Як порахувати ємність акумулятора для резервного живлення
Формула ємності акумулятора у Вт·год і А·год, глибина розряду, ККД інвертора і струм розряду. Покроковий розрахунок на прикладі будинку з газовим котлом.
Коротко
Ємність = енергія, яку споживуть прилади за час відключення, ÷ (допустима глибина розряду × ККД інвертора 0,9). Для LiFePO4 глибина розряду 90%, для AGM — 50%, тому AGM потрібно майже вдвічі більше. Будинку з газовим котлом, холодильником, роутером, ноутбуком, телевізором і світлом на 8 годин потрібно близько 3,1 кВт·год LiFePO4, тобто 25,6 В на 120 А·год.
Зміст
Три величини, які не варто плутати
- Потужність (Вт) — скільки прилад споживає в кожен момент. Від неї залежить, який потрібен інвертор.
- Енергія (Вт·год або кВт·год) — скільки прилад спожив за час роботи: потужність × години. Від неї залежить ємність акумулятора.
- Заряд (А·год) — так ємність пишуть на корпусі акумулятора. Щоб отримати енергію, А·год множать на напругу.
Акумулятор на 100 А·год при 12,8 В зберігає 1 280 Вт·год, а при 51,2 В — 5 120 Вт·год. Тому порівнювати акумулятори різної напруги «за амперами» не можна, лише за Вт·год.
Формула
Ємність, Вт·год = Σ (середня потужність приладу × години) ÷ (глибина розряду × ККД інвертора)
Розберемо кожен множник.
1. Середня потужність приладів
Номінальна потужність на табличці — це максимум. Більшість приладів працюють з перервами або не на повну:
| Прилад | Номінал, Вт | Частка часу роботи | Середня, Вт |
|---|---|---|---|
| Холодильник | 150 | ≈ 35% | 53 |
| Газовий котел (автоматика і насос) | 120 | ≈ 80% | 96 |
| Ноутбук | 65 | ≈ 70% | 46 |
| Wi-Fi роутер | 12 | 100% | 12 |
| LED-лампа | 10 | 100% | 10 |
Для свого приладу краще взяти реальне споживання з ватметра-розетки: за добу він покаже точну цифру.
2. Години
Беріть найдовше відключення, яке хочете пережити без підзарядки, а не середнє. Якщо графіки — 4 години без світла двічі на добу, а заряджатися між ними акумулятор встигає, розраховуйте на 4 години. Якщо заряд не встигає відновитися — на 8.
3. Глибина розряду
| Тип | Допустима глибина розряду | Що буде при глибшому розряді |
|---|---|---|
| LiFePO4 | 80–90% | BMS відключить АКБ; часті глибокі розряди помірно скорочують ресурс |
| AGM | 50% | Ресурс падає в рази |
| GEL | 50–60% | Ресурс падає, але повільніше, ніж в AGM |
Детальне порівняння — у статті «LiFePO4 чи AGM».
4. ККД інвертора
Інвертор перетворює постійний струм акумулятора на 230 В і втрачає на цьому 8–15% енергії. У розрахунку беремо 0,9.
Приклад: будинок з газовим котлом на 8 годин
Прилади: газовий котел, холодильник, роутер, ноутбук, телевізор, 5 LED-ламп і два телефони на заряджанні.
- Середнє навантаження: котел 96 + холодильник 53 + роутер 12 + ноутбук 46 + телевізор 45 + лампи 50 + телефони 9 ≈ 310 Вт.
- Споживання за 8 годин: 310 × 8 = 2 480 Вт·год.
- Ємність LiFePO4: 2 480 ÷ (0,9 × 0,9) = 3 062 Вт·год. При 25,6 В це 3 062 ÷ 25,6 ≈ 120 А·год.
- Ємність AGM: 2 480 ÷ (0,5 × 0,9) = 5 511 Вт·год. При 24 В — 230 А·год, тобто два ланцюжки по два акумулятори 12 В 120 А·год.
Ту саму систему на 4 і 12 годин:
| Час | LiFePO4 | AGM |
|---|---|---|
| 4 год | 1,5 кВт·год (12,8 В 120 А·год) | 2,8 кВт·год (24 В 115 А·год) |
| 8 год | 3,1 кВт·год (25,6 В 120 А·год) | 5,5 кВт·год (24 В 230 А·год) |
| 12 год | 4,6 кВт·год (25,6 В 180 А·год) | 8,3 кВт·год (24 В 345 А·год) |
Порахувати під свій набір приладів можна в калькуляторі ємності акумулятора.
Перевірте струм розряду
Ємності мало — акумулятор має ще й віддати потрібний струм. Струм з боку акумулятора:
I = потужність інвертора ÷ (напруга × ККД)
Інвертор на 2 000 Вт від системи 12,8 В тягне 2 000 ÷ (12,8 × 0,9) ≈ 174 А. Більшість LiFePO4 на 100 А·год мають BMS на 100 А — вона просто вимкне акумулятор. На 25,6 В струм буде вдвічі меншим, на 51,2 В — вчетверо. Тому для потужних систем обирають 24 або 48 В, навіть якщо ємності вистачає й при 12 В.
Свинцеві акумулятори при великих струмах віддають помітно менше енергії, ніж написано на корпусі (ефект Пейкерта). Для них струм розряду бажано тримати в межах 0,2C — 20 А для акумулятора на 100 А·год.
Потужність інвертора
Інвертор підбирають окремо: сума потужностей усього, що може працювати одночасно, плюс 25% запасу, і з урахуванням пускових струмів двигунів. Холодильник у момент пуску бере в 4–5 разів більше за номінал, насос — у 3 рази. Для прикладу вище потрібен інвертор від 800 Вт.
Як дізнатися реальне споживання
Типові значення з таблиць дають похибку 20–50%. Точніше виміряти самому — це займає добу.
- Ватметр-розетка. Недорогий пристрій вмикається між розеткою і приладом і показує поточну потужність та накопичене споживання. Для холодильника залиште його на 24 години: отримаєте реальні кВт·год за добу з урахуванням циклів компресора. Поділіть на 24 — це і є середня потужність для розрахунку.
- Лічильник квартири. Вимкніть усе, крім приладів, які мають працювати від резерву, і зніміть показники на початку та в кінці 2–3 годин. Різниця, поділена на кількість годин, — середнє навантаження всієї групи.
- Паспорт приладу. Дивіться не лише номінальну потужність, а й «річне споживання» на енергетичній етикетці: холодильник класу A++ часто споживає 200–300 кВт·год на рік, тобто 25–35 Вт у середньому.
| Прилад | Типове споживання за добу |
|---|---|
| Холодильник сучасний | 0,6–1,2 кВт·год |
| Холодильник старий (10+ років) | 1,2–2 кВт·год |
| Газовий котел з насосом | 1,5–2,5 кВт·год |
| Wi-Fi роутер і термінал | 0,3–0,5 кВт·год |
| Ноутбук, 8 годин роботи | 0,3–0,5 кВт·год |
Скільки годин закладати
Тривалість залежить не від середнього відключення, а від найгіршого сценарію, який ви хочете пережити без підзарядки:
- Відключення за графіком з проміжками на заряд (наприклад, 4 години без світла, 4 години зі світлом) — рахуйте на одне відключення, але перевірте, чи встигає акумулятор зарядитися. Час заряду ≈ ємність ÷ потужність заряду: 3 кВт·год при заряді 1 кВт — близько 3–3,5 години з урахуванням втрат.
- Нічні відключення на 8–10 годин — рахуйте на ніч повністю, бо вдень можна дозаряджатися.
- Аварійні відключення на добу і більше — повністю покрити їх акумулятором дорого. Розумніше розрахувати акумулятор на 8–12 годин і мати план Б: генератор чи зарядку від сонячних панелей.
Запас на старіння і холод
Розрахована ємність — мінімум для нового акумулятора за кімнатної температури. На практиці додайте:
- 10–20% на старіння — ємність поступово знижується з кожним циклом і з часом;
- 15–20% для свинцевих АКБ у холодному приміщенні — при 0 °C вони віддають помітно менше.
Для прикладу вище: 3,06 кВт·год × 1,15 ≈ 3,5 кВт·год. На практиці це LiFePO4 25,6 В на 150 А·год або 51,2 В на 70–100 А·год.
Як перевести ємність у реальний комплект
Акумулятори продаються типовими розмірами: 12,8 В на 100, 200, 280 А·год, 25,6 В на 100–200 А·год, модулі 51,2 В на 100 А·год (5,12 кВт·год). Розрахункову ємність округлюють угору до найближчого варіанта або до кількох однакових модулів.
- Паралельно (плюс до плюса) з’єднують акумулятори однакової напруги — ємність додається, напруга не змінюється.
- Послідовно (плюс до мінуса) — напруга додається, ємність лишається тією самою. Так зі свинцевих 12 В збирають 24 і 48 В.
- Поєднують лише однакові акумулятори однієї моделі й близької дати виробництва. Для LiFePO4 перевірте в паспорті, чи дозволяє BMS паралельне й послідовне з’єднання.
Типові помилки
- Рахувати за номінальною потужністю холодильника. Вийде втричі більше, ніж треба, і зайва переплата за акумулятор.
- Порівнювати акумулятори за А·год різної напруги. 100 А·год при 48 В — це вчетверо більше енергії, ніж при 12 В.
- Забувати про ККД інвертора і глибину розряду. Акумулятор сяде на 20–50% раніше.
- Ставити потужний інвертор на 12 В. Великі струми — товсті кабелі, нагрів і спрацювання захисту BMS.
- Не враховувати час заряду. Якщо між відключеннями лише 4 години, зарядний струм має бути достатнім, щоб повністю відновити заряд.
Часті запитання
Чим відрізняються А·год і Вт·год?
А·год показує заряд при певній напрузі, Вт·год — енергію. Щоб перевести, помножте А·год на напругу: 100 А·год при 12,8 В — це 1 280 Вт·год, а 100 А·год при 51,2 В — 5 120 Вт·год. Порівнювати акумулятори різної напруги можна лише у Вт·год.
Чому не можна просто поділити споживання на напругу?
Тоді не врахуєте, що акумулятор не можна розряджати до нуля (для AGM — лише до половини) і що інвертор втрачає близько 10% енергії на перетворення. Без цих поправок акумулятор сяде на 20–50% раніше, ніж розраховано.
Скільки треба запасу на старіння акумулятора?
За кілька років ємність падає на 10–20%. Якщо систему купуєте на 5+ років, додайте 15–20% до розрахункової ємності або закладіть можливість додати модуль пізніше.
Чи впливає холод на ємність?
Так. Свинцеві акумулятори при 0 °C віддають на 15–20% менше енергії. LiFePO4 при мінусовій температурі не можна заряджати без підігріву, тому їх ставлять у приміщенні.
Що важливіше — ємність чи потужність інвертора?
Це різні речі. Ємність визначає, як довго працюватимуть прилади, потужність інвертора — які прилади можна ввімкнути одночасно. Помилка в будь-якому з двох параметрів зробить систему непридатною.