Готуємося до сезону блекаутів 2024–2025. Гайд з ДБЖ, акумуляторів і зарядних станцій

Привіт! Мене звати Арсеній, я працюю на позиції DevOps Engineer з 2013-го, а загалом в IT-сфері — майже 20 років. Свій блог RTFM веду ще з 2011-го, а от на DOU пишу вперше.

Оскільки дуже не вистачало матеріалу, де було б зібрано більш-менш усе про підготовку до блекаутів, то вирішив сам написати такий і поділитися з іншими. Над першою публікацією на цю тему я почав працювати ще у 2022-му, коли довелося розбиратися з електрикою і тим, як забезпечити електрохарчування вдома під час відключень. Наступний текст почав писати посеред осені 2023 року, коли готувався до зими. Утім, тоді я його не завершив, та й минулося без відключень. Тема знову стала актуальною влітку 2024-го, тож є сенс до неї повернутися.

Відразу хочу нагадати, що я не електрик, а звичайний айтівець. І цей матеріал не є вичерпною інструкцією з точними рекомендаціями, що вибрати та як налаштувати, а дає загальну інформацію з основних питань.

Note: чому «електрохарчування», а не «електроживлення»? Див. визначення «електрохарчування».

Зміст:

1. Розбираємось, що таке вольти, ампери, вати.
2. Рахуємо потужність електроприладів удома та визначаємо необхідний запас енергії
3. Розглядаємо різні варіанти енергозабезпечення: зарядні станції, акумулятори, ДБЖ.
4. ДБЖ та інвертори: на що звертати увагу під час вибору і як правильно користуватися
5. Акумулятори: на що звертати увагу під час вибору і як правильно користуватися
6. То як зробити вибір? І ще трохи про розетки
7. Підбиваємо підсумки щодо всіх досупних варіантів
8. Бонус: кілька слів про павербанки

Вольти, вати, ампери

Передусім пригадаємо базову інформацію:

• Вольти: напруга — по суті схожа з величиною тиску води в трубі: що вищий він, то з більшою силою тече вода з крана, тобто з якою силою електрони штовхаються через провідник. Позначається як В або V.
• Ампер: сила струму — можна порівняти з об’ємом води, що протікає через трубу за одиницю часу, або з кількістю даних (наприклад, пакетів або бітів), що передається через мережевий канал за одиницю часу. В цьому випадку ампери визначають, скільки електричних зарядів проходить через провідник за певний проміжок. Позначається як А.
• Ват: потужність — можна порівняти з кількістю води в літрах, яка виллється з крана. Позначається як Вт або W.

Наприклад, якщо знаємо, що батареї EcoFlow працюють на 50 В, а споживана потужність під час зарядки — 2000 Вт, то отримуємо силу струму зарядки 2000/50 = 40 А. Або навпаки: якщо зарядний пристрій працює на 12 В і видає 10 А сили струму, то він передає 120 Вт, а якщо 24 В на тих же ж 10 А, то вже 240 Вт. Детальніше про це поговоримо далі.

Ще одне гарне пояснення побачив колись у коментарях на ютубі:

• напруга: ширина річки;
• сила струму: швидкість течії води в річці.

Тому одну і ту ж потужність може дати й широка ріка (висока напруга, вольти) з повільною течією (слабкий струм, ампери), і вузька річка (низька напруга, вольти) зі швидкою течією (сильний струм, ампери). Що швидша й ширша ріка, то більше води (ватів) тече за одиницю часу.

Тобто:

• Напруга (V) — ширина річки: широка річка може передати більше води за тої ж швидкості течії (сили струму):
  • хоча ширина річки тут не дуже вдала аналогія, бо напруга (у вольтах) описує різницю електричних потенціалів, що штовхає електрони через провідник, подібно до того, як різниця висот штовхає воду вниз по річці.
• Сила струму (A) — швидкість течії води в річці:
  • умовна річка завширшки 10 метрів за швидкості течії 10 м/с передає 100 кубометрів води за секунду;
  • умовна річка завширшки 100 метрів за швидкості течії 1 м/с також передає 100 кубометрів води за секунду.
• Потужність (W) — кількість води за одиницю часу: потужність визначається як кількість енергії, переданої (або спожитої) за одиницю часу. І в цій аналогії це кількість води, що протікає через річку за певний проміжок часу (наші 100 кубометрів за секунду).

Потужність можна отримати за допомогою формули P=V×I, де P — потужність у ватах, V — напруга у вольтах, а I — сила струму в амперах.

Трохи детальніше про це можна почитати в матеріалі «Підготовка до зими 2023–2024: електрохарчування».

Рахуємо потужність приладів удома

Щоб мати уявлення про потужність різних приладів, можна ознайомитися з табличкою:

Приладів на кшталт пральної машини або кавоварки до уваги не братимемо: навряд чи під час знеструмлень ви будете живити їх від батарей. Розглянемо лише ті, що мають працювати постійно, тобто телевізор, ігрову приставку або ігровий ПК — пропускаємо.

В моєму випадку це:

• холодильник: 80 Вт (маємо на увазі пусковий струм до х10 від номінального — про це поговоримо, коли будемо розглядати інвертори та ДБЖ);
• газовий котел для опалення й гарячої води для душу / кухні (у нашому ЖК свої свердловини, насоси та генератори для них): 130 Вт (і теж має пусковий струм, хоча тут, мабуть, трохи менше, бо нема компресора, як у холодильнику, — тільки двигун насоса);
• і «куточок користувача»:
  • настільна лампа: 8 Вт;
  • колонки: 10 Вт;
  • роутер: 18 Вт;
  • медіаконвертер (оптика => ethernet): 12 Вт;
  • монітор: 40 Вт;
  • ноутбук: 60 Вт.

Заміряти потужність можна ватметром. Наприклад, такий показник у мого холодильника:

Утім, холодильник і котел працюють не постійно, а вмикаються та вимикаються за потреби, коли змінюється температура. Сукупно вони споживають ~210 Вт. Припустимо, що холодильник і котел працюють 50% часу (умовно кажучи, годину через годину). Значить, у розрахунок беремо 100 Вт-год.

Тепер додаємо решту, тобто «куточок користувача», — і маємо ще ~150 Вт-год. Загалом це 250 Вт-год.

Тепер можемо розрахувати необхідний добовий запас:

• холодильник і котел: працюють цілодобово, по 100 Вт-год — на добу потрібен запас у 2400 Вт-год;
• «куточок користувача»: прилади працюють умовні 14 год/добу, по 150 Вт-год — на добу потрібен запас у 2100 Вт-год.

Тобто разом необхідний добовий запас енергії становить 4500 Вт-год. Хоча взимку 2022/2023, коли найдовший блекаут тривав три доби, я обходився без холодильника: м’ясо з морозильника вивішував у пакеті за вікном.

Тепер можна поговорити про те, як цей запас отримувати та зберігати.

Варіанти енергозабезпечення: зарядні станції, акумулятори, ДБЖ

Тут маємо вибір на всі смаки:

• зарядні станції типу EcoFlow / Bluetti: найкращий варіант з погляду безпеки та обслуговування, бо «it just works», але водночас і найдорожчий;
• саморобні станції від майстрів: дешевші від EcoFlow та прості в обслуговуванні; утім, є ризики, що китайське начиння вийде з ладу і станція перестане працювати, можливі проблеми з батареями (навіть пожежа);
• джерела безперебійного живлення (ДБЖ) та акумулятори: складніший варіант з погляду збирання самої системи; якщо порівнювати з EcoFlow — дешевший, проте небезпечніший (при цьому безпечніший за саморобні станції);
• окремо зарядне, інвертор та акумулятори: найскладніший у збиранні системи і її обслуговуванні та найнебезпечніший у разі порушення правил використання.

Про сонячні батареї та генератори писати не буду, оскільки живу у квартирі: генератор на балконі ставити не можна, а вішати сонячні батареї не дуже ефективно (вікна виходять на захід), особливо взимку. Також постає питання їхнього монтажу: непросто ні знайти майстра, ні самому з цим впоратися.

Найбільший ризик використання всіх цих приладів — пожежа. І його треба враховувати, адже в новинах неодноразово чуємо про випадки вибухів на балконах. Тому я ще у 2022-му купив два вогнегасники — як то кажуть, від гріха подалі:

Окрім того, хочу зробити з Adruino датчики тепла (щоб міряти температуру на балконі, де стоять зарядні станції та акумулятори, і температуру самих акумуляторів) та датчик диму. Однак можна просто купити готові рішення від того ж Ajax Systems.

Тепер розберімо ці системи детальніше.

Зарядні станції EcoFlow, Bluetti, etc.

Раніше я цих станцій не розглядав, бо просто не мав їх :-) Але цього року придбав-таки EcoFlow DELTA Max 2000 (2016 Вт-год). Обійшлася вона мені в ~59 тис. грн, і я вважаю це вдалою покупкою.

В мене Li-ion-батареї, а аналогічна станція з LiFePo4 буде коштувати близько 100 тис. грн (за нинішнього курсу долара ~40 грн). Про батареї будемо говорити окремо і детальніше далі, але загалом LiFePo4 варті своїх грошей.

Коли я переконував себе в резонності купівлі станції, то думав: «Ти собі на день народження подарував Samsung S23 Ultra за 50 тис. грн. І це просто телефон, а тут питання нормального функціювання!».

Звісно, гроші немалі, але така покупка виправдана: вмикаєте станцію і спокійно собі живете.

Проте EcoFlow має багато метрик, з якими ми можемо зробити крутий моніторинг з алертами — див. «EcoFlow: моніторинг з Prometheus та Grafana».

Щодо шумності: EcoFlow DELTA Max доволі голосно працює і вмикає кулери як під час зарядки, так і під час використання. Спати з такою станцією в одній кімнаті буде незручно (та й навряд чи можливо). Тому, якщо у вас однокімнатна квартира-студія, треба або вимикати станцію на ніч, або ставити десь у комірчину чи на балкон. А враховуючи відносну пожежобезпечність такого приладу, хороший варіант тримати його десь там.

Також треба стежити за температурою, особливо якщо балкон на сонячному боці. Моя зарядна станція іноді нагрівається до +45 °C і починає видавати попередження — доводиться ставити вентилятор. Інше рішення — захистити вікна балкона сонцезахисною плівкою.

Мобільний застосунок для EcoFlow виглядає ось так: поточні підключення (ігровий ПК, монітор, роутер, колонки), налаштування девайса та екран під час зарядки (видає спочатку 2000 Вт, а потім зменшується сила струму на батареї та, відповідно, споживана потужність).

EcoFlow: рекомендації з використання

Кілька порад, як використовувати EcoFlow, які актуальні й для інших аналогічних девайсів.

Треба мати на увазі, що деградація батарей — це зменшення їхньої ємності. 800 циклів у документації EcoFlow — це зменшення ємності до 80% від початкової, а не повністю вихід з ладу. До того ж зараз легко замінити батареї на нові.

Мінімальний та максимальний рівень заряду

Є сенс виставити обмеження на мінімальний та максимальний рівень заряду: 20% — мінімум, 90% — максимум. В такому випадку станція не буде повністю висаджувати батареї, що недобре для приладів, і не заряджатиме їх до кінця. Хоча я впевнений, що контролер самої станції і так має потрібні ліміти, але зайвим не буде.

Не тримати постійно на зарядці

Друге, що я роблю, — це не тримаю її на зарядці постійно, бо за документацією вона розрахована на 800 циклів заряду / розряду (це для Li-ion-батарей, для LiFePo4 — 3000 циклів). Звичайно, доводиться робити додаткові рухи з розетками й подовжувачами, коли вимикають чи вмикають світло. Проте так станція проживе довше: світло вимикається кілька разів на добу, і кілька разів на добу вмикається зарядка батарей.

Хоча просто тримати її ввімкненою зручно, бо станція вміє працювати як UPS: коли в мережі є енергія, станція живить прилади від мережі, а як у мережі пропадає — перемикається на батареї.

Не перенавантажувати станцію

Ну і, звісно, не можна перенавантажувати станцію. В неї заявлена видача 2000 Вт, є режим X Boost до 4600 Вт. Тож не варто підключати пральну машинку, кавоварку і чайник одночасно.

Вимикати інвертор

Ще майте на увазі, що вбудований інвертор станції (взагалі будь-який інвертор) також споживає енергію — близько 20–30 Вт на годину, навіть якщо не під’єднані жодні прилади. Тобто він «з’їсть» ~500 Вт запасу за добу. Тому можете або вимикати AC вручну, або налаштувати автовимкнення (дефолт — 12 годин).

Наприклад, з увімкненим AC та при заряді 34% станція видає один день роботи (без приладів), а з вимкненим — 99 год:

Зменшувати швидкість зарядки

Можна зменшити максимальне навантаження станції під час зарядки батарей (у моїй це 2000 Вт-год). Щоб увімкнути опцію власного налаштування, на задній панелі треба переключити Fast — Slow / Custom:

Відтак у мобільному застосунку стане доступним налаштування AC charge speed:

Це зменшить струм заряду, і батареї почуватимуться краще.

Саморобні зарядні станції від «умільців»

Не можу твердо рекомендувати такий варіант, бо в ньому занадто багато залежить від щасливого випадку: як поталанить з руками майстра, чи якісні компоненти тощо.

Але загалом варіант робочий, і в мене одне таке чудо є:

Заявлені ті ж самі 2000 Вт-год, але реально вдається накопичити близько 1300 Вт-год — тестував якраз на ігровому ПК, який споживає ~300 Вт і працює близько чотирьох годин.

Всередині вона виглядає так:

Синя плата справа — це BMS (Battery Management System). Вона контролює рівень заряду / розряду акумуляторних батарей і додатково може захищати від замикань, перенавантажень тощо.

ДБЖ та зовнішні акумулятори

Ще один варіант — купити окремо акумулятор і до нього ДБЖ.

Наприклад, у мене є ось такий комплект:

Тут ДБЖ CyberPower CPS1000E та AGM-акумулятор на 72 А-год. Про типи і ємність акумуляторів теж будемо говорити далі.

Цей сетап — більш резервний. Придбав ще у 2022-му, коли особливого вибору не було і скуповували все, що з’являлося.

Окремо зарядне, інвертор та акумулятори

У мене такого немає, але в телеграм-чаті RTFM після публікації першого матеріалу власник цієї системи надіслав фотографії: стоїть акумулятор, окремо до нього під’єднане зарядне й окремо — інвертор.

Ось фото з чату в телеграмі інвертора і зарядного пристрою:

На мою думку, рішення таке собі, бо надто багато мороки.

Висновки

Якщо обирати рішення для дому і є гроші, то найкращим варіантом будуть станції на кшталт EcoFlow.

Другий варіант — це ДБЖ + зовнішні акумулятори. Він дешевший, але має недоліки у швидкості зарядки й компактності.

Варіант із саморобними зарядними станціями з OLX особисто я не можу рекомендувати: віри в надійність і безпеку мало. Хоча так, сам удома таку станцію тримаю, але купував, бо на той час не було грошей, заощаджував, а викинути тепер жаль. Проте запас біди не чинить.

Ну, і щоб «мати все окремо», треба бути або дуже тямущою людиною, аби все зібрати самому, або мати надійних людей / компанії, які таку систему можуть це зробити замість вас. Втім, це все одно доволі заморочливо в плані обслуговування.

ДБЖ та інвертори

Окремо варто поговорити про різницю між ДБЖ й інверторами та як їх вибирати.

Отже, ДБЖ — це олінклюзив-система: в одному корпусі ви маєте й зарядний пристрій для акумуляторів, й інвертор. Зарядний пристрій, власне, заряджає батареї, а інвертор — «розряджає», тобто передає струм з них на побутові прилади, за потреби збільшуючи його до звичних 220 В і перетворюючи з постійного на змінний.

Інвертор же — це тільки перетворення постійного струму 12 В з акумулятора на 220 В змінного струму, і нічого більше. Хіба що якийсь додатковий захист від замикань, перенавантажень тощо.

І не забуваймо, що будь-який інвертор, навіть в EcoFlow, частину енергії витрачає на перетворення струму — приблизно 15%. Тобто якщо батарея на 1000 Вт-год, то реальної ємності буде 850 Вт-год.

Вибір ДБЖ / інвертора

Під час вибору ДБЖ треба звертати увагу на три основні параметри: вихідна та зарядна потужність і синусоїда.

Вихідна потужність ДБЖ та інверторів

Як ми вже порахували, загальне споживання в мене вдома — 250 Вт-год, тож мінімально ДБЖ має бути з подвійним запасом, тобто 500 Вт. Мій CyberPower CPS1000E видає до 700 Вт, а EcoFlow — до 2000 Вт.

Водночас треба враховувати нюанс із системами на кшталт холодильника, у яких дуже високе споживання під час старту двигуна / компресора — від 800 до 1500 Вт. Тому від CyberPower його захарчувати не вийде, бо або спрацює захист і ДБЖ вимкнеться, або захист не спрацює і ДБЖ згорить.

Вольт-ампери та вати

Потужність ДБЖ часто вказують у вольт-амперах (ВА, також позначається як «повна потужність»), а споживану потужність приладів — зазвичай у ватах («активна потужність»). У такому випадку, щоб перевести потужність у вольт-амперах у вати, вольт-ампери множимо на коефіцієнт потужності приладу. Зазвичай це 0,6–0,9, але він має бути вказаний у документації приладу. Можна просто брати середнє значення — 0,85.

Зарядна потужність ДБЖ

Це дуже важлива тема, про яку поговоримо далі. Згадайте зиму 2022/2023, коли світло іноді вмикали по кілька годин на добу, і за цей час потрібно було повністю зарядити свої акумулятори.

При цьому є нюанс і з самими акумуляторами, які не дуже люблять високий струм. І якщо заряджати якийсь AGM щодня по кілька разів на 10 А, то він вам не подякує. Розглянемо це питання далі.

Типи ДБЖ

ДБЖ поділяються на різні типи залежно від своїх завдань:

• резервні ДБЖ (Off-Line, Standby): найпростіші, призначені виключно для підстрахування на кілька хвилин. Поки світло є, живлення передається напряму з мережі й паралельно заряджаються акумулятори. Коли вмикається напруга в мережі, то вмикається живлення від акумуляторів;
• лінійно-інтерактивні (Line-Interactive): поки в мережі є напруга, то передають її на прилади й паралельно згладжують коливання напруги в електромережі, тобто працюють як стабілізатори напруги. У разі вимкнень світла або перепадів напруги — перемикаються на роботу від батарей;
• інверторні, або ДБЖ безперервної дії (Online): найбільш просунуті системи, які постійно перетворюють струм з мережі на постійний струм, вирівнюють будь-які коливання, перетворюють назад на змінний, а потім передають на прилади.

Форма вихідної напруги

ДБЖ можуть видавати чисту або модифіковану синусоїду змінного струму, і деякі прилади вимагають саме чистої (як-от двигун холодильника, газовий котел або медична апаратура).

Це дуже важлива характеристика ДБЖ, яку треба мати на увазі.

Раджу почитати непоганий матеріал на цю й інші теми з ДБЖ: «Що потрібно знати про джерела безперебійного живлення (ДБЖ)».

Рекомендації щодо використання інверторів

Коротко про те, як правильно використовувати інвертори:

• ввімкнення:
  • у вимкненому стані інвертор під’єднуємо до батареї;
  • вмикаємо інвертор, чекаємо, поки він «заведеться»;
  • під’єднуємо прилади;
• вимкнення:
  • відключаємо прилади;
  • вимикаємо інвертор;
  • відключаємо від батареї.

Акумулятори

Тема широка, однак спробуємо стисло про неї поговорити.

Отже, під час вибору акумулятора треба мати на увазі:

• тип: кислотні, AGM, гелеві, LiFePo4 — вибір великий і важливий;
• ємність: як правильно розрахувати, наскільки вам вистачить акумулятора;
• швидкість заряду: як вибрати, знов-таки, тип акумулятора і ДБЖ для нього.

Типи акумуляторів

Окрім описаних нижче, є і звичайні свинцево-кислотні акумулятори (тягові або стартові — для старту двигуна авто), які також називають автомобільними. Можуть виділяти водень і кисень, а тому пожежонебезпечні, і для дому їх точно використовувати не варто.

Основні характеристики акумуляторів:

• кількість циклів заряду-розряду: що більше відбулося циклів перезарядки, то далі деградує (батарея втрачає ємність);
• рівень саморозряду: як швидко акумулятор розряджається без під’єднаних приладів;
• стійкість до глибокого розряду: наскільки деградує батарея під час розряду до мінімальних значень;
• стійкість до перезаряду:
  • здатність акумулятора не перегріватися в разі надмірної зарядки, що впливає на його перегрів і може призвести до займання або вибуху;
  • рівень деградації батареї під час зарядки високим струмом, особливо під час завершення зарядки;
• температурний режим: допустима / комфортна температура навколишнього середовища;
• чутливість до зарядного пристрою: різні типи акумуляторів мають різні характеристики процесу заряджання, і ДБЖ має це враховувати;
• вартість;
• ефект пам’яті: втрата ємності акумулятора під час неповного розряду перед наступною зарядкою;
• швидкість зарядки: залежить від максимальної сили струму і типу акумулятора.

AGM-акумулятори

Акумулятори AGM (Absorbent Glass Mat) також є свинцево-кислотними, але електроліт усередині перебуває в абсорбованому стані, тому вони герметичні і їх можна встановлювати в будь-яке положення, окрім догори дриґом.

Гелеві та мультигелеві акумулятори

Подібні до AGM, але як електроліт використано гель.

LiFePO4

Нове покоління акумуляторів — літій-залізо-фосфатні. Також герметичні, зокрема їх використовують в електромобілях.

Інші типи літій-іонних акумуляторів

Окрім LiFePO4, є й інші типи літій-іонних акумуляторів:

• Li-ion (літій-кобальт оксид, LiCoO2): найпоширеніший тип, використовують у смартфонах, ноутбуках;
• LiMn2O4 (літій-марганець оксид): використовують в електроінструментах, медичному обладнанні;
• NMC (літій-нікель-марганець-кобальт): поширений в електромобілях та портативній електроніці;
• NCA (літій-нікель-кобальт-алюміній): використовують в електромобілях Tesla та деяких портативних пристроях.

Висновки

• свинцево-кислотні AGM: надійні, доступна ціна, хороший вибір для більшості домашніх систем;
• гелеві акумулятори: хороший варіант там, де необхідна глибока розрядка та довготривала робота без підзарядки; підходять для систем із частими й довгими відключеннями електроенергії;
• LiFePO4: усе «най-» — найдовший термін служби, найшвидша зарядка, найкраща безпечність.

Рекомендації щодо експлуатації акумуляторів

• правильна зарядка:
  • використовуйте зарядні пристрої, призначені для конкретного типу акумулятора;
  • уникайте перезаряду, особливо для свинцево-кислотних акумуляторів;
  • для літій-іонних акумуляторів підтримуйте рівень заряду між 20% і 80%;
• температурний режим: зберігайте й експлуатуйте акумулятори в рекомендованому температурному діапазоні, особливо якщо акумулятори десь на балконі, який влітку нагрівається від сонця;
• глибина розряду:
  • для свинцево-кислотних акумуляторів уникайте глибокого розряду (нижче ніж 50%);
  • LiFePO4-акумулятори ліпше переносять глибокий розряд, але краще не розряджати нижче ніж 20%;
• регулярне використання: періодично використовуйте акумулятори, не залишайте їх повністю зарядженими або розрядженими на тривалий час;
• зберігання: за тривалого зберігання підтримуйте частковий заряд (40–60%).

Рівень розряду акумулятора та його ємність

Важливий момент, який треба враховувати під час розрахунків: розряджати акумулятор бажано максимум до 30–40% його ємності. Утім, це дуже залежить від типу: гелеві цього не люблять, AGM трохи легше переживає глибокий розряд, а LiFePO4 — краще за інших.

Порахуймо, скільки реальної (або корисної) ємності буде в акумуляторі.

Наприклад, маємо AGM 12 В на 100 А-год — отримуємо 1200 Вт-год повної ємності. Від цих 1200 Вт-год віднімаємо хоча б 30% заряду, який потрібно залишати, аби батареї в акумуляторі почувалися краще, — і вже маємо 800 Вт-год. Додатково від цих 800 Вт-год віднімаємо втрати на роботу інвертора — це близько 15%. У залишку корисної, або реальної, ємності — 680 Вт-год.

За цим треба або стежити самому (якщо використовуємо схему з окремим інвертором + зарядне + акумулятор), або сам ДБЖ має відключатись автоматично за низького заряду батареї (і буде добре, якщо ДБЖ досить інтелектуальний, щоби враховувати тип акумулятора).

Зарядка акумуляторів та важливість вибору правильного ДБЖ

Отже, від типу акумулятора дуже залежить те, як він має заряджатись.

Ось корисне відео на цю тему: «Чи можна заряджати LiFePo4-акуми автомобільними зарядками?»

Ще один важливий нюанс під час вибору акумулятора та ДБЖ — це тривалість зарядки.

Час заряду залежить від:

• типу акумулятора: різні типи мають різний рівень швидкості зарядки, і в LiFePo4 — найшвидша зарядка;
• максимальний / рекомендований струм заряду:
  • свинцево-кислотні AGM, мультигель та гель мають рекомендований рівень 0,1С (1/10 ємності). Тобто акумулятор 100 А-год можна заряджати максимум на 10 А — у такому випадку повний цикл зарядки займе 10 годин;
  • LiFePo4 можна заряджати на струмі 0,5—1С, тобто акумулятор на 100 А-год можна заряджати струмом від 50 А, і повний цикл зарядки займе дві години.

У разі перевищення струму заряду батарея може перегрітись і вибухнути (проте вас покажуть по телевізору).

На струм заряду здатна впливати вбудована плата BMS, про яку згадували вище, бо вона може мати власні обмеження. Втім, не варто покладатися тільки на неї (тим паче її може і не бути), а читати документацію до ДБЖ та акумулятора.

Схеми підключення акумуляторів

Див. «Паралельне та послідовне з’єднання АКБ».

Паралельне підключення

Позначається на акумуляторах як P (paralel).

За цього типу підключення всі плюси та всі мінуси батарей підключаються до плюса на ДБЖ. У такому випадку загальна ємність сумується, але напруга лишається тою самою:

Тобто отримаємо 200 А-год і 12 В.

Дозволяє використовувати акумулятори з різною ємністю, але це може призвести до нерівномірного розряду акумуляторів.

Послідовне підключення

Позначається на акумуляторах як S (serial).

За такого підключення мінус одного акумулятора підключається до плюса наступного. У підсумку ємність залишається такою ж, але їхня напруга сумується:

12 вольтів vs 24 вольти: а для чого?

Схема підключення залежить від того, який ДБЖ ви використовуєте. Бо ДБЖ на 12 В не видасть високої потужності. 1000–2000 Вт потужності для таких ДБЖ, мабуть, максимум.

Наприклад, у нас є кавоварка, яка працює з напругою 220 В і споживає 1000 Вт-год. Також маємо інвертор, до якого під’єднано акумулятор на 12 В.

В такому випадку, аби забезпечити необхідну потужність 1000 Вт від інвертора до кавоварки, нам потрібна сила струму у 1000 Вт / 220 В = 4,54 А. Але сила струму від акумулятора до інвертора вже становитиме 1000 Вт / 12 В, тобто 83 А. Відповідно, це великі втрати на передачу енергії, і потрібні товстіші кабелі. А за використання інвертора на 24 В це було б 41,6 А.

Це дуже грубий приклад, але основна ідея така.

То що в результаті? І трохи про розетки

Отже, якщо повернутися до початку цього тексту:

• у нас є 4500 Вт-год на добу споживання;
• ми хочемо зарядити акумулятори за умовні дві години.

Чому дві години? Бо, по-перше, говорять, що цієї зими за найгіршого сценарію ми матимемо світло лише чотири години на добу. Але станемо на трошки песимістами й припустимо, що його буде вдвічі менше. По-друге, EcoFlow свої 2 кВт-год заряджає менш ніж за дві години, і хочеться побудувати щось хоча б приблизно таке саме.

Що ми можемо зробити, аби забезпечити себе хоча б на добу? Перший варіант: купити пару EcoFlow. Дорого, але надійно. І варіант другий: купувати ДБЖ та акумулятори. З урахуванням специфіки різних типів АКБ, якщо ми хочемо заряджати швидко, то нам потрібні LiFePo4.

4500 Вт-год запасу — це 375 А-год при 12 В, тобто два акумулятори по 200 А-год. І це якщо рахувати тільки повну ємність, без утрат на перетворення і «залишковий запас» акумулятора, аби не розряджати його повністю. А щоб зарядити їх за дві години, нам потрібне ДБЖ / зарядне, що видаватиме 100 А! І таке зарядне необхідне на кожен акумулятор окремо!

Звісно, це можна реалізувати, але мені схожі зарядні пристрої не траплялися. До того ж, аби витримати таку силу струму, знадобляться ну дуже товсті кабелі. Тому єдине, що можна зробити, — це під’єднати акумулятори послідовно, аби мати напругу 24 В (в EcoFlow, наприклад, батареї працюють на 48 В — якраз для того, щоб знизити необхідну силу струму). А коли маємо 24 В, то можемо заряджати їх при струмі 50 А — це вже реальніше, і такі зарядні пристрої знайти можна.

Тоді будемо мати 50 А * 24 В = 1200 Вт потужності, а повна зарядка акумуляторів займе приблизно чотири години. А насправді навіть більше, бо «профіль зарядки» виглядає нерівномірно. Див. ось цей момент у відео — там малюють графіки заряду.

У такому разі, якщо ми ставимо ліміт 50 А, у нас є два варіанти:

• зарядне на 50 А + два акумулятори по 200 А-год послідовно: отримуємо ~2000 Вт-год, зарядка чотири години;
• зарядне на 50 А + два акумулятори по 100 А-год послідовно: отримуємо ~1000 Вт-год, зарядка дві години.

Й аби забезпечити свої 4500 Вт-год запасу на добу, нам потрібно:

• два комплекти з двома акумуляторами по 200 А-год, які будуть заряджатися чотири години

або

• чотири комплекти з двома акумуляторами по 100 А-год, які будуть заряджатися дві години.

Але навіть якщо ми підемо на збірку чотирьох комплектів, нам їх потрібно заряджати одночасно! А маючи 1200 Вт потужності через розетку, на зарядку одного такого блоку батарей у розетці будемо мати 1200 / 220 = 5,4 А. В принципі, це нормально, адже стандартно розетки розраховані на 16 А максимум, що треба мати на увазі.

Тобто в одну розетку ми можемо максимум одночасно увімкнути два комплекти — сила струму через розетку сягатиме близько 10 А.

А вмикати одночасно два EcoFlow в один блок розеток або навіть в одній кімнаті все ж не варто: один EcoFlow під час зарядки споживає до 2000 Вт, тобто 9 А з розетки, до якої він під’єднаний.

Такі розрахунки приблизні, але на них можна орієнтуватися.

Підсумки та варіанти

Тепер порахуємо вартість варіантів на ~2000 Вт-год (пам’ятаємо, що ми нарахували необхідний добовий запас 4500 Вт-год).

Строк служби далі — доволі умовна одиниця, бо батарея не вмре повністю, а просто втратить частину своєї ємності.

EcoFlow на 2000 Вт-год з Li-ion-батареями

• ціна: ~60 тис. грн;
• строк служби: враховуючи заявлені 800 циклів заряду, в умовах щоденних відключень електрики пропрацює близько двох-трьох років;
• плюси:
  • просто працює;
  • компактний, можна перенести;
  • швидко заряджається;
• мінуси: ціна.

Якщо ж брати відразу з LiFePo4-батареями (нагадаю: близько 100 тис. грн на сьогодні), то це гарантовано п’ять і більше років роботи.

Або за 105 тис. грн узагалі відразу взяти EcoFlow DELTA Pro на 3600 Вт-год з тими ж LiFePo4.

Ну і не EcoFlow єдиним — подібних рішень багато.

ДБЖ із зовнішнім LiFePo4-акумулятором на 200 А-год (~2000 Вт-год)

Непоганий варіант, але не транспортабельний і може вийти не набагато дешевше за EcoFlow. Втім, імовірно, прослужить довше за EcoFlow з Li-ion:

• ціна:
  • ДБЖ: 10–15 тис. грн;
  • акумулятор: від 35 до 50 тис. грн;
• строк служби: враховуючи ~3 тисячі циклів заряду, за щоденних відключень електрики пропрацює близько чотирьох-п’яти років;
• плюси:
  • трохи дешевший за EcoFlow;
  • швидко заряджається, якщо правильно підібрано зарядний пристрій;
  • достатньо надійно і безпечно;
• мінуси:
  • швидкість заряду: залежить від зарядного, але навряд чи вам вдасться «залити» його повністю за дві-три години, навіть використовуючи LiFePo4 (можна взяти менші за ємністю акумулятори в більшій кількості, але це вплине на загальну вартість системи);
  • не можна просто так перенести в інше приміщення;
  • потребує додаткових знань, додаткового обслуговування, моніторингу, обережності.

Можна замість LiFePo4 взяти AGM-акумулятори — вийде в кілька разів дешевше, але і заряджатимуться вони в кілька разів довше, і служитимуть у кілька разів менше.

Приклад ДБЖ — LPE-B-PSW-1500VA+, акумулятора — Kepworth LiFePO4 12V/200AH.

Зарядні станції від «майстрів» на 2000 Вт-год

Найбільш небезпечний, проте найбюджетніший варіант:

• ціна: від 20–25 тис. грн;
• строк служби: можна розраховувати на один-два роки, але навряд чи більше (й актуальніше питання — скільки така станція пропрацює взагалі, а не втрата ємності батареї);
• плюси:
  • компактні, можна перенести;
  • швидко заряджаються;
• мінуси:
  • надійність — можуть зламатися в будь-який момент;
  • безпека і пожежонебезпечність: порівняно з EcoFlow або ДБЖ з LiFePo4-акумулятором — доволі (дуже?) небезпечне рішення;
  • шумні.

І про павербанки

Ну й не забуваймо про павербанки. Це мій запас ще з минулого року:

Тут:

• дві зарядні станції Kseni по 160 000 мА-год (до них інвертор на 500 Вт);
• два павербанки FutureSolar по 160 000 мА-год (до них два інвертори на 150 Вт кожен — телевізор від них працює без проблем);
• один павербанк ChinaNoName на 60 000 мА-год;
• два павербанки ChinaNoName по 50 000 мА-год;
• два павербанки Baseus по 30 000 мА-год;
• два павербанки Xiomi по 20 000 мА-год.

Живити через інвертор від павербанків усякі ноутбуки / монітори / світильники можна спокійно, а от холодильник і котел — тільки від ДБЖ / EcoFlow. Втім, пам’ятаємо, що сам інвертор з’їдатиме частину енергії (хоча ноутбук можна під’єднувати напряму, якщо потужність павербанка дозволяє).

Як рахувати ємність павербанка

Ємність на всіх банках вказують з розрахунком на 3,7 В, але по факту на виході більшість видає 5 В. Якщо через автомобільний прикурювач, то там 12 В:

Формула для визначення ємності така: мА-год * В / 1000.

Отож рахуємо:

• павербанк з 60 000 мА-год номінальної ємності при 3,7 В — це 222 Вт-год;
• той самий павербанк при 5 В на виході — це вже 222 (Вт-год) / 5 (В) = 44 400 мА-год;
• він же, живлячи інвертор на 12 В, — 18 500 мА-год.

Див. How many times can I recharge a cell phone with a power bank?

Дякую, що дочитали! Також залишаю свої попередні статті, які я написав у 2022 иа 2023 роках відповідно:
«Підготовка до зими 2022–2023: інтернет, електрика, опалення, їжа та вода».
«Підготовка до зими 2023–2024: електрохарчування».
«Linux: збереження заряду батареї ноутбука».

P.S. Дякую Артему (@artygan) за допомогу в деяких питаннях.