Безперебійники дозволяють мінімізувати залежність побутової та комп'ютерної техніки від наявності електричного струму в розетках. При відключеннях світла вони будуть у пригоді для резервного живлення електроприладів. Але перш ніж приступити до розрахунків необхідної ємності акумуляторних батарей в ДБЖ необхідно все ж правильно підібрати саме джерело безперебійного живлення за типом.

Поширені типи джерел безперебійного живлення

Найпростіший різновид «безперебійників» — це резервні ДБЖ, призначені виключно для підстрахування. При різких стрибках напруги та струму в електромережі вони перемикають навантаження на батарею, заряду якої вистачає лише на декілька хвилин. Резервні ДБЖ можуть послужити хорошим рішенням для збереження даних і безпечного вимикання комп'ютера, але не більше.

Спеціально під роутери та ноутбуки випускаються низьковольтні ДБЖ з низьковольтними виходами на 9/12/15/18 В. Їх також активно впроваджують у системи сигналізації, відеоспостереження та контролю доступу.

Підстрахування у мережах з нестабільною напругою забезпечують інтерактивні «безперебійники». Такі пристрої розраховані на короткочасне живлення комп'ютера та супутньої периферії в межах робочого місця (протягом 10-30 хв). Паралельно вони згладжують коливання напруги в електромережі (у межах кількох десятків вольт). Тобто, друге амплуа інтерактивних ДБЖ — робота в якості стабілізаторів напруги. При виході вольтажу за межі робочого діапазону навантаження автоматично перемикається на батарею джерела безперебійного живлення.

Інтерактивні ДБЖ виконують роль як резервного підключення, так і стабілізатора напруги.

Найбільш просунутими по праву вважаються інверторні ДБЖ (online). Їхня робота налагоджена в широкому діапазоні напруги з вирівнюванням вольтажу без стрибків і просідань при перемиканні на навантаження від акумуляторної батареї. ДБЖ online з однаковою потужністю можна підключати паралельно, доукомплектовувати позаштатними акумуляторами. Передові моделі інверторних безперебійників можуть використовуватися для резервного живлення цілих будівель.

Під системи автономного живлення на основі сонячних панелей випускаються гібридні ДБЖ з MPPT-контролером та чистою синусоїдою на виході. Втім, вони сумісні з традиційними електромережами. Такі моделі UPS гарантують максимально точний контроль параметрів роботи та розподілу енергії, що виробляється. Моделі з правильною синусоїдою застосовуються для резервного живлення найбільш чутливої електроніки.

Гібридні ДБЖ із MPPT-контролером добре підходять для використання в системах автономного живлення на основі сонячних панелей.

Найкращу автономність у класі пропонують мобільні зарядні станції. Детально про них розказано в окремому матеріалі «Автономне енергопостачання: що таке портативні зарядні станції?».


Різновиди акумуляторних батарей

У джерелах безперебійного живлення застосовуються такі різновиди акумуляторних батарей:

  • свинцево-кислотні AGM — надійні батареї зі стабільними характеристиками напруги, розраховані приблизно на 400-500 циклів заряду/розряду;
  • мультигелеві — вдосконалена версія AGM-батарей з більш в'язким електролітом; витримує 700-800 циклів заряду/розряду;
  • гелеві GEL — гелеві акумулятори з густим електролітом в желеподібному стані мають тривалий термін експлуатації, високу ємність, широкий діапазон робочих температур і відмінну надійність, проте такі батареї дорожчі і не терплять глибокого розряду; їхній ресурс нерідко перевищує 1000 циклів заряду/розряду;
  • літій-залізно-фосфатні LiFePo4 — найбільш передовий тип акумуляторних батарей, що характеризується високою енергоємністю при компактних розмірах, повною відсутністю «ефекту пам'яті», низьким рівнем саморозряду, стійкістю до великих температурних коливань; витримують акумулятори LiFePo4 понад 7000 циклів заряду/розряду;
  • нікель-кадмієві NiCd — нечасті гості на борту «безперебійників»; попри високу надійність, низький відсоток саморозряду і хороший експлуатаційний ресурс (порядку 1500 циклів заряду/розряду), такі батареї виготовляються з використанням токсичних речовин як наповнювач і мають горезвісний «ефект пам'яті»; їх застосування доцільно у важких умовах довкілля із сильними перепадами температур.
У джерелах безперебійного живлення використовуються різні типи акумуляторних батарей — кожен зі своїми перевагами та недоліками.

Джерела живлення для «безперебійників» служать приблизно 5 років (в ідеальних умовах до 10 років). Зниження заявленого експлуатаційного ресурсу зумовлюється частим та тривалим резервним живленням обладнання аж до повної розрядки батарей, а також впливом на акумулятор температурних коливань та сильних перевантажень.

Принципи розрахунку необхідної потужності підключення

Розрахувати приблизно час автономної роботи підключеного обладнання від ДБЖ не так і складно. Для цього необхідно знати сумарну ємність батарей на борту безперебійника, їх вольтаж і потужність споживачів. Також у розрахунок береться коефіцієнт корисної дії інвертора ДБЖ(з паспорта пристрою або усереднене значення 0.85).

Усі ці показники складаються у формулу наступного виду:

C (Агод) * V (В) * η / P (Вт) = T (годин)

Для кращого розуміння розглянемо розрахунок прогнозованої тривалості роботи підключеної до ДБЖ техніки на реальному прикладі. Припустимо, є «безперебійник» з трьома 12-вольтовими акумуляторами сумарною ємністю 27 Агод (три батареї по 9 Агод). Від ДБЖ живиться домашній ПК, який споживає приблизно 200 Вт*год.

27 Агод * 12 В * 0.85 / 200 Вт = 1.377 години (1 год 23 хв.)

Найчастіше ДБЖ використовуються спільно з персональними комп'ютерами та периферією.

Порахувати можна і трохи інакше. Зокрема, існує формула визначення необхідної ємності акумуляторів під конкретний час роботи устаткування ДБЖ. Виглядає вона так:

T (годинник) * P (Вт) / η / V (В) = С (Агод)

Перевіряємо її на практиці з тими ж умовами з прикладу вище (робота обладнання має забезпечуватися протягом 1 години. 23 хв. (1.377 години)):

1.377 годин * 200 Вт / 0.85 / 12 В = 27 Агод

Трохи складніша ситуація за умови періодичного включення обладнання (наприклад, холодильника). Компресор з потужністю споживання 200 Вт працює приблизно по 2 хвилини з інтервалом через 10 хвилин. Середнє значення його енергоспоживання становить 200 Вт*2 хв. / 10 хвилин. = 40 Вт. Цей показник і слід підставляти в розрахунки передбачуваної тривалості автономної роботи від ДБЖ:

27 Агод * 12 В * 0.85/40 Вт = 6.885 годин (6 годин 53 хв.)

Сил у «безперебійника» з трьома 12-вольтовими акумуляторами по 9 Агод кожен вистачить для забезпечення роботи домашнього ПК протягом 1 години 23 хв. або холодильника протягом майже 7 годин. Аналогічні розрахунки можна зробити для іншої побутової техніки, знаючи рівень споживаної потужності обладнання та характеристики «безперебійника».

Грамотно підібраний ДБЖ допоможе налагодити автономну роботу холодильника протягом кількох годин поспіль.

Спростити завдання покликані калькулятори для прорахунку тривалості роботи ДБЖ від акумуляторних батарей. Знайти їх можна у «Гуглі» та інших пошукових системах.


Живлення ноутбука та роутера від Powerbank

У матеріалі «Як організувати віддалену роботу при відключеннях світла» ми детально висвітлили можливість запитки роутера та ноутбука від Powerbank-акумулятора. А скільки ж у такому разі протримається «на плаву» умовний бездротовий маршрутизатор із параметрами споживаної напруги та струму 9 В/1 А? Давайте прикинемо.

Для підрахунку тривалості автономної роботи роутера скористаємося такою формулою:

W (Вт * год) * η / (V (В) * I (А) = T (годинник)

Місткість акумуляторів повербанка в Вт*год зазвичай вказується на шильдику, а за коефіцієнт корисної дії приймаємо усереднений показник 0.8. У популярної моделі Xiaomi Mi Power Bank 3 20000 показник ємності батарей становить 74 Вт*год. На його прикладі виконуємо обчислення:

74 Вт * год * 0.8 / (9 В * 1 А) = 6.578 годин (6 годин 35 хв.)

Щоб не залишитись при відключеннях світла без інтернету, роутер можна запитати від Powerbank-акумулятора.

Зазначимо, що для коректної запитки роутера від повербанка можуть знадобитися спеціальні кабелі з вбудованими «збільшувачами» напруги або тригерами Quick Charge / Power Delivery. Також ці пристрої випускаються у вигляді окремих рішень з USB-портами підключення. Докладніше про них ми розповіли у вищезгаданій статті «Як організувати віддалену роботу при відключеннях світла».


_____

Пам'ятайте, що безвихідних ситуацій немає. Згладити наслідки віялових та аварійних відключень світла можна завдяки кмітливості та тверезим розрахункам при підборі відповідного обладнання для резервного живлення домашньої та комп'ютерної техніки.