Розрахунок системи ДБЖ: Як визначити потужність інвертора та ємність батарей для ваших потреб

[Mr.Robot]

Створення надійної системи безперебійного живлення (ДБЖ) — це інженерне завдання, що вимагає точності. Помилка в розрахунках може призвести або до того, що система не впорається з навантаженням у найвідповідальніший момент, або до зайвих витрат на обладнання, потенціал якого ніколи не буде використаний. Цей посібник пропонує більш глибокий, технічний підхід до розрахунку, який дозволить вам підібрати ідеально збалансовану систему для дому чи невеликого офісу.

Крок 1: Аудит навантаження – складаємо список приладів та їхньої пускової потужності

Перший крок — це ретельний аналіз ваших споживачів. Складіть таблицю з трьома колонками:

• Прилад: Список усього, що має працювати під час відключення (наприклад, котел, холодильник, роутер, освітлення, комп'ютер, телевізор).
• Номінальна потужність (Вт): Вказана на приладі або в паспорті.
• Пускова потужність (Вт): Для пристроїв з електродвигунами (холодильники, насоси, кондиціонери) ця потужність в момент запуску може в 3-7 разів перевищувати номінальну. Якщо точне значення невідоме, помножте номінальну потужність на 3-5 для побутових приладів.

Приклад аудиту:

• Холодильник: 200 Вт (номінал), 800 Вт (пуск)
• Газовий котел: 150 Вт (номінал), 450 Вт (пуск)
• LED освітлення: 100 Вт (номінал), 100 Вт (пуск)
• Телевізор: 120 Вт (номінал), 120 Вт (пуск)

Крок 2: Вибір потужності інвертора з урахуванням перевантажень та запасу

Інвертор повинен витримувати як сумарну номінальну потужність, так і максимальну пускову.

Тепер вибір потужності інвертора: Номінальна потужність інвертора повинна бути вищою за сумарну номінальну потужність навантаження з 20-30% запасом: 570 Вт 1.3 ≈ 750 Вт.

• Розрахунок сумарної номінальної потужності: 200 + 150 + 100 + 120 = 570 Вт.
• Розрахунок максимальної пускової потужності: Найважчий момент — це одночасний запуск кількох пристроїв. Малоймовірно, що всі вони запустяться в одну секунду, тому зазвичай розраховують на запуск найпотужнішого приладу при працюючих інших.
• Пускова потужність* = (Пуск холодильника) + (Номінал котла) + (Номінал світла) + (Номінал ТБ) = 800 + 150 + 100 + 120 = 1170 Вт.
• Пікова (короткочасна) потужність інвертора повинна бути вищою за розраховану пускову потужність: > 1170 Вт.

Отже, нам потрібен інвертор з номінальною потужністю не менше 1000 Вт (1 кВт) та піковою потужністю близько 2000 Вт. Моделі на 1.5-2 кВт будуть оптимальним вибором.

Крок 3: Формула розрахунку ємності акумуляторного банку

Тепер розрахуємо, скільки енергії нам потрібно зберігати. Для цього використовується більш точна формула розрахунку АКБ:

E = (P × T) / (V × K_inv × K_dod)

Де:

• E — необхідна ємність акумуляторів, А·год.
• P — середня потужність вашого навантаження, Вт (у нашому прикладі 570 Вт).
• T — бажаний час автономної роботи, годин (наприклад, 8 годин).
• V — напруга акумуляторного банку, В (зазвичай 12, 24 або 48В, залежить від інвертора). Візьмемо для прикладу 24В.
• K_inv — коефіцієнт ефективності інвертора (ККД). Він не 100%, частина енергії втрачається на перетворення. Для хороших інверторів це 0.85-0.9. Візьмемо 0.9.
• K_dod — бажана глибина розряду акумуляторів (DoD). Щоб продовжити життя АКБ, не рекомендується розряджати їх повністю. Для AGM візьмемо 0.7 (70%), для GEL/Carbon можна взяти 0.8 (80%). Візьмемо 0.7.

Проводимо розрахунок: E = (570 Вт × 8 год) / (24 В × 0.9 × 0.7) = 4560 / 15.12 ≈ 301 А·год.

Отже, для 24-вольтової системи нам потрібен акумуляторний банк загальною ємністю близько 300 А·год. Це можуть бути два акумулятори по 12В 300 А·год, з'єднані послідовно, або чотири по 12В 150 А·год (дві паралельні групи по два послідовно).

Крок 4: Враховуємо важливі коефіцієнти та старіння батарей

При виборі ємності варто пам'ятати, що з часом будь-який акумулятор деградує і втрачає частину своєї ємності. Через кілька років роботи його реальна ємність може становити 80% від початкової. Тому до розрахованого значення завжди корисно додати ще 15-20% "на старіння". 301 А·год 1.2 = 361 А·год.

Остаточний вибір — акумуляторний банк на 24В з ємністю 350-400 А·год. Це гарантує, що навіть через кілька років експлуатації ваша система забезпечить бажаний час автономної роботи.

Практичний приклад: вибір обладнання

На основі наших розрахунків, готовий комплект може виглядати так:

• Інвертор: NetPRO Phaeton 3000 (3 кВт номінал, 6 кВт пік, 24В). Має великий запас по потужності.
• Акумулятори: Чотири AGM акумулятори EverExceed ST-12200 (12В, 200 А·год кожен). З'єднуємо їх у конфігурацію 2S2P (дві паралельні гілки по два послідовно з'єднаних акумулятори), щоб отримати банк 24В 400 А·год.

Такий інженерний підхід дозволяє створити систему, яка буде не просто працювати, а працювати надійно, ефективно і довго, повністю виправдовуючи вкладені кошти.

Пульсар Лімітед.