Все, що потрібно знати про акумулятори для дому

У світі, де споживання електроенергії постійно зростає, з'являється дедалі більше інтересу до альтернативних джерел енергії. Одним із важливих елементів у цьому контексті є акумулятори. Ці пристрої стають ключовим елементом для збереження та ефективного використання енергії. При перебоях – блекаутах акумулятори можна застосовувати для освітлення в будинку, для роботи побутової та офісної техніки, двоконтурного або стандартного опалювального котла та інших електричних приладах, які не тягнуть багато електроенергії. Головне заздалегідь розуміти та розрахувати скільки пристроїв потрібно підключити через інвертор до акумулятора.

У домашніх умовах акумулятори відіграють важливу роль, забезпечуючи енергетичну незалежність та резервне електроживлення. Вони знаходять застосування у різних сценаріях, серед яких основними є сонячні електростанції (СЕС) для накопичення та зберігання електрики у системах резервного живлення. Для ефективного використання акумуляторів потрібні спеціальні інвертори, які виконують функцію перетворення постійного струму (DC) з акумуляторів 12 вольт на змінний струм (AC) напругою 220 вольт, необхідний для більшості побутових пристроїв та електроніки.

Існує кілька видів інверторів із різною специфікою застосування.

Мережеві інвертори (Network inverters)

Інвертори мережі призначені для підключення до мережі змінного струму (AC), забезпечуючи зворотне перетворення енергії для розподілу в мережі. Вони приймають постійний струм (DC) від джерела, такого як сонячні панелі або вітряні генератори, і перетворює його на змінний струм (AC) з метою подачі цієї енергії в електромережу. Мережеві інвертори зазвичай мають більшу ефективність і не мають можливості автономної роботи.

Мал.1. Схема роботи мережевого інвертора

Автономні інвертори (Stand-Alone Inverters):

Автономні інвертори розроблені для роботи в автономних системах, де немає підключення до електропостачання. Вони надають незалежне джерело змінного струму. Автономні інвертори приймають постійний струм (DC) від джерела, такого як батареї, і перетворюють його на змінний струм (AC), який може використовуватися для живлення приладів та пристроїв. Автономні інвертори знаходять широке застосування в офф-грід системах, таких як котеджі, яхти, автобудинки та віддалені місця, де немає доступу до мережі електропостачання. Деякі моделі мають вбудований зарядний пристрій.

Мал.2. Схема роботи автономного інвертора

Гібридні інвертори (Hybrid Inverters):

Гібридні інвертори об'єднують функціональність мережевих і автономних інверторів в одному пристрої, оскільки призначені для підключення відразу до кількох джерел енергії, таких як електромережа, акумулятор, але з пріоритетністю на сонячні панелі. Приймають живлення від цих джерел і перетворюють його на змінний струм для живлення електроприладів, а також деякі моделі мають функцію відправки електроенергії в мережу. Вони широко застосовуються в системах сонячних електростанцій та резервного енергопостачання для будинків та підприємств. Також дозволяють ефективно забезпечувати резервне живлення у разі збоїв мережі.

Мал.3. Схема роботи гібридного інвертора

Залежно від потреби ви можете вибрати будь-який інвертор. Якщо у вас стоїть система, яка потребує постійного перетворення енергії від сонячних панелей або вітрових генераторів, без її накопичення та збереження, краще підійде мережевий інвертор. При цьому автономні інвертори підійдуть за частих поїздок на природу або в умовах постійного відключення енергії, де може допомогти тільки автономна батарея. Можна сказати, що гібридні інвертори більш універсальні та підходять для більшості систем.

Також інвертори відрізняються властивостями перетворення струму на 12-220в; 24-220в; 48-220 ст. Варто звернути увагу на те, що інвертора бувають двох типів: синусоїдальні (чистий синус) і з модифікованою синусоїдою.

Синусоїдні інвертори створюють сигнал, близький до ідеальної синусоїди (яка знаходиться тільки в мережі), що робить їх ідеальним вибором для пристроїв з чутливою електронікою, як комп'ютери, котли, насоси та медичне обладнання. Інвертори з модифікованими синусоїдами бюджетніші, але можуть викликати проблеми при роботі з нестандартними двигунами.

Деякі інвертори мають можливість завдяки вбудованій зарядці контролювати заряд акумулятора в автоматичному режимі. А деякі, в основному бюджетні інвертори, не мають такої функції, тому потрібний спеціальний зарядний пристрій для акумуляторів. Часто застосовується звичайний автомобільний зарядний пристрій для цього завдання.

Як вибрати інвертор та на які характеристики варто звернути увагу?

- Потужність інвертора (вати): це ключовий параметр, що визначає, скільки інвертор може надати електроенергії. Виберіть інвертор із запасом потужності для живлення всіх пристроїв, які ви плануєте використовувати одночасно. Врахуйте, що деякі пристрої потребують більше потужності при запуску (пусковий струм), ніж у робочому режимі.

- Вхідна напруга (Вольти): вхідна напруга інвертора повинна відповідати джерелу живлення (наприклад, 12, 24, 48 В).

- Тип вихідних розеток та роз'ємів: Перевірте, чи інвертор має необхідні роз'єми та розетки для підключення ваших пристроїв.

- Захист: приділіть увагу вбудованим системам захисту, таким як захист від перевантаження, короткого замикання та перегріву.

- Дотримання правил монтажу та встановлення: Інвертори повинні бути правильно встановлені та заземлені, щоб забезпечити безпеку. Якщо Ви плануєте підключати повноцінну систему резервного живлення для приватного будинку або квартири, то потрібно буде врахувати не простий монтаж, де можуть знадобитися додаткові витрати на необхідні електричні автомати, запобіжники, спеціальні балансири, кабелі, кріплення тощо. Відповідно при виконанні такої роботи можливо знадобиться кваліфікований електромонтажник.

Тепер, коли ви визначилися з вибором інвертора для перетворення енергії (AC/DC), переходимо до вибору акумуляторної батареї.

Існує кілька видів акумуляторів для роботи в різних режимах: стартерному, буферному (можна назвати стаціонарним) та в режимі постійного навантаження (тяговому).

Розглянемо стартерний акумулятор. Його назва говорить сама за себе, він потрібен тільки для короткочасної віддачі високого пускового струму в момент пуску двигуна. Решту часу він заряджається, відновлюючи витрачену енергію. Пластини у таких АКБ тонші, ніж у тягових, оскільки стартерні батареї не призначені для тривалої віддачі струму. Залежно від типу акумулятора вони можуть втрачати від 10% до 20% своєї номінальної ємності тільки при одному глибокому розряді. За форс-мажорних обставин до стартерних батарей можна підключити інвертор для живлення електроприладів, але так АКБ швидко втратить свою ємність і може вийти з ладу при декількох глибоких розрядах.

Тягові батареї, навпаки, призначені для тривалого плавного розряду. З цього виходить, що циклічність заряд/розряд набагато більша у тягової батареї, ніж у стартерної. Хоча повністю розряджати їх все ж таки не рекомендується. Вони розроблені для електрокарів, складської техніки, навантажувачів та техніки побутового призначення. Як правило, тягові акумулятори зроблені таким чином, що завдяки товщині пластин, вони довше можуть віддавати струм і повільніше розряджатися, але при цьому, якщо говорити про пластини з чистого свинцю, вони навпаки ультратонкі, але їх набагато більше за кількістю. Ця технологія застосована саме концерном Enersys у їхньому бренді ODYSSEY. Відповідно вони не так бояться глибокого розряду. Приблизний час роботи такого АКБ варіюється від десяти до двадцяти годин безперервної діяльності. Все залежить від потужності самого акумулятора та потужності підключених до нього електричних приладів. Якщо ми говоримо про 2В тягові елементи, то їх корпус м'який, якщо про 6В або 12В тягові блоки, то корпус твердий і міцний, але в будь-якому випадку тягові АКБ, як і стартерні, розраховані на постійну вібрацію при експлуатації.

Пусковий струм у цих АКБ невеликий, адже їхнє головне завдання віддавати струм протягом максимально довгого часу.

На запитання «які типи акумуляторів?» ми відповімо нижче. Хочемо зауважити, що у цій статті описуватимуться саме тягові АКБ. Детальніше про плюси та мінуси стартерних свинцево-кислотних та одного з їх видів АGM батарей ми вже писали у статті, переглянути яку ви можете, перейшовши за посиланням: https://avtoapteka.net.ua/novosti/agm-i-efb-akkumulyatory-i-ih-preimushestva-nad-svincovo-kislotnymi-batareyami.

Тягові акумулятори можна умовно поділити на 2 підвиди. Свинцево-кислотні та літій-іонні.

Свинцево-кислотні акумулятори (SLA) (WET): Ці акумулятори широко поширюються у складській техніці, такій як навантажувачі, речтраки, штабелери і також можуть застосовуватися в системах резервного електропостачання. У свинцево-кислотних тягових батареях при кожному заряді слід стежити за рівнем електроліту. Так само звичайним SLA потрібно постійно вентильоване приміщення, так як при заряді вони виділяють шкідливі випаровування, що ускладнює їхнє використання в квартирі. Потрібно зауважити, що АКБ такого виду будуть дуже габаритними та важкими, для їх монтажу та демонтажу потрібен тельфер.

Акумулятори з технологією AGM (Absorbent Glass Mat) можуть бути використані в промисловому обладнанні, телекомунікаціях, медичному обладнанні та іншій техніці. Вони є герметичними свинцево-кислотними акумуляторами, електроліт в яких ввібраний в сепаратор зі скловолокна. Технологія AGM дуже подібна до гелевих акумуляторів. Відмінність тільки в тому, що в акумуляторах GEL замість рідкого електроліту використовується розчин сірчаної кислоти з двоокисом кремнію SiO2. Обидва типи батарей - герметизовані із вбудованими рекомбінаційними клапанами надлишкового тиску, акумулятор гелевий, як і AGM, буде менш габаритним, ніж тягові свинцево-кислотні. і відповідно мають меншу вагу. Для їх встановлення та підключення не потрібна додаткова спецтехніка. AGM і GEL батареї на клас дорожчі за стандартні свинцево-кислотні, але це компенсується продовженим терміном служби при правильному використанні. Таким акумуляторам не підходить звичайна зарядка, оскільки там відсутня схема контролю заряду, рекомендується придбати спеціальну з позначкою AGM/GEL. Вона має імпульсний заряд і сама регулює кількість імпульсів та їх інтенсивність. Час такої зарядки зазвичай в середньому становить 10 годин (залежить від глибини розряду). Якщо ви шукаєте акумулятор для дому, AGM або GEL може стати чудовим вибором у співвідношенні ціна/якість. Можете розглянути та/або купити акумулятор гелевий 12 Вольт 100ah для дому, інвертора (ДБЖ, безперебійника), котла або AGM акумулятор.

Світ не стоїть на місці та технології з кожним роком удосконалюються. Це торкнулося і акумуляторів. Люди дедалі частіше вибирають замість свинцево-кислотних тягових батарей літій іонні. Далі ми розглянемо чому.

Літій-іонні акумулятори (Li-ion) є типом електричних акумуляторів, що знайшли своє застосування в багатьох сферах діяльності. З найпоширеніших можна назвати смартфони, ноутбуки, електричні велосипеди, складська та побутова техніка, медичні пристрої (наприклад дефібрилятори), навігаційні буї та підводні апарати, залізничний транспорт.

Літій-іонні акумулятори відрізняються високою енергетичною щільністю, що означає, що вони здатні зберігати велику кількість енергії у компактних корпусах. У цифрах: від 70 кВт·год/кг до 260 кВт·год/кг (у стандартних свинцево-кислотних діапазон цього показника 30-50 кВт·год/кг). Плюсом цих акумуляторів можна назвати те, що вони чудово працюють як у буферному режимі, так і в режимі постійної експлуатації при регулярному заряді/розряді, а також не вимагають обслуговування як доливки дистильованої води. Також вони мають малу вагу та заряджаються буквально за пару годин. Як і у всіх батарей, у літій-іонних теж є мінуси. Перший – ціна. Вони набагато дорожчі за аналоги у вигляді свинцево-кислотних АКБ, але, якщо подивитися на це з боку ціни за один цикл заряду/розряду, літій-іонні будуть навіть вигіднішими, адже у них приблизно в 4 рази довше термін служби. Такі батареї не люблять дуже низькі температури (нижче від -20 °С) і дуже високі (+50 °С), в такому випадку вони швидше втрачають заряд. Також можуть бути вибухонебезпечними у разі пошкодження цілісності корпусу. Для підзарядки потрібен спеціальний зарядний пристрій з позначкою CC/CV.

Літій-полімерні акумулятори (Li-Pol) по суті є поліпшеною версією літій-іонних АКБ, описаних вище. В їх основі та ж система роботи тільки замість електроліту використовується полімерний матеріал. У цих батарей вища ємність при тих же розмірах, що й у літій-іонних, і вони вважаються безпечнішими. З мінусів тут хіба ціна, адже за такий акумулятор вам доведеться віддати чималу суму за один раз. Хоча, якщо врахувати час роботи (в середньому 700-800 циклів без втрати потужності) ціна цілком виправдана.

Літій-залізо-фосфатний акумулятор (LiFePO4, LFP) також є одним із видів літій-іонних батарей. Основна відмінність – в їх основі лежить залізо-фосфатна катодна матерія та карбонатний електроліт. У співвідношенні маси та об'єму такі батареї мають вище показник збереження енергії завдяки своїй конструкції. У них менший ризик вибуху при пошкодженні, і на даний момент вони вважаються найбезпечнішими. Вражає кількість циклів у LiFePO4 акумуляторів. Число заряду/розряду коливається від 2000 до 7000 циклів із втратою потужності до 20% (залежно від конкретної батареї). І, звичайно, у них найменший показник розряду при тривалому невикористанні акумулятора. До мінусів можна віднести розмір (вони зазвичай більше літій-іонних) та ціну. Також такі батареї можуть дати коротке замикання, якщо оксид заліза відновиться до звичайного заліза, що станеться не скоро (враховуючи цикли заряду/розряду) при його регулярному використанні.

Після ознайомлення з видами акумуляторів та інверторів пропонуємо перейти до розрахунків ємності необхідним батареям:

Формула (рівняння) для розрахунку потужностей акумуляторів, наприклад: є акумулятор на 100 ампер, при підключенні до інвертора на 12 вольт ми отримаємо 1200ват сумарної ємності - 100ah * 12V = 1200W (1.2. Квт).

Також необхідно враховувати коефіцієнт (ККД) самого інвертора оскільки він також споживає енергію, беремо наприклад коефіцієнт. 0,9 (у різних інверторів свій ККД, переважно в діапазоні від 0,7 до 0,95). - 100ah * 12V * 0,9 = 1080W (1,08 Квт). Можна з упевненістю помітити, що з акумулятора на 100 ампер при повному його розряді можна отримати 1 кВт. потужності. Виходячи з цього розрахунку, наприклад, не зовсім економна лампа розжарення потужністю в 100 Ват буде світитися цілих 10 годин. Якщо використовувати сучасні економні led- лампи, які споживають всього 10 ват на годину і при цьому дають світла не менше ніж лампа розжарення, то відповідно час роботи від акумулятора збільшиться в 10 разів, а це 100 годин безперервного освітлення, чотири доби світла однієї лампи від акумулятора в 100 ампер це вже не поганий результат, якщо обмежуватися лише завданням «аварійного резервного освітлення».

Нижче представлена приблизна таблиця споживання електроенергії побутових пристроїв, якщо брати до уваги свинцево-кислотний тяговий акумулятор 12 вольт та ємністю 100 ah. Рівні споживання можуть змінюватись в залежності від моделі та виробника пристрою, а також від інтенсивності використання:

Якщо планувати розрахунок на більше споживання електроенергії, наприклад, акумулятор для квартири або акумулятор для газового котла, то можна використовувати більш ємнісні акумулятори або навіть кілька акумуляторів підключених між собою «паралельно» або «послідовно». Про це нижче.

Паралельне з'єднання акумуляторів: всі позитивні клеми всіх батарей з'єднуються в одній точці електричної схеми (плюсу) і аналогічно негативні (мінусу). При такому з'єднанні збільшується число циклів заряду/розряду (якщо, припустимо, батареї однакової ємності), але потужність акумуляторів залишається незмінною. Приклад: два паралельно підключені між собою акумулятори на 100 ампер у сумі дають 200 ампер ємності. 2 * 100 = 200Ah.

Застосовуємо вище вказану формулу розрахунку: 200ah*12V*0,9=2160W (2.16кВт).

Мал.4 Паралельне з'єднання

Послідовне з'єднання акумуляторів: при такому з'єднанні позитивний полюс одного акумулятора з'єднується з негативним полюсом наступного акумулятора, і таким чином створюється довгий ланцюг. Послідовне з'єднання збільшує напругу ланцюга, зберігаючи ємність на рівні одного акумулятора. Наприклад, якщо у вас є два акумулятори з напругою 12 вольт кожен, то після їхнього послідовного з'єднання напруга буде 24 вольта, але ємність залишиться на рівні одного акумулятора. Цей метод з'єднання акумуляторів часто використовується, коли потрібна більша напруга для живлення пристроїв або систем.

Мал.5 Послідовне з'єднання

Акумулятори для будинку при відключенні електрики можуть бути будь-які з перерахованих вище, будь то свинцево-кислотний, гелевий акумулятор на 12 вольт або підвид літієвих батарей. Важливо брати саме тяговий або стаціонарний акумулятор, адже стартерна батарея не зможе довго працювати в режимі циклічного заряду/розряду. У виняткових випадках, звичайно, можна використовувати ці акумулятори для дому, але тоді АКБ швидко вийде з ладу, і ви просто втратите свої кошти. Якщо розглядати порівняння ваги при ємності 100Ач свинцево-кислотної та літієвої тягових батарей, перша важитиме близько 32кг, а друга 6,5кг. У той же час тягові АКБ насилу зможуть завести двигун, адже практично не здатні, здебільшого, видавати разово високий пусковий струм. Тягову батарею теоретично можна поставити в автомобіль, але потрібно враховувати, що при однаковій ємності стартерного і тягового АКБ їх розміри будуть суттєво відрізнятися. Це означає, що щоб запустити стандартний автомобіль, вам просто не вистачить потужності пускових струмів тягової батареї. Є акумулятори, які можуть працювати як стартерні, так і тягові. В інтернет-магазині АвтоАптека така лінійка представлена брендом ODYSSEY від світового лідера у виробництві акумуляторів – концерну Enersys. Виготовляється ODYSSEY за технологією TPPL+AGM. Це означає, що пластини таких батарей складаються з чистого свинцю. Докладніше про них ви можете почитати на нашому сайті, перейшовши за посиланням https://avtoapteka.net.ua/novosti/odyssey-rishennya-na-bud-yakij-vipadok. Стандартні тягові АКБ від Enersys представлені брендами Hawker, NexSys. Стаціонарні – Data Safe, Genesis. Також можете розглянути торгові марки U-POVER та SOLARFAM. Якщо ви ще не визначилися який саме акумулятор вам потрібен - наші менеджери з радістю допоможуть вам з вибором поставивши кілька уточнюючих питань і підберуть батарею, що ідеально підходить, під ваші потреби.