Все, что нужно знать о аккумуляторах для дома

В современном мире, где потребление электроэнергии постоянно растет, появляется все больше интереса к альтернативным источникам энергии. Одним из важных элементов в этом контексте являются аккумуляторы. Эти устройства становятся ключевым элементом для хранения и эффективного использования энергии. При перебоях – блекаутах аккумуляторы можно применять для освещения в доме, для работы бытовой и офисной техники, двухконтурного или стандартного котла отопления и прочих не особо прожорливых электрических приборах. Главное заранее понимать и рассчитать какое количество устройств требуется подключить через инвертор к аккумулятору.

В домашних условиях аккумуляторы играют важную роль, обеспечивая энергетическую независимость и резервное электропитание. Они находят применение в различных сценариях, среди которых основными являются солнечные электростанции (СЭС) для накапливания и хранения электричества в системах резервного питания. Для эффективного использования аккумуляторов требуются специальные инверторы, которые выполняют функцию преобразования постоянного тока (DC) из аккумуляторов 12 вольт в переменный ток (AC) напряжением 220 вольт, необходимый для большинства бытовых устройств и электроники.

Существует несколько видов инверторов с разной спецификой применения.

Сетевые инверторы (Network inverters)

Сетевые инверторы предназначены для подключения к сети переменного тока (AC), обеспечивая обратное преобразование энергии для распределения в сети. Они принимают постоянный ток (DC) от источника, такого как солнечные панели или ветряные генераторы, и преобразует его в переменный ток (AC) с целью подачи этой энергии в электросеть. Сетевые инверторы обычно имеют более высокую эффективность и не имеют возможности автономной работы.

Рис.1. Схема работы сетевого инвертора

Автономные инверторы (Stand-Alone Inverters):

Автономные инверторы разработаны для работы в автономных системах, где нет подключения к сети электроснабжения. Они предоставляют независимый источник переменного тока. Автономные инверторы принимают постоянный ток (DC) от источника, такого как батареи, и преобразуют его в переменный ток (AC), который может использоваться для питания приборов и устройств. Автономные инверторы находят широкое применение в офф-грид системах, таких как коттеджи, яхты, автодома и удаленные места, где нет доступа к сети электроснабжения. У некоторых моделей есть встроенное зарядное устройство.

Рис.2. Схема работы автономного инвертора

Гибридные инверторы (Hybrid Inverters):

Гибридные инверторы объединяют функциональность сетевых и автономных инверторов в одном устройстве, так как предназначены для подключения сразу к нескольким источникам энергии, таким как электросеть, тяговый аккумулятор, но с приоритетностью на солнечные панели. Принимают питание от этих источников и преобразовывают его в переменный ток для питания электроприборов, а также некоторые модели имеют функцию отправки электроэнергии в сеть. Они широко применяются в системах солнечных электростанций и резервного энергоснабжения для домов и предприятий. Также позволяют эффективно обеспечивать резервное питание в случае сбоев сети.

Рис.3. Схема работы гибридного инвертора

В зависимости от вашей потребности вы можете выбрать любой инвертор. Если у вас стоит система, которой требуется постоянное преобразование энергии от солнечных панелей или ветровых генераторов, без ее накапливания и сохранения, лучше подойдет сетевой инвертор. При этом автономные инверторы подойдут при частых поездках на природу или в условиях постоянного отключения энергии, где может помочь только автономная батарея. Можно сказать, что гибридные инверторы более универсальны и подходят для большинства систем.

Также инверторы отличаются по свойствам преобразования тока на 12-220в; 24-220в; 48-220в. Стоит обратить внимание что инвертора бывают двух типов: синусоидальные (чистый синус) и с модифицированной синусоидой.

Синусоидальные инверторы создают сигнал, близкий к идеальной синусоиде (которая находится только в сети), что делает их идеальным выбором для устройств с чувствительной электроникой, такой как компьютеры, котлы, насосы и медицинское оборудование. Инвертора с модифицированными синусоидами более бюджетные, но могут вызвать проблемы при работе с нестандартными двигателями.

Некоторые инверторы имеют возможность, благодаря встроенной зарядке, контролировать заряд аккумулятора в автоматическом режиме. А некоторые, в основном бюджетные инвертора, не имеют такой функции, поэтому необходимо специальное зарядное устройство для аккумуляторов. Часто применяется обычное автомобильное зарядное устройство для такой задачи.

Как выбрать инвертор и на какие характеристики стоит обратить внимание?

- Мощность инвертора (ватты): это ключевой параметр, определяющий, сколько электроэнергии инвертор может предоставить. Выберите инвертор с запасом мощности для питания всех устройств, которые вы планируете использовать одновременно. Учтите, что некоторые устройства требуют больше мощности при запуске (пусковой ток), чем в рабочем режиме.

- Входное напряжение (Вольты): входное напряжение инвертора должно соответствовать источнику питания (например, 12 В, 24 В, 48 В).

- Тип выходных розеток и разъемов: Проверьте, что инвертор имеет необходимые разъемы и розетки для подключения ваших устройств.

- Защиты: уделите внимание встроенным системам защиты, таким как защита от перегрузки, короткого замыкания и перегрева.

- Соблюдение правил монтажа и установки: Инверторы должны быть правильно установлены и заземлены, чтобы обеспечить безопасность. Если Вы планируете подключать полноценную систему резервного питания для частного дома или квартиры, то нужно будет учесть не простой монтаж, где могут понадобиться дополнительные затраты на необходимые электрические автоматы, предохранители, специальные балансиры, кабеля, крепёж и т.д. Соответственно при выполнении такой работы возможно понадобиться квалифицированный электромонтажник.

Теперь, когда вы определились с выбором инвертора для преобразования энергии (AC/DC) переходим к выбору аккумуляторной батареи.

Существует несколько видов аккумуляторов для работы в различных режимах: стартерном, буферном (можно назвать стационарном) и в режиме постоянной нагрузки (тяговом).

Рассмотрим стартерный аккумулятор. Его название говорит само за себя, он нужен только для кратковременной отдачи высокого пускового тока в момент пуска двигателя. Все остальное время он заряжается, восстанавливая потраченную энергию. Пластины у таких АКБ тоньше, чем у тяговых, так как стартерные батареи не предназначены для длительной отдачи тока. В зависимости от типа аккумулятора они могут терять от 10% до 20% от своей номинальной емкости только при одном глубоком разряде. При форс-мажорных обстоятельствах к стартерным батареям конечно можно подключить инвертор для питания электроприборов, но так АКБ быстро потеряет свою емкость и может выйти из строя при нескольких глубоких разрядах.

Тяговые батареи, наоборот, предназначены для длительного плавного разряда. Из этого выходит, что цикличность заряд/разряд намного больше у тяговой батареи, чем у стартерной. Хотя полностью разряжать их все же не рекомендуется. Они разработаны для электрокаров, складской техники, погрузчиков, и техники бытового назначения. Как правило тяговые аккумуляторы сделаны таким образом, что благодаря толщине пластин, они дольше могут отдавать ток и медленнее разряжаться, но при этом, если говорить о пластинах из чистого свинца, то они наоборот ультратонкие, но их намного больше по количеству. Эта технология применена как раз концерном Enersys в их бренде ODYSSEY. Соответственно они не так бояться глубокого разряда. Примерное время работы такого АКБ варьируется от десяти до двадцати часов непрерывной деятельности. Все зависит от мощности самого аккумулятора и мощности подключённых к нему электрических приборов. Если мы говорим о 2В тяговых элементах, то их корпус мягкий, если о 6В или 12В тяговых блоках, то корпус твердый и крепкий, но в любом случае тяговые акб как и стартерные рассчитаны на постоянную вибрацию при эксплуатации.

Пусковые токи у этих АКБ небольшие, ведь их главная задача отдавать ток в течении максимально долгого времени.

На вопрос «какие бывают типы аккумуляторов?» мы ответим ниже. Хотим заметить, что в этой статье будут описываться именно тяговые АКБ. Подробнее про плюсы и минусы стартерных свинцово-кислотных и одного из их видов АGM батарей мы уже писали в статье, просмотреть которую вы можете, перейдя по ссылке: https://avtoapteka.net.ua/novosti/agm-i-efb-akkumulyatory-i-ih-preimushestva-nad-svincovo-kislotnymi-batareyami.

Тяговые аккумуляторы можно условно поделить на 2 подвида. Свинцово-кислотные и литий-ионные.

Свинцово-кислотные аккумуляторы (SLA) (WET): Эти аккумуляторы широко распространяются в складской технике, такой как вилочных погрузчиках, речтраках, штабелерах и также могут применятся в системах резервного электроснабжения. В свинцово-кислотных тяговых батареях при каждом заряде нужно следить за уровнем электролита. Так же обычным SLA нужно постоянно вентилируемое помещение, так как при заряде они выделяют вредные испарения, что усложняет их использования в квартире. Нужно заметить, что АКБ такого вида будут очень габаритными и тяжелыми, для их монтажа и демонтажа требуется тельфер.

Аккумуляторы с технологией AGM (Absorbent Glass Mat), могут быть использованы в промышленном оборудовании, телекоммуникациях, медицинском оборудовании и прочей технике. Они представляют собой герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, электролит в которых впитан в сепаратор из стекловолокна. Технология AGM очень похожа на гелевые аккумуляторы. Отличие только в том, что в GEL аккумуляторах вместо жидкого электролита используется раствор серной кислоты с двуокисью кремния SiO2. Оба типа батарей - герметизированные с встроенными рекомбенационными клапанами избыточного давления, аккумулятор гелевый, как и AGM будут менее габаритные, чем тяговые свинцово-кислотные и соответственно имеют меньший вес. Для их установки и подключения не требуется дополнительная спецтехника. AGM и GEL батареи на класс дороже стандартных свинцово-кислотных, но это компенсируется продленным сроком службы при правильном использовании. Таким аккумуляторам не подходит обычная зарядка, так как там отсутствует схема контроля процесса заряда, рекомендуется приобрести специальную с пометкой AGM/GEL. Она имеет импульсный заряд, и сама регулирует количество импульсов и их интенсивность. Время такой зарядки конечно в среднем составляет до 10 часов (зависит от глубины разряда). Если вы ищете аккумулятор для дома, AGM или GEL может стать отличным выбором в соотношении цена/качество. Можете рассмотреть и/или купить гелевый аккумулятор 12 Вольт 100ah для дома, инвертора (ИБП, безперебойника), котла или AGM аккумулятор.

Мир не стоит на месте и технологии с каждым годом совершенствуются. Это коснулось и аккумуляторов. Люди все чаще выбирают вместо свинцово-кислотных тяговых батарей литий ионные. Далее мы рассмотрим почему.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) представляют собой тип электрических аккумуляторов, нашедших свое применение во многих сферах деятельности. Из самых распространенных можно назвать смартфоны, ноутбуки, электрические велосипеды, складская и бытовая техника, медицинские устройства (к примеру дефибрилляторы), навигационные буи и подводные аппараты, железнодорожный транспорт.

Литий-ионные аккумуляторы отличаются высокой энергетической плотностью, что означает, что они способны хранить большое количество энергии в компактных корпусах. В цифрах: от 70 кВт·ч/кг до 260 кВт·ч/кг (в стандартных свинцово-кислотных диапазон этого показателя 30–50 кВт·ч/кг). Плюсом этих аккумуляторов можно назвать то, что они прекрасно работают как в буферном режиме, так и в режиме постоянной эксплуатации при регулярном заряде/разряде, а также не требуют обслуживания в виде доливки дистиллированной воды. Также они имеют малый вес и заряжаются буквально за пару часов. Как и у всех батарей, у литий-ионных тоже есть минусы. Первый – цена. Они намного дороже аналогов в виде свинцово-кислотных АКБ, но, если посмотреть на это со стороны цены за один цикл заряда/разряда, литий-ионные будут даже выгоднее, ведь у них примерно в 4 раза дольше срок службы. Такие батареи не любят очень низкие температуры (ниже -20 °С) и очень высокие (+50 °С), в таком случае они быстрее теряют заряд. Также могут быть взрывоопасными при повреждении целостности корпуса. Для из подзарядки потребуется специальное зарядное устройство с пометкой CC/CV.

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Pol) по сути представляют собой улучшенную версию литий-ионных АКБ, описанных выше. В их основе та же система работы, только вместо электролита используется полимерный материал. У этих батарей выше емкость при тех же размерах, что и у литий-ионных, и они считаются более безопасными. Из минусов тут разве что цена, ведь за такой аккумулятор вам придется отдать немалую сумму за один раз. Хотя, если учитывать их время работы (в среднем 700-800 циклов без потери мощности) цена вполне оправдана.

Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP) также является одним из видов литий-ионных батарей. Основное отличие – в их основе лежит железо-фосфатная катодная материя и карбонатный электролит. В соотношении массы и объёма такие батареи имеют выше показатель сохранения энергии благодаря совей конструкции. У них меньше риск взрыва при повреждении и на данный момент они считаются наиболее безопасными. Поражает количество циклов в LiFePO4 аккумуляторов. Число заряда/разряда колеблется от 2000 до 7000 циклов с потерей мощности до 20% (в зависимости от конкретной батареи). И, конечно же, у них самый маленький показатель разряда при длительном неиспользовании аккумулятора. К минусам можно отнести размер (они обычно больше литий-ионных) и цену. Также такие батареи могут дать короткое замыкание если оксид железа восстановиться до обычного железа, что случится не скоро (учитывая циклы заряда/разряда) при его регулярном использовании.

После ознакомления с видами аккумуляторов и инверторов предлагаем перейти к расчётам ёмкости необходимым батареям: Формула (уравнения) для просчёта мощностей аккумуляторов, к примеру: есть аккумулятор на 100 ампер, при подключении к инвертору на 12 вольт мы получим 1200ватт суммарной ёмкости – 100ah*12V=1200W (1.2квт). Также нужно учитывать коэффициент (КПД) самого инвертора так-как он тоже потребляет энергию, берём к примеру коэффициент. 0,9 ( у разных инверторов свой КПД, в основном в диапазоне от 0,7 до 0,95). – 100ah*12V*0,9=1080W (1,08Квт). Можно с уверенностью подметить что с аккумулятора на 100 ампер при полном его разряде можно получить 1 Квт. мощности. Исходя из этого расчёта, например, не совсем экономная лампа накала мощностью в 100ватт будет светиться целых 10 часов. Если использовать современные экономные led- лампы, которые потребляют всего 10 ватт в час и при этом дают света не меньше чем лампа накала то соответственно время работы от аккумулятора увеличится в 10 раз, а это 100 часов беспрерывного освещения, четверо суток света одной лампы от аккумулятора в 100 ампер это уже не плохой результат, если ограничиваться только задачей «аварийного резервного освещения».

Ниже представлена приблизительная таблица потребления электроэнергии бытовых устройств, если брать в расчет свинцово-кислотный тяговый аккумулятор 12 вольт и емкостью 100 ah. Уровни потребления могут варьироваться в зависимости от модели и производителя устройства, а также от интенсивности использования:

Если планировать расчёт на больше потребления электроэнергии, к примеру, аккумулятор для квартиры или аккумулятор для газового котла, то можно использовать более ёмкостные аккумуляторы или использовать даже несколько аккумуляторов подключённых между собой «параллельно» или «последовательно». Об этом ниже.

Параллельное соединение аккумуляторов: все положительные клеммы всех батарей соединяются в одной точке электрической схемы («плюсу») и аналогично отрицательные («минусу»). При таком соединении увеличивается число циклов заряд/разряд (если, допустим, батареи одинаковой емкости), но мощность аккумуляторов остается прежней. Пример: два параллельно подключённых между собой аккумулятора на 100 ампер в сумме дают 200 ампер ёмкости. 2*100=200Ah. Применяем выше указанную формулу расчёта: 200ah*12V*0,9=2160W (2.16квт).

Рис.4 Параллельное соединение

Последовательное соединение аккумуляторов: при таком соединении положительный полюс одного аккумулятора соединяется с отрицательным полюсом следующего аккумулятора, и таким образом создается длинная цепь. Последовательное соединение увеличивает напряжение в цепи, сохраняя емкость на уровне одного аккумулятора. Например, если у вас есть два аккумулятора с напряжением 12 вольт каждый, то после их последовательного соединения напряжение будет 24 вольта, но емкость останется на уровне одного аккумулятора. Этот метод соединения аккумуляторов часто используется, когда требуется более высокое напряжение для питания устройств или систем.

Рис.5 Последовательное соединение

Аккумуляторы для дома при отключении электричества могут быть любые из вышеперечисленных, будь то свинцово-кислотный, гелевый аккумулятор на 12 вольт или подвид литиевых батарей. Важно брать именно тяговый или стационарный аккумулятор, ведь стартерная батарея не сможет длительное время работать в режиме цикличного заряда/разряда. В исключительных случаях конечно можно использовать эти аккумуляторы для дома, но тогда АКБ быстро выйдет из строя, и вы просто потеряете свои средства. Если рассматривать сравнение веса при емкости 100Ач свинцово-кислотной и литиевой тяговых батарей, первая будет весить около 32кг, а вторая 6,5кг. В то же время тяговые АКБ с трудом смогут завести двигатель, ведь практически не способны, в большинстве своем, выдавать разово высокий пусковой ток. Тяговую батарею в теории можно поставить в автомобиль, но нужно учитывать, что при одинаковой емкости стартерного и тягового АКБ их размеры будут существенно отличаться. Это значит, что чтобы запустить стандартный автомобиль вам просто не хватит мощности пусковых токов тяговой батареи. Есть аккумуляторы, которые могут работать как стартерный, так и тяговый. В интернет-магазине АвтоАптека такая линейка представлена брендом ODYSSEY от мирового лидера в производстве аккумуляторов – концерна Enersys. Изготовляется ODYSSEY по технологии TPPL + AGM. Это значит, что пластины у таких батарей состоят из чистого свинца. Подробнее о них вы можете почитать на нашем сайте перейдя по ссылке https://avtoapteka.net.ua/novosti/odyssey-rishennya-na-bud-yakij-vipadok. Стандартные тяговые АКБ от Enersys представлены брендами Hawker, NexSys. Стационарные - Data Safe, Genesis. Так же можете рассмотреть торговые марки U-POVER и SOLARFAM. Если вы еще не определились какой именно аккумулятор вам нужен – наши менеджера с радостью помогут вам с выбором задав несколько уточняющих вопросов и подберут идеально подходящую батарею под ваши потребности.