Источники автономного питания

В современном мире всё работает на электричестве, поэтому отсутствие электроэнергии негативно отражается на нашем быту и работе. От перебоев электроснабжения не застрахован никто, ведь оно может произойти в результате обрыва проводов от порывистого ветра, аварийного выключения из-за перегрузки или плановой замены оборудования на местных или магистральных электросетях (о которых не всегда предупреждают). И это не говоря о повреждениях энергетической инфраструктуры в результате обстрелов (из-за которых прогнозируют аварийные отключения на протяжении последующих 2-3 лет). А как быть, если нужно пользоваться электроприборами на огороде или на отдыхе (например, чтобы зарядить телефон или фонарь)? Либо же, если в доме или на работе ток исчез надолго (что в условиях военного времени стало распространённым явлением)? В таких случаях можно использовать приборы для автономного электроснабжения.

Средства для автономного обеспечения электроэнергией можно разделить на две группы – на приборы для создания и приборы для накопления электричества. Естественно, у каждой из этих групп есть свои способности и по напряжению, и по мощности — а, соответственно, расчёт на эксплуатацию в конкретных условиях. Однако для питания нескольких (включая мощные) приборов и инструментов могут подойти как средства, генерирующие ток, так и накапливающие его средства. При этом внутри одной группы может быть широкий разброс по мощности. Поэтому можно подобрать оборудование (или комплекс приборов), которое удовлетворит ваши потребности. Однако для этого необходимо разобраться в многообразии этих средств, их преимуществах и недостатках.

Приборами для автономного электроснабжения являются генераторы, солнечные панели, зарядные станции, источники бесперебойного питания (ИБП), аккумуляторы+инверторы. Кроме того, к ним можно добавить устройства для зарядки электронных гаджетов, мини-инструментов и осветительных приборов – повербанки. Однако при этом не стоит забывать, что также существуют комбинированные приборы, объединяющие несколько приборов — например, аккумуляторный прожектор-повербанк или зарядная станция с фонарем.

К аккумулирующим приборам относятся повербанки, портативные зарядные станции, источники бесперебойного питания (ИБП), аккумуляторы. К генерирующим — собственно, генераторы, а также солнечные панели.

Повербанки

Повербанки предназначены для автономной зарядки портативных устройств (мобильных телефонов и смартфонов, видеокамер GoPro, видеорегистраторов, беспроводных наушников и микрофонов, смарт-часов, планшетов), инструментов (USB мини-паяльники, электрические аккумуляторные отвертки, аккумуляторные дрели/шуруповёрты, мини-пылесосы), осветительных приборов (фонарики, аккумуляторные лампочки, аккумуляторные прожекторы, настольные лампы). По сути, это зарядное устройство, работающее без подключения к электрической сети, автономно. Эта функция достигается накоплением энергии от той же розетки (собственно название таких устройств говорит само за себя: «банк энергии»). То есть, для зарядки гаджетов и небольшой техники придётся заряжать и сами повербанки. Однако потом ими можно воспользоваться там, где нет централизованных 220В.

Характерной особенностью повербанков является не только накопление электричества, но и компактность (их можно носить в кармане). За это повербанки получили альтернативное название «универсальная мобильная батарея» (УМБ). А внешне похожи на футляры или смартфоны.

Следующей особенностью являются разъёмы USB интерфейса (чаще всего представлены универсальным USB A, либо же USB C, micro USB — в произвольной конфигурации и количестве). Изредка могут комплектоваться низковольтным разъёмом питания DC. Выходное напряжение – низковольтный постоянный ток.

Между собой отличаются наличием или отсутствием дисплея, типоразмером разъёмов, их количеством, материалом корпуса. Также может отличаться типом аккумулятора (литий-ионные (Li-Ion) или литий-полимерные (Li-Polymer)) , способом зарядки (кабельным и/или беспроводным).

Преимущества повербанков: зарядка портативных электронных устройств в местах, где нет розетки; компактность. Минусы: не подходят для подключения полноценных (не миниатюрных и аккумуляторных) бытовых приборов; коэффициент полезного действия составляет менее 80-90%.

Портативные зарядные станции

По схожему принципу работают большие приборы — зарядные станции. Они также накапливают электроэнергию с помощью встроенной батареи и так же имеют разъёмы USB-интерфейсов для зарядки портативных устройств, однако больше по размерам и тяжелее. Кроме того, зарядные станции оснащены розетками 220В (соответственно выдают переменный ток) и часто имеют 12В разъёмы питания DC или гнёзда автомобильных прикуривателей 12В (DC). Поэтому можно сказать, что зарядные станции объединяют в себе аккумулятор, зарядку и инвертор (преобразователь напряжения).

Исходя из вышеперечисленного, портативные зарядные станции могут использоваться как для зарядки мобильных гаджетов, так и для планшетов и ноутбуков. При этом ими можно питать маломощную бытовую технику, работающую от розетки.

Зарядка портативных зарядных станций осуществляется через бытовую электрическую сеть 220В. Накопителем является встроенный аккумулятор. Однако, в отличие от повербанков, их батареи, как правило, обладают большей ёмкостью и мощностью.

Впрочем, многие портативные зарядные станции обладают универсальностью в виде выбора входного источника электричества – так, самым распространённым источником для зарядки является розетка, но выпускают модели, способные заряжаться от гнезда автомобильного прикуривателя (постоянное напряжение), напрямую от автомобильного аккумулятора, от блока питания к мобильному телефону/планшету/ноутбуку или даже от солнечных панелей. Редко может быть в наличии встроенная беспроводная зарядка для смартфонов.

Портативные зарядные станции отличаются типом аккумулятора. Им может быть литий-ионный (Li-Ion), литий-полимерный (Li-Pol) и литий-железо-фосфатный (LiFePO4).

Другие отличия — типы выходных разъёмов и их количество, типы входных разъёмов и их количество (при этом некоторые порты могут быть комбинированными — то есть, служащими и для зарядки, и для выдачи тока), наличие или отсутствие дисплея, ёмкость, мощность, а также форма выходного сигнала (чистая или модифицированная синусоида).

Преимущества портативных зарядных станций – питание бытовых приборов от розетки с функцией повербанка (то есть, выдача постоянного и переменного напряжения); удобная транспортировка; относительная компактность; выбор источников для зарядки самой станции. Кроме того, возможно наличие быстрой зарядки USB. Недостатками считаются высокая стоимость; необходимость внешнего источника электричества; проблематичное подключение (из-за высокой мощности) энергоёмкой бытовой техники (холодильники, бойлеры). К тому же зарядные станции не способны обеспечить электричеством всё здание. Однако, это оптимальное решение для быта.

Источники бесперебойного питания (ИБП)

Еще один тип устройств, хранящих и издающих электричество – источники бесперебойного питания (ИБП, на английском – UPS; в народе, по-простому, называют «бесперебойниками»). Они несколько перекликаются с портативными зарядными станциями, поскольку предназначены для питания электроприборов и бытовой техники, работающей на 220В переменного тока. Однако рассчитаны только на кратковременное использование в течение 10-30 минут. Этого времени достаточно для того, чтобы сохранить файлы, закрыть приложения и выключить компьютер.

Однако, аварийное питание при отсутствии электроснабжения — не единственная функция источников бесперебойного питания. Они еще отключают оборудование от сети при понижении или превышении допустимого напряжения (как правило, в диапазоне 170-255В).

ИБП можно считать промежуточным звеном между централизованной электросетью и автономным питанием. Они помогают устранить пробел между отключением электричества и запуском генератора. Чаще всего используются для компьютеров, серверов и медицинского оборудования.

Аккумуляторы могут быть встроенными или внешними, которые нужно покупать отдельно.

Бесперебойники делят на два вида – онлайн и офлайн. Первые характеризуются обособленной схемой питания подключенного оборудования и не имеют прямого подключения к входной сети. Они функционируют за счет двойного преобразования тока: сначала переменное входное напряжение превращается в постоянное, а затем из постоянного в переменное. ИБП второго вида питается непосредственно от сети, а аккумуляторы при этом автоматически заряжаются небольшим током.

Также есть разделение в зависимости от специализации. К примеру, различают ИБП для серверов и компьютеров, для роутеров, для отопительных котлов, для видеонаблюдения.

Кроме того, существуют отличия в характеристиках. К ним относятся номинальная мощность, форма выходного сигнала тока (чистая или модифицированная синусоида), количество розеток, тип аккумулятора (литий-ионный (Li-ion), литий-полимерный (Li-Pol) и литий-железо-фосфатный (LiFePO4)), формат устройства (настенный, настольный, напольный, устойчивый, универсальный).

Преимущества и недостатки зависят от вида устройства — онлайн или офлайн, но в целом плюсами являются мгновенное переключение на батарею, защита от пониженного или превышенного напряжения и стабилизация параметров напряжения (вольтаж, частота). Недостатками являются низкий КПД (до 80%-90%) и высокая стоимость. Онлайн бесперебойники дополнительно имеют недостаток в виде постоянного шума за счёт непрерывной работы инвертора.

Генераторы

Эти приборы относятся к средствам, генерирующим электроэнергию. Она добывается путём сжигания топлива в двигателе, во время которого вращается коленчатый вал, который, в свою очередь, подсоединён к электрическому генератору, чей ротор вращается от вала двигателя. В процессе вращения ротора вокруг статора возникает скользящее магнитное поле, которое образует электрический ток.

Своё название генераторы получили от генерирования электричества. Этим свойством они отличаются от зарядных станций. Поэтому их можно эксплуатировать не только при выключении электроснабжения, но и при отсутствии электросети. Именно поэтому они достаточно распространены наравне с портативными зарядными станциями. Зато, помимо отсутствия зависимости от розетки, генераторы способны работать дольше и питать несколько бытовых приборов или один энергоёмкий. Вдобавок, выходной ток — переменный.

Конечно, скептики отметят, что рекомендуемое время работы многих бытовых генераторов лежит в пределах 5-8 часов, однако они могут работать дольше портативных зарядных станций.

Область использования генераторов зависит от их мощности, однако можно выделить следующие условия: обеспечение большого количества бытовой техники или мощного оборудования (например, электроснабжение дачи, частного дома, коммерческих заведений (магазины, кафе, парикмахерские), выездных ремонтных бригад и спасательных служб); при регулярных отключениях электричества (из-за которые сложно заряжать средства аккумулирования); в местах, где отсутствует централизованное электроснабжение. Правда, есть один существенный нюанс – генераторы можно использовать только на свежем воздухе. То есть на улице. За исключением, разве что, инверторных. Однако они как раз не подойдут для питания домохозяйства или бизнеса.

Исходные разъемы чаще всего представлены силовыми гнездами — розетками на 220В переменного тока, тогда как промышленные модели могут снабжаться клеммами.

В зависимости от вида топлива различают следующие типы генераторов: бензиновые, дизельные, газовые (включая двухтопливные газо-бензиновые). И отдельной разновидностью считаются инверторные.

Ещё одним критерием классификации может служить мощность и способ установки. Хотя это разделение достаточно условно. Но, тем не менее, генераторы с выходной мощностью до 10–13 кВт считают бытовыми. Выдающие 15 кВт считают промышленными. Ну а промежуточные установки относят к полупромышленным. При этом большинство бытовых генераторов являются переносными или передвижными (на колёсиках), в то время как промышленные делают стационарными (не в последнюю очередь, в силу размеров и веса).

Разнообразие генераторов вызвано не только типом топлива, используемым для работы, но и другими характеристиками: количеством тактов двигателя (2 или 4 такта), количеством цилиндров, типом запуска (ручной, электрический, автоматический), типом охлаждения (воздушный или водяной), количеством выходных разъёмов, объёмом топливного бака, мощностью. Кроме того, они могут оснащаться дополнительными функциями – счетчиком моточасов, дисплеем, вольтметром, автоматическим регулятором напряжения, автоматическим включением, защитным кожухом, зарядкой для аккумуляторов.

Плюсы и минусы генераторов зависят от конкретной разновидности, но преимуществом большинства является возможность питать большое количество электроприборов, независимость от электросетей, длительное время работы, простота обслуживания. Среди недостатков – выбросы отработавших газов, из-за которых генераторы запрещено использовать в помещениях; громоздкость и большой вес; шумность; преимущественно, низкое качество выдаваемой электроэнергии.

Солнечные панели

Экологически чистый, восстановительный источник электричества – это солнечные панели. Для их работы не требуется горючее или электросеть, поскольку они аккумулируют солнечное излучение и превращают его в электрический ток.

Вопреки стереотипным представлениям, данный источник электроснабжения не обязательно должен быть громоздким и стационарным — существуют и портативные модели, которые занимают мало места и сделаны переносными. Конечно, их может оказаться недостаточно для питания бытовой техники, однако и на такой случай производители выпускают складные модульные панели, которые можно объединять, увеличивая мощность.

Собственно, сами по себе солнечные панели только производят ток. Причем постоянный. Поэтому для подключения бытовых электроприборов придется воспользоваться дополнительным устройством — инвертором, которое превращает низковольтный постоянный ток в больший переменный. Зато многие солнечные панели портативного формата оснащены встроенным зарядным устройством (аккумулятором), которое превращает их в солнечные повербанки. Потому им не нужен инвертор. Однако такие панели-зарядки можно использовать только для зарядки гаджетов (смартфонов, экшн-камер).

Следует отметить, что на выработку электричества влияет не только сам модуль, но и угол установки, погодные условия. Однако солнечные панели способны производить ток даже в пасмурные дни.

Портативные солнечные панели различают по наличию или отсутствию встроенного аккумулятора, по конструкции (гибкие раскладные, гибкие фиксированные, жёсткие складные и жёсткие фиксированные). Характеристики солнечных панелей – мощность, выходное напряжение, сила тока, выходные разъёмы, а также коэффициент преобразования энергии.

Область использования зависит от исполнения: стационарные подойдут для индивидуальных домов, дач и заводов; портативные — для туристов и дачников.

Преимущество солнечных панелей – экологичность, полная автономность, бесплатный источник энергии. Недостатками являются высокая цена, уменьшение выработки тока в пасмурную погоду, малая мощность портативных моделей.

Аккумуляторно-инверторные системы

Одним из самых простых средств для автономного электроснабжения являются автомобильные/бытовые аккумуляторы. Они принадлежат к устройствам, аккумулирующим электричество. Чаще используются на транспортных средствах.

Особенность применения кажется простой только на первый взгляд, ведь необходимо дополнительное оборудование – аккумуляторные клеммы и кабели, зарядные устройства для аккумуляторов, а также инверторы. А при создании системы из нескольких аккумуляторов не обойтись без балансиров заряда.

Аккумуляторы классифицируют по электролитам и электродам. Они бывают свинцово-кислотными и литиевыми. В свою очередь и первые, и вторые состоят из многочисленных разновидностей, отличающихся материалами и физическим состоянием электролита.

Преимуществом аккумуляторно-инверторной системы является высокая эффективность (по сравнению с генератором), что может составлять до 98%. Кроме того, это доступность (можно снять с машины и перенести в дом), а также доступная стоимость, большая компактность по сравнению с генераторами. К недостаткам относятся небольшой срок эксплуатации (примерно 1 год) для автомобильных аккумуляторов, необходимость приобретения и использования дополнительных устройств.