Створення резервної копії за допомогою системи FoxESS: що можна використовувати під час відключення електроенергії?
Перебої з електропостачанням у нас теж не є теоретичним ризиком: після літньої бурі будинок може на кілька годин зануритися в темряву, і сонячна батарея сама по собі в такій ситуації не допоможе, хай навіть світить сонце. Спочатку ми розглянемо роль резервного живлення в системі FoxESS. Потім подивимося, як поводиться сонячна батарея під час відключення електроенергії, якщо в системі також є накопичувач енергії. Далі з’ясуємо, який саме інвертор і акумулятор FoxESS взагалі потрібні для аварійного режиму роботи, і на що слід звернути увагу під час підключення.
Окремо зупинимося на тому, чи варто розглядати варіант повного забезпечення будинку чи окремого контуру споживання в аварійному режимі. По черзі розглянемо ті потужні споживачі, які за лічені секунди виводять систему з ладу в аварійному режимі. Ми також розберемо, як показник SoC визначає фактичний час роботи під час відключення електроенергії.
При розрахунках ми працюємо з конкретними значеннями в кВт та кВт·год, щоб ви не приймали рішення щодо організації резервного живлення на основі інтуїції. Наприкінці статті ми підсумуємо, на що слід звернути увагу виконавцю під час монтажу та введення в експлуатацію.
Значення функції резервного живлення в системі FoxESS
На практиці резервне живлення — це окремий аварійний вихід на інверторі. Під час відключення електроенергії система безпечно відключається від загальної мережі, а потім продовжує живити заздалегідь визначених споживачів через цей вихід. Відключення не є функцією для зручності: стандарти EN 50549-1 та IEC 62116 передбачають, що інвертор, який працює в мережі, повинен відключитися протягом двох секунд після зникнення напруги в мережі, щоб уникнути потрапляння напруги на лінію, що ремонтується.
Важливо, що це не те саме, що повний автономний режим. Система резервного живлення FoxESS не обіцяє, що будинок непомітно продовжить працювати з усіма споживачами, а гарантує, що основні функції (або ті, що підключені до критичного кола споживачів) будуть безпечно доступні. Потужність виходу EPS обмежена, і він подає струм лише на той контур, який підключив підрядник. Вдень, коли світить сонце, до цього контуру також долучається вироблення сонячних панелей.
У інверторах FoxESS перемикання зазвичай відбувається за 10–20 тисячних секунди, тому освітлення, маршрутизатор або холодильник, підключені до ланцюга EPS, продовжують працювати практично непомітно. Натомість настільний комп’ютер може перезапуститися навіть за такий короткий час, тому для справді безперебійного живлення потрібен окремий джерело безперебійного живлення.
Ось як працює сонячна батарея у разі відключення електроенергії з системою FoxESS
У момент відключення електроенергії інвертор FoxESS фіксує падіння напруги в мережі, розмикає реле на стороні мережі та за кілька тисячних секунди подає напругу на вихід аварійного режиму. Відтепер інвертор самостійно задає опорну напругу та частоту, тобто він не пристосовується до мережі, а сам підтримує роботу системи.
Основним джерелом енергії в цей час є акумулятор. Вдень до роботи підключається сонячна панель: вона покриває споживання контуру аварійного режиму, а надлишок енергії повертає в акумулятор, завдяки чому перебої з електропостачанням можна пережити навіть протягом декількох днів. Вночі ж працює виключно накопичена енергія.
Звідси випливає найважливіше правило: без акумулятора немає резервного живлення. Аварійний вихід сонячної системи без накопичувача енергії не запуститься, навіть якщо світить сонце. Варто також підвищити значення Min SoC (On Grid), оскільки саме воно підтримує той запас, з якого запускається система під час відключення електроенергії. Якщо акумулятор повністю розрядився, накопичувачі FoxESS можна перезапустити за допомогою функції «black start»: у більшості випадків (наприклад, для накопичувачів EP6 або EP12) потрібно тричі натиснути кнопку ввімкнення на головному акумуляторі протягом 1–4 секунд упродовж 30 секунд.
Який інвертор та акумулятор FoxESS необхідні для створення системи резервного живлення?
Створення резервного живлення залежить від двох умов: потрібен гібридний інвертор, оснащений виходом для аварійного режиму, та акумуляторна батарея, підключена до нього. В асортименті FoxESS доступні однофазні інвертори серії H1 потужністю від 5 до 6 кВт, а також трифазні інвертори серій H3 та P3 потужністю від 5 до 15 кВт, і всі вони підтримують аварійний режим.
При виборі вирішальним є не потужність сонячних панелей, а те, яке навантаження потрібно забезпечити під час відключення електроенергії. Потужність аварійного виходу, як правило, збігається з номінальною потужністю інвертора, тобто пристрій потужністю 5 кВт навіть під час відключення електроенергії не видасть більше 5 кВт. Інвертори FoxESS працюють із високовольтними акумуляторами LFP. Завжди перевіряйте сумісність за списком виробника, оскільки з чужим акумулятором аварійний режим, як правило, навіть не запускається або не заряджається, оскільки середовище FoxESS є ексклюзивним.
На що слід звернути увагу під час підключення виходу EPS?
Контур аварійного режиму ніколи не можна підключати назад до розподільного щита з боку мережі, оскільки це спричиняє зворотне подавання струму та створює небезпеку для життя. Правильним рішенням є окремий розподільний щит, до якого підключаються виключно призначені споживчі контури, з власними міні-автоматичними вимикачами та захисним вимикачем.
Переріз кабелю слід розраховувати виходячи з номінального струму інвертора в аварійному режимі, а не на основі загального споживання в будинку. Також слід звернути увагу на те, що точка заземлення мережевого та аварійного виходів не є спільною для всіх приладів, тому необхідно окремо перевірити схему заземлення.
Якщо метою є повне електропостачання будинку, необхідний перемикач. Рішення з ручним перемикачем є дешевшим, але хтось повинен бути вдома; FoxESS EPS Box автоматично здійснює перемикання, і до інвертора підключається лише трьома проводами. Блок перемикає навантаження між мережевим та аварійним живленням. Виробник окремо наголошує: в автономному режимі навантаження не може перевищувати максимальну вихідну потужність інвертора.
Правильне виконання та відключення нульового провідника в режимі EPS
У нормальному режимі в системі є саме одне з'єднання нульового провідника з захисним заземленням — у точці підключення. У аварійному режимі ж інвертор працює як невеликий генератор, і для цього йому потрібна власна точка відліку.
Захисний вимикач струму контролює різницю струмів у фазі та нульовому провіднику і спрацьовує лише тоді, коли ця різниця з’являється. Без точки відліку струм замикання на корпус не знаходить шляху назад, тому струм у нульовому провіднику практично залишається незмінним, і захист не спрацьовує.
Рішенням є окреме відключальне реле, яке під час зникнення мережі замикає місцевий міст «нуль-заземлення», а при відновленні мережі — розмикає його. У системі ніколи не може бути двох постійних з’єднань, оскільки це призведе до спрацьовування вимикачів захисту від струму. Під час введення в експлуатацію обов’язковим етапом є вимірювання струму в нульовому провіднику та напруги між нулем і заземленням.
Повний резервний блок або окремий аварійний споживчий контур?
Можна вибрати один із чотирьох рівнів, і різниця полягає не в смаках, а в грошах та ризиках.
Найпростіший варіант — спеціальна розетка для аварійного живлення: вона дешева, але забезпечує живленням лише один-два прилади. На практиці найчастіше рекомендується рішення з окремим розподільчим щитом із трьома-вісьмома виділеними ланцюгами, наприклад, для освітлення, холодильника, морозильної камери, управління котлом, маршрутизатора. Перевага полягає в тому, що великі споживачі фізично відключені, тому випадкове перевантаження неможливе.
Повне електропостачання будинку зручніше, але вимагає дисципліни: власник повинен постійно підтримувати навантаження нижче номінальної потужності. З ручним перемикачем це дешевше, з автоматичним — зручніше, але дорожче.
Один факт, який вирішує суперечку: перевантаження аварійного контуру призупиняє резервне живлення щонайменше на п’ять хвилин, а в разі повторення може спричинити навіть необоротне пошкодження інвертора. Якщо ви зараз плануєте встановити акумуляторну батарею разом із сонячною системою, окремий розподільний щит є кращим варіантом з точки зору співвідношення ціни та якості, а згодом його можна розширити до рішення для всього будинку.
Які споживачі великої потужності можуть становити проблему?
Проблеми створюють два типи споживачів, і до кожного з них слід підходити окремо.
Перший — це моторне навантаження. При прямому пуску пусковий струм електродвигуна може досягати 600–800 відсотків від номінального значення, тобто насос для свердловини потужністю 1 кВт може миттєво споживати 6–8 кВт. Цей стрибок може вивести з ладу аварійний режим, навіть якщо постійне споживання невелике. За допомогою пристрою м’якого пуску або частотного перетворювача пусковий струм можна обмежити до 300–400 відсотків.
Друга група — великі пристрої з постійним резистивним навантаженням: електричний водонагрівач, духовка, індукційна плита, зарядний пристрій для електромобілів. Вони споживають 2–11 кВт без перерв і за кілька годин повністю розряджають акумулятор. Тепловий насос — окремий випадок: сучасні інверторні компресори плавно запускаються, але в опалювальний сезон постійно споживають 1–3 кВт, тому включати їх до контуру аварійного режиму має сенс лише за наявності акумулятора великої ємності.
Рекомендація проста: ці споживачі повинні залишатися поза контуром аварійного живлення. Якщо сонячна батарея генерує енергію, вдень деякі з них можна знову підключити, але розраховувати на них не варто.
Як SOC впливає на час автономної роботи під час відключення електроенергії?
Час роботи обчислюється за простою формулою: доступну енергію ділимо на поточне навантаження. Значення SoC на стороні акумулятора вказує, скільки енергії фактично доступно, а встановлений мінімум — до якого рівня можна розряджати акумулятор.
Розглянемо приклад із акумулятором ємністю 10,4 кВт·год. Якщо відключення електроенергії починається при заряді 80 відсотків, а мінімальний рівень заряду (Min SoC) становить 10 відсотків, то можна використати приблизно 7,3 кВт·год. При середньому навантаженні в аварійному режимі 500 Вт цього вистачить приблизно на 13–14 годин, а при 1,5 кВт — лише на 4–5 годин. При розрахунках варто враховувати втрати в 5–8 відсотків через ККД інвертора, а також окремо додавати дозарядку протягом дня.
Акумуляторні системи FoxEss можна модульно розширювати, тож якщо цього недостатньо, час роботи збільшиться завдяки підвищенню ємності акумулятора за рівнем заряду (SoC).
Значення SOC у роботі акумулятора
SoC — це скорочення від State of Charge, тобто стан заряду. Воно виражає у відсотках, скільки залишилося з доступної ємності: 100 відсотків означає повністю заряджений акумулятор, а 0 відсотків — розряджений. Протилежним показником є глибина розряду, яка просто дорівнює 1 мінус SoC.
У літій-залізофосфатних елементах напруга не є хорошим показником рівня заряду, оскільки на більшій частині кривої розряду вона майже постійна. Тому SoC є оцінкою системи управління акумулятором, а не прямим виміром: вона розраховується на основі даних про струм, напругу та температуру.
Практичний висновок: у технічних характеристиках комерційних LFP-акумуляторів вказано глибину розряду 90–95 відсотків, проте для щоденних циклів рекомендується діапазон заряду SoC 10–90 відсотків, оскільки це забезпечує довший термін експлуатації. Для резерву аварійного живлення варто встановити вищу нижню межу, щоб у разі відключення електроенергії було з чого почати роботу.
Правильно підберіть розмір системи резервного живлення FoxESS!
Розрахунок складається з чотирьох кроків, і кожен з них завершується числом.
Спочатку складіть список пристроїв, що входять до аварійного контуру, і підсумуйте їхню постійну потужність. Типовий базовий пакет (освітлення, холодильник, морозильна камера, управління котлом, маршрутизатор, кілька розеток) на піку споживає 400–800 Вт, але в середньому — лише 250–350 Вт, оскільки компресори працюють циклічно.
По-друге, знайдіть споживач, який створює найбільший пусковий струм: інвертор повинен витримувати навантаження, що в два-три рази перевищує його номінальне значення.
По-третє, визначте, на скільки годин потрібне електропостачання. 300 Вт у середньому протягом 24 годин — це 7,2 кВт·год.
По-четверте, розділіть цю корисну ємність на діапазон заряду акумулятора (SoC) та ККД: при діапазоні заряду 80 % та ККД 90 % це становить приблизно 10 кВт·год номінальної ємності.
Ця цифра пояснює, чому акумуляторна батарея ємністю близько 10 кВт·год та інвертор потужністю 5 кВт є найпоширенішим варіантом для приватних домогосподарств. Якщо цього забагато, не збільшуйте ємність акумулятора, а вилучіть кілька кіл з розподільного щита аварійного живлення.
Рекомендація SOLARKIT: на що варто звернути увагу підряднику під час монтажу та введення в експлуатацію
З нашого досвіду, більшість проблем виникає не в самому обладнанні, а в деталях монтажу. Ці п’ять пунктів є найпоширенішими джерелами помилок.
Почніть з огляду існуючого розподільного щита на місці, ще до складання специфікації матеріалів. Виведіть контури аварійного живлення в окремий розподільний щит, підібравши кабель відповідно до номінального струму аварійного живлення.
Задокументуйте схему нульового заземлення, під час введення в експлуатацію виміряйте напругу на нульовому заземленні в аварійному режимі та зафіксуйте час спрацьовування автоматичного вимикача.
Введення в експлуатацію не закінчується лише налаштуваннями: відповідно до стандарту IEC 62446-1 промоделюйте реальне відключення від мережі разом із споживачем, що створює найбільший пусковий струм.
Налаштуйте резерв Min SoC (On Grid) та в протоколі передачі вкажіть клієнту, що працює в аварійному режимі, а що ні. Нарешті, чітко позначте розподільний щит та перемикач для аварійного режиму, оскільки під час відключення електроенергії, у темряві, ніхто не буде шукати схему підключення. Результати тестування системи накопичення енергії FoxESS дають хороший орієнтир щодо очікуваної продуктивності, яку ви обіцяєте клієнту.
Поширені запитання
Чи працює аварійний режим FoxESS без акумулятора?
Ні. Аварійний вихід запускається лише з підключеним накопичувачем енергії. Система, що працює від мережі, відключається під час відключення електроенергії через захист від острівного режиму згідно з EN 50549-1, навіть якщо сонячні панелі генерують енергію.
Скільки часу пропрацює акумулятор ємністю 10 кВт·год під час відключення електроенергії?
При середньому навантаженні в аварійному режимі 250–350 Вт — приблизно цілий день, а при 1,5 кВт — лише 5–6 годин. Точний час роботи визначається початковим рівнем заряду акумулятора (SoC) та встановленим нижнім порогом, а протягом дня його подовжує підзарядка від сонячних панелей.
Чи запуститься насос для свердловини або тепловий насос в аварійному режимі?
Це залежить від пускового струму. У двигунів з прямим пуском пусковий струм може досягати 600–800 відсотків від номінального значення, що може призвести до зупинки аварійного режиму. За допомогою пристрою м’якого пуску або частотного перетворювача це значення можна обмежити до 300–400 відсотків, завдяки чому насос можна підключити до мережі.
Чи замінює аварійний режим джерело безперебійного живлення?
Для більшості споживачів — так, оскільки перемикання відбувається за 10–20 тисячних секунди. Однак для серверів, настільних комп’ютерів та медичного обладнання й надалі рекомендується використовувати окремий джерело безперебійного живлення, оскільки ці пристрої можуть перезапуститися навіть за такий короткий проміжок часу.
Чи потрібне окреме реле захисту від нульового замикання для контуру аварійного живлення?
Це залежить від пристрою. Деякі інвертори внутрішньо замикають міст у разі зникнення мережі, у інших установники вимірювали «плаваючий нуль» в аварійному режимі. У такому випадку потрібне окреме реле, яке замикає з’єднання лише на час відключення електроенергії. Заборонено використовувати два постійні мости, оскільки це призводить до спрацьовування автоматичних вимикачів.
