Щоб система резервного живлення забезпечувала потрібну автономність, недостатньо вибрати батарею з відповідним значенням ампер-годин. Необхідно враховувати потужність підключених приладів, тривалість їхньої роботи, напругу акумуляторної системи, ККД інвертора та допустиму глибину розряду. Грамотний розрахунок ємності акумулятора для інвертора допомагає уникнути як передчасного відключення техніки, так і необґрунтованої переплати за надлишковий запас енергії.
Що впливає на необхідний запас енергії акумулятора
Перед тим як визначити, яка ємність акумулятора потрібна для інвертора, слід скласти список підключених приладів і уточнити їхню робочу потужність. Якщо обладнання використовуватиметься одночасно, показники підсумовують.
Для розрахунку необхідні чотири основні значення:
- сумарна потужність навантаження у ватах;
- необхідний час автономної роботи в годинах;
- ККД інвертора;
- допустима глибина розряду акумулятора.
Для холодильників, насосів, кондиціонерів та іншої техніки з електродвигунами також враховують пускову потужність. Вона може в кілька разів перевищувати номінальну, тому впливає насамперед на вибір потужності інвертора та здатність акумулятора віддавати високий струм. Відповідні за характеристиками інвертори живлення повинні витримувати такі короткочасні навантаження без перевантаження й аварійного відключення.
Чим відрізняються Ah і Wh
Ємність батареї часто вказують в ампер-годинах — Ah. Однак цей показник не можна розглядати окремо від напруги. Акумулятори на 12 і 48 В з однаковою ємністю 100 Ah мають зовсім різний запас енергії.
Для переведення ампер-годин у ват-години використовується формула:
Енергія, Wh = напруга, V × ємність, Ah
Наприклад:
- 12 В × 100 Ah = 1200 Wh;
- 24 В × 100 Ah = 2400 Wh;
- 48 В × 100 Ah = 4800 Wh.
Саме тому ємність акумулятора для інвертора зручніше спочатку розраховувати у ват-годинах. Цей показник відображає кількість накопиченої енергії та дає змогу зіставити батарею з навантаженням у ватах.
Формула з урахуванням втрат і глибини розряду
Щоб зрозуміти, як розрахувати ємність акумулятора для інвертора, можна використати таку формулу:
Необхідна енергія батареї, Wh = потужність навантаження, W × час роботи, год ÷ ККД інвертора ÷ допустиму глибину розряду
ККД і глибина розряду записуються у вигляді десяткового дробу. Наприклад, 90% відповідає значенню 0,9.
Припустімо, прилади загальною потужністю 500 Вт повинні працювати чотири години. За ККД інвертора 90% і допустимої глибини розряду акумулятора 90% розрахунок буде таким:
500 × 4 ÷ 0,9 ÷ 0,9 = 2469 Wh
Отже, знадобиться батарея з номінальним запасом енергії не менше 2,47 кВт·год. На практиці значення бажано округлити в більший бік, оскільки реальне енергоспоживання може змінюватися, а характеристики системи залежать від температури, стану батареї, кабелів і режиму роботи інвертора.
Для підбору рішення також важливо розуміти, скільки електроенергії споживає інвертор. Його власні втрати зменшують фактичний час автономної роботи, особливо за невеликого навантаження.
Приклади для навантаження 300, 500 і 1000 Вт
Розглянемо розрахунок акумулятора за потужністю навантаження для чотирьох годин автономної роботи. У всіх прикладах приймемо ККД інвертора та допустиму глибину розряду рівними 90%.
| Потужність навантаження | Корисна енергія за 4 години | Розрахункова енергія батареї |
| 300 Вт | 1200 Wh | близько 1480 Wh |
| 500 Вт | 2000 Wh | близько 2470 Wh |
| 1000 Вт | 4000 Wh | близько 4940 Wh |
Отримані значення є мінімальними розрахунковими орієнтирами. Якщо навантаження періодично зростає або потрібна стабільна автономність навіть після кількох років експлуатації батареї, варто передбачити додатковий запас приблизно 10–20%.
Після визначення енергії у Wh можна перейти до ампер-годин:
Ємність, Ah = необхідна енергія, Wh ÷ напруга батареї, V
Наприклад, для запасу 2400 Wh знадобиться приблизно 200 Ah за 12 В, 100 Ah за 24 В або 50 Ah за 48 В. Під час використання LiFePO4 слід підставляти фактичну номінальну напругу конкретної моделі — наприклад, 12,8 або 51,2 В.
Як тип акумулятора впливає на доступну енергію
Номінальна та реально доступна ємність — не одне й те саме. Свинцево-кислотні батареї небажано регулярно розряджати повністю: глибокі розряди прискорюють їхнє зношування. Тому в розрахунку для них часто використовують допустиму глибину розряду близько 50%.
LiFePO4-батареї допускають глибший розряд і забезпечують більше корисної енергії за тієї самої номінальної ємності. Сучасні літій-іонні акумулятори додатково оснащуються системою керування, яка контролює напругу комірок, струм і температуру. Докладніше про її функції розповідає матеріал «Що таке BMS у LiFePO4 акумуляторі та навіщо вона потрібна».
Під час вибору батареї необхідно перевірити не лише запас енергії, а й допустимий струм розряду. Акумулятор може мати достатню ємність, але не забезпечувати потужність, необхідну інвертору за високого або пускового навантаження.
Як визначити тривалість автономної роботи
Якщо акумулятор уже вибраний, виконується зворотний розрахунок часу роботи акумулятора від інвертора:
Час, год = енергія батареї, Wh × глибина розряду × ККД інвертора ÷ потужність навантаження, W
Батарея 48 В і 100 Ah має номінальний запас 4800 Wh. За глибини розряду 90%, ККД 90% і постійного навантаження 500 Вт теоретична автономність становитиме:
4800 × 0,9 × 0,9 ÷ 500 = 7,78 години
Такий спосіб допомагає зрозуміти, скільки пропрацює акумулятор з інвертором за заданого навантаження. Фактичний результат може відрізнятися через періодичне ввімкнення приладів, власне споживання інвертора, температуру та втрати у проводці. Тому час роботи акумулятора з інвертором слід сприймати як розрахунковий орієнтир, а не гарантоване значення з точністю до хвилини.
Якщо система купується з нуля, корисно заздалегідь розібратися, як обрати ДБЖ для побутової техніки, оскільки потужність перетворювача та параметри батареї повинні відповідати одне одному.
Особливості систем на 12, 24 і 48 В
За однакової потужності підвищення напруги знижує струм в акумуляторному ланцюзі. Наприклад, для передавання 1200 Вт без урахування втрат система на 12 В потребуватиме близько 100 А, на 24 В — 50 А, а на 48 В — 25 А. Менший струм дає змогу скоротити втрати та знизити вимоги до перерізу кабелів.
Зазвичай 12-вольтові рішення застосовують для порівняно невеликих навантажень, 24-вольтові — для систем середньої потужності, а 48-вольтові — для продуктивнішого обладнання та тривалої автономної роботи. Напруга батарейного блока обов’язково повинна відповідати вхідній напрузі інвертора.
Якщо потрібне готове масштабоване рішення з узгодженими компонентами та спільною системою керування, можна розглянути літієві системи накопичення енергії.
Помилки, які скорочують автономність
Найчастіше неправильний результат отримують, коли розраховують батарею лише за Ah і не враховують її напругу. Є й інші поширені помилки:
- використання номінального енергоспоживання одного приладу замість сумарного навантаження;
- ігнорування ККД і власного споживання інвертора;
- відсутність запасу на пускові струми;
- розрахунок повної ємності без урахування допустимої глибини розряду;
- вибір батареї з недостатнім струмом віддачі;
- купівля акумулятора «впритул» без резерву на зміну навантаження та природне зниження ємності.
Щоб правильно зрозуміти, як підібрати ємність акумулятора для інвертора, потрібно послідовно визначити потужність приладів, помножити її на необхідну кількість годин, врахувати втрати та глибину розряду, а потім перевести отримані Wh в Ah з урахуванням напруги системи.
Вибір обладнання під розраховане навантаження
Після обчислень слід зіставити потужність інвертора, напругу системи, запас енергії батареї, допустимий струм розряду та вимоги підключеної техніки. В асортименті MUST Power представлені інвертори, літій-іонні акумулятори та комплексні накопичувальні системи для різних значень потужності й тривалості автономної роботи. Це дає змогу підібрати сумісне обладнання під фактичне навантаження будинку, офісу або іншого об’єкта.