Экономия электроэнергии с помощью инвертора: познаем главное

Нам часто задают вопрос о возможности экономии электроэнергии за счёт аккумуляторов. Идея такая: заряжать аккумуляторы по ночному тарифу, а днем, когда стоимость кВт*ч выше, переходить на работу от аккумуляторов и так ежедневно. Давайте разберемся, возможно ли это с учетом различных типов аккумуляторных батарей.

Стоимость инверторной системы с гелевыми аккумуляторами “под ключ”

Для начала определимся с первоначальными инвестициями в  проект.

1. Инвертор российского производства МАП  Энергия PRO 6.0/48 – умеет по расписанию переходить на принудительную генерацию от батарей, а ночью заряжать аккумуляторы. – 78900р.
2. 8 бюджетных гибридных аккумуляторов GEL+AGM Delta GEL 12200 с увеличенным количеством циклов работы по 30400р. за шт.
3. Стеллаж, кабели для подключения, автоматы и байпас – около 20т.р. и монтажные работы около 30т.р.

Итого: 372 100р.

Самодельное устройство для экономии электроэнергии, принцип действия

Основополагающим принципом является то, что любая электрическая мощность состоит из реактивной и активной энергии. Активная полезна в быту, она приводит в действие все механизмы. Реактивная же, наоборот, бесполезна и даже снижает эффективность энергосистемы. Приборы учета (механические и электрические счетчики) определяют только количество использованной активной энергии, за которую платят бытовые потребители.

Промышленные же предприятия платят и за реактивную энергию, которая измеряется специальными счетчиками. Она создается механизмами с высокой индуктивной составляющей (например, электродвигателями), и на заводах и фабриках ее количество уменьшают с помощью специальных конденсаторных установок.

Учитывая вышеописанное, идеи о том, как сделать самому приспособление для экономии электроэнергии, витали в воздухе. В быту источники реактивной энергии – это обычные механизмы с электродвигателями (кухонный комбайн, фен, пылесос, холодильник, дрель). С другой стороны, есть устройства, которым нужен постоянный ток (телевизоры и компьютерные мониторы). Поэтому стали разрабатывать приспособление для экономии электроэнергии, схема которого позволила бы уменьшить потребление электричества путем преобразования в активную реактивной энергии.

Сколько наша инверторная система сможет аккумулировать энергии?

При расчете систем для циклического режима работы обычно предусматривают глубину разряда аккумуляторов не более чем на 50% (DOD). Это связано с сильной зависимостью количества рабочих циклов от глубины разряда:

График цикличности бюджетных гелевых АКБ

Итак, при средней нагрузке 1000Вт при 50% DOD и учетом КПД инвертора система проработает в режиме генерации около 9 часов. Т.е. отдаст нам 9кВт*ч энергии, а это близко к значению среднего дневного потребления газифицированного коттеджа площадью 200-300 кв.м. В Московской области при двухтарифном счетчике стоимость 1кВт*ч составляет 4р. 47к. Итого: 9*4,47=40р. 23к. В месяц это около 1200р. Заметим, что кратное увеличение объема аккумулированной энергии приводит к пропорциональному наращиванию батарейного банка.

Теоретическое обоснование и принципиальная схема самодельного экономителя

Суть экономии состоит в том, что нагрузка питается не от сети с переменным током, а от подключенного конденсатора, заряд коего производится импульсами высокой частоты, при этом соответствуя синусоиде напряжения в сети. Электросчетчики комплектуются входным индукционным преобразователем с низкой чувствительностью к высокочастотным токам. По причине этого импульсное энергопотребление счетчиком учитывается со значительной отрицательной погрешностью.

Для создания прибора необходимы такие детали:

• микросхема (К155 ЛАЗ),
• стабилитрон (D2 -КС156А),
• диоды (D1 — Д226Б; Вr2 — Д242Б; Br1 — Д232А),
• транзисторы (ТЗ — КТ315, Т2 — КТ815В,Т1 — КТ848А),
• высокочастотные конденсаторы (С2, СЗ — 0.1 мкФ, С1- 1мкФ х 400В),
• электролитические конденсаторы (С5 — 1000 мкФ х 16В, С4 — 1000 мкФ х 50Б),
• маломощный трансформатор 220/36 В,
• резисторы (RЗ — 56 Ом; R1, R2 — 27 кОм; R5 -22 кОм; R4 — 3 кОм; R6 — 10 Ом; R7, R9 — 560 Ом; R8 — 1.5 кОм).

Сборка проводится согласно схемы 1. Транзисторы устанавливаются с использованием изолирующих прокладок на радиатор 150 кв.см. Обязательно применять плавкие предохранители. Собранный блок питания низковольтный должен давать на выходе 36 В ток 2 А и 5 В для питания генератора, который формирует импульсы ориентировочной частотой 2 кГц и  с амплитудой 5 В. Во время сборки схемы нужно проверять режим работы при помощи осциллографа. После этого подключается конденсатор.

Собранное устройство рассчитывалось на нагрузку 1 кВт. Рекомендуется нагружать прибор по номиналу или отключать при снятии нагрузки, поскольку ненагруженное устройство потребляет значительную мощность, которая счетчиком учитывается.

Устройство рассчитано на питание переменным током бытовых потребителей. Мощность – 1 кВт/ч, напряжение – 220 В. Собранное устройство подключается к розетке и питает нагрузку, при этом заземление не требуется. По расчетам, при подключении такого самодельного экономителя счетчик учитывает лишь 25% потребленного электричества.

Разработана также схема 2, позволяющая питать потребителей, работающих как на постоянном, так и на переменном токе (камины, электроплиты, освещение, водонагреватели). Главным предостережением является отсутствие в таких приборах элементов, которые рассчитаны на переменный ток (трансформаторы, электродвигатели).

А что с затратами на заряд аккумуляторов?

Для подсчета объема энергии, необходимой на заряд нужно определиться с двумя КПД – зарядного устройства (потери на преобразование переменного напряжения в постоянный ток заряда) и КПД самого электрохимического процесса заряда. КПД ЗУ составляет около 80%, второго около 90% (при токе 0,1С). Итого мы имеем общий КПД – 72%. Возвращаем энергию в АКБ: 9кВт*ч/0,72=12,5кВт*ч заберем из сети на заряд. Ночной тариф – 1р.68к. – итого 12,5*1,68=21р. В месяц это 630р. Ниже производим все расчеты без учета амортизации инвертора.

Приборы для экономии электроэнергии своими руками, отзывы специалистов

Специалисты обращают внимание на то, что попытка применить в домашних условиях принцип действия промышленных конденсаторных установок, накапливающих реактивную энергию, обречена на неудачу. Компенсаторы для реактивной мощности промышленные – это достаточно громоздкие устройства, рассчитанные изначально на определенную нагрузку и учитывающие целый ряд дополнительных параметров. Кроме того, в большинстве мощных домашних устройств конструктивно уже заложены достаточные по мощности улавливатели-конденсаторы реактивной энергии.

Большое количество комментаторов и специалистов указывают на то, что такого рода устройства, даже собранные сознанием дела и качественно, способны обманывать только счетчики старого индукционного типа. Электронные приборы учета энергии довольно капризные устройства и часто не выдерживают такого обхождения с собой, в них сгорают микросхемы. Это ведет к необходимости замены прибора и неприятной беседе со специалистами энергосбыта, что чревато штрафом со многими нулями.

Однако и замена счетчика – это не худшее, что может случиться, если за такую тонкую материю, как электричество берется дилетант. Учитывая зачастую не самое лучшее состояние электропроводки в российских домах и квартирах, такая самодеятельность может закончиться коротким замыканием и пожаром.

Люди, увлеченные опытами с электричеством, создают разные приспособления, в интернете их сотни. Однако это вовсе не значит, что все их изобретения нужно испытывать в своем доме, рискуя собственным имуществом и жизнью.

Посчитаем экономический эффект

Разница между стоимостью полученной и затраченной энергией составляет в наших расчетах 570 рублей в месяц или 19рублей в сутки. В таком режиме работы наш гелевый аккумуляторный банк даст 700 циклов, а это означает, что произведение составит 19р.*700циклов=13300р. Стоимость нашего батарейного банка составляет: 30400р.*8шт.=243200р. Остаточная стоимость аккумуляторов при цене 40р. за кг:  40р*60кг*8=19200р. Итого убыток: 13300р. + 19200р. – 243200р. =  – 210 700р.

Хорошо, а если мы будем разряжать батареи не на 50%, а на 30%?

Количество рабочих циклов у нас в этом случае приближается к отметке в 1900. Посчитаем: 1кВт нагрузки продержим уже 5,5часов, а это означает: 5,5*4,43=24,4р. На заряд мы потратим 12,8р. Один цикл принесет нам 11р. 57к. Считаем: 11,57р.*1900циклов=21983р. Итого убыток: 21983р. + 19200р. – 243200р. =  – 202 017р. Уже лучше, но всё же весьма далеко даже от нулевой рентабельности даже без учета амортизации инвертора.

Посчитаем ещё одно интересное значение – стоимость запасенного кВт*ч без учета затрат на заряд: 5,5кВт*ч*1900циклов=10450кВт*ч. Разделим стоимость всего банка на эту сумму: (243200р.-19200р.)/10450=21,44р за кВт*ч. Именно при такой разнице в тарифах у нас достигается порог рентабельности.

А какая экономика с использованием карбоновых батарей?

Технология использования углерода в составе свинцового аккумулятора позволяет существенно снизить процесс сульфатации отрицательной и коррозию положительной пластин, что приводит к кратному улучшению показателя доступных циклов заряда-разряда:

Цикличность карбоновых батарей

Максимума в произведении отданной энергии на количество циклов достигается при 80% DOD. Для того, чтобы получить 9кВт*ч при указанной глубине разряда нам необходимо 8 АКБ по 140Ач, стоимость подобного батарейного банка составит около 336 000р.  На оплате за электричество мы сэкономим: 19р.*2600циклов=49400р. Итого с учётом остаточной стоимости АКБ: 49 400р. + (40р.*55кг*8) – 336 000р.= – 269 000р.

Общий объем запасенной энергии: 9кВт*ч*2600циклов=23400 кВт*ч. Порог рентабельности разницы в тарифах или стоимость запасенного кВт*ч: (336000-17600)/23400=13,60р.

А если использовать литиевые, в частности LifePO4 аккумуляторы?

Максимальная экономическая эффективность литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LifePO4) обеспечивается при 70% DOD, при этом мы получаем 7000 циклов. Плюс к этому КПД заряда получится около 76%. Посчитаем стоимость батарейного банка. Для генерации 9кВт*ч с учетом 70% DOD нам необходимо иметь совокупную емкость 1219Ач  – это приблизительно 8шт. АКБ по 150Ач. Стоимость подобного батарейного банка с BMS составляет около 485т.р. Генерация аналогичная – 40р. 23к., на заряд уйдет 20р. С учетом цикличности: (40,23-20)*7000=141 610р. Итого убыток: 141610р. – 485000р. =  – 343 390р.

Общий объем запасенной энергии: 9кВт*ч*7000циклов=63000 кВт*ч. Порог рентабельности разницы в тарифах: 485000/63000=7,70р за кВт*ч.

 Выводы

• При текущих тарифах на электричество запасать энергию в аккумуляторах по ночному дешевому тарифу, а тратить днем нецелесообразно при использовании батарей любого типа по причине их ограниченной цикличности, потерь на КПД заряда и амортизации инвертора.
• Для циклических режимов работы, которые характерны для автономного электропитания с использованием генераторов и/или альтернативных источников электроэнергии (солнечные панели, ветряки и т.п.) целесообразнее использовать аккумуляторы с литиевой технологией, но они требует заметно больших первоначальных затрат по отношению к гелевым или карбоновым аналогам.
• Для резервного электропитания объектов, в которых аккумуляторы находятся в буферном режиме экономически целесообразно использовать аккумуляторы AGM типа.

Для экономии электроэнергии целесообразно сделать следующее:

• Провести аудит основных потребителей электричества в доме. Часто забытый включенный электрический теплый пол или какой-либо подогрев, неисправный насос и т.п. ощутимо увеличивают потребление. Для мониторинга удобно использовать амперметры/ваттметры после вводного автомата.
• Использовать энергосберегающие технологии в освещении и бытовую технику высокого класса энергоэффективности.
• Если отопление дома производится электричеством рекомендуем, во-первых, произвести обследование дома тепловизором на предмет утечек тепла, во-вторых, установить умный контроллер (например, EctoControl), который будет гибко управлять температурой в доме в зависимости от времени суток и дня недели.

• Использовать теплоаккумуляторы для нагрева теплоносителя по ночному тарифу.

С удовольствием ответим на ваши вопросы в комментариях!

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Не работает электричество в доме: в чем... Автоматический выключатель для асинхронн... Электросчетчик мотает без нагрузки: в че... Перепады напряжения из-за перегрузки на...