Як зробити автономне електропостачання у квартирі / будинку

Як зробити автономне електропостачання у квартирі / будинку

Стабільне електропостачання – один із ключових факторів комфортного життя в сучасному будинку чи квартирі. Проте, починаючи з осені 2022 року, жителі України зіткнулися з регулярними відключеннями електроенергії через пошкодження значної частини енергетичної інфраструктури під час воєнних дій.

За даними Міністерства енергетики, лише за перші місяці широкомасштабних атак на енергосистему було виведено з ладу близько 50% генеруючих потужностей та 70% ліній електропередач. Це призвело до запровадження графіків планових відключень тривалістю 4-12 годин на день для більшості регіонів країни.

У таких умовах питання організації автономного електропостачання постало особливо гостро. Йдеться не лише про освітлення та роботу критично важливих приладів, а й про можливість залишатися на зв'язку за допомогою інтернету та мобільних пристроїв навіть під час блекауту.

На щастя, існує кілька варіантів вирішення цієї проблеми, доступних як для приватних будинків, так і для міських квартир:

1. Бензинові, дизельні чи газові генератори, що забезпечують електроенергією все домогосподарство.
2. Джерела безперебійного живлення (ДБЖ) на основі акумуляторних батарей. Вони підтримують роботу окремих приладів та освітлення.
3. Сонячні панелі та вітрогенератори. Відновлювані джерела здатні покрити невелику частину потреб будинку в електриці.

Види систем автономного електропостачання

Генератори (бензинові, дизельні, газові)

Генератори - найбільш потужні та універсальні джерела автономного живлення. Вони перетворюють енергію згоряння палива на електрику за допомогою двигуна внутрішнього згоряння та альтернатора.

Бензинові генератори компактні та доступні за ціною (від 10 000 грн за модель на 2-3 кВт). Однак вони вимагають частого обслуговування, мають невеликий моторесурс (1500-2000 год) та сильно шумлять (65-75 дБ).

Дизельні установки відрізняються більшою потужністю (5-50 кВт) та економічністю. Витрата солярки у них на 30-40% нижча, ніж бензину у аналогів. Ресурс дизельного двигуна досягає 5000-10000 год. Мінуси – висока вартість (від 40 000 грн) та необхідність регулярного прогріву.
Газові генератори працюють на пропан-бутані чи метані. Вони майже безшумні, екологічні та безпечні. Підключаються до магістрального газу або балонів. Головне обмеження – потужність до 15 кВт.

Існують і гібридні моделі, що поєднують 2 види палива (газ-бензин).

Вибираючи генератор, враховуйте максимальне навантаження (пускові струми в 2-4 рази вище за номінальні), наявність автоматики запуску (АВР), рівень шуму та вимоги до установки (вентиляція, відведення вихлопу).

Джерела безперебійного живлення (ДБЖ/UPS)

ДБЖ складаються з інвертора, що перетворює постійний струм 12/24/48 В змінний 220 В, і акумуляторних батарей. У штатному режимі ДБЖ заряджає АКБ та захищає навантаження від стрибків напруги. При зникненні мережі інвертор миттєво перемикається на батареї.

Принциповий момент – форма вихідної напруги. Для роботи зі складним навантаженням (електроніка, котли, насоси) підходять лише ДБЖ із чистою синусоїдою. "Ступінчаста" або "апроксимована" синусоїда може вивести техніку з ладу.

Також важлива потужність інвертора (0,3-3 кВт) та ємність АКБ (7-250 А·год). Вони визначають, які прилади можна підключити і який час вистачить запасу енергії. Наприклад, ДБЖ на 1 кВт з АКБ на 100 А·год забезпечить 4-5 год роботи холодильника, освітлення та роутера (сумарно 300-400 Вт).

Час автономії легко збільшити, встановивши додаткові АКБ ємністю до 500-1000 А·год. ДБЖ із зовнішніми батареями 12 В коштують від 8000 грн.

Сонячні та вітрові електростанції

Альтернативна енергетика - гарне доповнення до інших джерел, але поки що не може повністю замінити мережу через нестабільність вироблення та високу вартість обладнання.

Сонячна електростанція потужністю 1 кВт (4 панелі по 250 Вт) коштує від 30 000 грн "під ключ". В ідеальних умовах (південна сторона, 45 °) влітку вона дасть 4-5 кВт · год на день - близько 20% споживання середньої квартири. Взимку вироблення впаде в 3-4 рази. Для цілодобового живлення потрібні АКБ великої ємності (200 А·год на 1 кВт).

Вітрогенератори ефективні лише в степових районах та на узбережжі. Модель на 1 кВт дає протягом доби від 0 до 10 кВт·ч залежно від сили вітру. Мінімальна вартість комплекту – 60 000 грн.

Таким чином, кожен варіант має свою сферу застосування:

• Генератори потужністю від 3 кВт є актуальними для приватних будинків.
• ДБЖ до 3 кВт з АКБ підходять для квартир та дач.
• Сонячні панелі та вітряки варто розглядати як доповнення до інших джерел.

Як вибрати оптимальну систему резервного електроживлення

Перший крок у підборі системи автономного енергопостачання – визначити, які прилади будуть до неї підключені та розрахувати їхню сумарну потужність. Це дозволить вибрати ДБЖ або генератор з відповідними характеристиками.

Почніть із освітлення. Замініть лампи розжарювання на світлодіодні – вони споживають у 8-10 разів менше. 10 LED-ламп по 10 Вт дадуть достатньо світла і будуть витрачати лише 100 Вт.

З побутової техніки спочатку запитайте холодильник. Сучасні моделі класу А+ потужністю близько 150 Вт за добу споживають 1-1,5 кВт·год (720 Вт під час роботи компресора 20% часу).

Для підтримки зв'язку додайте роутер та 1-2 ноутбуки або смартфони на зарядці (50-100 Вт). Якщо в системі опалення є циркуляційний насос - врахуйте його (зазвичай 60-100 Вт).

Для середньої квартири мінімально необхідна потужність складе:

• освітлення – 100 Вт
• холодильник – 150 Вт
• роутер та гаджети - 100 Вт
• циркуляційний насос - 100 Вт Разом: 450 Вт постійного навантаження.

У приватному будинку додадуться потужніші споживачі:

• свердловинний насос (600-1200 Вт)
• газовий/твердопаливний котел (300-500 Вт)
• телевізор (100-300 Вт)
• пральна/посудомийна машина (1500-2500 Вт)
• електрочайник (1500-2000 Вт)
• НВЧ-піч (800-1500 Вт) З урахуванням пускових струмів (перевищують номінальні в 3-5 разів) пікове навантаження може досягати 4-6 кВт.

За результатами оцінки енергоспоживання підберіть ДБЖ або генератор із відповідними характеристиками. Для квартири оптимальні ДБЖ потужністю 600-1500 Вт. Модель на 600 Вт з АКБ на 200 Ач забезпечить 5-6 год автономної роботи критичних споживачів (450 Вт). Ціна комплекту – від 25 000 грн.

Потужність генератора для дому варто вибирати із 50% запасом (7-9 кВт). Хороший варіант – дизельна електростанція на 8 кВт з витратою 1,5-2 л/год. Бака на 25 л вистачить на 12-16 годин безперервної роботи. Ціна – від 85 000 грн.
За наявності магістрального газу найкращі газові генератори. Вони безпечніші, економічніші і тихіші за дизельні. Модель на 7 кВт коштує від 120 000 грн.

Термін служби якісних ДБЖ та генераторів перевищує 10 років за умови регулярного ТО. Інтервали обслуговування – 300-500 год для бензинових та 500-1000 год для дизельних станцій. ДБЖ достатньо перевіряти раз на квартал.

Ключові відмінності ДБЖ та генераторів:

1. Потужність. Більшість ДБЖ обмежені 3-5 кВт через високу вартість потужних інверторів та АКБ. Генератори покривають будь-які побутові навантаження (5-20 кВт).
2. Час автономії. У генератора воно обмежене лише запасом палива. Для ДБЖ із вбудованими АКБ – не більше 4-6 год при навантаженні 50%. Зовнішні АКБ збільшать його до 10-12 год.
3. Вартість. ДБЖ в 2-3 рази дешевше за генератори аналогічної потужності, але при цьому жорстко обмежені за часом роботи без мережі.
4. Обслуговування. ДБЖ вимагають мінімального догляду (контроль ємності АКБ). Генераторам необхідні регулярна заміна олії, фільтрів, ременів тощо.
5. Зручність використання. ДБЖ включаються в роботу автоматично та безшумно. Генератори потрібно запускати вручну, вони створюють шум та вібрацію.

Отже, для міської квартири оптимальним рішенням буде ДБЖ потужністю 600-1500 Вт із АКБ ємністю від 100 А·год. Цього вистачить для живлення освітлення, холодильника, роутера, ноутбука та циркуляційного насоса на період до 5-10 год.

У приватному будинку доцільно використовувати зв'язку "генератор + ДБЖ". Генератор потужністю 5-8 кВт забезпечить електроенергією весь будинок, а ДБЖ на 1-3 кВт з АКБ на 200-300 А·год підтримуватиме критичне навантаження під час пуску та прогріву станції (1-2 хв).

Сонячні панелі потужністю 0,5-1 кВт допоможуть економити паливо та продовжать ресурс генератора вдень. У зв'язку з ДБЖ вони скоротять кількість циклів розряду АКБ і продовжать термін їхньої служби.

При покупці звертайте увагу на наявність у виробника власного сервісу та складу запчастин в Україні. Це позбавить проблем із гарантійним та післягарантійним обслуговуванням.

Встановлення та підключення системи резервного електроживлення

1. Розміщення обладнання, прокладання комунікацій

Перше питання при встановленні генератора – де його розмістити. За нормами стаціонарні станції потужністю до 16 кВт допускається монтувати у підсобних приміщеннях будинку (гараж, підвал, майстерня). Головна вимога - наявність примусової припливно-витяжної вентиляції з кратністю обміну від 6 годин.

Вихлопні гази відводяться гнучким металорукавом через стіну надвір. Діаметр труби – 1,5-2 діаметри вихлопного патрубка двигуна. На 1 кВт потужності генератора потрібно 1,5-2 см ² перерізу. Ємність бака - з розрахунку 8-10 л на 1 кВт потужності. Самостійний монтаж можливий, але вимагатиме зварювальних робіт та знання ПУЕ.

ДБЖ і АКБ розміщують у сухому опалювальному приміщенні з температурою 0-25 °C. Свинцево-кислотні батареї VRLA не вимагають обслуговування та не виділяють водень, але мають бути ізольовані від іскроутворювального обладнання.

2. Підключення генератора / ДБЖ до електромережі будинку

Є два способи підключення генератора (ДБЖ) - через рубильник (ручне введення резерву) або через АВР (автоматичне введення).
При використанні рубильника потрібно відключати основне введення та включати резервний вручну. Це виключить подачу напруги в загальну мережу, але може призвести до псування обладнання при збоях.

АВР контролює наявність напруги за основним введенням. При його зникненні контролер запускає генератор (або перемикається на інвертор) та підключає навантаження. Вартість блоків АВР - від 3500 грн для ДБЖ та від 10 000 грн для генераторів потужністю до 10 кВт.
За наявності трифазного введення використовують АВР з контролем усіх фаз та функцією балансування навантаження. Ціна – від 25 000 грн.
Для захисту обладнання застосовують ПЗВ та автомати з характеристиками B (побутове навантаження) та C (потужне навантаження з високими пусковими струмами). Номінали - із запасом 20-30% до робочого струму.

Перетин кабелю від ДБЖ/генератора до щита вибирають за максимальним струмом з урахуванням усіх споживачів. Використовують мідні провідники ВВГНГ-LS або ПВС. Перетин - з розрахунку 4-5 А/мм² для ДБЖ та 6-8 А/мм² для генераторів.

3. Забезпечення безпеки, норми та вимоги

Розетки для підключення генератора/ДБЖ повинні мати заземлюючий контакт та захисні шторки. Якщо заземлення немає - використовуйте ПЗВ типу A або AC на струм витоку 30 мА. Для зрівнювання потенціалів корпусу генератора та ДБЖ з'єднують із контуром заземлення гнучким мідним проводом перерізом не менше 6 мм². Опір контуру – до 4 Ом.

Обов'язково встановлюйте АКБ у кислотостійкий піддон, що запобігає витоку електроліту при пошкодженні корпусу. Ємність піддону – не менше 50% від об'єму батарей. Регулярно перевіряйте цілісність ізоляції всіх кабелів візуально та мегаомметром (норма – 0,5 МОм). Підтягуйте контакти, щоб уникнути нагрівання та займання.

Приміщення з генератором має бути оснащене вуглекислотним вогнегасником. На видному місці розмістіть план евакуації та інструкцію з пуску/зупинки станції. При використанні газового генератора встановіть сигналізатори чадного газу та до вибухових концентрацій CH₄. Перевіряйте вентиляцію та герметичність газових з'єднань мильним розчином.
Категорично заборонено курити, користуватися відкритим вогнем або вугільними грилями у приміщенні, де встановлені генератор та АКБ!

Обслуговування та використання автономної системи електропостачання

Щоб система резервного живлення працювала надійно та довго, необхідно регулярно перевіряти її стан та вчасно проводити технічне обслуговування (ТО).

Щомісячні перевірки:

• Рівень і щільність електроліту в АКБ, що обслуговуються (норма - 1,27-1,29 г/см³).
• Напруга АКБ у режимі зберігання (12,6-12,8 В) та при роботі від мережі (13,8-14,2 В).
• Сила струму заряду (0,1C₂₀) та коливання напруги при навантаженні інвертора (± 10%).
• Надійність контактних з'єднань (візуально та тепловізором).
• Чистота контактів реле та клем АКБ (обробка спиртом або WD-40).
• Цілісність кабелів та якість їх ізоляції (візуально та мегаомметром).

Щоквартальні перевірки:

• Вихідні параметри інвертора: форма синусоїди (осцилограф), частота (49,5-50,5 Гц).
• Навантажувальне тестування АКБ (розряд до 10,5 В струмом 0,05C₂₀ протягом 30 хв).
• Перевірка ємності АКБ (при зниженні на 20% від паспортної – заміна).
• Наявність корозії на корпусі АКБ (зачистка та обробка пастою на цинковій основі).
• Працездатність системи вентиляції (тест димовою шашкою).
• Цілісність та герметичність вихлопної системи генератора (візуально).

ТО генератора проводиться за регламентом виробника. Типові інтервали:

• Бензиновий: заміна олії та фільтрів кожні 100-200 год або 6-12 місяців.
• Дизельний: заміна олії та фільтрів кожні 250-500 год або 12-18 місяців.
• Газовий: заміна олії та свічок кожні 500-1000 год або 18-36 місяців.

Надрегламентні роботи (капремонт):

• Бензиновий: при падінні компресії >20% (зазвичай 1500-2000 год).
• Дизельний: при зниженні тиску впорскування та збільшенні витрати олії >20% (3000-5000 год).
• Газовий: при падінні потужності >10% (6000-8000 год).

Ключовий чинник, що впливає термін служби системи автономного енергопостачання - режим роботи АКБ. Чим глибші регулярні цикли розряду, тим менше їх кількість до виходу батарей з ладу.

Оптимальний рівень розряду АКБ – 30-50% від ємності. Це забезпечить 1000-1500 циклів розряду (5-10 років роботи). При розряді на 10-20% ресурс зростає до 4000-4700 циклів (20-25 років). А за розряду на 80% ємності АКБ витримає лише 400-500 циклів (2-3 роки).

Рекомендований режим підзарядки - струмом 0,05-0,1C₂₀ у буферному режимі при 13,6-13,8 В. Швидкий заряд струмом 0,3С₂₀ скорочує термін служби батарей на 15-20% через перегрівання. Напруга в кінці заряду не повинна перевищувати 14,4 В, щоб уникнути википання електроліту та корозії пластин.

Не менш важливими є умови експлуатації АКБ. У разі підвищення температури на кожні 10 °C від норми (25 °C) ресурс скорочується в 2 рази. При негативних температурах ємність падає на 1% на градус. Для продовження ресурсу дизель-генератора уникайте тривалої роботи на холостому ходу (понад 10 хв) та на граничній потужності (понад 30 хв). Оптимальне завантаження – 40-75% від номіналу.
При інтенсивній експлуатації (понад 500 год/рік) скорочуйте міжсервісні інтервали в 2 рази від регламентних. Застосовуйте синтетичну олію та фільтри преміум-класу.

Найчастіші проблеми в роботі ДБЖ:

1. Інвертор не вмикається, АКБ розряджена - перевірте запобіжник, заміряйте напругу на батареях (має бути >10,5), зарядіть АКБ зовнішнім ЗУ.
2. Інвертор вимикається при навантаженні - переконайтеся, що потужність та пускові струми споживачів не перевищують допустимі для ДБЖ. Перевірте контакти на обігрів.
3. Час роботи від АКБ скоротився - протестуйте ємність батарей вилкою навантаження. При зниженні більш ніж 20% замініть АКБ.
4. Спотворення форми синусоїди на виході - перевірте форму сигналу на осцилографі під навантаженням і на холостому ходу. Якщо спотворення лише під навантаженням – несправний інвертор. Якщо і на ХХ – проблема із платою управління.

Типові несправності генераторів:

1. Двигун не запускається – перевірте рівень палива, замініть свічки запалювання, видаліть повітряні пробки з паливної магістралі, прочистіть карбюратор.
2. Двигун перегрівається - перевірте рівень та якість олії, промийте радіатор, прочистіть або замініть повітряний фільтр, відрегулюйте кут випередження запалення.
3. Висока витрата олії - заміряйте компресію в циліндрах, якщо нижче норми на 20% - замініть олійні кільця. Перевірте клапани на зношування.
4. Нестабільні оберти – замініть паливний фільтр, перевірте форсунки на продуктивність (для дизеля), очистіть інжектор (для газового).

За будь-яких неполадок ведіть журнал із зазначенням напрацювання, дати та характеру відмови. Це допоможе вчасно діагностувати "слабкі місця" та запобігти серйозним поломкам.