розрахований на великі постійні струми.
• Окремий запобіжник на кожну паралельну гілку: інакше при замиканні всередині однієї батареї в неї розрядяться решта.
• Вимикач навантаження на боці постійного струму, щоб від'єднувати інвертор без роботи з клемами під струмом.
• Автомат і пристрій захисного відключення на боці 230 В та заземлення корпусів, за чинними правилами.

Номінал запобіжника вибирають вище за максимальний робочий струм інвертора (зазвичай з коефіцієнтом 1,25–1,5) і нижче за струм, який витримує кабель.

Компонент 5: перетин кабелю

На боці постійного струму перетин задає не тільки нагрів, а й падіння напруги, і саме падіння зазвичай є жорсткішим обмеженням: при 12 В навіть половина вольта – це понад 4% втрат, і інвертор вимикається за низькою напругою тоді, коли батарея ще не розряджена.

Падіння напруги на двожильній лінії:

ΔU = 0,035 × L × I ÷ S

де L – довжина лінії в один бік у метрах, I – струм в амперах, S – перетин у квадратних міліметрах, а коефіцієнт 0,035 – це подвоєний питомий опір міді.

Розумний бюджет падіння для 12 В – не більше приблизно 0,3 В, тобто близько 2,5%.

Практичні правила: кабель якомога коротший, гнучкий багатожильний мідний, наконечники обтискані, а не паяні чи скручені, і перевірка затяжки клем після першого тижня роботи.

Компонент 6: розміщення і вентиляція

Температура. Ресурс свинцевої батареї приблизно вдвічі скорочується на кожні 8–10 °C понад 20–25 °C. Літієві елементи старіють за схожим законом. Тому котельня біля котла – одне з найгірших місць, попри зручність.

Вентиляція для свинцю. Свинцево-кислотні акумулятори наприкінці заряду виділяють водень. Герметичні AGM і GEL віддають його значно менше за заливні, але не нуль, особливо при перезаряді, тому закритий ящик без вентиляції для свинцевого банку не підходить. Вентиляційний отвір роблять у верхній частині: водень легший за повітря.

Вентиляція для літію. Водню LiFePO4 не виділяє, але тепло виділяють і банк, і інвертор. Потрібен вільний повітряний зазор навколо корпусів.

Механіка і доступ. Банк на 400 А·год у свинці важить понад сто кілограмів. Клеми мають бути закриті від випадкового дотику і від падіння інструменту, а кабелі не повинні проходити через гострі краї без захисту. Місця, де можливе затоплення або близьке відкрите полум'я, не підходять.

Порядок збірки

Послідовність жорстка: спочатку навантаження й потрібна автономія, з них енергія в ват-годинах, потім напруга банку, потім інвертор, банк, зарядний пристрій і лише наприкінці перетини та запобіжники. Змінити напругу банку заднім числом означає переробити половину системи, тому це рішення ухвалюють другим.

Після монтажу зробіть контрольний вимір: напруга на клемах батареї та на клемах інвертора одночасно, під повним навантаженням. Різниця між ними – це ваше реальне падіння напруги. Якщо воно помітно більше за розрахункове, шукайте поганий контакт, а не міняйте кабель.

Роботи на боці 230 В, підключення до щитка і будь-яке втручання у стаціонарну проводку виконує кваліфікований електрик за чинними нормами. Про схеми підключення до будинку – розділ «Підключення». Повний покроковий розрахунок навантаження і ємності – у статті розрахунок системи.