Источник автономного питания. Автономное и резервное питание

Первое на что нужно опираться — количество и характер систем, потребляющих энергию . Обычно к списку таких систем относятся кондиционирование, отопление, насосное водоснабжение из скважины. Также необходимо учитывать число часто пользуемых бытовых электроприборов и холодильное оборудование. Все перечисленное требует бесперебойного питания, что может предоставить любой независимый источник.

Вторым этапом выбора станет вычисление общей мощности. Показатели потребления каждого прибора складываются между собой. Итоговое автономное электроснабжение загородного дома, дачи или квартиры должно превышать полученную сумму на 20-30%.

С ситуацией, когда отключают электроэнергию, наверное, сталкивался каждый. Причем порой электричества нет в самый неподходящий момент. В загородных домах проблемы с подачей электроэнергии тоже не редкость. Но как же быть, если такие ситуации возникают довольно часто?

Современные технологии развились настолько хорошо, что выход из такого положения был найден - это автономные источники питания, которые можно купить у нас.

Перепады напряжения? Помогут автономные источники электричества!

Источники резервного питания также актуальны, когда протянуть линию электропередач просто невозможно или же электропитание попросту некачественное. Каждому владельцу загородного дома хочется отдохнуть и отлично провести выходные, причем без электричества в таких ситуациях просто не обойтись. Постоянные и систематические перепады напряжения, сопровождающиеся «миганием» осветительных приборов, отрицательно сказываются на технике, существенно сокращая срок их службы. Чересчур сильные всплески способны вывести из строя микросхемы и блоки питания.

Функции автономных источников питания.

Для того чтобы вся аппаратура работала долго и бесперебойно, лучше использовать автономные источники электричества. Их главная задача - обеспечить нормальное, корректное завершение работы электроприборов в случае неожиданного отключения электроэнергии. Также они должны надежно защищать технику от всех типов перебоев, возникающих в электрических сетях, а именно:

• всплесках напряжения;
• высоковольтных выбросах;
• так называемых «проседаниях» напряжения;
• в случае пропадания напряжения;
• подсадки;
• выбега частоты.

На сегодняшний день практически в каждом доме имеется персональный компьютер. Согласно исследованиям, именно он ежемесячно подвергается около 120 нештатным ситуациям, причиной возникновения которых являются именно перепады напряжения.

Бесперебойное питание помогает напрочь забыть обо всех вышеперечисленных проблемах. Задачи ИБП заключаются в следующем:

• поглотить небольшое количество кратковременных выбросов напряжения;
• осуществлять фильтрацию питающего напряжения, понижать уровень шума;
• обеспечить резервное электропитание нагрузки на протяжении определенного количества времени после пропадания напряжения в сети;
• защитить устройства, включенные в сеть, от перегрузки и короткого замыкания.

Но для того чтобы обеспечить полноценную защиту, источники резервного питания должны подключаться в сеть. К ним уже подключаются и сами устройства. ИБП конвертируют поток электроэнергии таким образом, чтобы он был оптимальным для полноценной работы устройства.

Личная система электроснабжения - оптимальный вариант для загородного дома.

Автономные источники электричества актуальны в том случае, если человеку просто невыгодно проводить линию электропередач и подключаться к сетям централизованного электроснабжения. Например, если у Вас имеется коттедж, который расположен слишком далеко от сетей централизованного электроснабжения, а ездить отдыхать в эти места Вы отправляетесь по мере возможности, лучше создать собственную автономную систему электроснабжения. Она будет способна обеспечить Вам целый ряд преимуществ, а именно:

• не нужно платить за подключение к сети;
• Вы не будете зависеть от цен на электричество;
• Вы будете вырабатывать электроэнергию тогда, когда нужно именно Вам.

Что же должна включать в себя система автономного электроснабжения?

1. Источник энергии. Как правило, источников может быть сразу несколько или же один. Это может быть фотоэлектрическая батарея, жидкотопливный генератор ЖТК, работающий на бензине или дизельном топливе, или ветроэлектрическая установка. Основным может быть любой из вышеперечисленных источников, другие можно использовать в качестве дополнительных.
2. Аккумуляторная батарея является необходимым элементом в системе автономного электроснабжения. Даже несмотря на то, что основной источник получения энергии имеется в системе, наличие батареи позволит включать его на определенное количество времени, а электричество будет поступать непрерывно.
3. Инвертор. Представляет собой устройство, которое коммутирует постоянный ток в переменный. Он необходим в тех случаях, если техника, находящаяся в доме, потребляет напряжение 220 В или если потребители расположены на значительном расстоянии. В таком случае возникают так называемые помехи и потери.
4. Контроллер заряда АБ. Необходим для того, чтобы предотвратить переразряд и перезаряд. Весьма часто такой контроллер встраивается в инвертор.
5. Нагрузка. Во время подключения в автономную систему электроснабжения всевозможных приборов необходимо знать, что устройства должны быть энергоэффективными. В качестве примера можно привести люминесцентные лампы. Их рекомендуют использовать по той причине, что лампы накаливания потребляют в 4 раза больше электричества.

Порой очень трудно найти компанию, которая может предложить все и сразу. Но если Вы не нашли то, что искали, достаточно обратиться к нашему консультанту, который даст ответы на все интересующие Вас вопросы.

С нами Ваши приборы даже при сильных перепадах напряжения будут работать стабильно, а в случае полного отключения электроэнергии у Вас будет возможность правильно завершить сеанс работы персонального компьютера и успеть сохранить все данные, которые могли бы быть потеряны.

Энергетический кризис, ставший следствием московской аварии на подстанции в Чагине и настигший Москву и ряд ближайших к ней областей, показал, что для нашего человека даже столь неординарные события — это вовсе не повод для того, чтобы нервничать.

ля Минпромэнерго РФ отключение электричества, произошедшее в московском и соседних регионах России, — это уникальная ситуация чрезвычайного характера, однако хронические отключения как отдельных домов, так и целых кварталов в различных регионах страны случаются не так уж и редко.

Работники Министерства промышленности и энергетики РФ, естественно, сделали надлежащие выводы и уже докладывают нам, что «из всего комплекса действий, связанных с ликвидацией отключения электричества, будет вынесен бесценный позитивный опыт», однако изношенное оборудование, которое служит уже по 40-50 лет, не может быть заменено в одночасье, а пока идет техническое перевооружение отрасли электроэнергетики, мы тоже можем кое-что предпринять, чтобы хоть как-то обезопасить себя от подобных издержек цивилизации.

Источники бесперебойного питания

ак известно, источники бесперебойного питания (ИБП или UPS — Uninteruptable Power Source) предназначены скорее для того, чтобы предотвратить аварийное завершение работы устройства, а вовсе не для длительной работы оного при отсутствии напряжения в электросети. Собственно, стоимость аккумуляторов составляет наиболее весомую долю в общей стоимости ИБП, причем чем большую емкость они имеют, тем система дороже.

Строго говоря, те цифры, которые указаны в прайс-листах или на корпусах ИБП, обозначают так называемую полную мощность, которая измеряется в вольт-амперах (В·А, V·A) и применима к постоянному току, или активную мощность, измеряемую в ваттах (Вт), а время работы от батарей зависит от мощности UPS нелинейно.

Для импульсных блоков питания компьютеров мощность в вольт-амперах соответствует мощности в ваттах с коэффициентом 0,6-0,8, то есть если на ИБП указано 400 V·A, то это соответствует суммарной мощности подключаемых устройств примерно в 280 Вт. Однако производители рекомендуют выбирать ИБП с расчетом 20% запаса по мощности нагрузки, чтобы у пользователя все-таки хватило времени на выполнение всех завершающих действий перед выключением компьютера. Например, для современных настольных ПК с блоками питания мощностью 300 Вт необходимо выбирать ИБП мощностью 350-360 Вт (или 514 V·A).

Как показывает опыт, простой домашний компьютер с монитором работает на ИБП мощностью 400 V·A в лучшем случае лишь 5-10 мин. Поэтому, сообразуясь с существующими моделями и запасом по мощности нагрузки, лучше выбрать ИБП, рассчитанный на 600-750 V·A. Причем если для ИБП мощностью 500 V·A время работы составит 10-15 мин, то на ИБП мощностью 1000 V·A тот же набор устройств будет работать минут 40 (то есть один мощный ИБП работает дольше, чем два с такой же суммарной мощностью). Кстати, если перегрузка ИБП будет длиться хотя бы пару секунд, он просто отключит всю нагрузку.

Однако и стоимость ИПБ зависит от мощности нелинейно. Так, скажем, если популярный ИБП APC SmartUPS 420 V·A стоит 150 долл., то APC SmartUPS 700 V·A — уже 250 долл. Впрочем, существуют и недорогие ИБП, которые не выравнивают напряжение, а только переключаются на аккумулятор в случае его отсутствия. Цены на такие устройства вполне доступны — APC BackUPS 500 V·A стоит примерно 50-60 долл.

Отметим также, что срок службы аккумуляторов в ИБП колеблется от 3 до 6 лет, а стоимость замены всех аккумуляторов в одном ИБП составляет в среднем половину полной стоимости нового устройства.

При этом недорогие ИБП, как правило, маломощные. Цены на мощные модели той же компании APC, такие как Matrix 300 и 5000 V·A, начинаются уже от 3 тыс. долл. А уж цена таких моделей, как Symmetra (APC) мощностью от 8000 до 16 000 V·A, — от 8 тыс. долл.

Таким образом, применение мощных ИБП в домашних условиях оказывается бессмысленным, а использование недорогого ИБП сводится только к тому, чтобы срочно сохранить все файлы и выключить оргтехнику во избежание потери данных.

Источник автономного питания из ИБП

ак же нам защититься от длительных перебоев в электропитании? Неужели для этого необходимо покупать столь дорогие и мощные источники бесперебойного питания?

Здесь можно предложить два варианта:

• к штатному аккумулятору ИПС параллельно подключить недорогой автомобильный аккумулятор (кстати, у автомобилистов часто остаются вполне работоспособные аккумуляторы, использовать которые зимой они уже не решаются, но заряд такие устройства держат еще неплохо);
• для пары-тройки автомобильных аккумуляторов использовать преобразователь напряжения из 12 в 220 В.

Первый вариант, возможно, вполне сгодится в качестве дешевой альтернативы дорогостоящей замены штатных батарей ИБП, когда источник бесперебойного питания ввиду выхода из строя штатных батарей начинает работать только как сетевой фильтр. Однако в случае глубокой разрядки автомобильного аккумулятора применение нештатного аккумулятора на ИБП чревато серьезными проблемами.

Ведь схема управления ИБП, как правило, рассчитана только на штатную батарею. Например, если вы вздумаете заменить на том же APC BackUPS 500 V·A штатную батарею 12V7AH на новую 12V20AH (по сути такую же, но более емкую), то при зарядке более емкая батарея будет брать больший ток и от перегрева проводов и элементов схемы наверняка выйдет из строя контроллер управления (или сработает защита от превышения тока в схеме подзарядки и зарядка попросту не пойдет).

Что касается автомобильного, гораздо более емкого аккумулятора, то средний ток зарядки не сильно разряженной аккумуляторной батареи не превышает 1/10 от максимального, поэтому при неглубокой разрядке ничего случиться не должно. Однако после сколько-нибудь значительной разрядки дополнительного аккумулятора вам придется отсоединять его от ИБП и заряжать отдельным зарядным устройством, а это не очень удобно.

Что можно предпринять в данной ситуации? Во-первых, можно использовать для подключения дополнительной батареи отдельный контроллер по минимальному и максимальному напряжению (например, описанный на http://battery.newlist.ru/chargers_lvd_01.htm). Тогда дополнительная схема автоматического отключения нагрузки по минимально и максимально допустимому напряжению защитит схему ИБП. Пороги срабатывания вы отрегулируете потенциометрами, а диапазон рабочих напряжений будет определяться параметрами используемых транзисторов.

Или же, если вы планируете использовать автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор, то и ИПБ нужно выбирать не со щелочным, а со свинцово-кислотным штатным аккумулятором. Тогда схема подзарядки ИПБ будет рассчитана на использование батарей со сходными параметрами, следовательно, разряженный автомобильный аккумулятор не сожжет контроллер ИБП. Конечно, у любой схемы подзарядки есть некий предел тока и если навесить на совсем уж маломощный ИБП внешний автомобильный аккумулятор, то ИПБ может и сгореть, особенно если доводить аккумулятор до полной разрядки.

Впрочем, можно использовать и смешанную схему, когда автомобильный аккумулятор заряжается постоянно подключенным зарядным устройством для автомобильных аккумуляторов (с контролем от перезаряда и прочей автоматикой) и одновременно аккумулятор подключается к ИБП параллельно штатной батарее. Таким образом, в этом случае ИБП служит лишь преобразователем напряжения из 12 в 220 В.

Вариант со специальным преобразователем напряжения 12/220 В вместо ИБП более надежен, но такой преобразователь напряжения большой мощности сравним по стоимости с ИБП и к тому же все равно потребует приобретения достаточно мощного зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов. При этом маломощное зарядное устройство заряжает очень долго, а мощное стоит довольно дорого и имеет внушительные размеры (то есть наряду с экономической целесообразностью такой системы необходимо будет рассмотреть и ее массогабаритные параметры).

Стоимость автомобильных адаптеров 12/220 В мощностью 600 Вт составляет примерно 80-100 долл. Преобразователь напряжения 12/220 В мощностью 1200 Вт обойдется уже в 200-220 долл., а адаптер мощностью 2500-3000 Вт — более чем в 400 долл. Как видите, даже цены адаптеров уже вполне сопоставимы с ценами аналогичных по мощности ИБП, а ведь нам еще понадобится зарядное устройство для аккумуляторов!

Готовые решения

Принципе, сама идея использования автомобильных аккумуляторов в качестве источника автономного питания не нова, и российская промышленность имеет несколько готовых решений. Так, например, фирма «МикроАрт» (http://www.invertors.ru) предлагает относительно недорогие устройства МАП «Энергия» — преобразователи постоянного напряжения 12 или 24 в переменное 220 В (двунаправленные инверторы) мощностью от 0,9 до 12 кВт со встроенным интеллектуальным микроконтроллером, обеспечивающим автоматическое управление режимами и, при необходимости, связь с компьютером.

Такой преобразователь одновременно и заряжает автомобильные аккумуляторы (один или несколько), и используется как источник автономного питания: если есть сетевое напряжение 220 В, то он просто пропускает его сквозь себя и, при необходимости, подзаряжает аккумуляторы; если же внешнее сетевое напряжение исчезло — он мгновенно начинает генерировать 220 В от аккумуляторов. Время работы такого источника зависит от нагрузки и емкости аккумуляторов. Так, четырех аккумуляторов по 190 А/ч хватит на 17 ч при постоянной нагрузке 500 Вт (см. таблицу). Также, например, любой автомобиль можно будет использовать как автономную электростанцию на колесах, причем двигатель автомобиля некоторое время можно даже не включать. Такой преобразователь значительно дешевле газовой или дизельной мини-электростанции, миниатюрен и легок. Цена преобразователей МАП «Энергия» — от 8 тыс. руб. Дополнительно за 650 руб. можно приобрести шнур, контроллер и ПО для подключения этого устройства к компьютеру (то есть МАП «Энергия» способен полностью заменить ИБП).

Если же перебои с электричеством очень длительные или его нет вообще, то можно использовать такой преобразователь совместно с мини-электростанцией (газовой или дизельной), а также с альтернативными источниками питания (солнечными гелиоустановками и ветрогенераторами) для накопления энергии. В этом случае, включая электростанцию всего на 3 ч в день, можно обеспечить себя электричеством на круглые сутки!

Помимо использования данного устройства в качестве источника бесперебойного или автономного питания, его можно задействовать и как преобразователь постоянного напряжения 12 или 24 В (существует два варианта устройств) в переменное 220 В с частотой 50 Гц, и как пускозарядное устройство для автомобиля.

Устройство обеспечивает защиту от перегрузки, короткого замыкания, подключения аккумулятора неправильной полярностью, от перезаряда и полного разряда аккумулятора. Кроме того, оно снабжено системой защиты питаемых устройств от перенапряжений и системой плавного пуска, что исключает высокое потребление тока в момент запуска.

Время работы от аккумулятора

Заметки на полях

еобходимо отметить, что свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторные батареи настоятельно не рекомендуется заряжать в жилом помещении, так как при интенсивной подзарядке они выделяют газы. В процессе работы (разрядки) кислотные аккумуляторы вполне безобидны. Отметим, что, в частности, именно поэтому аккумуляторы для ИБП значительно дороже — их конструкция герметична и сверху у них отсутствуют вентиляционные отверстия. Поэтому аккумуляторное хозяйство в городской квартире лучше держать на балконе.

Строительство в редко заселенной местности сопровождается рядом трудностей. С одной стороны проживание на окраине является залогом тишины, покоя и положительной экологической ситуации. В то же время в таких местах имеются проблемы с инфраструктурой и коммуникациями. Отсутствие электричества является основной проблемой, которую нужно решать в первую очередь. Прокладка электрической линии от центральной сети стоит дорого, поэтому экономически выгодным решением будет автономное питание участка.

Преимущества и недостатки внедрения автономного питания

Неоспоримым достоинствам перехода на собственную электросеть являются:

• Полная независимость от централизованного электроснабжения.
• Меньшая себестоимость 1 кВт электричества при использовании альтернативных источников энергии.
• Стабильность электроснабжения.
• Возможность продажи избыточно сгенерированного электричества в сеть.

Имея в своем распоряжении систему автономного питания дома можно бесперебойно получать электричество даже в те моменты, когда окружающие его временно лишены по причине выполнения ремонтных работ на ЛЭП. Автономные системы имеют и недостатки. К ним можно отнести:

• Дороговизна оборудования.
• Потеря полезного пространства, требуемого на размещение оборудования.

Альтернативные источники энергии для питания дома

Сейчас развитие технологий позволяет использовать в качестве источника электроэнергии следующие системы:

• Бензиновые и дизельные генераторы.
• Электростанции на солнечных батареях.
• Ветрогенераторные станции.

Все эти виды оборудования имеют разную стоимость, а также рентабельность. Кроме этого для их установки требуется соблюдение определенных условий, что не всегда возможно в отдельных случаях. Это в первую очередь зависит от местонахождения участка и прочих факторов.

Бензиновые и дизельные генераторы

Такие генераторные установки являются самыми безотказными, при этом они стоят дешевле прочих систем. К сожалению, сама себестоимость получения 1 кВт энергии у них очень высокая. Такое оборудование представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который подключается к генерирующей электричество катушке. Мотор раскручивает ее, а она в свою очередь создает электрический ток.

Самыми компактными являются бензиновые генераторы. Они бывают очень легкими, но в таком исполнении по мощности способны обеспечить энергией только несколько слабых бытовых приборов, таких как , и освещение. Более серьезные генераторы выдают достаточно энергии для полноценного пользования всем имеющимся бытовым оборудованием в доме. Ини довольно производительны чтобы запитать серьезные потребители, такие как , или .

Самыми громоздкими, но и выгодными в плане соотношения затрат на топливо и получаемую энергию являются дизельные генераторы. Но они, как и бензиновое оборудование, редко используются как полноценное автономное питание. Дороговизна получения энергии вынуждает их применять только в качестве резервного источника на момент перебоев с центральной электросетью.

Расход дизельного генератора для получения 1 кВт в час составляет 250г горючего. Таким образом, даже при использовании генератора для питания только телевизора, и , за час будет сжигаться примерно литр дизельного топлива. Постоянно платить такую цену за столь малый объем электричества абсолютно невыгодно.

Кроме высокой себестоимости такое оборудование не лишено и прочих недостатков:

• Шумность в работе.
• Необходимость в ручной периодической дозаправке бака.
• Невозможность круглосуточной непрерывной работы, поскольку оборудование нуждается в охлаждении.
• Сложности с запуском в холодное время года, особенно дизельных генераторных машин.

Поскольку такое автономное питание применяется как временное при перебоях в центральной электросети, то оно зачастую подключается к нему параллельно. Кроме самого генератора, со встроенным в него инвертором для преобразования электроэнергии из постоянного тока в переменный, применяется еще система автоматического пуска. Она берет на себя обязанность запуска электрогенератора при отключении питания в центральной сети. Оборудование может настраиваться под различные параметры. К примеру, генератор запускается через 2 или 3 минуты после пропажи электричества. Таким образом, отпадает необходимость в обычном ручном запуске. Как только напряжение в центральной сети снова начнет поступать, оборудование самостоятельно отключиться и двигатель генератора остановится.

Автономное питание на солнечных батареях

Такое автономное питание является намного предпочтительнее, чем топливные генераторы на двигателях внутреннего сгорания. Самым главным достоинством подобных систем является очень низкая себестоимость получения 1 кВт энергии. Для работы солнечной батареи требуется только солнечный свет, который достается даром. Принцип таких систем заключается в преобразовании световых фотонов в свободные носители электрического заряда.

Чтобы такая система выдавала действительно достаточную мощность для работы бытовых приборов в доме, требуется, чтобы она имела большую площадь. Один квадратный метр поверхности солнечной батареи обеспечивает мощность около 100 Вт, при напряжении до 25 В. Это очень мало, и достаточно только для медленной зарядки или питания лампочек освещения.

Чтобы солнечная батарея могла давать электрический ток требуемых параметров, нужного для работы оборудования предназначенного для переменного тока на 220 В, требуется установка дополнительного оборудования:

• Инвертора.
• Контроллера.
• Аккумуляторных батарей.

Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное, доводя его под идентичные параметры с электричеством на 220В с центральной сети. В отдельных случаях солнечную батарею можно подсоединять к оборудованию нечувствительному к параметрам напряжения. Это может быть нагревательный ТЭН подогревающий воду для хозяйственных нужд или в системе отопления.

Чтобы получить все преимущества использования электростанции требуется накопление избыточной энергии для ее применения в последующем. Такой источник энергии позволяет генерировать электричество только днем при достаточно ярком солнечном свете. Ночью батареи полностью бесполезны. Для решения данной проблемы применяется контроллер заряда, который осуществляет подзарядку аккумулятора. Накопленное на нем электричество полностью или частично расходуется вечером и ночью, а с утра заряд снова восполняется от солнечных панелей.

На первый взгляд солнечные панели это абсолютно идеальное решение, когда требуется экономически выгодное автономное питание дома.

Однако такие системы не лишены и недостатков:

• Высокая стоимость солнечных панелей и прочего оборудования.
• Необходимость в периодической чистке поверхности батарей от слоя пыли, снижающего их эффективность.
• Батареи занимают много места, и требуют размещения на солнечной стороне участка.

Многие недостатки электростанций на солнечных батареях вполне решаемы. Зачастую проблемы с размещением такого оборудования решаются его установкой на крыше, тем самым не занимается полезное пространство. Это сразу же решает и проблему с затенением, поскольку мелкие фруктовые деревья и хозяйственные постройки не создают мешающей тени. Что касается высокой стоимости оборудования, то современные солнечные панели имеют большой ресурс, поэтому они успевают окупиться намного раньше, чем выйдут из строя. Однако стоит учитывать, что такой источник энергии подразумевает постоянную зарядку и разрядку аккумулятора. От этого его ресурс быстро сокращается. Чтобы иметь достаточный запас энергии ночью, АКБ придется периодически менять.

Автономное питание от ветра

В этом случае источником энергии выступает ветрогенератор. Это тоже довольно дорогостоящее оборудование, но отличающееся большей компактностью, чем солнечная электросистема. Можно сказать, что ветряки сочетают в себе конструктивные особенности генераторов на двигателях внутреннего сгорания и солнечных батарей. Ветряки и генераторы на горючем похожи, но первые получают крутящий момент в результате отталкивания лопастей ветром, что естественно бесплатно, а машины на дизельном топливе или бензине извлекают его от двигателя. Схожесть ветряков с солнечными панелями заключается в необходимости применения аналогичных вспомогательных элементов – инвертора, контроллера и аккумуляторных батарей.

К положительным сторонам ветряков можно отнести:

• Очень низкая себестоимость получения 1 кВт энергии.
• Необходимость небольшой площади для установки.
• Ремонтопригодность системы.

Что касается недостатков, то их много:

• Сильный шум при работе.
• Нестабильность получения энергии при отсутствии ветра достаточной силы.
• Сложность обслуживания по причине расположения ветрогенератора на возвышении.
• Создание помех влияющих на работу средств связи.
• Необходимость расположения на удалении в радиусе 20 м от построек и высоких деревьев.

Гул от работы ветряка зачастую невыносим, особенно если он давно не обслуживался. Его создают не только подшипники, но и ветер, контактирующий с лопастями. Как следствие такое автономное питание не подойдет в том случае, когда ветрогенератор нужно ставить близко к дому.