Статья для людей, считающих свои деньги, но не очень хорошо разбирающихся в системах автономного питания дома

Системы автономного питания (САП) используется только когда к дому не подведена внешняя электросеть.

Цель

Минимизировать общие затраты на систему автономного питания (САП) дома на длительном интервале времени.

В составе рассматриваемой САП подразумеваются:

• электро-генератор на двигателе внутреннего сгорания;
• блок свинцово-кислотных аккумуляторов (АКБ);
• зарядное устройство для заряда АКБ;
• инвертор (преобразователь напряжения АКБ в ~220Вольт).

Путь достижения цели

Снизить время работы генератора до 3,5 часов в сутки. Может быть, можно и несколько быстрее, но есть определенная длительность химических процессов в свинцово-кислотных АКБ, и есть ограничение по температуре АКБ (40-45оС).

Затраты на топливо генератора

Для простоты другие эксплуатационные затраты на генератор не считаем — они относительно малы.

• Пусть средний расход генератора — 2 литра топлива в час.
• Пусть топливо стоит — 20 руб. за литр.
• Пусть генератор в составе САП работает 7 часов в сутки.

Тогда ежесуточный расход на топливо будет 7часов — 2литра — 20рублей=280рублей. А расходы за 10 лет? 280руб * 3650дней = 1миллион рублей.

Если удастся снизить время работы генератора до 3,5 часов в сутки, то налицо экономия только на топливе — 500тыс. рублей за 10 лет.

Ресурс генератора

Если генератор работает по 7 часов в сутки, то его ресурс – 2 500 часов будет израсходован за 1 год. При стоимости генератора с автозапуском 35 тыс. руб, за 10 лет их с одним капитальным ремонтом придется заменить 5 штук на сумму 175 тыс. рублей.

Если нам удастся снизить время работы генератора до 3,5 часов в сутки, то налицо экономия только на ресурсе генераторов — 87тыс. рублей за 10 лет. А с учетом стоимости топлива — 590тыс. руб. за 10 лет.

Почему Андрей начал рассуждения с 7-ми часов? Это время близко к наиболее часто используемому людьми, которые не проводили расчетов экономической эффективности САП.

Как же можно снизить время работы генератора?

Есть только один путь — за счет ускоренного заряда большим током АКБ достаточно большой емкости.

Здесь есть проблема — при зарядке АКБ током близким к их предельному, они начинают сильно греться, при перегреве очень быстро выходят из строя. Перегрев батареи сильно зависит и от температуры окружающей среды.

Некоторые современные батареи допускают токи заряда до 0,2С (т.е. — до 20% от цифры емкости АКБ в ампер-часах) — это, правда, при температуре окружающей среды — 20С. Если АКБ разряжать до остаточной емкости 30%, а заряжать током 0,2С в течение 3,5 часов, то (при КПД заряда АКБ=70%) через 3,5 часа получим заряд на АКБ, равный 80%.

Вот график зависимости напряжения свинцово-кислотной АКБ от уровня заряженности. По предположению Андрея это верно при 20оС и  при отключенной от всего АКБ в течение нескольких часов.

Правда, при этом, мы используем только 80-30 = 50% полезной емкости АКБ, т.е. покупать их надо по емкости в 2 раза больше теоретического значения потребления энергии в доме.

Почему АКБ нужно разряжать только до 30%, а не до нуля, а заряжать лишь до 80%, а не до 100%?

Разряжать АКБ менее, чем до 30% не рекомендуется, т.к. у них, при этом, начнется резкое снижение ресурса. До-заряд АКБ с 80 до 100% необходимо производить малыми токами в течение многих часов (не менее 6-ти часов), что при частом использовании абсолютно невыгодно по топливу и ресурсу генератора (см. выше).

Проблема
Известно, что в случае систематического недозаряда свинцово-кислотных АКБ их ресурс значительно снижается.

Какие есть варианты?

• Есть современные АКБ, которые (по сведениям от производителя) относительно устойчивы к систематическому недозаряду, например Challenger G12FT. Несмотря на это, рекомендуется хотя бы раз в месяц проводить полный, 12-ти часовой заряд АКБ хорошим зарядным устройством (начав с 0,1С).
• Здесь вы прочитаете об «Экономичной («двухтактнной») системе автономного питания», которая абсолютно лишена этого недостатка, но «взамен» требует дополнительных, но окупаемых инвестиций.

О расчете емкости АКБ

Чтобы рассчитать ёмкость АКБ Андрей приводит некие практические прикидки для гипотетического дома (80-150 кв.м., отопление и готовка еды — не на электричестве). При постоянном проживании 3-4 человек, если не делать глупостей, то среднесуточное потребление электричества зимой может составить до 700Вт/часов (24-3,5) часа = 14,4кВт/часов. С учетом недоразряда и недозаряда, АКБ должны иметь 28,8кВт/часов. Т.е. — АКБ с параметрами 12Вх150Ач должно быть 16шт.

О расчете стоимости АКБ

Если взять аккумуляторы типа gp 1272 (а это наиболее экономически выгодные батареи), то при цене за штуку 19 т.р. (очень примерно) нужно будет потратить 19т.р.*16шт = 304тыс.руб. При указанных характеристиках разряда (30-80%) количество циклов заряд-разряд у этого типа АКБ будет около 1600, т.е. 4,4года. При пересчете, за 10 лет стоимость всех АКБ составит 304*10/4,4= 690тыс.руб. А при 7-ми часовой (в сутки) работе генератора их надо было бы иметь на сумму 590тыс.руб.

«Потери» за 10 лет: 690-590=100т.р. (сравните с суммой в 590т.р. потерь на генераторе!!!).

О выборе зарядного устройства (ЗУ)

ЗУ это — важный узел в САПах, т.к. от правильного заряда АКБ зависит срок их жизни. Оно должно быть фирменным, и не менее чем 3 ступени заряда и должно обеспечивать каждый аккумулятор зарядным током не менее 0,2С. Также желательно иметь достаточное количество регулировок для подстройки под разные режимы работы. Ну, и, естественно, его выходное напряжение должно совпадать с напряжением Вашего блока АКБ (24 или 48 Вольт). 12В для такой мощной системы Андрей не рекомендует.

Внимание
При заряде АКБ очень важно не перегревать батареи, иначе они очень быстро выйдут из строя.
Требуйте от поставщика полную документацию на АКБ (включая ТУ) и действуйте строго по документам.

О выборе инвертора

Инвертор это — довольно сложная и капризная система. Он должен быть:

• фирменным,
• должен иметь достаточные стационарную и пусковую мощности,
• должен иметь на выходе синусоиду (а не меандр или даже модифицированную синусоиду),
• должен иметь сервис в Вашем городе,
• естественно, должен работать именно от того напряжения, которое Вы сформируете из своих аккумуляторов,
• а также очень не помешает большое количество вариантов настроек и широкая функциональность.

Для СРП Андрей в настоящий момент рассматривает 2 разных инвертора (оба — со встроенными зарядными устройствами) — МАП LSD-Sinus-4,5, Tripp Lite — APSX3024SW. У них стоимость примерно от 35-45тр, а у дорогих западных — 100-150тр.

О выборе АКБ

О выборе свинцово-кислотных аккумуляторов для систем электропитания можно почитать — здесь.

Вывод
Снижение ежедневного времени работы генератора с 7-ми до 3,5 часов даст за 10 лет солидный экономический эффект, для нашего примера — около 490тыс. рублей.

Примечание к выводу
В этой методике должна быть применена квалифицированная «балансировка» системы, т.к. при превышении тока заряда АКБ (а главное — их температуры) они очень быстро будут выходить из строя. Если для данного вида батарей понадобится чуть увеличить время заряда, то это, наверное, будет правильно (все равно все надо считать).

Принудительное охлаждение АКБ, например вентилятором, очень сильно поможет увеличить срок их эксплуатации (подвал — идеальное место для АКБ при любой системе, а для данного метода — особенно).