Освещение и бытовые приборы

Любая электрическая нагрузка характеризуется мощностью, т.е. способностью совершить работу за некоторый период. При этом затраченная электрическая энергия будет определяться как произведение напряжения, силы тока и времени. Эта формула универсальна и для переменного, и для постоянного тока.

Выбор номинального напряжения при изолированном энергоснабжении основывается на двух факторах:

* стоимости и доступности бытовых электроприборов, расчитанных на выбранное напряжение в доме;

* уровне напряжения источников энергии.

Вопрос, что чему должно соответствовать, решается в каждом случае по обстоятельствам.

Использование аккумуляторных батарей дает возможность подключать полезную нагрузку непосредственно на постоянном токе. Если 12-вольтовые электроприборы широко распостранены благодаря автомобильным аксессуарам, то компоненты на 6, 24 и 48 В встречаются гораздо реже. Необходимо учитывать, что более высокое напряжение может сократить потери в сетях, а также дать некоторую экономию за счет уменьшения сечений проводов.

Полностью или частично отказаться от бытовых приборов на постоянном токе позволяет инвертор (invertor). На его вход подается постоянное напряжение, а на выходе поддерживается переменное напряжение 50 Гц. Существует несколько стандартных ступеней с отношением U пост./ U пер.: 12/220, 24/220, 48/220. Система с обратной функцией преобразования напряжения представляет собой обычное зарядное устройство (charger). Часто оба устройства совмещают в одном корпусе.



Оценка суммарной электрической нагрузки

Умножая потребляемую мощность на количество рабочих часов, можно получить затраты энергии (Вт-час) отдельного бытового прибора. Суточный, недельный или месячный расход электричества в доме складывается из суммарного потребления всех приборов за расчетный период. Более точные затраты электроэнергии определяются по показаниям счетчиков, которые существуют как для переменного, так и для постоянного тока.

Если суточное потребление электроэнергии в доме составило 1000 Вт-час, то такое же количество электричества должно поступить от первичных источников энергии или от аккумуляторных батарей. В случае когда нагрузка питалась только от батарей разряд последних составит:

* для 12-вольтовой ступени: 1000 / 12 = 83.33 А-час;

* для 24 вольтовой ступени: 1000 / 24 = 41.67 А-час;

* для 48 вольтовой ступени: 1000 / 48 = 20.83 А-час.

При эксплуатации не рекомендуется снижать емкость аккумуляторов ниже 20 % (а еще лучше не ниже 50 %). Тогда с учетом постоянного резерва полная емкость банка батарей составит:

* для 12-вольтовой ступени: 83.33 / 0.8 = 103.75 А-час;

* для 24-вольтовой ступени: 41.67 / 0.8 = 52.09 А-час;

* для 48-вольтовой ступени: 20.83 / 0.8 = 26.04 А-час.

Если нагрузка целиком снабжалась от инвертора, то следует учесть потери на конвертацию постоянного тока в переменный. При 90 % эффективности инвертора емкость банка батарей возрастет

* для 12-вольтовой ступени: 103.75 / 0.9 = 115.28 А -час;

* для 24-вольтовой ступени: 52.09 / 0.9 = 57.88 А-час;

* для 48-вольтовой ступени: 26.04 / 0.9 = 28.93 А-час.

Определив суточную емкость батарей, можно рассчитать емкость, необходимую для питания нагрузки в течение произвольного количества дней, когда другие источники энергии не действуют.

Инвертор - батарейный генератор на 50 Гц

Для многих пользователей первое знакомство с инвертором может произойти при работе с компьютером. UPS (Uninterruptible Power Supplies) защищает информацию при скачках напряжения в электрической сети, автоматически переводя питание компьютера на аккумуляторную батарею. Емкости батареи обычно хватает на 10-15 минут работы, чего достаточно для корректного закрытия программ и сохранения данных.

Инверторы для автономного энергоснабжения специально ориентированы для питания разнообразной электрической нагрузки. Они имеют ряд технических особенностей:

* не боятся пусковых токов при включении компрессоров, насосов и других приводов;

* коэффициент мощности cosф (power factor) не ограничен и обычно имеет крайние значения от -1 до +1;

* предусмотрена необходимая защита от перегрузок и коротких замыканий;

* наличие мощного зарядного устройства позволяет гибко и быстрее восстанавливать емкость батареи.

Существует классификация инверторов по форме выходного напряжения. Различают инверторы с квадратичной (square), с трапециедальной (modifed sine ware) и с синусоидальной формой (sine ware). Для нагрузки с магнитными сердечниками (двигатели, трансформаторы) модификация формы напряжения приводит к некоторому изменению мощности. Для ламп накаливания и нагревательных приборов указанный фактор значения не имеет. Отдельное электронное оборудование (принтеры, серверы) может функционировать только на гармонической форме напряжения.

По сравнению с топливными эл.генераторами инвертор имеет ряд преимуществ:

* бесшумность в работе;

* отсутствие механического износа и ремонта;

* мизерный расход энергии при снижении нагрузки (х.х.);

* минимальное колебание выходной частоты (не превышает сотых долей процента);

* экологичность и возможность подключения альтернативных источников энергии.

Наиболее известными компаниями, производящими инверторы для альтернативной энергетики, являются: Trace Engineering, Exeltech, Microsine, Heart Interface, Statpower и другие.