Инвертор с аккумуляторами для дома: резервное питание без генератора

Как это работает

Инвертор с аккумуляторами — это по сути большой источник бесперебойного питания для всего дома или резервной группы. Пока есть сеть, устройство заряжает аккумуляторы и пропускает сеть на нагрузку. Когда сеть пропадает, инвертор за доли секунды или вовсе без перерыва переходит на батареи и формирует из их постоянного напряжения синусоиду 230 В. Котёл, холодильник, свет, связь продолжают работать, а в доме тихо — никакого двигателя, выхлопа и канистр.

Современные гибридные инверторы умеют больше: принимать энергию от генератора и солнечных панелей, запускать генератор по сигналу разряда батарей, ограничивать мощность, потребляемую из сети. Для частного дома с короткими и средними отключениями это может полностью заменить генератор, а для долгих — дополнить его. Сравнение с генератором — как выбрать генератор для дома.

Расчёт: сколько нужно батарей

Ёмкость системы удобно считать в киловатт-часах. Нужная полезная энергия ≈ средняя мощность нагрузки × время работы / КПД инвертора (около 0,9). Номинальная ёмкость батарей = полезная энергия / допустимая глубина разряда. Ёмкость батареи в кВт·ч — это напряжение, умноженное на ампер-часы: батарея 48 В 100 Ач — это 4,8 кВт·ч.

Ключевое слово — средняя мощность. Котёл, холодильник, роутер и экономичный свет в среднем потребляют 0,3–0,6 кВт, хотя пиковые значения выше. Посчитайте среднее за сутки ваттметром или по счётчику в типичный зимний день — расчёт станет точнее и дешевле. Пример: дому с котлом и холодильником со средней нагрузкой 0,5 кВт на 8 часов нужно около 5 кВт·ч литий-железо-фосфатных батарей — например, одна батарея 48 В на 100–105 Ач.

Мощность инвертора и пусковые токи

Мощность инвертора выбирают по пиковой нагрузке, а не по средней. Инверторы обычно могут кратковременно, на секунды, отдавать мощность выше номинальной — это указано в характеристиках как пиковая мощность. Главная проблема, как и у генератора, — пуск двигателей: насос с прямым пуском требует мощности в несколько раз больше номинала. Если пиковой мощности инвертора не хватает, насос не запустится, а инвертор уйдёт в защиту по перегрузке.

Самый эффективный способ снизить требования к инвертору — убрать пусковой ток насоса частотником. Подробно о пусковых токах — генератор для скважинного насоса: логика расчёта для инвертора та же.

Инвертор и генератор вместе

Связка инвертора с генератором — самая удобная система для частного дома с отключениями разной длительности. Короткие отключения на час-два проходят бесшумно на батареях, и генератор даже не запускается. Если отключение затягивается и батареи разряжаются до заданного уровня, гибридный инвертор подаёт сигнал на запуск генератора — напрямую или через блок автоматики, — питает дом от него и одновременно заряжает батареи. Когда батареи заряжены, генератор можно остановить, и дом снова работает тихо.

Такой режим экономит топливо и ресурс генератора: он работает не постоянно, а порциями под хорошей нагрузкой, что для двигателя полезнее, чем часы на холостом ходу. Батареи можно взять меньше, чем без генератора. Подробно об автоматике — АВР для генератора.

Свинцовые или литиевые батареи

Для редких отключений и небольшой системы свинцовые батареи по-прежнему разумны: они дешевле на старте. Если отключения частые и батареи работают регулярно, литий-железо-фосфатные выгоднее за срок службы: они выдерживают гораздо больше циклов и отдают почти всю ёмкость. Проверьте, что инвертор поддерживает выбранный тип батарей и умеет общаться с их системой управления.

12, 24 или 48 вольт

Напряжение батарейного блока влияет на токи и сечение кабелей. При той же мощности ток от батареи 12 В вчетверо больше, чем от 48 В: инвертору 3 кВт от 12 В нужен ток около 250–300 А, от 48 В — около 65–75 А. Большой ток требует очень толстых кабелей и мощных предохранителей, а потери в проводах растут. Поэтому системы на 12 В используют только для маленьких мощностей, на 24 В — до 2–3 кВт, а для домашних систем от 3 кВт стандартом стали 48 В.

Безопасность: батареи, кабели, предохранители

Батарейная система хранит много энергии, и при коротком замыкании в цепи постоянного тока ток может достигать тысяч ампер. Поэтому между батареей и инвертором обязательно ставят предохранитель или автомат постоянного тока, рассчитанный на такой ток, как можно ближе к батарее. Кабели выбирают по току с запасом, наконечники опрессовывают, соединения затягивают с нужным моментом. Свинцовые батареи при заряде могут выделять водород — помещение должно проветриваться. Литиевые батареи используют только со встроенной системой управления и в соответствии с инструкцией производителя.

Сторона переменного тока инвертора подключается к резервной группе так же, как генератор: через схему, исключающую подачу напряжения в сеть. У гибридных инверторов переключение встроено, но схему подключения к щиту, заземление и нейтраль нужно выполнить по инструкции. Подробно — подключение к дому и заземление.

Котёл и насос от инвертора

Газовый котёл от качественного инвертора работает отлично: на выходе чистая синусоида и стабильная частота, а переключение происходит быстро. Проверьте, что инвертор действительно выдаёт чистую синусоиду, и убедитесь в правильной полярности и связи нейтрали с землёй на выходе — иначе котёл может не увидеть пламя, как и с генератором. Насос скважины с прямым пуском — главная нагрузка для инвертора по пиковой мощности; с частотником насос работает от инвертора без проблем. Подробно — почему котёл не видит пламя, ИБП для котла.

Солнечные панели: стоит ли добавлять

Многие гибридные инверторы имеют вход для солнечных панелей. Летом панели могут заряжать батареи и снижать потребление из сети, а при долгих отключениях — продлевать работу системы. Зимой, когда отключения чаще, выработка панелей в большей части России невелика: короткий день и низкое солнце. Поэтому для зимнего резерва панели — дополнение, а не замена генератору. Если хотите добавить их позже, выбирайте инвертор с солнечным входом сразу.

Три примера системы

Небольшой дом с газовым котлом, отключения до 4–6 часов, генератора нет. Резервная группа: котёл, холодильник, свет, роутер — в среднем около 0,3 кВт. Инвертор 2–3 кВт на 24 или 48 В, батареи LiFePO4 около 2,5–3 кВт·ч. Насос скважины в резерв не включён: на время отключения хватает запаса воды в баке и канистрах.

Дом с постоянным проживанием, насос на частотнике, котёл, холодильник, отключения от часа до полусуток. Инвертор 5 кВт на 48 В, батареи LiFePO4 около 10 кВт·ч. Для отключений длиннее суток — небольшой генератор, запускаемый по разряду батарей.

Дача с насосом на реле давления и без котла, отключения редкие. Инвертор здесь избыточен: пусковой ток насоса требует мощного инвертора, а редкие отключения не оправдывают вложений. Разумнее небольшой генератор.

Частые ошибки

Как выбрать инвертор: на что смотреть

Обратите внимание на собственное потребление инвертора: включённый инвертор сам расходует энергию, и для небольших систем это заметная часть суточного баланса. У хороших моделей есть режим экономии при малой нагрузке.

Обслуживание системы

Литиевые батареи почти не требуют ухода, но не любят мороз: заряжать их при отрицательной температуре нельзя, и хорошая BMS это блокирует. Поэтому батареи ставят только в отапливаемом помещении.

Окупаемость и когда это выгодно

Инвертор с аккумуляторами дороже генератора на старте, особенно с литиевыми батареями. Но у него нет расходов на топливо и почти нет обслуживания, он не шумит и включается мгновенно. Выгодность зависит от сценария. При частых коротких отключениях — несколько раз в месяц по час-два — инвертор удобнее и со временем дешевле генератора: не нужно каждый раз заводить двигатель, покупать и хранить топливо. При редких, но очень долгих отключениях — на сутки и больше — батарей на такое время нужно слишком много, и выгоднее генератор или комбинация.

Подробно о других вариантах — резервное питание частного дома.

Монтаж по шагам

Монтаж стороны переменного тока и встраивание в щит должен выполнять электрик — так же, как для генератора: важно, чтобы инвертор не подавал напряжение в сеть и чтобы защита в резервной группе работала. Настройки инвертора записывайте и сохраняйте: после сброса или обновления прошивки их придётся вводить заново.

Режимы работы гибридного инвертора

Гибридные инверторы обычно имеют несколько режимов. В режиме приоритета сети нагрузка питается от сети, а батареи используются только при отключении — самый простой режим для резервного питания. В режиме приоритета батарей и солнца инвертор старается питать дом от батарей и панелей, а сеть использует для подзарядки или при разряде — это режим для систем с солнечными панелями и экономии. Для чисто резервной системы без панелей выбирайте приоритет сети и оставляйте батареи заряженными: тогда при отключении будет доступен весь запас энергии.

Частые вопросы