Как выбрать УЗЕ

Батарея хранит энергию. Чтобы питать от неё домашние приборы, нужен инвертор: он превращает постоянный ток батареи в переменный ток для розеток. В готовой УЗЕ батарея и совместимый инвертор уже входят в комплект.

Для работы при блекауте инвертор должен уметь питать дом без внешней сети - в домашних системах для этого обычно используют гибридный инвертор. Он работает с сетью и батареей, а также позволяет подключить солнечные панели. [Deye]

Переключение на питание от батареи может быть встроено в инвертор. Внешний блок добавляют, если его требует схема подключения выбранной модели.

Hybrid inverter - гибридный инвертор.

Солнечные панели отдают энергию через солнечный инвертор. У обычной сетевой солнечной электростанции, или СЭС, он работает только при наличии внешней сети (сетевой инвертор): подстраивается под её напряжение и частоту. При блекауте этот инвертор отключается, поэтому солнечная станция прекращает питать дом даже при ярком солнце.

Чтобы использовать такую СЭС при блекауте, нужна согласованная с ней система: инвертор УЗЕ создаёт домашнюю сеть, а солнечный инвертор подключается к ней. Совместимость двух инверторов должна быть предусмотрена производителем. [Victron Energy]

СЭС - солнечная электростанция; английское название: solar power plant; Grid-tied inverter - сетевой инвертор.

Обычно напряжение в розетках поддерживает внешняя сеть. Во время блекаута эту работу берёт на себя инвертор УЗЕ. Он должен поддерживать, например, 230 В и частоту 50 Гц, на которые рассчитаны домашние приборы. Энергию для этого он получает от батареи или другого предусмотренного источника.

Эта способность инвертора создавать и поддерживать электрическую сеть называется Grid-forming. Благодаря ей приборы могут работать в доме, который на время отключён от внешней линии. [Victron Energy]

Grid-forming - формирование электрической сети.

Представьте: ночью сеть пропала, и дом работал от батареи. К утру заряд дошёл до нижнего допустимого порога, защита остановила разряд, а инвертор УЗЕ выключился. Солнце уже освещает панели, но отдельный сетевой солнечный инвертор ждёт напряжения, которое должен создать инвертор УЗЕ. Оба стоят, и дом остаётся без электричества.

Для восстановления питания нужен Black start - запуск остановленной системы без внешней сети. При выборе выясните, откуда система возьмёт энергию для запуска и произойдёт ли он автоматически. [Fronius]

Black start - запуск без внешней сети.

Off-grid означает работу без внешней сети. Производитель может ограничивать длительность такой работы, поэтому перед покупкой проверьте, сколько времени выбранная УЗЕ может питать приборы при блекауте и разрешена ли ей постоянная работа без сети.

Например, для GEN24/GEN24 Plus Fronius ограничивает работу при отключениях 20% суммарных часов работы инвертора. Поэтому для объекта с частыми многодневными блекаутами нужно проверить и запас энергии, и разрешённую длительность работы. [Fronius]

Off-grid - работа без внешней сети.

Для прямого подключения панелей у инвертора должен быть PV-вход. Через него солнечная энергия поступает на питание приборов и зарядку батареи. В такой схеме гибридный инвертор выполняет и работу отдельного солнечного инвертора.

В каталоге смотрите два отдельных свойства: PV-вход для прямого подключения панелей и работу при блекауте. Если СЭС уже имеет свой инвертор, выбирайте УЗЕ по совместимости с этим инвертором.

PV: Photovoltaic - фотоэлектрический; PV input - вход для солнечных панелей.

Сначала сложите мощность приборов, которые будут включены одновременно. Например, чайник потребляет 2 кВт, а остальные приборы ещё 1 кВт. Для их одновременной работы УЗЕ должна постоянно отдавать как минимум 3 кВт. Кратковременную нагрузку при включении приборов разберём отдельно.

Затем определите необходимое время работы и проверьте, хватит ли запаса энергии. Например, возьмём батарею с доступными 10 кВт·ч и приборы, постоянно потребляющие 2 кВт. Делим запас энергии на мощность приборов: 10 кВт·ч ÷ 2 кВт = 5 часов. При работе инвертора также будут потери энергии, но для простоты здесь мы их не учитываем.

Номинальная ёмкость - паспортный запас энергии, указанный в спецификации (даташите).

Полезная ёмкость - сколько энергии батарея может отдать при обычной работе. Производитель задаёт верхний и нижний рабочие уровни заряда, чтобы беречь ячейки. Полезная ёмкость показывает запас между этими уровнями.

Например, номинальные 10 кВт·ч, а полезные лишь 9 кВт·ч. Для времени работы берём 9 кВт·ч: при постоянной нагрузке 2 кВт получается 4,5 часа. На практике время будет немного меньше, потому что инвертор тоже расходует энергию.

Nominal capacity - номинальная ёмкость; Usable capacity - полезная ёмкость.

SoC - текущий уровень заряда, как процент на телефоне. Допустим, сейчас 50%, а при снижении до 20% система остановит разряд, чтобы защитить батарею. Значит, до остановки можно израсходовать 30% полного заряда: 50% минус 20%.

DoD - глубина разряда: какую долю заряда использовали. Начали со 100%, остановились на 20% - DoD составил 80%. В документации рядом с DoD смотрите, что именно указано: допустимая глубина разряда, рекомендуемая для работы или использованная при испытании ресурса. Например, DoD в строке с числом циклов описывает испытание.

SoC: State of Charge - уровень заряда; DoD: Depth of Discharge - глубина разряда.

УЗЕ может отдавать разную мощность в этих режимах. Допустим, в документации указаны 10 кВт с сетью и 6 кВт без сети. Поэтому, если перед блекаутом приборы потребляли 8 кВт, после отключения сети нагрузку нужно уменьшить. Например, выключить чайник на 2 кВт - тогда останутся допустимые 6 кВт.

Для работы при блекауте подбирайте УЗЕ по мощности без сети. Оба значения в каталоге помогают заранее увидеть эту разницу.

Некоторые приборы в момент включения кратковременно потребляют больше тока, чем потом. Это пусковой ток. УЗЕ должна выдержать его, чтобы прибор запустился.

• Насос, холодильник, кондиционер. Для запуска двигателя или компрессора часто нужен дополнительный ток.
• Телевизор, компьютер, индукционная плита. В их электронике тоже возможен короткий скачок тока при включении. Его величина зависит от блока питания и схемы прибора. [MEAN WELL]
• Обычный чайник и электроплита с нагревателями. Их потребление при включении обычно близко к мощности нагрева. Для них прежде всего важна постоянная мощность УЗЕ.

Для проверки пуска смотрите пиковую мощность и её длительность. Учебный пример: «5 кВт постоянно, 10 кВт на 10 секунд». Приборы могут кратковременно потребовать до 10 кВт, но за 10 секунд их общая нагрузка должна снизиться до 5 кВт или меньше. Если пуск указан в амперах или кВА, сравнивайте его с соответствующим пределом инвертора.

Inrush current - пусковой ток; Peak power - пиковая мощность.

Мощность зарядки показывает, с какой скоростью система пополняет энергию батареи. При выборе проверяйте отдельно мощность зарядки и разряда: в одном направлении система может работать быстрее, чем в другом.

Кроме пределов оборудования, учитывайте мощность, доступную от сети. Часть её будут использовать домашние приборы, а остальное можно направить на зарядку.

C-rate показывает, насколько быстро заряжается или разряжается батарея. Для первоначального расчёта: при 1C полностью разряженная батарея зарядится до 100% за час; при 0,5C за час наберёт 50%, а полностью зарядится за два часа; при 0,25C полный заряд займёт четыре часа.

Перед достижением 100% система обычно уменьшает ток зарядки, поэтому полная зарядка может занять больше времени. На холоде допустимый ток тоже может снижаться.

C-rate - темп зарядки или разряда относительно ёмкости батареи.

Интернет может пропасть, хотя электричество в доме есть. Чтобы расписание и управление зарядкой продолжали работать, нужна EMS с работой без интернета. Отдельно проверьте, как посмотреть заряд и изменить настройки: на экране УЗЕ или через домашнюю компьютерную сеть.

Локальный мониторинг позволяет видеть показатели непосредственно на объекте. Например, к Victron GX можно подключиться через домашнюю компьютерную сеть без интернета. А доступ через интернет-портал производителя требует связи с интернетом. [Victron Energy]

Local monitoring - локальный мониторинг; Data logging - запись истории работы; Data export - экспорт данных.

При зарядке и разряде инвертор теряет часть энергии при преобразовании тока. Энергия также уходит на нагрев ячеек и проводов. УЗЕ расходует электричество и на собственное потребление: работу управления, вентиляторов или насосов охлаждения.

Чтобы оценить общие потери за зарядку и разряд, используют RTE - эффективность полного цикла. RTE показывает, какую долю полученной при зарядке энергии УЗЕ затем отдаст приборам. Чем выше RTE, тем меньше потери. [PNNL]

Например, при RTE 90% УЗЕ, получившая 100 кВт·ч при зарядке, отдаст приборам 90 кВт·ч. Остальные 10 кВт·ч, то есть 10%, уйдут на потери и собственное потребление УЗЕ.

RTE: Round-trip efficiency - эффективность полного цикла заряд-разряд.

Даже когда приборы потребляют мало, электроника УЗЕ продолжает работать. Если собственное потребление УЗЕ постоянно составляет 50 Вт, за сутки система израсходует 1,2 кВт·ч. При блекауте эта энергия берётся из батареи и сокращает время питания приборов.

Auxiliary consumption - собственное потребление системы.

Батарея со временем деградирует, то есть стареет. Побочные химические реакции постепенно изменяют материалы внутри ячеек, из-за чего батарея может хранить всё меньше энергии. Поэтому при той же нагрузке её хватает на меньшее время. [DOE]

Например, новая батарея хранила 10 кВт·ч, а через несколько лет хранит 8 кВт·ч. Осталось 80% первоначальной ёмкости. Этот показатель называют SoH по ёмкости.

После полной зарядки такая батарея покажет SoC 100%, хотя энергии в ней только 8 кВт·ч. При постоянной нагрузке 2 кВт расчётное время работы сократится с пяти до четырёх часов, если пока не учитывать потери инвертора.

SoH: State of Health - состояние батареи относительно новой; здесь по сохранённой ёмкости.

Зарядили батарею, затем разрядили её - прошёл один цикл заряд-разряд. Число циклов показывает, сколько таких повторений производитель заявляет до уменьшения ёмкости до определённого уровня.

Например, «6 000 циклов, DoD 90%, SoH 80%» означает: после 6 000 циклов, в каждом из которых батарею разряжали на 90%, должно оставаться 80% её первоначальной ёмкости. У батареи на 10 кВт·ч это 8 кВт·ч. Она продолжает работать, но хранит меньше энергии.

Ячейки - отдельные элементы внутри батареи, которые хранят энергию. От их химии и конструкции зависят ёмкость, допустимый ток, нагрев и скорость старения. Например, LFP, или LiFePO4, обозначает литий-железо-фосфатную химию ячеек.

Зная производителя и модель ячейки, можно найти её характеристики: сколько циклов заявлено и какой ток она выдерживает. Это помогает понять возможности батареи. Чтобы ячейки долго работали вместе, готовой батарее нужны также качественные соединения, управление и охлаждение. Поэтому для покупки смотрите и характеристики ячеек, и ресурс батареи в сборе.

LFP: Lithium iron phosphate - литий-железо-фосфат; LiFePO4 - химическая формула этого материала.

Представьте несколько ячеек, соединённых последовательно, то есть друг за другом в одной цепи. Через них проходит один и тот же ток. Если одна ячейка заряжена меньше остальных, при разряде она первой достигнет нижнего предела. Чтобы не повредить её, управление остановит разряд всей группы. В остальных ячейках при этом ещё будет энергия.

За состоянием ячеек следит BMS - электронная система управления батареей. Она измеряет напряжения, ток и температуру и ограничивает зарядку и разряд, когда это нужно для защиты батареи.

Балансировка выравнивает заряд ячеек. Это помогает использовать больше энергии батареи: разница в заряде между ячейками меньше ограничивает разряд всей группы. [Victron Energy]

BMS: Battery Management System - система управления батареей; Cell balancing - балансировка ячеек.

В инструкции должно быть разрешено наружное размещение и указаны допустимые температура, влажность и условия защиты от солнца и осадков. Проверьте каждый корпус комплекта: батарея может подходить для улицы, а отдельный инвертор требовать помещения.

IP - степень защиты корпуса от проникновения пыли и воды. В обозначении IP65 цифра 6 означает пыленепроницаемый корпус, а 5 - защиту от водяных струй. У IP66 корпус также пыленепроницаемый, но рассчитан на более сильные водяные струи. Допустимую влажность воздуха и условия, связанные с конденсатом, проверяют отдельно. [Alicat Scientific]

Для улицы выбирайте модель, у которой производитель прямо разрешает наружную установку в ваших условиях. Например, для TCL X1 заявлены IP66 и установка как внутри помещения, так и снаружи. Одной надписи IP65 или IP66 недостаточно: она не определяет допустимую температуру и требования к месту монтажа. [TCL X1]

IP: Ingress Protection - защита от проникновения твёрдых частиц и воды.

При зарядке и разряде батарея нагревается, а охлаждение отводит тепло. Если температура становится слишком высокой, система может уменьшить допустимую мощность. Тогда, например, для одновременной работы насосов, которые запускались утром, в жару мощности может уже не хватить.

Такое снижение мощности называется дерейтинг. При выборе смотрите, какую мощность система сможет отдавать при температуре вашего места установки.

Derating - снижение допустимой мощности.

Зарядка слишком холодной литиевой батареи может повредить её ячейки. Поэтому производитель задаёт минимальную температуру зарядки, а защита блокирует зарядку до прогрева. При этом батарея может продолжать питать приборы: для разряда производитель часто разрешает более низкую температуру. [Victron Energy]

Это возможно на улице, в неотапливаемом помещении или в доме, который остыл после отключения отопления. Если помещение остаётся тёплым, сама по себе зима не мешает зарядке.

Для работы на холоде в УЗЕ и отдельные батареи устанавливают встроенный подогрев: нагреватель прогревает ячейки до допустимой температуры зарядки. Например, модуль подогрева предусмотрен у TCL X1. Для выбранной модели проверьте, откуда подогрев получает энергию и работает ли он при блекауте. [TCL X1]

Если ячейки перегреваются при зарядке, BMS может уменьшить ток или остановить зарядку, чтобы прекратить дальнейший нагрев от неё.

Для обнаружения и тушения пожара нужны отдельные устройства. Датчики сообщают об опасности, а система тушения подаёт огнетушащее вещество. Поэтому в каталоге смотрите отдельно BMS, обнаружение пожара и автоматическое тушение: у них разные задачи.

Гарантия от дефектов определяет, как производитель устраняет неисправности. Гарантия сохранения ёмкости ограничивает допустимое уменьшение ёмкости из-за старения батареи.

Например, новая полностью заряженная батарея могла отдать 10 кВт·ч. Если производитель гарантирует сохранение 70% этой полезной ёмкости, то в пределах гарантии после полной зарядки она должна по-прежнему отдавать хотя бы 7 кВт·ч в оговорённых условиях. Это показатель того, насколько состарилась батарея. Её текущий заряд при этом может быть любым: 100%, 50% или меньше.

У одной гарантии могут быть несколько пределов: количество лет работы, количество циклов и суммарная энергия, отданная за время эксплуатации.

Смотрите отдельные сроки для батареи, инвертора и вспомогательного оборудования. Например, TCL X5 V1.2 устанавливает 10 лет для батареи; 5 лет для инвертора, высоковольтного блока и системы управления; 2 года для охлаждения, освещения и пожарной защиты. В документе инвертор обозначен как PCS. Полный перечень компонентов находится на страницах 3-4. [TCL]

До покупки выясните, нужно ли подключать УЗЕ к интернету, как часто её обслуживать и сколько времени батарею можно оставлять разряженной.

Если батарея разрядилась, а сеть не вернётся до установленного производителем срока подзарядки, потребуется электричество, например, от генератора или солнечных панелей. Выбранная УЗЕ должна поддерживать зарядку от этого источника при блекауте; для панелей также нужно достаточно солнца. Подзарядка нужна, чтобы саморазряд и потребление электроники не привели к слишком глубокому разряду и повреждению ячеек.

Попросите у продавцов цену полного комплекта для вашей задачи: батарея, инвертор, необходимые устройства переключения и управления, электрические защиты и монтаж. Тогда более дешёвая батарея не окажется более дорогой покупкой после добавления остальных устройств.

Сравнивайте цену за кВт·ч по одному и тому же типу ёмкости: либо номинальной, либо полезной. Например, у двух предложений указаны одинаковые номинальные 10 кВт·ч, а полезные ёмкости составляют 9 и 8 кВт·ч. При одинаковой цене первое предложение даёт больше энергии за один заряд. Затем сравните мощность, ресурс и гарантию.

Отдельно узнайте стоимость обслуживания и кто выполняет сервис в Украине. В гарантии проверьте, кто оплачивает диагностику, работы и доставку батареи: от этого зависят ваши расходы при неисправности.