Как рассчитать время работы домашней и компьютерной техники от аккумуляторных батарей

16.11.2022

Источники бесперебойного питания обеспечивают резервное энергоснабжение бытовой и компьютерной техники при отсутствии напряжения в основной электросети. Сколько времени проработает ИБП с конкретной емкостью аккумуляторных батарей при заданном токе нагрузки? Определить этот показатель несложно, если рационально подойди к выбору ИБП по емкости аккумулятора и учесть «энергопрожорливость» предполагаемых к подключению устройств-потребителей.

«Бесперебойники» позволяют минимизировать зависимость бытовой и компьютерной техники от наличия электрического тока в розетках. На время отключений света они придутся кстати для резервного питания электроприборов. Но прежде чем приступить к расчетам необходимой емкости аккумуляторных батарей в ИБП под определенные нужды и в течение конкретного времени, необходимо правильно подобрать источник бесперебойного питания по типу.

Распространенные типы источников бесперебойного питания

Простейшая разновидность «бесперебойников» — это резервные ИБП, предназначаемые исключительно для подстраховки. При резких скачках напряжения и тока в электросети они переключают нагрузку на батарею, заряда которой хватает на несколько минут. Резервные ИБП послужат подходящим решением для сохранения данных и безопасного выключения компьютера, не более того.

Спецом под роутеры и ноутбуки выпускаются низковольтные ИБП с низковольтными выходами на 9/12/15/18 В. Их также активно внедряют в системы сигнализации, видеонаблюдения и контроля доступа. Ниже мы детальнее рассмотрим вопрос, как расщитать сколько проработает ноутбук от ИБП.

Подстраховку в сетях с нестабильным напряжением обеспечивают интерактивные «бесперебойники». Такие устройства рассчитаны на кратковременное питание компьютера и сопутствующей периферии в пределах одного рабочего места (на протяжении 10-30 мин.). Параллельно они сглаживают колебания напряжения в электросети (в пределах пары десятков вольт). Т.е. второе амплуа интерактивных ИБП — работа в качестве стабилизаторов напряжения. При выходе вольтажа за пределы рабочего диапазона нагрузка автоматически переключается на батарею источника бесперебойного питания.

Интерактивные ИБП выполняют как роль резерва подключения, так и стабилизатора напряжения.

Наиболее продвинутыми по праву считаются инверторные ИБП (online). Их работа налажена в широком диапазоне напряжений с выравниванием вольтажа без скачков и проседаний при переключении на нагрузку от аккумуляторной батареи. ИБП online с одинаковой мощностью можно подключать параллельно, доукомплектовывать внештатными аккумуляторами. Передовые модели инверторных «бесперебойников» могут быть использованы для резервного питания целых зданий.

Под системы автономного питания на основе солнечных панелей выпускаются гибридные ИБП с MPPT-контроллером и чистой синусоидой на выходе. Впрочем, они совместимы и с традиционными электросетями. Такие модели UPS гарантируют максимально точный контроль параметров работы и распределения вырабатываемой энергии. Модели «бесперебойников» с правильной синусоидой применяются для резервного питания наиболее чувствительной электроники.

Гибридные ИБП с MPPT-контроллером хорошо подходят для использования в системах автономного питания на основе солнечных панелей.

Наилучшую автономность в классе предлагают мобильные зарядные станции. Подробно о них рассказано в отдельном материале «Автономное энергоснабжение: что такое портативные зарядные станции?».

Разновидности аккумуляторных батарей

В источниках бесперебойного питания применяются следующие разновидности аккумуляторных батарей:

• свинцово-кислотные AGM — надежные батареи со стабильными характеристиками напряжения, рассчитанные примерно на 400-500 циклов заряда/разряда;
• мультигелевые — усовершенствованная версия AGM-батарей с более вязким электролитом; выдерживает 700-800 циклов заряда/разряда;
• гелевые GEL — гелевые аккумуляторы с густым электролитом в желеобразном состоянии обладают длительным сроком эксплуатации, высокой емкостью, широким диапазоном рабочих температур и отменной надежностью, однако такие батареи более дорогостоящие и не терпят глубокого разряда; их ресурс нередко превышает 1000 циклов заряда/разряда;
• литий-железно-фосфатные LiFePo4 — наиболее передовой тип аккумуляторных батарей, характеризуемый высокой энергоемкостью при компактных размерах, полным отсутствием «эффекта памяти», низким уровнем саморазряда, устойчивостью к большим температурным колебаниям; выдерживают аккумуляторы LiFePo4 свыше 7000 циклов заряда/разряда;
• никель-кадмиевые NiCd — нечастые гости на борту «бесперебойников»; невзирая на высокую надежность, низкий процент саморазряда и хороший эксплуатационный ресурс (порядка 1500 циклов заряда/разряда), такие батареи изготавливаются с использованием токсичных веществ в качестве наполнителя и обладают пресловутым «эффектом памяти»; их применение целесообразно в тяжелых условиях окружающей среды с сильными перепадами температур.

В источниках бесперебойного питания применяются разные типы аккумуляторных батарей — каждый со своими достоинствами и недочетами.

Источники питания для «бесперебойников» служат примерно 5 лет (в идеальных условиях до 10 лет). Снижение заявленного эксплуатационного ресурса обуславливается частым и длительным резервным питанием оборудования вплоть до полной разрядки батарей, а также воздействием на аккумулятор температурных колебаний и сильных перегрузок.

Принципы расчета необходимой мощности подключения

Рассчитать сколько проработает роутер от ИБП, или персональный компьютер, или любая другая бытовая техника не так и сложно. Для этого необходимо знать суммарную емкость батарей на борту «бесперебойника», их вольтаж и мощность потребителей. Также в расчет берется коэффициент полезного действия инвертора ИБП (из паспорта устройства либо же усредненное значение 0.85).

Все эти показатели складываются в формулу следующего вида:

C (Ач) * V (В) * η / P (Вт) = T (часы)

Для лучшего понимания сути давайте рассмотрим расчет предполагаемого времени работы подключенной к ИБП техники на реальном примере. Предположим, в наличии имеется «бесперебойник» с тремя 12-вольтовыми аккумуляторами суммарной емкостью 27 Ач (три батареи по 9 Ач). От ИБП питается домашний ПК, который потребляет примерно 200 Вт*ч мощности:

27 Ач * 12 В * 0.85 / 200 Вт = 1.377 часа (1 час 23 мин.)

Чаще всего ИБП используются совместно с персональными компьютерами и периферией.

Считать можно и немного по-другому. В частности, существует формула для определения необходимой емкости аккумуляторов под конкретное время работы оборудования от ИБП. Выглядит она так:

T (часы) * P (Вт) / η / V (В) = С (Ач)

Проверяем ее на практике с теми же условиями из примера выше (работа оборудования должна обеспечиваться в течение 1 часа. 23 мин. (1.377 часа)):

1.377 часа * 200 Вт / 0.85 / 12 В = 27 Ач

Чуточку сложнее обстоят дела при условии периодического включения оборудования (например, холодильника). Компрессор хранилища провианта с мощностью потребления в 200 Вт работает примерно по 2 минуты с интервалом через 10 минут. Среднее значение его энергопотребления составляет 200 Вт * 2 мин. / 10 мин. = 40 Вт. Этот показатель и нужно подставлять в расчеты предполагаемого времени автономной работы от ИБП:

27 Ач * 12 В * 0.85 / 40 Вт = 6.885 часов (6 часов 53 мин.)

Силенок у «бесперебойника» с трио 12-вольтовых аккумуляторов по 9 Ач каждый хватит на обеспечение работы домашнего ПК в течение 1 часа 23 мин. Аналогичные расчеты можно произвести и для другой техники, например, чтобы узнать сколько проработает холодильник от аккумулятора, необходим учесть уровень потребляемой мощности оборудования и характеристики самого «бесперебойника».

Грамотно подобранный ИБП поможет наладить автономную работу холодильника в течение нескольких часов кряду.

Упростить задачу призваны калькуляторы для просчета времени работы ИБП от аккумуляторных батарей. Найти их можно в «Гугле» и прочих поисковых системах.

Питание ноутбука и роутера от Powerbank

В материале «Как организовать удаленную работу при отключениях света» мы детально осветили возможность запитки роутера и ноутбука от Powerbank-аккумулятора. А сколько же в таком случае продержится «на плаву» условный беспроводной маршрутизатор с параметрами потребляемого напряжения и тока 9 В / 1 А? Давайте прикинем.

Для подсчета сколько проработает роутер от повербанка воспользуемся следующей формулой:

W (Вт*ч) * η / (V (В) * I (А) = T (часы)

Емкость аккумуляторов повербанка в Вт*ч обычно указывается на шильдике, а за коэффициент полезного действия принимаем усредненный показатель 0.8. У популярной модели Xiaomi Mi Power Bank 3 20000 показатель емкости батарей составляет 74 Вт*ч. На его примере выполняем вычисления:

74 Вт*ч * 0.8 / (9 В * 1 А) = 6.578 часов (6 часов 35 мин.)

Чтобы не остаться при отключениях света без интернета, роутер можно запитать от Powerbank-аккумулятора.

Отметим, что для корректной запитки роутера от повербанка могут понадобиться специальные кабели со встроенными «повышайками» напряжения либо же триггерами Quick Charge / Power Delivery. Также эти приспособления выпускаются в виде отдельных решений с USB-портами подключения. Подробнее о них мы рассказали в вышеупомянутой статье «Как организовать удаленную работу при отключениях света».

_____

Помните, что безвыходных ситуаций не бывает. Сгладить последствия веерных и аварийных отключений света можно при наличии смекалки и трезвых расчетов по подбору подходящего оборудования для резервного питания домашней и компьютерной техники.

Статья полезна? Да 1 Нет 1