Автономный дом – аккумуляторные батареи и инверторы (часть вторая)

Несмотря на то, что электроэнергия необходима вам, фактически пользоваться ею будете не вы, а бытовая техника, «поселившаяся» в доме. И именно ее потребности будут определять, какая сумма уйдет на хранение запасов электроэнергии.

Расчет емкости аккумуляторов и мощности инвертора

Для вычисления эксплуатационных характеристик ИБП и инвертора необходимо рассчитать энергопотребление в автономном доме. Составляем первый вариант таблицы:
 

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.

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:

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.

Расчет мощности инвертора

Учитывая, что среди бытовой техники обязательно присутствуют стиральная машина, холодильник и пылесос, то следует выбрать инвертор с чистой синусоидой на выходе. Поскольку в примере расчетов выбрано входное напряжение в 12 В, то необходим инвертор с таким напряжение на входе – вы выберите напряжение, подходящее для системы автономного энергоснабжения вашего дома.

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.

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.

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.