Як я облаштував енергонезалежний будинок за допомогою гібридного інвертора

Вітаю! Мене звати Михайло, я бізнес-аналітик, а з кінця 2022 року займаюсь облаштуванням рішень з резервного електрохарчування свого приватного будинку. Наразі це система, побудована на базі гібридного інвертора. Як це починалось, розвивалось і що саме в мене вийшло на сьогодні — розповім далі в статті.

Рішення 1.0

Після масованої атаки на енергетичну інфраструктуру України наприкінці 2022 року стало зрозуміло, що для повноцінної роботи потрібно щось робити з безперебійним живленням. На той момент я був в лавах ЗСУ, але дружина, UI/UX дизайнер, працювала з дому. Тож стабільний інтернет та живлення для ноута і супутньої техніки були критичними.

Тоді було зібрано Рішення 1.0 — з невеличкого інвертора Леотон Nova-500, який вже був вдома та живив котел раніше, та AGM-акумулятора Ventura VG 12–55. AGM був обраний через те, що звичайні свинцево-кислотні акуми не люблять сильного розряду, а робота безперебійки передбачала саме глибокі розряди під час довгих відключень. На момент придбання акумулятора на них вже був ажіотажний попит.

Тож коли у постачальника виникла можливість продати два акуми (на 45 та 55 ач), я вирішив придбати обидва, і пізніше це стало дуже у пригоді.

Готова система живила інтернет-вузол та виглядала ось так:

Впродовж 11 годин поспіль вона тягнула всі девайси, що були заживлені, а саме: оптичний медіаконвертор GPON, основний роутер Asus, світч та PoE-інжектор віддаленого роутера MikroTik, який був встановлений на першому поверсі будинку та отримував живлення по витій парі.

Весь 2023 рік дружина успішно пропрацювала на цьому рішенні. Крім інтернет-вузла до нього більше нічого не під’єднувалось: MacBook Pro легко витримував відключення на заряді батареї.

Рішення 2.0

Навесні 2024-го я демобілізувався та повернувся додому, а також до компанії EPAM Ukraine, де працюю бізнес-аналітиком. Невдовзі ворог розпочав нові обстріли енергетики. Виявилось, що система, яка раніше давала 11 годин живлення, просіла до двох-трьох годин. В AGM-батарей досить невеликий ресурс за циклами заряду та розряду (близько 300), після чого вони стрімко його втрачають. Я переставив в систему другу батарею 45 А/г, яку придбав у постачальника як запасну і яка півтора року стояла в коробці, та став вивчати питання більш місткого та стабільного Рішення 2.0.

Брат дружини, який є класним інженером, порадив гібридний інвертор та майстерню в Одесі, яка виготовляє батареї. Щоб зрозуміти, які саме інвертор та батарею доцільно замовити, треба порахувати навантаження, яке буде під’єднуватись та впродовж якого саме часу.

З першим все легше: просто сумуєте усіх користувачів, які можуть бути під’єднані та працювати одночасно, з урахуванням пікових навантажень, і отримаєте потужність інвертора, яка вам потрібна. Враховуйте, що китайські 3000 ватт — це не те ж саме, що німецькі. Тому вантажити обладнання весь час на максимум не варто і треба брати с запасом :)

З батареєю трохи складніше: треба враховувати не тільки потужність приладу, а й те, скільки часу він працює. А це дуже по-різному у різних типів обладнання.

З інвертором визначились доволі швидко. Я замовив на AliExpress гібридний PowMr потужністю 3 кВт та пішов спілкуватись з виробником батарей. З його допомогою було визначено, що обраний мною сетап обладнання 1,5 кВт-г батарея потягне приблизно 10 годин, 3 кВт-г відповідно 20 годин. Я замовив та сплатив спочатку 1,5 кВт-г.

Наступного дня світла не було близько 12 годин. Збагнув, що, напевно, зробив помилку. Перезамовив 3 кВт-г, яка за 2 дня у виробника встигла подорожчати на 1000 гривень. Ажіотажний попит породжує ажіотажне зростання цін.

Батарея була виготовлена через 2 тижні, а от на інвертор я очікував майже 2 місяці. Був варіант вже придбати його тут, але у нас вони значно дорожчі.

Попри те, що LiFePO4-батареї безпечніші та витримують більше циклів, вони в наших умовах в півтора-два рази дорожчі. Тому я зупинився на Li-NMC збірці. Виробник ставить на всі збірки плату Battery Management System (BMS), яка контролює заряд, розряд та температуру кожної комірки й відключає батарею у разі нештатних ситуацій. Я можу по Bluetooth зайти на BMS та подивитись параметри батареї.

Коли будете намагатись доєднатись до BMS по Bluetooth, враховуйте: металевий корпус збірки майже повністю блокує його сигнал. В мене з’єднання працює тільки впритул до батареї.

Коли нарешті інвертор доїхав до України, на мене очікував неприємний сюрприз: митниця близько тижня маринувала його, а потім статус поштового відправлення змінився на «Відмовлено у митному оформленні». При цьому ані мене, ані перевізника (Укрпошту) ніхто не запитував щодо якихось документів. А сам товар був звільнений від сплати мита. Але телефонне та письмове звернення на гарячу лінію митниці зробили свою справу і через декілька днів я радісно отримав інвертор на пошті.

Миттєво був викликаний електрик, з яким ми зібрали та під’єднали всю систему. Через те, що наш приватний будинок будувався в декілька етапів з 50-х років 20 сторіччя, з електрикою там все було дуже заплутано.

Під’єднуватись через центральний щиток було неможливо, адже усі автомати дуже неоптимально скомпоновані. Не вистачало окремих гілок на розетки, освітлення тощо. Наприклад, весь другий поверх будинку, а саме три кімнати та санвузол, сиділи на одному автоматі.

Через це ще на етапі проєктування було прийнято рішення під’єднувати не весь будинок, а саме трьох споживачів, які є критичними для життєдіяльності: холодильник, сантехнічний насос (санвузол на першому поверсі не може працювати без нього) та інтернет-вузол.

Місце для встановлення резерву обрали під сходами — біля виходу для резервного живлення сантехнасосу, який я зробив про всяк випадок ще до початку війни. Від двох інших споживачів я заздалегідь протягнув дроти до місця розташування резерву.

В тих плінтусах, під якими вони йшли, подекуди вже була вита пара. Тому довелось обрати мінімально можливі перетини. Для інтернету це було 0,5 квадрата (максимальна сила току 4 А, відповідно 230 * 4 = 920 ватт максимального навантаження), для холодильника 0,75 квадрата. Пізніше з’ясується, що крім базових споживачів в цей констрейнт можна впихнути ще багато чого, але про це згодом :)

Після збірки та під’єднання вузол резерву виглядає отак:

Кожен споживач контролюється своїм автоматом, який тут виконує функцію простого вмикача. Інвертор отримує живлення від розетки загального вводу (зліва), заряджає батарею та пропускає його на споживачів крізь себе в режимі байпас. Коли електрика вимикається, інвертор залежно від обраної програми протягом 50–70 мс (APL) або 30 мс (UPS) перемикається та починає живити споживачів від батареї. Як показала практика, в режимі APL якийсь з роутерів (або Asus, або MikroTik) дає один пакет з настільки довгим пінгом, що ноут дружини сприймає це як обрив мережі та ловить реконнект. А в режимі UPS інвертору не подобається зовнішнє живлення, бо воно в будинку йде через стабілізатор напруги. В планах від’єднати стабілізатор в режим байпас і подивитись, чи вистачить цього інвертору для нормального відпрацювання режиму UPS.

Після початку користування системою з’ясувалось, що це — зручно. Зручно не залежати від генератора. Не треба бігати запускати його через декілька годин відсутності світла, щоб підтримати холодильник та підзарядити гаджети, а також витрачати гроші на бензин. Літр на годину — все ж не дрібничка.

Відпрацював бак бензину 4л — мінус 250 гривень з сімейного бюджету. Якщо кожен день — виходить чутлива сума на місяць. Це не враховуючи амортизацію та біготню по заправках з каністрами. Та й все одного, коли світла немає багато годин на день — ти не весь час зі ним, а лише під час роботи генератора.

Повертаючись до зручності. Коли зручність користування резервом була доведена практично, дуже швидко виявилось, що апетит швидко росте. Ще ж можна від Інтернет-вузла кинути переносочку в кабінет і живити постійно ноут і другий монітор, до холодильника доєднати, а ще дружині MacBook підзарядити. Та і LED-підсвітка кухні жере дуже небагато та не перенавантажить резерв, і квадрат дроту дозволяє...

Словом, після запуску системи довелось закупити у значних обсягах подовжувачі та трійники :)

Байпас-реле

Наступним елементом системи стало байпас-реле.

Виявилось, що навіть у байпас-режимі інвертор вмикає вентилятори, коли пропускає крізь себе більше ніж 200 ватт навантаження. Інтернет-вузол легко вкладається в це обмеження, а от +холодильник вже ні. Тому періодично інвертор починає шуміти.

Рівень шуму — приблизно як від системника з потужною ігровою відеокартою та зі знятою кришкою. Ми не закриваємо двері в спальню через наявність 2 собак та 3 котів, які дуже люблять вештатись домівкою вночі, тому шум від кулерів з-під сходів трошки заважав спати. Я придбав на Prom байпас-реле та під’єднав вузол холодильника від нього, заразом додавши трійник для під’єднання переноски та ще чогось.

До реле під’єднуються основний ввод та резерв, а від нього вже йде живлення на споживачів. Відповідно поки є основний ввод — резерв не застосовується взагалі, живлення на споживачів йде від основного вводу, а коли основа зникає — реле перемикається на резерв.

Можна було поставити контактор аналогічної дії взагалі до інвертора, але тоді він додав би мілісекунд до часу перемикання з основи на резерв. Нам було надважливо зберегти «безшовність» Інтернет-з’єднання, тому довелось робити це точково. З цих же міркувань в підключенні не було застосовано АВР (автомат вводу резерву).

Вузол резервного живлення «холодильник» зараз виглядає таким чином:

На фото два підключення — до основи та до резерву, і трійник, до якого під’єднані холодильник, переноска та додаткова лінія на LED-підсвітку і розетку для мікрохвильовки. Ми з’ясували: якщо поставити мікрохвильовку на половину потужності (450 ватт замість 900) та додати трохи часу, можна навіть їжу розігріти від резерву та не мучитись з пательнями.

Кажу ж — апетит приходить під час їжі :)

Ось це підключення LED-підсвітки протягнув через всю кімнату поверх кухонної стінки. Ще не встиг під’єднати остаточно та змонтувати резервну розетку, але найближчим часом це також буде реалізовано.

За необхідністю від переноски живиться або ноут дружини, або телевізор та медіаплеєр. Так, серіали та Ютюбчик ввечері сами себе не подивляться. Для цього довелось на другому поверсі під’єднати до інтернет-вузла також NAS з зовнішнім жорстким диском. Щоб від резерву працював не тільки телевізор, а і медіабібліотека.

Додатково до інтернет-вузла та NAS була підʼєднана переноска в кабінет. Спочатку я заживив від неї тільки робочий ноут на другий монітор. Після декількох відключень світла ввечері посеред бою в танчиках замислився, а чи витягне сопелька 0,5 квадрата ще і домашній геймерський десктоп. Довелось придбати розумну розетку TP-Link Tapo 110. З її допомогою з’ясувалось, що загальне споживання цієї гілки ~200 ватт без геймінгу та ~300 ватт, якщо відяха починає обчислювати полігони.

У підсумку моя резервна схема, яка починалась з ідеї «інтернет, холодильник та насос», зараз виглядає приблизно так.

Якщо взимку буде біда зі світлом, як прогнозують деякі фахівці з енергетики, додам ще й панелі на дах будинку. Але поки що наявної системи цілком достатньо. Свої 20 розрахункових годин вона чесно відпрацювала в тестовому режимі в перші ж вихідні після встановлення. На відміну від AGM, у Li-NMC десь 2000–2500 циклів. Сподіваюсь, після нашої перемоги необхідність в моїй системі зникне швидше, ніж вони закінчаться.

Чому просто не купити EcoFlow

Мене іноді запитують «а навіщо ти взагалі оце возився, чому просто не придбати EcoFlow або Bluetti?». Добре, порівняймо.

Звісно, обидва ці варіанти мають дуже файний вигляд. Є купа портів, кнопочок і усе оце. Але.

Якщо взяти приблизно однакові за кінцевими параметрами системи, вартість їх буде (згідно Hotline на дату публікації):

1. BLUETTI AC300 + battery module B300 = 103 500  -  234 743 гривень. Середня арифметична 169 121,50 гривень.
2. EcoFlow DELTA Pro = 94 330 — 278 991 гривня. Середня арифметична 186 660,50 гривень.

Навіть попри трохи вищу, порівняно з моєю, потужність та місткість EcoFlow (просто не знайшов рівно 3 кВт варіанта для порівняння)  —  вибір в обох випадках очевидний. Ці зарядні станції  добре підходять для лінії бойового зіткнення, де важливий в першу чергу формфактор «схопив та побіг». Для будинку або квартири в тилу це дуже дорого, як на мене.

Орієнтовна вартість першої черги Рішення 2.0:

1. Інвертор PowMr 3 kWt = 8 000 гривень.
2. Батарея Li-NMC 3 kWt = 27 000 гривень.
3. Навісне та послуги електрика = 3 000 гривень.

Усього 38 000 гривень та приблизно 2 місяці реалізації.

Другу та третю чергу рахувати немає сенсу, там дрібнички типу дротів, подовжувачів та релюх.

Впевнений, на цьому черги не закінчуються. Stay tuned, далі буде :)