Автономное электроснабжение в квартире или доме пошагово

О чём здесь идёт речь:

1. Зачем нужно автономное освещение

1.1 Какие есть варианты реализации для квартиры и дома

2. Автономное освещение на источнике бесперебойного питания

2.1 Выбираем UPS – почему не подойдёт компьютерный

2.2 Выбираем внешний аккумулятор или аккумуляторы

2.3 Подключаем аккумуляторы к бесперебойнику

3. Подключение источника бесперебойного питания к электропроводке

4. Подводим итоги по системе автономного освещения

1. Зачем нужно автономное освещение

Все, кто живёт в частных домах или, тем более, на даче, хорошо знают, что иногда электричество «любит» пропадать в самый неподходящий момент. Такие периодические отключения до войны 2022 года были связаны с разными причинами. Поэтому еще тогда многие хозяева задумывались о том, как можно бюджетно сделать автономное освещение в доме.

Поскольку раньше свет выключали относительно не часто, мало кто всё-таки реализовал эту идею. Однако, ситуация радикально изменилась, начиная с осени 2022 года. Когда в ходе военных действий пострадало значительное количество украинской энергетической инфраструктуры. И отключение стали носить постоянный плановый, а часто еще и дополнительно аварийный характер.

В этой статье под системой автономного освещения подразумевается система автономного электропитания невысокой мощности дома или квартиры. К такой системе можно подключить не только светильники, но и холодильник, компьютеры, роутер, мобильные гаджеты и прочие маломощные потребители.

Будет ли работать проводной интернет, если в районе отключена электроэнергия?

В большинстве частных домов достаточно подать электроэнергию на роутер, чтобы у Вас работал интернет даже при плановых отключениях электроэнергии. Когда весь район остаётся без нормального мобильного покрытия, интернет является важнейшим инструментом для связи (вайбер, телеграмм) и получения новостей.

Именно во время войны в 2022-м году вопрос организации в доме автономного освещения встал особенно остро. Наш оценщик (он же автор статьи) самостоятельно сделал такую систему в своём доме и готов поделиться опытом. Кстати, описанные принципы и системы также вполне подходят и для реализации в городских квартирах.

1.1 Какие есть варианты реализации для квартиры и дома

Основных вариантов организации системы автономного электроснабжения всего три:

1. Генератор. Во многих домах установлены бензиновые, дизельные или газовые генераторы с системой АВР или без нее. АВР – система автоматического ввода резерва – запускает и переключает дом на генератор в том случае, если основной источник электроэнергии не работает. После восстановления штатного электроснабжения, генератор отключается.
2. Блок бесперебойного питания. Принцип работы у него такой же, как у всем хорошо известного компьютерного UPS. Как только электричество в сети пропадает, бесперебойник автоматически переключается на работу от батареи. При восстановлении питания УПС заряжает и поддерживает батарею. И именно этим он от отличается от инвертора, который просто повышает напряжение батареи 12В до 220В. Блок бесперебойного питания комбинирует в себе инвертор напряжения и зарядное устройство для аккумулятора.
3. Солнечная или ветровая электростанция. Многочисленные расчеты показывают, что на сегодняшний день, к сожалению, игра не стоит свеч. Затраты на создание и поддержание таких систем являются значительными, а большого смысла для их владельцев в этом нет. Разве только, если дом вообще не подключен к электросети. И задача стоит организовать полностью автономное электроснабжение.

Про системы автономного электропитания от генератора написано много статей. Эта технология известна давно, хорошо отработана и не вызывает вопросов.

Достаточно выбрать генератор подходящей мощности и на предпочтительном для вас виде топлива. Генератор подключается к сети дома либо через систему АВР (автоматический ввод резерва), либо через ручной переключатель источника электроэнергии: из электросети или от генератора.

Не смотря на то, что система АВР кажется отличным вариантом, многие владельцы домов предпочитают ручные переключатели. Учитывая, что отключения в 2022 году происходят довольно часто, вряд ля для обычного дома есть необходимость при каждом таком отключении запускать генератор. И также не выглядит целесообразным держать его «под парами» на протяжении стандартного четырёхчасового отключения.

Практика показывает, что ручное переключение на генератор работает надёжнее автоматики и позволяет значительно экономить на топливе и увеличить ресурс генератора.

У системы автономного электроснабжения на генераторе есть свои плюсы. Как правило, мощность генератора позволяет подключить большинство электроприборов в доме. В том числе и такие мощные потребители как водяной насос и электрическая плита. Однако, есть и минусы:

• Шум. В ночное время пользоваться генератором в доме рядом с соседями или, тем более, в квартире вряд ли получится без регулярных скандалов.
• Выхлопные газы. Проблема отвода выхлопных газов на первый взгляд кажется несущественной. Однако, при практической реализации такой системы люди сталкиваются с проблемами. Существуют специальные гофрированные металлические шланги для отвода газов, но с ними тоже всё не так просто. Длина таких шлангов для нормальной работы должна быть небольшой, а количество поворотов минимальным. Шланг сильно греется от раскалённых газов. Надёжное крепление шланга к выхлопной трубе генератора создать часто бывает не просто. Есть также затруднения с выводом на улицу, особенно в городских квартирах.
• Запасы топлива. В частном доме такая проблема не стоит остро. Однако, хранить и пополнять запасы бензина или солярки в квартире – это занятие, как говорится, «на любителя».

Исходя из всего этого, можно сделать следующие выводы:

1. В частном доме генератор нужен как альтернативный источник энергии для мощных потребителей.
2. В квартире генератор использовать не получится.
3. В условиях частых и длительных отключений электропитания есть смысл отказаться (еще и хорошо сэкономить) от системы АВР. И подключать генератор вручную только при необходимости.

2. Автономное освещение на источнике бесперебойного питания

Обсудив сильные и слабые стороны генератора, приходим к следующему выводу.

Для системы автономного резервного освещения и поддержания работы холодильника, компьютера, телевизора и роутера при частых и длительных отключениях электроэнергии использование генератора нецелесообразно.

Идеальным вариантом была бы система, похожая на обычный ups для компьютера. Когда электричество есть, работаем от сети. Когда свет пропадает, автоматически переключаемся на батарею и продолжаем нормальную жизнь. Как организовать такую систему в доме или в квартире? А может быть подойдёт и обычной компьютерный бесперебойник, по крайней мере для аварийного освещения?

Разберёмся со всем по порядку!

2.1 Выбираем UPS – почему не подойдёт компьютерный

Наиболее распространенным вопросом является: подойдёт ли обычный компьютерный бесперебойник для организации системы автономного электропитания дома?

Обычный компьютерный UPS не подходит для системы автономного электроснабжения дома по двум причинам. Во-первых, большинство ИБП для компьютеров имеют слишком малую мощность и ёмкость аккумулятора. Во-вторых, чаще всего UPS имеют на выходе напряжение в виде т.н. аппроксимированной синусоиды, с которой не будут работать вообще или быстро выйдут из строя светодиодные лампы, любые насосы и даже самые слабые электродвигатели.

Если вы планируете использовать для освещения компьютерный бесперебойник, необходимо убедиться, что он на выходе выдаёт так называемую чистую или правильную синусоиду. Часто на таких ИБП пишут, что они подходят для работы котлов отопления. Ну или просто подключите к нему светодиодные лампочки и попробуйте их запитать от батареи. Гораздо лучше заранее убедиться, что система автономного освещения корректно работает с конкретным бесперебойником, чем узнать об этом уже после проведения всех монтажных работ.

Выбирая источник бесперебойного питания для автономного электроснабжения дома необходимо обратить внимание на следующие характеристики:

1. Вид выходного сигнала. Чистая (правильная) или аппроксимированная синусоида. Если выходной сигнал ИБП – аппроксимированная синусоида, он не сможет правильно работать в системе автономного освещения со светодиодными лампами и насосами котла отопления.
2. Мощность инвертора. Инвертор – часть ИБП, которая преобразует напряжение батареи 12В в привычные нам в быту 220В. Для расчета необходимой мощности инвертора необходимо посчитать сумму потребляемой (не номинальной) мощности каждого устройства, которое планируется к нему подключить. Эти показатели указываются в инструкциях, руководствах по эксплуатации и технических паспортах на бытовую технику. Обратите внимание, что мощность UPS часто указывается в ВА (вольт-амперах), а потребляемая мощность потребителей в Вт (ваттах). Для перевода ВА в Вт нужно мощность УПС умножить на 0,8. Таким образом, реальная мощность УПС на 1000 ВА составит 800 Вт.
3. Тип аккумулятора. Какой аккумулятор использует ИБП: внешний или внутренний (встроенный). При создании автономного электроснабжения требуется значительный запас ёмкости аккумулятора. Поэтому предпочтительным вариантом является источник бесперебойного питания с внешней аккумуляторной батареей.
4. Максимальная ёмкость аккумулятора Если ИБП поддерживает использование внешних батарей, обратите внимание на их рекомендованную ёмкость. Разумеется, чем больше, тем лучше. На поддерживаемую ёмкость влияет минимальный и максимальный ток, которым УПС может заряжать батарею.
5. Напряжение аккумулятора. Напряжение стандартной аккумуляторной батареи для автомобиля или источника бесперебойного питания составляет 12 В. Поэтому, если в характеристиках UPS указано иное напряжение, вы должны понимать, что понадобится несколько аккумуляторных батарей. Например, если ИБП работает от батарей с напряжением 36 вольт, вам понадобится купить 3 батареи по 12 вольт и соединить их последовательно (плюс одной на минус другой). Конечно, чем меньше батарей в системе, тем она будет дешевле и надёжнее. С другой стороны, инверторы высокой мощности требуют напряжения, превышающего 12 В. Отсюда и требования к наличию нескольких батарей с суммарным более высоким напряжением.

Также важно обратить внимание на тип архитектуры источника бесперебойного питания:

• Линейно-интерактивный. Такой ИБП имеет встроенный стабилизатор. Если у вас в доме или квартире уже установлен стабилизатор, а УПС подключен к электросети через него, то вам не стоит покупать линейно-интерактивный беспебойник. Из-за наличия двух стабилизаторов в системе могут наблюдаться ложные переключения на батарею. С другой стороны, линейно-интерактивные UPS являются наиболее распространенными на рынке и самыми дешевыми вариантами.
• Online. В этом типе бесперебойников нагрузка всегда подключена через инвертор, поэтому переключения на батарею фактически не происходим. Такие УПС являются самыми дорогими, но их применение оправдано только для специфической техники, такой как специальное медицинское оборудование или «супер-крутые» серверы.
• Offline или резервный. Является оптимальным вариантом для организации автономного электропитания в доме, особенно, если у вас установлен стабилизатор. Встроенного стабилизатора у ИБП нет, переключение на батарею проходит автоматически при пропадании электричества в сети.

Оптимальным вариантом ИБП для системы аварийного энергостабжения дома является offline ups с чистой синусоидой, который работает на внешнем аккумуляторе напряжением 12В. Но обязательно обратите внимание, хватит ли для ваших задач мощности этого бесперебойника и времени его автономной работы!

Для наших нужд мы выбрали ИБП Кулон мощностью 1кВт украинского производителя Элекс. Конечно, хотелось бы помощнее, но к сожалению, в линейке этого производителя этот ИБП является самым мощным. Все остальные параметры идеальны: offline, внешний аккумулятор на 12В ёмкостью от 50 до 400 Ач, выдерживает превышение мощности в полтора раза на 15 секунд (важно для холодильников с обычными неинверторными компрессорами). Кроме того, рекомендованный производителем тип аккумулятора – герметичныйсвинцово-кислотный, который в разы дешевле аналогичных гелевых. Но об этом ниже…

Эта статья не является рекламной и мы не продвигаем определенного производителя. Просто на примере именно нашей системы показываем, как сделали мы. И чем руководствовались при выборе. Я не хотел покупать китайский ИБП непонятного качества. Кроме того, у меня долгое время прекрасно работает стабилизатор того же производителя, поэтому выбор был очевидным.

2.2 Выбираем внешний аккумулятор или аккумуляторы

Если источник бесперебойного питания имеет встроенную батарею, то с её параметрами особо «не поиграешься». Но такие УПСы плохо подходят для организации системы автономного электроснабжения дома из-за небольшой ёмкости аккумулятора и малой мощности инвертора. Поэтому мы остановимся на том, как правильно выбрать внешний аккумулятор для ИБП.

Начнём с самого очевидного – напряжения аккумулятора. УПСы могут работать от напряжения 12, 24, 36 и 48 вольт. Чем выше напряжение, тем большую нагрузку можно подключить к бесперебойнику.

Для получения нужного напряжения необходимо купить несколько аккумуляторов по 12 вольт. Существуют батареи сразу под нужное напряжение, но это обычно просто тот же набор стандартных аккумуляторов по 12 вольт, соединенных между собой. Как правило выгоднее купить и самостоятельно соединить несколько аккумуляторов.

Теперь о типе аккумулятора. Большинство ИБП пишут, что работают со специальными гелевыми батареями для UPS. Такие аккумуляторы в отличии от автомобильных не боятся частых глубоких разрядов. Упс, который выбрали мы – Элекс Кулон 1000 – рассчитан на работу с герметичными свинцово-кислотными автомобильными аккумуляторами. Такие аккумуляторы дешевле гелевых, с которыми работают большинство ИБП, примерно в 3 раза!

На форумах пишут, что автомобильные аккумуляторы боятся полного разряда. И в случае частых таких просадок батарея будет жить недолго. Но, во-первых, не факт, что она действительно проработает недолго. А во-вторых, лучше взять аккумулятор с запасом ёмкости и таким образом не высаживать его полностью, чем переплачивать за гелевый аккумулятор в три раза с неизвестным результатом с точки зрения эффективности.

Обязательно используйте герметичные необслуживаемые аккумуляторы, особенно если они будут устанавливаться в закрытых помещениях. Такая конструкиця исключает появления в воздухе паров электролита, которые вредят здоровью. К тому же эти пары взрывоопасны!

Мы искали герметичный свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор самой большой ёмкости. Им оказался Bosch T5 080 на 225Ач, который мы заказали и купили в Эпицентре.

Время работы ИБП в зависимости от мощности нагрузки и ёмкости аккумулятора

Забегая вперед, нужно уточнить, что со временем мы поняли, что ёмкости для нормальной работы системы нам не хватает. Вернее, при нашем потреблении система «впритык» работает 4 часа. Однако аккумулятор за следующие 4 часа просто не успевает заряжаться, чтобы при следующем отключении полноценно отработать.

Выше мы писали, что при соединении батарей последовательно (плюс одной на минус другой) можно повысить напряжение. Аналогичным способом можно увеличить ёмкость, если соединить аккумуляторы параллельно (плюс одного на плюс другого, минус на минус).

Если в системе с блоком бесперебойного питания вы используйте несколько аккумуляторов, обращайте внимание, чтобы они были полностью одинаковые по характеристикам (одной модели), одного возраста и желательно из одной партии. Это касается и последовательного (для повышения напряжения), и параллельного (для увеличения ёмкости) подключения батарей.

Здесь еще нужно пояснить, почему два аккумулятора будут заряжаться быстрее, чем один. И почему, купив второй аккум, мы решим проблему с недостаточным временем восстановления. Дело в токе зарядки. Есть правило о том, что ток зарядки не должен превышать 10% от ёмкости аккумулятора. На нашем ИБП Кулон ток заряда можно выбрать из таких значений: 5, 10, 15, 20, 25, 30А. Соответственно, имея в системе одну батарею 225Ач ток нужно выбирать 20А. После установки второго аккумулятора, суммарная ёмкость составит 450Ач. Для такой ёмкости мы выбираем максимально возможный ток в 30А. Таким образом, при одинаковом разряде в нашем случае система из двух аккумуляторов восстановится в полтора раза быстрее.

Запас ёмкости помимо своей прямой функции по увеличению времени работы системы позитивно влияет и на срок жизни аккумуляторов. И позволяет системе нормально функционировать, даже если она не успела полностью зарядиться.

2.3 Подключаем аккумуляторы к бесперебойнику

Если ваш бесперебойник работает от батареи 12В и вам хватает её ёмкости, подключение особых сложностей не вызывает. Вы просто соединяете провода ИБП с соответствующими клеммами аккумулятора.

Если бесперебойник работает от напряжения 24В или выше, вам нужно последовательно соединить несколько двенадцати вольтовых аккумуляторов. Последовательно – это значит плюс одного на минус другого. А инвертор подключается к крайним свободным клеммам: плюс от одного аккумулятора, минус от другого.

Когда ёмкости одного аккума не хватает, а УПС работает от 12 вольт, как в нашем примере, батареи нужно соединить параллельно. То есть плюс одного на плюс другого, минус одного на минус другого. Провода UPS подключаются к разным батареям: плюс к одному, минус к другому аккумулятору.

Бывают ситуации, когда напряжение работы инвертора превышает 12 вольт, но и ёмкости батарей не хватает. В этом случае используется комбинированное подключение. То есть часть батарей подключается параллельно, часть – последовательно. Например, есть батареи ёмкостью 200Ач, инвертор работает от напряжения 24В, а ёмкость нужна 400Ач. В этом случае понадобится 4 аккума. Каждая из двух пар соединяется последовательно, при этом получаем два блока 12В на 400 Ач. После этого эти два блока соединяются между собой параллельно (через крайние свободные клеммы). Получаем блок из 4 батарей на 400 Ач и 24В. Подключаем к нему инвертор, также используя крайние клеммы, чтобы между проводами УПС в цепи были все аккумуляторы.

Для подключения проводов к аккумуляторным батареям необходимы клеммы. Если вы используете автомобильные аккумы, по и клеммы к ним можно купить в любом автомагазине. Написано много статей о том, как выбрать клеммы. Но в них, как говорится, очень много букв 🙂 , поэтому мы поделимся собственным реальным опытом. В магазинах чаще всего выбор ограничен тремя вариантами клемм по материалу изготовления: цинк, латунь, свинец. Считается, что самыми плохими являются клеммы из цинка, поэтому выбирать их не стоит. Выбор латуни или свинца – это только ваши предпочтения.

Свинцовые клеммы мягче, плотнее затягиваются, в случае искрения быстрее плавятся, разрывая контакт. Латунь лучше проводит ток, но легко лопается, если переусердствовать с затяжкой.

В нашей системе 4 клеммы: пара латунных и пара свинцовых. Сначала под первый аккумулятор купили латунные. А уже под второй взяли свинец, поскольку из альтернативы был только цинк. По моим личным ощущениям, свинец приятнее в монтаже. Но особо я бы на этом не сосредотачивал внимание. И латунь, и свинец – прекрасный выбор.

Ну и последнее, о чем нужно написать в разделе о подключении аккумуляторов, это соединительные провода – перемычки. Начнём с их площади сечения. В интернете есть таблицы зависимости сечения проводов от мощности инвертора. Однако, на практике мы увидели, что информация в них вызывает определённые сомнения. Во-первых, очевидно, что площади сечений указаны с большим запасом. Во-вторых, в ассортименте большинства магазинов не так много медных проводов большого сечения, чтобы подобрать его идеально под нагрузку.

Мы пошли другим путём. В нашем ИБП Кулон мощностью 1 кВт стандартные провода имеют сечение 20 мм². Вернее на плюс и на минус идёт по два провода сечением 10 мм². Исходя из здоровой логики, мы решили, что стандартного провода ПВЗ 1х25 (медный гибкий одножильный сечением 25 мм²) будет вполне достаточно. Этот провод широко распространён, мы купили его просто в Эпицентре.

Там же сразу для него есть смысл купить клеммы под болт. Обжимать такие клеммы в идеале нужно специальным ручным прессом, но мы справились с помощью обычных пассатижей.

3. Подключение источника бесперебойного питания к электропроводке

Теперь необходимо подключить источник бесперебойного питания к электропроводке дома или квартиры. Сам УПС мы подключили через автоматический выключатель к входному электрическому проводу. В нашем случае, учитывая небольшую мощность инвертора в 1кВт подойдёт автомат на 10 или даже на 6 ампер. Мы поставили один автоматический выключатель на подключение питания ИБП к электросети, а второй – на выход к потребителям.

Теперь нам необходимо выбрать те линии, на которых находятся нужные нам потребители. Самыми очевидными и важными устройствами для подключения через ИБП являются:

• Освещение.
• Роутер.
• Холодильник.
• Розетки для зарядки телефонов и, возможно, работы компьютеров.
• Если у вас установлен газовый или твердотопливный котел, подключаем насосы отопления.
• Если позволяет мощность инвертора, подключаем насос в скважине или насосную станцию. Здесь важно обратить внимание, что пусковые токи насоса, как правило в разы превышают номинальные. Поэтому при старте может срабатывать защита инвертора от перегрузки, и такая система работать не будет. Для решения таких проблем есть вариант использования устройств плавного пуска двигателя. Однако, чтобы не усложнять систему, мы решили отказаться от идеи подключения насоса к бесперебойнику. Вместо этого был приобретён дополнительный гидроаккумулятор на 300 литров, который позволяет иметь значительный запас воды без необходимости включения насоса. Ну а, если и этот запас израсходуется, на помощь придёт генератор.

Для подключения потребителей вам нужно не только найти нужные фазы на автоматических выключателях. Также по каждой такой линии необходимо найти и запитать от УПС и нулевые провода.

Часто бывает так, что на линии с потребителем, который нужно подключить через бесперебойник, находится еще какое-то устройство. Например, бойлер, который через УПС подключать точно не нужно. В этом случае придётся провести отдельные провода от ИБП или электрощита к каждому такому потребителю.

Если у вас есть генератор, необходимо подключать УПС так, чтобы при запуске генератора он не только обеспечивал питание потребителей, но и заряжал батареи. Если вы выбрали бесперебойник архитектуры offline, его лучше запитать через стабилизатор. Если же у вас линейно-интерактивный или онлайн ИБП со встроенным стабилизатором, то его питание наоборот нужно пустить мимо стабилизатора, непосредственно от входного электрического кабеля.

4. Подводим итоги по системе автономного освещения

Установив систему резервного освещения и электроснабжения на источнике бесперебойного питания в доме или в квартире можно решить несколько важных задач:

1. Автономное освещение.
2. Интернет (связь).
3. Холодильник. Инверторные модели будут лучше работать с ИБП. У них снижено энергопотребление и нет резких скачков потребляемой мощности при старте компрессора.
4. Зарядка телефонов.
5. Работа на компьютере.
6. Насосы системы отопления.

Если вы живете в частном доме, главный вопрос, который возникает при выборе ИБП, звучит так: «Можно ли через источник бесперебойного питания подключить насосную станцию или скважинный насос?»

Да, насос подключить можно. Но необходимо учесть следующее. ИБП должен иметь на выходе напряжение в виде «правильной синусоиды». Можность ИБП должна значительно превышать номинальную мощность насоса, чтобы справляться с высокими пусковыми токами. Возможно, придётся использовать устройство плавного пуска для насоса, чтобы инвертор справился с нагрузкой.

В большинстве случае проще, дешевле и надёжнее не подключать насос к бесперебойнику, а докупить дополнительные гидроаккумуляторы нужной ёмкости. Во-первых, это даст большой запас воды, пополнять который в крайнем случае можно с помощью генератора. Во-вторых, это в любом случае положительно скажется на сроке эксплуатации насоса, ведь чем больше ёмкость гидроаккумуляторов в системе, тем реже ему придётся включаться.

Если эта статья показалась вам полезной, поделитесь ей в социальных сетях! Этот материал не носит коммерческий характер. И он может помочь людям легче пройти сложную зиму 2022-2023.

Впервые материал был опубликован на сайте ocenka.ua.