Как выбрать ИБП для частного дома

Что здесь называется ИБП для дома

Под ИБП для дома понимают два разных класса устройств, и половина неудачных покупок начинается именно здесь.

Первый — компьютерный ИБП: коробка со встроенной батареей на 7–9 А·ч, её задача дать пять-пятнадцать минут на корректное выключение техники. Второй — инвертор с внешней батареей и автоматикой ввода резерва: функция та же, но запас измеряется часами и наращивается добавлением батарейных модулей. Дальше речь про второй класс.

Шесть шагов, из которых состоит выбор

1. Список нагрузок

   Не площадь дома, а перечень приборов, которые обязаны работать без сети, с замеренной мощностью.

2. Мощность инвертора

   Два числа: длительная мощность в ваттах и пиковая — на запуск двигателей.

3. Время автономии

   Сколько часов надо продержаться. Отсюда считается ёмкость батареи.

4. Тип и форма напряжения

   Требование котла к синусу и допустимое время переключения.

5. Фазность

   Однофазный инвертор на критичную фазу или трёхфазная сборка.

6. Место установки

   Температура помещения, вес шкафа, длина шины постоянного тока.

Шаг 1. Что именно резервируем

Площадь дома о потреблении не говорит ничего. В доме 200 м² с газовым котлом резервируемая нагрузка бывает 300 Вт, а в доме 90 м² с электрокотлом и скважиной — 8 кВт. Поэтому первый шаг — список приборов, а не квадратные метры. Он делится на три группы, и от того, как вы их разложите, бюджет зависит сильнее, чем от выбора марки инвертора.

• Обязательный минимум: газовый котёл с насосами, роутер и связь, дежурное освещение, холодильник. В типовом доме это 300–800 Вт постоянной нагрузки.
• Комфорт: вода из скважины, канализация с аэрацией, вентиляция, розетки кухни. Добавляет 0,5–2 кВт, причём насос скважины даёт тяжёлый пуск и определяет пиковую мощность инвертора.
• То, что не резервируют почти никогда: варочная панель, водонагреватель, тёплые полы, сауна, кондиционеры всего дома. Каждый прибор тянет 1,5–7 кВт и съедает батарею за часы или за минуты.
• Отдельно решается судьба электрокотла: при электрическом отоплении батарея на сутки автономии выходит дороже всей остальной системы.

Типовые мощности приборов, которые чаще всего резервируют

Шаг 2. Мощность инвертора — это два числа, а не одно

В паспорте стоят две мощности: полная в вольт-амперах и активная в ваттах. Вольт-ампер равен ватту только при коэффициенте мощности 1; у инверторов для дома коэффициент 0,8–1,0, поэтому 5000 В·А могут означать и 4000 Вт, и 5000 Вт. С нагрузкой сравнивают ватты.

Второе число — пиковая мощность: сколько инвертор выдержит несколько секунд при запуске двигателя. Типовой запас перегрузки — 150–200 % от номинала на 3–10 секунд, но конкретная цифра и время удержания стоят в паспорте модели, а не в описании продавца.

Асинхронный двигатель в момент пуска берёт ток в 3–7 раз выше рабочего: скважинный насос на 1 кВт даёт пик 3–5 кВт, компрессор старого холодильника — 600–1200 Вт при рабочих 150 Вт. Если такие приборы в списке, мощность инвертора определяет не сумма нагрузок, а самый тяжёлый пуск.

Два условия, которым обязан удовлетворять инвертор

1. Длительная мощность в ваттах не меньше суммы одновременно работающих приборов, умноженной на 1,25.
2. Пиковая мощность не меньше суммы самого большого пускового тока и того, что уже работает в этот момент: котёл не выключается на время пуска насоса, мощности складываются.

Четыре формулы, которыми считается вся система

Энергия батареи

E = U × C / 1000E в кВт·ч, U — напряжение батареи в вольтах, C — ёмкость в ампер-часах. Батарея 51,2 В на 100 А·ч даёт 5,12 кВт·ч.

Полезная энергия

E_полезная = E × DoD × КПДDoD — глубина разряда: 0,8–0,9 для LiFePO4, около 0,5 для AGM. КПД инвертора 0,88–0,94. Из 5,12 кВт·ч остаётся 4,24 кВт·ч.

Время автономии

T = E_полезная / (P + P_хх)P — нагрузка в киловаттах, P_хх — холостой ход инвертора, обычно 20–60 Вт. На малых нагрузках он съедает заметную долю запаса.

Обратная задача: нужная ёмкость

C = T × (P + P_хх) × 1000 / (U × DoD × КПД)Ёмкость в ампер-часах под требуемое время. Округляется вверх до ближайшего типоразмера модуля.

Шаг 3. Сколько часов нужно продержаться

Ответ берётся из истории отключений: сколько раз за прошлый год гас свет и каким было самое длинное отключение. Система проектируется под типовое отключение, а не под самое страшное — батарея под редкий трёхсуточный обрыв стоит как остальная система целиком и 360 дней в году простаивает.

Пример. Дом с газовым котлом, холодильником, освещением и связью — 600 Вт постоянной нагрузки. Нужно 8 часов, чтобы пережить ночь.

Расчёт ёмкости под 8 часов при 600 Вт

1. Расход на выходе инвертора: 8 ч × 0,64 кВт (нагрузка плюс 40 Вт холостого хода) = 5,12 кВт·ч.
2. С учётом КПД инвертора 0,92 из батареи придётся взять 5,57 кВт·ч.
3. При глубине разряда 0,9 номинальная ёмкость батареи — 6,19 кВт·ч.
4. При напряжении шины 51,2 В это 121 А·ч. Ближайший типоразмер — 150 А·ч, он же даёт запас на старение батареи и на зимнее падение ёмкости.

Сколько держит батарея при разной нагрузке

Шаг 4. Какой тип ИБП нужен именно вам

Классификация по способу работы у ИБП международная и пишется в паспортах одинаково. Для дома из неё важны два параметра: время переключения на батарею и форма выходного напряжения.

Время переключения — это провал питания в момент, когда пропала сеть. Плата газового котла и электроника холодильника переживают провал в 10–20 мс без последствий: у них на входе стоит конденсатор. Настольный компьютер без своего ИБП такой провал может не пережить.

Форма напряжения важнее. Инвертор с чистым синусом строит напряжение, близкое к сетевому. Ступенчатый, он же модифицированный, синус собирает ту же действующую величину из прямоугольных ступеней, и измерительные схемы газовых котлов на нём сбиваются: контроль пламени построен на измерении микроамперного тока через факел. Требование к форме написано в инструкции конкретного котла — это первое, что стоит посмотреть до покупки.

Типы ИБП и что они дают дому

Шаг 5. Одна фаза или три

Однофазный ввод 220 В вопросов не вызывает: инвертор однофазный, дальше считается только мощность. При трёхфазном вводе 380 В появляется развилка, и она стоит денег — резервировать три фазы значит собрать три силовых канала вместо одного при той же полезной мощности.

Развилка решается одним вопросом: есть ли в доме трёхфазные потребители, которые обязаны работать без сети. Скважинному насосу на 380 В, тепловому насосу, станку в мастерской нужны настоящие три фазы с правильным чередованием, иначе двигатель пойдёт в обратную сторону. Если все критичные потребители однофазные, дешевле переразвести щит и собрать резервируемые линии на одну фазу: день работы электрика против удвоения стоимости силовой части.

Что нужно знать про трёхфазную сборку до заказа

• Сборка не позволяет снять всю мощность с одной фазы. Три инвертора по 3 кВт — это 3 кВт на фазу, а не 9 кВт на любую розетку.
• Допустимый перекос фаз при работе от резерва ограничен, ограничение указано в паспорте сборки.
• Автоматика ввода резерва должна отработать возврат сети с сохранением чередования фаз. Это вопрос к проектировщику щита.

Шаг 6. Где это будет стоять

Место определяют до покупки, а не после доставки. Батарейный модуль 51,2 В на 100 А·ч весит порядка 45–50 кг, шкаф на 15 кВт·ч — заметно больше сотни.

Главное ограничение — температура. Литий-железо-фосфатный (LiFePO4) аккумулятор на морозе разряжается с потерей ёмкости, а заряжаться при отрицательной температуре не может вовсе: BMS блокирует заряд, чтобы не разрушить ячейки.

Второе ограничение — длина шины постоянного тока между батареей и инвертором. При 48 В и мощности 5 кВт ток составляет порядка 110 А, и на длине в пару метров это сечение порядка 25–35 мм²; точное значение считает электрик по току и допустимому падению напряжения. Поэтому батарея и инвертор ставятся рядом, а до щита идёт обычная переменка 220 В.

Требования к помещению

Температура

От +5 до +30 °C круглый годОптимум +15…+25 °C. Ниже нуля LiFePO4 не заряжается: неотапливаемый гараж, веранда и холодный тамбур подходят только для модели со встроенным подогревом.

Влажность

Сухо, без конденсатаСырой подвал и приямок не годятся: конденсат на клеммах даёт коррозию и токи утечки.

Вентиляция

Отвод тепла от инвертораLiFePO4 герметичен и водород при заряде не выделяет, вытяжка ему не нужна. Свинцово-кислотным батареям вытяжка обязательна.

Несущая способность

45–50 кг на модуль 51,2 В / 100 А·чОриентир, точная масса — в паспорте модуля. Кронштейн вешается только на капитальную стену.

Длина шины постоянного тока

В пределах 2–3 мПри 48 В и 5 кВт ток около 110 А: чем короче кабель, тем меньше потери и нагрев.

Доступ для обслуживания

Свободные 0,6–0,8 м перед шкафомНужен для замены модуля, протяжки клемм и осмотра.

Шум

Вентилятор инвертора слышен под нагрузкойКотельная, техпомещение, кладовая — да. Спальня и детская — нет.

Когда система резервного питания задачу не решает

Честный ответ на вопрос «какой ИБП выбрать» иногда звучит как «никакой». Есть четыре ситуации, в которых батарея — неправильный инструмент, и говорить об этом надо до расчёта, а не после монтажа.

• Отключения регулярно длятся дольше суток. Чтобы закрыть двое суток при нагрузке 1,5 кВт, нужно около 70 кВт·ч на выходе, то есть батарея примерно на 85 кВт·ч — в восемь раз больше типовой домашней. Здесь работает генератор или связка генератора с батареей.
• Дом отапливается электричеством. Электрокотёл на 6–9 кВт за восемь часов возьмёт 20–40 кВт·ч даже с учётом того, что работает он не постоянно. Начинать надо с резервного источника тепла, а не с накопителя.
• Сети нет вообще: стройка, участок без подключения. Батарею нечем заряжать — нужен генератор или солнечные панели, и это другой проект.
• Нужна большая мощность на короткое время: сварка, станки, стройплощадка. Инвертор на 10 кВт стоит дороже генератора на те же 10 кВт, а работать под такой нагрузкой будет минуты.

Частые заблуждения

Шесть утверждений, которые приходится разбирать почти на каждом расчёте.

• «ИБП на 1000 В·А потянет 1000 Вт». Не потянет: вольт-амперы — полная мощность, при коэффициенте 0,8 это 800 Вт активной.
• «Куплю компьютерный ИБП и подключу к нему большую батарею». Подключается технически, не работает практически: зарядный ток такого ИБП — доли ампера, батарею на 100 А·ч он будет заряжать несколько суток, а его инвертор под многочасовой нагрузкой перегревается.
• «Возьму автомобильный аккумулятор, он дешевле». Стартерный аккумулятор рассчитан на короткий мощный разряд с немедленным зарядом. Циклический разряд на 50–80 % убивает его за десятки циклов.
• «Чем больше ёмкость, тем мощнее система». Ёмкость и мощность независимы: батарея на 30 кВт·ч с инвертором на 2 кВт не запустит варочную панель, а инвертор на 10 кВт с батареей на 5 кВт·ч продержится минуты.
• «ИБП заменит стабилизатор напряжения». Только если это двойное преобразование или модель с AVR. Резервный ИБП напряжение не правит, он пропускает его в дом как есть.
• «Литий опасен и взрывается». Горят литий-кобальтовые химии из электроники и самокатов, в домашних системах ставят LiFePO4 — он термически устойчив. Требований к BMS и грамотному монтажу это не отменяет: небезопасной систему делает не химия, а халтура в сборке.

Что сравнивать в коммерческих предложениях

Предложения на одну и ту же задачу расходятся в цене в разы, и почти всегда разница объясняется не наценкой, а составом.

1. Мощность инвертора в ваттах, а не в вольт-амперах, и отдельно пиковая с временем удержания.
2. Форма выходного напряжения и время переключения на батарею в миллисекундах.
3. Химия ячеек, напряжение шины и ёмкость батареи — и в ампер-часах, и в киловатт-часах.
4. Ресурс в циклах с указанием глубины разряда, при которой он измерен: шесть тысяч циклов при DoD 0,8 и шесть тысяч при DoD 0,5 — разные вещи.
5. Гарантия: срок, ограничение по циклам и критерий отказа. Десять лет гарантии без критерия остаточной ёмкости не означают ничего.
6. Что входит в монтаж и что не входит: щит, автоматика ввода резерва, кабель, пусконаладка.

Что делать дальше

Составьте список приборов, которые обязаны работать без сети, и замерьте их потребление токовыми клещами — отдельно в типовом режиме и отдельно в момент пуска самого тяжёлого двигателя. Найдите в инструкции котла требование к форме напряжения и признак фазозависимости. Определите нужное время автономии по истории отключений за прошлый год. Подберите помещение с плюсовой температурой круглый год.

С этими четырьмя вещами подбор превращается в арифметику по формулам выше, а разговор с поставщиком — в сравнение конфигураций вместо спора о брендах.