Резервне живлення газового котла в квартирі: розрахунок акумулятора та вибір ДБЖ/інвертора (12В vs 24В)

Продовжимо актуальну сьогодні тему енергобезпеки в умовах частих відключень електроенергії. Розглянемо випадок, коли є квартира з індивідуальним опаленням за допомогою двоконтурного газового котла (наприклад Protherm Гепард).

Для роботи котлу потрібна електроенергія — живлення плати керування та циркуляційного насоса. Типове споживання знаходиться в межах 100–140 Вт (залежно від режиму роботи).

Завдання: забезпечити роботу котла мінімум на 8–10 годин, враховуючи графік відключень електроенергії, наприклад 3.5 години є / 8.5 години немає.

1) Скільки енергії потрібно на 10 годин роботи котла

Візьмемо максимальний варіант споживання: 140 Вт, час автономної роботи 10 годин.

Енергія, яку споживає котел за 10 годин:

140 Вт × 10 год = 1400 Вт·год

Далі важливо врахувати втрати інвертора/ДБЖ на перетворення (зазвичай 10–15%) + власне споживання. Візьмемо втрати 15%:

1400 × 0.15 = 210 Вт·год

Отже потрібна енергія з урахуванням втрат:

1400 + 210 = 1610 Вт·год

Висновок: для 10 годин роботи котла при 140 Вт потрібно приблизно 1.6 кВт·год запасеної енергії.

2) Чому недостатньо “малого ДБЖ на 12В”

На перший погляд здається, що якщо котлу потрібно лише 140 Вт, то достатньо невеликого ДБЖ (наприклад 360 Вт) + акумулятор. Але при графіку 8.5 годин без світла / 3.5 години зі світлом важливий не лише розряд, а й те, чи встигне система відновити заряд акумулятора за коротке вікно подачі електроенергії.

3) Важливість струму заряду: чому 12В невигідно в такому режимі

Припустимо, ДБЖ (12В система) має заряд 20 А.

Потужність заряду:

12 В × 20 А = 240 Вт

Енергія, яку можна “залити” в акумулятор за 3.5 години:

240 Вт × 3.5 год = 840 Вт·год

Ми бачимо, що 840 Вт·год < 1610 Вт·год, тобто за 3.5 години мережа не встигає компенсувати витрати. І при кожному циклі відключень акумулятор буде розряджатися все глибше.

4) Переходимо на 24В систему: вдвічі більша потужність заряду

Тепер розглянемо систему 24В, при тому ж струмі заряду 20 А.

Потужність заряду:

24 В × 20 А = 480 Вт

Енергія заряду за 3.5 години:

480 Вт × 3.5 год = 1680 Вт·год

Висновок: система 24В при тих же 20А дає практично необхідну енергію для відновлення, і здатна компенсувати витрати котла.

Додатковий плюс 24В — менший струм розряду, менша просадка напруги, менші втрати в проводах, стабільніша робота ДБЖ.

5) Розрахунок ємності акумулятора для 24В

Беремо розраховану енергію з урахуванням втрат: 1610 Вт·год.

Додаємо технічний запас 40%, щоб врахувати: похибку вимірювання (140 Вт може бути не завжди), пікові режими, старіння акумулятора, неповне відновлення заряду за 3.5 години, власне споживання пристрою.

1610 × 1.4 = 2254 Вт·год

Переводимо в ампер-години для системи 24В:

2254 / 24 ≈ 94 А·год

Оскільки акумуляторів на 94 А·год зазвичай немає, беремо найближчий стандартний типорозмір: 24В 100 А·год (або 105 А·год).

6) Чому LiFePO4 краще для такого режиму

Для сценарію “часті цикли розряд/заряд” оптимальним вибором є літій-залізо-фосфатний акумулятор (LiFePO4), тому що:

• витримує тисячі циклів (у рази більше, ніж AGM/GEL),
• допускає глибокий розряд,
• швидко приймає заряд (якщо зарядний пристрій це дозволяє),
• має стабільну напругу під навантаженням.

Важливо: LiFePO4 не можна заряджати при температурі нижче 0°C. Але якщо акумулятор знаходиться в квартирі — проблем немає.

7) Що обрати: ДБЖ (UPS) чи гібридний інвертор?

Варіант 1 — ДБЖ/інвертор для котла (UPS-клас)

Це пристрої, розраховані на резервування 220В навантаження і зазвичай мають: чисту синусоїду, швидке перемикання (зазвичай 4–10 мс), вбудований зарядний пристрій та роботу із зовнішнім акумулятором.

Плюси ДБЖ для квартири:

• проста установка “з коробки”,
• швидке перемикання — котел не перезавантажується,
• часто тиха робота (без постійних вентиляторів),
• мінімум налаштувань.

Мінуси ДБЖ:

• обмежений струм заряду (зазвичай 10–20 А),
• менше гнучкості та можливостей розширення.

Варіант 2 — гібридний інвертор (міні-електростанція)

Гібридні інвертори зазвичай потужніші та функціональніші.

Плюси гібридного інвертора:

• дуже високий струм заряду: часто 30–60 А і більше,
• гнучкі налаштування: розклади заряду, ліміт споживання з мережі, пріоритети мережа/акумулятор,
• можливість підключення сонячних панелей (в моделях з MPPT).

Мінуси гібридного інвертора в квартирі:

• часто постійні вентилятори, які створюють шум,
• потребує налаштування параметрів (заряд, відсічення, режими),
• не всі моделі мають UPS-клас за часом перемикання (важливо уточнювати наявність UPS/EPS режиму).

Підсумковий вибір:

• Якщо задача — тихо, просто і без складних налаштувань, оптимально: ДБЖ/інвертор 24В + LiFePO4 24В 100А·год.
• Якщо задача — максимально швидко заряджати за 3.5 години, і шум не критичний: гібридний інвертор (заряд 40–60А) + LiFePO4 24/48В.

8) Відповідне рішення (приклад)

Саме тому було витрачено час на пошук відповідного ДБЖ/інвертора. Один з знайдених варіантів: Високочастотний інвертор 1500VA/1.5kW Kraft KRF-SAVR1500VA/1.5kW-24V

Характеристики:

• Акумуляторна батарея — зовнішня
• Форма вихідної напруги — чиста синусоїда
• Номінальна потужність — 1500 Вт (із запасом)
• Тип батареї — LiFePO4 / GEL / AGM
• Напруга акумулятора — 24 В
• Максимальний струм заряду — до 20 А

9) Важливі технічні нюанси

1. Піки споживання: насос/розпал дають короткочасні стрибки — потрібен запас потужності інвертора.
2. Правильне підключення батарей 24В: якщо 24В збирається з двох 12В батарей — вони мають бути однаковими, з правильною балансировкою/BMS (для LiFePO4).
3. DC-захист: обов’язково встановлювати запобіжник/автомат на лінії акумулятора та використовувати нормальні проводи за перерізом.