Скільки протримає зарядна станція і яку станцію, ДБЖ, сонячні панелі чи генератор вибрати для відключень

Шість вкладок, один список

Усе починається з вкладки Прилади: список із готовими шаблонами (холодильник, роутер і ONT, ноутбук, телефон, телевізор, LED-лампи, автоматика газового котла, циркуляційний насос, CPAP-апарат, морозильна камера, електрочайник, мікрохвильовка, бойлер тощо). Будь-яке число можна змінити або додати власний прилад. Інші вкладки працюють з тим самим списком: Скільки протримає — для вашого акумулятора, Яку обрати — під задане відключення, Заряджання — з вашим графіком, Сонячні панелі — по місяцях, Генератор — у літрах і гривнях.

Підсумок праворуч (на телефоні — плашка внизу екрана) завжди показує, скільки протримає батарея, середнє й пікове навантаження та енергію за добу, а також попередження, коли щось не сходиться. Під кожною вкладкою блок Як це пораховано показує формули з вашими числами, тож будь-який результат можна перевірити на папері. Список і налаштування зберігаються в цьому браузері, а Зберегти в історію залишає розрахунок, щоб пізніше порівняти.

Скільки насправді споживають прилади

Кожен прилад описують чотири числа. Потужність — скільки він бере з розетки під час роботи (на етикетці зазвичай максимум; правду скаже ватметр-розетка). Пуск × — у скільки разів більше двигун чи компресор бере на частку секунди під час запуску. Працює, % — яку частку часу прилад справді споживає: компресор холодильника вмикається й вимикається. Годин на добу — скільки він у вас увімкнений.

З цих чисел PowerBench рахує енергію за добу (сума потужність × штук × частка часу × годин), середнє навантаження (ця енергія, поділена на 24 години: саме від нього залежить, скільки протримає акумулятор), усе разом і з пуском двигуна (до всього разом додається найбільший пуск одного приладу, бо двигуни рідко стартують в одну мить). Останні два числа мають вкластися в номінальну й пікову потужність станції. Приладам із позначкою потрібен чистий синус (двигуни, компресори, автоматика котла, CPAP) потрібен інвертор із чистою синусоїдою.

Скільки протримає акумулятор

Акумулятор на 1024 Вт·год не віддасть вашому холодильнику 1024 Вт·год. На вкладці Скільки протримає ємність зменшується крок за кроком, і кожен крок можна змінити:

• Глибина розряду — яку частину батареї ви дозволяєте використовувати. 90 % для LiFePO4, 85 % для NMC, але лише 50 % для свинцевого акумулятора, якщо він має прожити більше за кількасот циклів.
• Запас на старіння — після кількох сотень циклів батарея тримає менше; 10 % — чесний запас для станції віком рік-два.
• Температура — холодний акумулятор віддає менше: приблизно 0,7 % на кожен градус нижче 20 °C для літію й 1 % на градус нижче 25 °C для свинцю. Станція на холодному балконі при 0 °C втрачає приблизно сьому частину.
• Ефект Пейкерта (лише для свинцю) — ємність свинцевого акумулятора вказують для 20-годинного розряду. Більший струм дає менше: за вдвічі більшого струму AGM-акумулятор віддасть близько 90 %.

Далі інвертор: він перетворює постійний струм батареї на 230 В і втрачає дорогою 8–15 % (ККД 85–92 %), а ще весь час, поки ввімкнений, витрачає власне споживання 5–30 Вт, навіть якщо нічого не підключено. Тож роутер на 15 Вт від великої станції витрачає на інвертор більше, ніж на себе; для такого навантаження USB- чи 12-вольтові виходи станції протримають набагато довше.

корисна енергія = ємність × глибина розряду × (1 − старіння) × k(холод) × k(Пейкерт)
споживання від батареї = середнє навантаження / ККД + власне споживання
години = корисна енергія / споживання від батареї

Приклад: 1024 Вт·год LiFePO4, 90 %, 10 % на старіння, 20 °C → 829 Вт·год корисних. Холодильник, роутер і чотири лампи в середньому споживають 65 Вт; з інвертором на 90 % і 10 Вт власного споживання батарея віддає 82,6 Вт, тож 829 / 82,6 ≈ 10 годин.

Попередження підкажуть, коли станція не витягне усе разом (її номінальна потужність), пуск двигуна (пікова потужність; якщо поле порожнє, береться подвійна номінальна), коли модифікований синус зустрічає прилади, яким потрібен чистий, і коли літієвий акумулятор надто холодний, щоб заряджатися.

LiFePO4, NMC чи свинець

Більшість нових станцій — на LiFePO4, і для щоденних відключень це правильний вибір: тисячі циклів роблять кожну кіловат-годину дешевою. NMC легший і підійде станції, яку часто возять. Свинцеві акумулятори з ДБЖ спершу дешевші, але кожен живе кілька сотень циклів на половині глибини. Виберіть цей тип у калькуляторі — і він перейде на ампер-години, 50 % глибини й поправку Пейкерта.

Яку станцію купити

Вкладка Яку обрати рахує у зворотний бік: для 4, 8 і 12 годин і тривалості, яку ви задали, вона показує потрібну номінальну ємність (з корисною частиною й запасом), тривалу й пікову потужність, ту саму ємність в ампер-годинах для LiFePO4 на 12,8 В і для AGM на 12 В, а також клас:

Порівнюючи станції, дивіться не лише на ємність:

• Чистий синус на виході й тривала потужність, більша за «усе разом» із запасом.
• Пікова потужність, більша за пуск вашого холодильника чи насоса.
• Потужність заряджання від мережі: якщо світло дають на 4 години, а станція заряджається 5, вона ніколи не наповниться.
• Режим ДБЖ (EPS) і час перемикання, якщо комп’ютер чи котел не мають помітити відключення: до 10–20 мс — добре.
• Хімія й ресурс батареї, гарантія і чи можна згодом додати батареї.

PowerBench навмисно не називає брендів: перевіряйте числа на етикетці чи в офіційних характеристиках моделі, яку розглядаєте.

ДБЖ для газового котла

Настінний газовий котел із вбудованим насосом бере 60–150 Вт; без електрики він зупиняється, а з ним і опалення. Звичне рішення — ДБЖ із чистим синусом і зовнішнім акумулятором або станція в режимі ДБЖ. Підбирайте так само: додайте котел і насос (а за бажання й роутер) і подивіться ємність на вкладці Яку обрати. Для 85 Вт на 12-годинну ніч (з типовими 10 % запасу на старіння й 15 Вт власного споживання інвертора) свинцевому AGM-акумулятору при 50 % глибини треба близько 3 кВт·год номіналу — 256 А·год на 12 В, тобто три акумулятори 12 В 100 А·год; LiFePO4 — близько 1,6 кВт·год.

Три речі важливіші за ємність: ДБЖ має давати чистий синус, багатьом котлам потрібні правильна фаза й заземлення (вмикайте вилку так само, як раніше, у розетку із заземленням), а зарядний пристрій ДБЖ має встигати наповнити акумулятор між відключеннями — порівняйте його зарядний струм із графіком на вкладці Заряджання.

Заряджання й графік відключень

Час заряджання — це енергія, яку треба повернути (корисна частина плюс втрати на заряджання), поділена на потужність заряджання, з «хвостом» для останніх 10–20 %, які йдуть повільніше: ×1,1 для літію, ×1,4–1,5 для свинцю. Від генератора станція заряджається через той самий вхід від розетки, тож її обмежує і сама станція, і 80 % потужності генератора. Від сонця — панелі, сонячний вхід станції (рахується менше з двох) і місяць.

Графік відключень (наприклад, 4 години без світла, 4 — зі світлом) моделюється похвилинно на три доби, починаючи з повної батареї: без світла батарея живить прилади, коли світло є, прилади працюють від мережі, а батарея заряджається, ближче до повної — повільніше. Графік показує заряд, а висновок — чи протримає вона кожне відключення, чи встигне дозарядитися, скільки триває дозаряджання і наскільки низько опускається заряд. Якщо вона не встигає наповнитися, з кожним циклом заряду меншає, доки одного дня батарея не сяде.

Сонячні панелі по місяцях

Потужність панелі (Вт пік) вимірюють при сонці 1000 Вт/м². Пікова сонячна година — одна година такого сонця, і місячна інсоляція в кВт·год/м² на добу — це саме кількість таких годин. Тоді панель дає приблизно Вт пік × сонячні години × (1 − втрати) ват-годин на добу; втрати 14 % (нагрів, пил, дроти, контролер) — типове значення PVGIS.

Сонячні години — статична таблиця, усереднена за 2005–2020 роки, для всіх обласних центрів України й кількох міст Європи, для кутів 0°, 15°, 30°, 45°, 60° і 90° на південь; проміжні значення інтерпольовано. Їх один раз узято з PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System, Спільний дослідницький центр Європейської комісії, база PVGIS-SARAH2), тож інструмент не робить жодних запитів. Можна також ввести свої сонячні години, наприклад із розрахунку PVGIS для вашої адреси.

Ось чесна картина: тому самому господарству в грудні потрібно вшестеро більше панелей, ніж у червні. Узимку панелі допомагають, але рідко тягнуть будинок самі, а сніг чи тінь від дерева або сусіднього будинку (їх у даних немає) зменшують виробіток у рази. На поручні балкона (90°) панель ловить більше низького зимового сонця, ніж покладена пласко, але влітку дає менше; виберіть кут кнопками й порівняйте місяці.

Генератор чи станція

Генератор спалює частину пального просто, щоб крутитися, а частину — пропорційно навантаженню: літрів за годину = кВт × (a + b × частка навантаження). Типові коефіцієнти для бензинового, бензинового інверторного, дизельного й газового (LPG) генератора вже підставлено; якщо в інструкції вказано витрату на 50 % і 100 % навантаження, впишіть свої. Для бензинового генератора на 3 кВт це близько 0,4 л/год на холостому ходу й 1,7 л/год на повній потужності.

Година коштує пальне × ціна плюс олива й сервіс; кіловат-година — це поділене на навантаження. Тому генератор дорогий для малого навантаження: живлячи холодильник і роутер (200 Вт), генератор на 3 кВт спалює більшість пального «на холостому», і кіловат-година виходить у рази дорожчою, ніж за пристойного навантаження. Кіловат-година станції — це тариф з урахуванням втрат на заряджання й інвертор плюс знос: ціна станції, розподілена на всю енергію, яку вона збереже за життя (цикли × корисна ємність).

Графік складає обидва варіанти день за днем, починаючи з їхніх цін, для заданої кількості годин без світла на добу, і показує, на який день станція окупиться. Він також підкаже, коли станція сама не покриває всього відключення: тоді найкраща пара — часто станція на ніч і тихі години та генератор, який кілька годин на добу заряджає її за доброго навантаження.

Безпека

• Генератор — лише надворі. У його вихлопі чадний газ, без запаху й кольору, смертельний за лічені хвилини. Ніколи — у квартирі, на балконі чи лоджії, у гаражі, підвалі чи сараї й не під вікнами: щонайменше кілька метрів від дверей, вікон і вентиляції (американські служби безпеки радять 6 м), вихлопом від будинку. Поставте в приміщенні датчик чадного газу й доливайте пальне лише в заглушений і холодний генератор.
• Газовому котлу потрібен чистий синус. Дешевий ДБЖ чи інвертор із «модифікованим синусом» може спалити плату котла чи насос, а двигуни на ньому гудуть і гріються. Багато котлів ще й фазозалежні й потребують заземлення.
• LiFePO4 не можна заряджати нижче 0 °C. Літієвими акумуляторами можна користуватися на холоді, але заряджання на морозі осаджує літій усередині й назавжди псує елементи. Станції з холодного авто чи балкона дайте кілька годин прогрітися в кімнаті, якщо вона не підігріває батарею сама.
• Перевантаження й подовжувачі. Чайник, бойлер чи обігрівач самі беруть 1,5–2 кВт. Не вмикайте кілька таких від станції чи генератора одночасно, беріть повністю розмотаний подовжувач перерізом щонайменше 1,5 мм², не з’єднуйте подовжувачі ланцюжком і не накривайте станцію.
• Не живіть домашню мережу через розетку. Кабель «вилка-вилка» в розетку подає напругу назад у мережу: це може вбити електрика на лінії й спалити техніку, коли повернеться світло. Будинок підключають лише через перемикач, який змонтує електрик.
• Акумулятори. Тримайте їх далеко від обігрівачів і сонця, не заряджайте здутий чи пошкоджений акумулятор, а свинцеві заряджайте лише там, де є повітря: вони виділяють водень.
• Медичні прилади. Для CPAP-апарата чи кисневого концентратора плануйте щонайменше на подвійну тривалість відключення, майте друге джерело живлення й домовтеся з лікарем, що робити, якщо світла не буде довше.

Усі формули

енергія за добу       E = Σ W × n × k × t                  (k — частка часу роботи, t — годин на добу)
середнє навантаження  P̄ = E / 24
усе разом             P = Σ W × n
з пуском              P(пуск) = P + max W × (пуск × − 1)
корисна енергія       E(б) = C × DoD × (1 − старіння) × k(t) × k(П)
холод                 k(t) = 1 − 0,007 × (20 − t) літій,  1 − 0,01 × (25 − t) свинець
Пейкерт (свинець)     k(П) = (I₂₀ / I)^(k − 1),  I₂₀ = C / U / 20,  k = 1,12–1,25
споживання від батареї P(б) = P̄ / ККД + власне споживання
час роботи            t = E(б) / P(б)
ємність під відключення C = P(б) × години / (DoD × (1 − старіння) × k(t) × k(П)) × (1 + запас)
час заряджання        t = C × DoD / ККД заряджання / P(заряд) × хвіст
сонце, за добу        E = Вт пік × сонячні години × (1 − втрати)
потрібно панелей      Вт пік = (E / ККД інвертора + власне споживання × 24) / (сонячні години × (1 − втрати))
пальне генератора     л/год = кВт × (a + b × P / P(ном))
кВт·год генератора    (л/год × ціна + сервіс) / навантаження в кВт
кВт·год станції       тариф / (ККД заряджання × ККД інвертора) + ціна / (цикли × C × DoD) / ККД інвертора

Калькулятор перевіряє себе на прикладах, порахованих вручну: відкрийте PowerBench за адресою #/selftest, щоб побачити кожен випадок і відповідь.

Приватність і робота офлайн

Усе рахується у вашому браузері. Список і налаштування зберігаються в сховищі цього браузера, щоб завтра вони були на місці, а збережені розрахунки лишаються в історії, доки ви їх не видалите. Посилання «Поділитися» містить лише числа розрахунку (прилади, акумулятор, налаштування) після # в адресі, яка ніколи не надсилається на сервер. Таблиця сонця — частина сторінки, тож після першого відкриття PowerBench зовсім не потребує інтернету й встановлюється як застосунок — саме те, що треба, коли світла немає.

Обмеження

• Усі цифри орієнтовні. Справжні прилади споживають інакше, ніж написано на етикетці, батареї старіють по-різному, а холодильник у теплій кухні працює більше. Беріть із запасом і виміряйте важливі прилади ватметром-розеткою.
• Час роботи визначає середнє навантаження, а не порядок, у якому працюють прилади: чайник увечері й чайник уранці забирають ту саму енергію.
• Таблиця сонця — багаторічне середнє для панелі на південь без тіні; хмарний тиждень дасть значно менше, а панелі на схід чи захід — менше, ніж на південь.
• Коефіцієнти генератора типові; старі чи перевантажені генератори їдять більше.
• Без брендів. Класи — за ємністю й потужністю; характеристики конкретної моделі перевіряйте на сайті виробника.

Часті запитання

Скільки зарядна станція на 1 кВт·год протримає холодильник?

Типовий холодильник споживає близько 1 кВт·год на добу, тож станція LiFePO4 на 1024 Вт·год протримає його самого приблизно 13 годин з типовим запасом на старіння й 15 Вт власного споживання інвертора, а нова й з ощадливим інвертором — до 19 годин. Додайте свій холодильник у PowerBench, щоб побачити точне число.

Чи потягне станція газовий котел?

Так, якщо в неї чистий синус: котел із насосом бере 60–150 Вт, тож станція на 1 кВт·год протримає його приблизно 5–10 годин. Перевірте, щоб котел був увімкнений із правильною фазою й заземленням.

Яка станція потрібна на 4 години без світла?

Додайте свої прилади й відкрийте Яку обрати: для холодильника, роутера, ноутбука й освітлення зазвичай 500–800 Вт·год, із газовим котлом і насосом — 1–1,5 кВт·год.

Чому станція тримає менше, ніж її Вт·год, поділені на навантаження?

Бо використовується лише 85–90 % батареї, інвертор втрачає 8–15 % і витрачає власні 5–30 Вт, а холод і вік забирають свою частку. Формули під Як це пораховано показують кожен крок.

Чи можна заряджати станцію на морозному балконі?

Літієву нижче 0 °C — ні. Занесіть її в тепло й дайте прогрітися.

Генератор дешевший за станцію?

Для великого навантаження й довгих відключень часто так; для холодильника й роутера генератор спалює більшість пального на холостому ходу. Вкладка Генератор порівнює обидва варіанти день за днем із вашими цінами.