Автономне освітлення та електропостачання – власноруч!

Про що тут йдеться:

1. Навіщо потрібно автономне освітлення

1.1 Які є варіанти реалізації для квартири і будинку

2. Автономне освітлення на джерелі безперебійного живлення

2.1 Вибираємо UPS – чому не підійде комп’ютерний

2.2 Вибираємо зовнішній акумулятор або акумулятори

2.3 Підключаємо акумулятор до безперебійника

3. Підключення джерела безперебійного живлення до електропроводки

4. Підводимо підсумки щодо системи автономного освітлення

1. Навіщо потрібно автономне освітлення

Усі, хто живе в приватних будинках або, тим більше, на дачі, добре знають, що іноді електрика «полюбляє» зникати у самий незручний момент. Такі періодичні відключення до війни 2022 року були пов’язані із різними причинами. Тому ще тоді багато господарів замислювалися про те, як можна за невеликі гроші та зусилля зробити автономне освітлення в будинку.

Оскільки раніше світло вимикали відносно не часто, мало хто все-таки реалізував цю ідею. Однак, ситуація радикально змінилася, починаючи з осені 2022 року. Коли в ході військових дій постраждала значна кількість української енергетичної інфраструктури. І відключення стали носити постійний плановий, а часто ще й додатково аварійний характер.

У цій статті під системою автономного освітлення мається на увазі система автономного електроживлення невисокої потужності будинку або квартири. До такої системи можна підключити не тільки світильники, але й холодильник, комп’ютери, роутер, мобільні гаджети та інші малопотужні споживачі.

Чи буде працювати провідний інтернет, якщо в районі відключена електроенергія?

У більшості приватних будинків достатньо подати електроенергію на роутер, щоб у вас працював Інтернет навіть при планових відключеннях електроенергії. Коли весь район залишається без нормального мобільного покриття, інтернет є найважливішим інструментом для зв’язку (вайбер, телеграм) та отримання новин.

Саме під час війни у 2022-му році питання організації в будинку автономного освітлення постало особливо гостро. Наш оцінювач (він же автор статті) самостійно зробив таку систему в своєму будинку і готовий поділитися досвідом. До речі, описані принципи та системи також цілком підходять для реалізації і у міських квартирах.

1.1. Які є варіанти реалізації для квартири та будинку

Основних варіантів організації системи автономного електропостачання всього три:

1. Генератор. У багатьох будинках встановлені бензинові, дизельні або газові генератори з системою АВР або без неї. АВР – система автоматичного введення резерву – запускає та перемикає будинок на генератор в тому випадку, якщо основне джерело електроенергії не працює. Після відновлення штатного електропостачання, генератор відключається.
2. Блок безперебійного живлення. Принцип роботи у нього такий же, як у всім добре відомого комп’ютерного UPS. Як тільки електрика в мережі пропадає, безперебійник автоматично перемикається на роботу від батареї. При відновленні живлення УПС заряджає та підтримує батарею. І саме цим він відрізняється від інвертора, який просто підвищує напругу батареї 12В до 220В. Блок безперебійного живлення комбінує в собі інвертор напруги і зарядний пристрій для акумулятора.
3. Сонячна або вітрова електростанція. Численні розрахунки показують, що на сьогоднішній день, на жаль, гра не варта свічок. Витрати на створення і підтримку таких систем є значними, а великого сенсу для їх власників в цьому немає. Хіба тільки, якщо будинок взагалі не підключений до електромережі. І завдання стоїть організувати повністю автономне електропостачання.

Про системи автономного електроживлення від генератора написано багато статей. Ця технологія відома давно, добре відпрацьована і не викликає питань.

Достатньо вибрати генератор за потужністю та на бажаному для вас виді палива. Генератор підключається до мережі будинку або через систему АВР (автоматичне введення резерву), або через ручний перемикач джерела електроенергії: з електромережі або від генератора.

Не дивлячись на те, що система АВР здається відмінним варіантом, багато власників будинків вважають за краще встановити ручний перемикач. З огляду на, що відключення в 2022 році відбуваються досить часто, навряд ля для звичайного будинку є необхідність при кожному такому відключенні запускати генератор. І також не виглядає доцільним тримати його «під парами» протягом стандартного чотиригодинного відключення.

Практика показує, що ручне перемикання на генератор працює надійніше за автоматику і дозволяє значно економити на паливі та збільшити ресурс генератора.

У системи автономного електропостачання на генераторі є свої плюси. Як правило, потужність генератора дозволяє підключити більшість електроприладів у будинку. У тому числі й такі потужні споживачі як водяний насос і електрична плита. Однак, є і мінуси:

• Шум. У нічний час користуватися генератором у будинку поруч із сусідами або, тим більше, в квартирі навряд чи вийде без регулярних скандалів.
• Вихлопні гази. Проблема відведення вихлопних газів на перший погляд здається несуттєвою. Однак, при практичній реалізації такої системи люди стикаються із проблемами. Існують спеціальні гофровані металеві шланги для відводу газів, але з ними теж все не так просто. Довжина таких шлангів для нормальної роботи має бути невеликою, а кількість поворотів мінімальним. Шланг сильно гріється від розпечених газів. Надійне кріплення шланга до вихлопної труби генератора створити часто буває не просто. Також є труднощі з виведенням на вулицю, особливо в міських квартирах.
• Запаси палива. У приватному будинку така проблема не стоїть гостро. Однак, зберігати і поповнювати запаси бензину або солярки в квартирі – це заняття, як то кажуть, «на любителя».

Виходячи з усього цього, можна зробити наступні висновки:

1. У приватному будинку генератор потрібен як альтернативне джерело енергії для потужних споживачів.
2. У квартирі генератор використовувати не вийде.
3. В умовах частих і тривалих відключень електроживлення є сенс відмовитися (ще й добре заощадити) від системи АВР. І підключати генератор вручну тільки при необхідності.

2. Автономне освітлення на джерелі безперебійного живлення

Обговоривши сильні та слабкі сторони генератора, приходимо до наступного висновку.

Для системи автономного резервного освітлення та підтримки роботи холодильника, комп’ютера, телевізора і роутера при частих і тривалих відключеннях електроенергії використання генератора не є доцільним.

Ідеальним варіантом була б система, схожа на звичайний ups для комп’ютера. Коли електрика є, працюємо від мережі. Коли світло пропадає, автоматично перемикаємося на батарею і продовжуємо нормальне життя. Як організувати таку систему в будинку або у квартирі? А може підійде і звичайний комп’ютерний безперебійник, принаймні для аварійного освітлення?

Розберемося з усім по порядку!

2.1 Вибираємо UPS – чому не підійде комп’ютерний

Найбільш поширеним питанням є: чи підійде звичайний комп’ютерний безперебійник для організації системи автономного електроживлення будинку?

Звичайний комп’ютерний UPS не підходить для системи автономного електропостачання будинку з двох причин. По-перше, більшість ДБЖ для комп’ютерів мають занадто малу потужність і ємність акумулятора. По-друге, найчастіше UPS мають на виході напругу у вигляді т.зв. апроксимованої синусоїди, з якою не будуть працювати взагалі або швидко вийдуть із ладу світлодіодні лампи, будь-які насоси і навіть найслабші електродвигуни.

Якщо ви плануєте використовувати для освітлення комп’ютерний безперебійник, необхідно переконатися, що він на виході видає так звану чисту або правильну синусоїду. Часто на таких ДБЖ пишуть, що вони підходять для роботи котлів опалення. Ну або просто підключіть до нього світлодіодні лампочки та спробуйте їх живити від батареї. Набагато краще заздалегідь переконатися, що система автономного освітлення коректно працює з конкретним безперебійником, ніж дізнатися про це вже після проведення всіх монтажних робіт.

Вибираючи джерело безперебійного живлення для автономного електропостачання будинку необхідно звернути увагу на наступні характеристики:

1. Вид вихідного сигналу. Чиста (правильна) або апроксимована синусоїда. Якщо вихідний сигнал ДБЖ – апроксимована синусоїда, він не зможе правильно працювати в системі автономного освітлення зі світлодіодними лампами та насосами котла опалення.
2. Потужність інвертора. Інвертор – частина ДБЖ, яка перетворює напругу батареї 12В на звичні нам у побуті 220В. Для розрахунку необхідної потужності інвертора необхідно порахувати суму споживаної (не номінальної) потужності кожного пристрою, який планується до нього підключити. Ці показники вказуються в інструкціях, посібниках з експлуатації та технічних паспортах на побутову техніку. Зверніть увагу, що потужність UPS часто вказується в ВА (вольт-амперах), а споживана потужність у Вт (ватах). Для перекладу ВА у Вт потрібно потужність УПС помножити на 0,8. Таким чином, реальна потужність УПС на 1000 ВА складе 800 Вт.
3. Тип акумулятора. Який акумулятор використовує ДБЖ: зовнішній або внутрішній (вбудований). При створенні автономного електропостачання потрібен значний запас ємності акумулятора. Тому кращим варіантом є джерело безперебійного живлення із зовнішньою акумуляторною батареєю.
4. Максимальна ємність акумулятора Якщо ДБЖ підтримує використання зовнішніх батарей, зверніть увагу на їх рекомендовану ємність. Зрозуміло, чим більше, тим краще. На підтримувану ємність впливає мінімальний та максимальний струм, яким УПС може заряджати батарею.
5. Напруга акумулятора. Напруга стандартної акумуляторної батареї для автомобіля або джерела безперебійного живлення становить 12 В. Тому, якщо в характеристиках UPS зазначено іншу напругу, ви повинні розуміти, що знадобиться кілька акумуляторних батарей. Наприклад, якщо ДБЖ працює від батарей з напругою 36 вольт, вам знадобиться купити 3 батареї по 12 вольт і з’єднати їх послідовно (плюс однієї на мінус іншої). Звичайно, чим менше батарей в системі, тим вона буде дешевшою та надійнішою. З іншого боку, інвертори високої потужності потребують напруги, що перевищує 12 В. Звідси і вимоги до наявності декількох батарей із сумарною більш високою напругою.

Також важливо звернути увагу на тип архітектури джерела безперебійного живлення:

• Лінійно-інтерактивний. Такий ДБЖ має вбудований стабілізатор. Якщо у вашому будинку або квартирі вже встановлений стабілізатор, а УПС підключений до електромережі через нього, то вам не варто купувати лінійно-інтерактивний безпебійник. Через наявність двох стабілізаторів у системі можуть спостерігатися помилкові перемикання на батарею. З іншого боку, лінійно-інтерактивні UPS є найбільш поширеними на ринку і найдешевшими варіантами.
• Online. У цьому типі безперебійників навантаження завжди підключено через інвертор, тому перемикання на батарею фактично не відбувається. Такі УПС є найдорожчими, але їх застосування виправдане тільки для специфічної техніки, такої як спеціальне медичне обладнання або «супер-круті» сервери.
• Offline або резервний. Є оптимальним варіантом для організації автономного електроживлення у будинку, особливо, якщо у вас встановлений стабілізатор. Вбудованого стабілізатора у ДБЖ немає, перемикання на батарею проходить автоматично при зникненні електрики в мережі.

Оптимальним варіантом ДБЖ для системи аварійного енергопостачання будинку є offline ups із чистою синусоїдою, який працює на зовнішньому акумуляторі напругою 12 В. Але обов’язково зверніть увагу, чи вистачить для ваших завдань потужності цього безперебійника та часу його автономної роботи!

Для наших потреб ми вибрали ДБЖ Кулон потужністю 1кВт українського виробника Елекс. Звичайно, хотілося б потужніше, але на жаль, в лінійці цього виробника цей ДБЖ є найпотужнішим. Всі інші параметри ідеальні: offline, зовнішній акумулятор на 12 В ємністю від 50 до 400 Аг, витримує перевищення потужності в півтора рази на 15 секунд (важливо для холодильників зі звичайними неінверторними компресорами). Крім того, рекомендований виробником тип акумулятора – герметичний свинцево-кислотний, який є у рази дешевшим за аналогічні гелеві. Але про це нижче…

Ця стаття не є рекламною і ми не просуваємо певного виробника. Просто на прикладі саме нашої системи показуємо, як зробили ми. І чим керувалися при виборі. Я не хотів купувати китайський ДБЖ незрозумілої якості. Крім того, у мене довгий час прекрасно працює стабілізатор того ж виробника, тому вибір був очевидним.

2.2. Вибираємо зовнішній акумулятор або акумулятори

Якщо джерело безперебійного живлення має вбудовану батарею, то з її параметрами особливо «не пограєшся». Але такі УПСи погано підходять для організації системи автономного електропостачання будинку через невелику ємність акумулятора та малу потужність інвертора. Тому ми зупинимося на тому, як правильно вибрати зовнішній акумулятор для ДБЖ.

Почнемо із самого очевидного – напруги акумулятора. УПСи можуть працювати від напруги 12, 24, 36 і 48 вольт. Чим вище напруга, тим більше навантаження можна підключити до безперебійника.

Для отримання потрібної напруги необхідно купити кілька акумуляторів по 12 вольт. Існують батареї відразу під потрібну напругу, але це зазвичай просто той же набір стандартних акумуляторів по 12 вольт, з’єднаних між собою. Як правило вигідніше купити і самостійно з’єднати кілька акумуляторів.

Тепер щодо типу акумулятора. Більшість ДБЖ пишуть, що працюють зі спеціальними гелевими батареями для UPS. Такі акумулятори на відміну від автомобільних не бояться частих глибоких розрядів. УПС, який вибрали ми – Елекс Кулон 1000 – розрахований на роботу з герметичними свинцево-кислотними автомобільними акумуляторами. Такі акумулятори дешевше гелевих, із якими працюють більшість ДБЖ, приблизно у 3 рази!

На форумах пишуть, що автомобільні акумулятори бояться повного розряду. І в разі частих таких просідань батарея буде жити недовго. Але, по-перше, не факт, що вона дійсно пропрацює недовго. А по-друге, краще взяти акумулятор із запасом ємності, таким чином не висаджуючи його повністю. Ніж переплачувати за гелевий акумулятор у три рази із невідомим результатом з точки зору ефективності.

Обов’язково використовуйте герметичні необслуговувані акумулятори, особливо якщо вони будуть встановлюватися у закритих приміщеннях. Така конструкція виключає появу в повітрі парів електроліту, які шкодять здоров’ю. До того ж ці пари вибухонебезпечні!

Ми шукали герметичний свинцево-кислотний автомобільний акумулятор найбільшої ємності. Ним виявився Bosch T5 080 на 225Аг, який ми замовили і купили в Епіцентрі.

Час роботи ДБЖ в залежності від навантаження та ємності акумулятора

Забігаючи вперед, потрібно уточнити, що із часом ми зрозуміли, що ємності для нормальної роботи системи нам не вистачає. Вірніше, при нашому споживанні система «впритул» працює 4 години. Однак акумулятор за наступні 4 години просто не встигає заряджатися, щоб при наступному відключенні повноцінно відпрацювати.

Вище ми писали, що при з’єднанні батарей послідовно (плюс однієї на мінус іншої) можна підвищити напругу. Аналогічним способом можна збільшити ємність, якщо з’єднати акумулятори паралельно (плюс на плюс, мінус на мінус).

Якщо в системі з блоком безперебійного живлення ви використовуйте кілька акумуляторів, звертайте увагу, щоб вони були повністю однакові за характеристиками (однієї моделі), одного віку і бажано з однієї партії. Це стосується і послідовного (для підвищення напруги), і паралельного (для збільшення ємності) підключення батарей.

Тут ще потрібно пояснити, чому два акумулятора будуть заряджатися швидше, ніж один. І чому, купивши другий аккум, ми вирішимо проблему із недостатнім часом відновлення. Справа у струмі зарядки. Є правило про те, що струм зарядки не повинен перевищувати 10% від ємності акумулятора. На нашому ДБЖ Кулон струм заряду можна вибрати з таких значень: 5, 10, 15, 20, 25, 30А. Відповідно, маючи в системі одну батарею 225Аг струм потрібно вибирати 20А. Після установки другого акумулятора, сумарна ємність складе 450Аг. Для такої ємності ми вибираємо максимально можливий струм у 30А. Таким чином, при однаковому розряді у нашому випадку система з двох акумуляторів відновиться в півтора рази швидше.

Запас ємності окрім своєї прямої функції по збільшенню часу роботи системи позитивно впливає й на термін життя акумуляторів. І дозволяє системі нормально функціонувати, навіть якщо вона не встигла повністю зарядитися.

2.3 Підключаємо акумулятор до безперебійника

Якщо ваш безперебійник працює від батареї 12В і вам вистачає її ємності, підключення особливих складнощів не викликає. Ви просто з’єднуєте дроти ДБЖ із відповідними клемами акумулятора.

Якщо безперебійник працює від напруги 24В або вище, вам потрібно послідовно з’єднати декілька дванадцяти вольтових акумуляторів. Послідовно – це означає плюс одного на мінус іншого. А інвертор підключається до крайніх вільних клем: плюс від одного акумулятора, мінус від іншого.

Коли ємності одного акумулятора не вистачає, а УПС працює від 12 вольт, як в нашому прикладі, батареї потрібно з’єднати паралельно. Тобто плюс одного на плюс іншого, мінус одного на мінус іншого. Провід UPS підключаються до різних батарей: плюс до одного, мінус до іншого акумулятора.

Бувають ситуації, коли напруга роботи інвертора перевищує 12 вольт, але і ємності батарей не вистачає. В цьому випадку використовується комбіноване підключення. Тобто частина батарей підключається паралельно, частина – послідовно. Наприклад, є батареї ємністю 200 Аг, інвертор працює від напруги 24В, а ємність потрібна 400 Аг. В цьому випадку знадобиться 4 акуми. Кожна з двох пар з’єднується послідовно, при цьому отримуємо два блоки 12 В на 400 Аг. Після цього ці два блоки з’єднуються між собою паралельно (через крайні вільні клеми). Отримуємо блок з 4 батарей на 400 Ач та 24 В. Підключаємо до нього інвертор, також використовуючи крайні клеми, щоб між проводами УПС в ланцюзі були усі акумулятори.

Для підключення проводів до акумуляторних батарей необхідні клеми. Якщо ви використовуєте автомобільні акуми, то і клеми до них можна купити в будь-якому автомагазині. Написано багато статей про те, як вибрати клеми. Але в них, як то кажуть , дуже багато букв 🙂 , тому ми поділимося власним реальним досвідом. У магазинах найчастіше вибір обмежений трьома варіантами клем за матеріалом виготовлення: цинк, латунь, свинець. Вважається, що найгіршими є клеми з цинку, тому вибирати їх не варто. Вибір латуні або свинцю – це лише ваші уподобання.

Свинцеві клеми м’якше, щільніше затягуються, в разі іскріння швидше плавляться, розриваючи контакт. Латунь краще проводить струм, але легко лопається, якщо перестаратися з затягуванням.

У нашій системі 4 клеми: пара латунних і пара свинцевих. Спочатку під перший акумулятор купили латунні. А вже під другий взяли свинець, оскільки із альтернативи був лише цинк. За моїми особистими відчуттями, свинець є приємнішим у монтажі. Але особливо я б на цьому не зосереджував увагу. І латунь, і свинець – прекрасний вибір.

Ну і останнє, про що потрібно написати в розділі про підключення акумуляторів, це з’єднувальні дроти – перемички. Почнемо з площі їхнього перетину. В інтернеті є таблиці залежності перетину проводів від потужності інвертора. Однак, на практиці ми побачили, що інформація в них викликає певні сумніви. По-перше, очевидно, що площі перерізів вказані з великим запасом. По-друге, в асортименті більшості магазинів не так багато мідних проводів великого перерізу, щоб підібрати його ідеально під навантаження.

Ми пішли іншим шляхом. У нашому ДБЖ Кулон потужністю 1 кВт стандартні дроти мають перетин 20 мм². Вірніше на плюс і на мінус йде по два дроти перетином 10 мм². Виходячи зі здорової логіки, ми вирішили, що стандартного проводу ПВЗ 1х25 (мідний гнучкий одножильний перетином 25 мм²) буде цілком достатньо. Цей провід широко поширений, ми купили його просто у Епіцентрі.

Там же відразу для нього є сенс купити клеми під болт. Обжимати такі клеми в ідеалі потрібно спеціальним ручним пресом, але ми впоралися за допомогою звичайних пасатижів.

3. Підключення джерела безперебійного живлення до електропроводки

Тепер необхідно підключити джерело безперебійного живлення до електропроводки будинку або квартири. Сам УПС ми підключили через автоматичний вимикач до вхідного електричного проводу. У нашому випадку, враховуючи невелику потужність інвертора в 1 кВт підійде автомат на 10 або навіть на 6 ампер. Ми поставили один автоматичний вимикач на підключення живлення ДБЖ до електромережі, а другий – на вихід до споживачів.

Тепер нам необхідно вибрати ті лінії, на яких знаходяться потрібні нам споживачі. Найбільш очевидними і важливими пристроями для підключення через ДБЖ є:

• Освітлення.
• Роутер.
• Холодильник. Інверторні моделі будуть краще працювати із ДБЖ. У них знижено енергоспоживання і немає різких стрибків споживаної потужності при старті компресора.
• Розетки для зарядки телефонів і, можливо, роботи комп’ютерів.
• Якщо у вас встановлений газовий або твердопаливний котел, підключаємо насоси опалення.
• Якщо дозволяє потужність інвертора, підключаємо насос у свердловині або насосну станцію. Тут важливо звернути увагу, що пускові струми насоса, як правило в рази перевищують номінальні. Тому при старті може спрацьовувати захист інвертора від перевантаження, і така система працювати не буде. Для вирішення таких проблем є варіант використання пристроїв плавного пуску двигуна. Однак, щоб не ускладнювати систему, ми вирішили відмовитися від ідеї підключення насоса до безперебійника. Замість цього був придбаний додатковий гідроакумулятор на 300 літрів, який дозволяє мати значний запас води без необхідності включення насоса. Ну а, якщо і цей запас витратиться, на допомогу прийде генератор.

Для підключення споживачів вам потрібно не тільки знайти потрібні фази на автоматичних вимикачах. Також по кожній такій лінії необхідно знайти та живити від УПС і нульові дроти.

Часто буває так, що на лінії зі споживачем, який потрібно підключити через безперебійник, знаходиться ще якийсь пристрій. Наприклад, бойлер, який через УПС підключати точно не потрібно. У цьому випадку доведеться провести окремі дроти від ДБЖ або електрощита до кожного такого споживача.

Якщо у вас є генератор, необхідно підключати УПС так, щоб при запуску генератора він не тільки забезпечував живлення споживачів, але і заряджав батареї. Якщо ви вибрали безперебійник архітектури offline, його краще живити через стабілізатор. Якщо ж у вас лінійно-інтерактивний або онлайн ДБЖ із вбудованим стабілізатором, то його живлення навпаки потрібно пустити повз стабілізатор, безпосередньо від вхідного електричного кабелю.

4. Підводимо підсумки щодо системи автономного освітлення

Встановивши систему резервного освітлення та електропостачання на джерелі безперебійного живлення в будинку або у квартирі можна вирішити кілька важливих завдань:

1. Автономне освітлення.
2. Інтернет (зв’язок).
3. Холодильник.
4. Зарядка телефонів.
5. Робота на комп’ютері.
6. Насоси системи опалення.

Якщо ви живете у приватному будинку, головне питання, яке виникає при виборі ДБЖ, звучить так: «Чи можна через джерело безперебійного живлення підключити насосну станцію або свердловинний насос?»

Так, насос підключити можна. Але необхідно врахувати наступне. ДБЖ повинен мати на виході напругу у вигляді «правильної синусоїди». Потужність ДБЖ повинна бути значно вищою за номінальну потужність насоса, щоб справлятися з високими пусковими струмами. Можливо, доведеться використовувати пристрій плавного пуску для насоса, щоб інвертор впорався із навантаженням.

У більшості випадків простіше, дешевше та надійніше не підключати насос до безперебійника, а докупити додаткові гідроакумулятори потрібної ємності. По-перше, це дасть великий запас води, поповнювати який у крайньому випадку можна за допомогою генератора. По-друге, це в будь-якому випадку позитивно позначиться на терміні експлуатації насоса. Адже чим більше ємність гідроакумуляторів у системі, тим рідше йому доведеться вмикатись.

Якщо ця стаття здалася вам корисною, поділіться нею у соціальних мережах! Цей матеріал не носить комерційний характер. І він може допомогти людям легше пройти складну зиму 2022-2023.