EN
Quick Links
Більшість централізованих кондиціонерів працюють у діапазоні від 3 до 5 кіловат під час експлуатації, але віконні блоки, як правило, потребують набагато менше енергії — приблизно від півкіловата до 1,5 кіловат, залежно від їхнього розміру та ефективності конструкції. Наприклад, стандартний центральний кондиціонер потужністю 24 000 БТЕ, який зазвичай споживає приблизно 4 кВт енергії з мережі, порівняно з меншими віконними блоками з 12 000 БТЕ, які, як правило, споживають приблизно 1,2 кВт за даними Energy Star за 2023 рік. Розуміння цих основних вимог до електроживлення має дуже важливе значення при визначенні оптимального розміру резервних акумуляторів для домогосподарств, які розглядають альтернативні джерела живлення.
Коли кондиціонери починають працювати, їм потрібно приблизно утричі більше електроенергії, ніж під час нормального функціонування. Візьмемо, наприклад, стандартний центральний блок потужністю 4 кВт — під час запуску він може досягати пікових значень у 12 кВт, щоб привести у рух великий компресор із стану спокою. Системи резервного живлення стикаються з реальною проблемою тут, адже їм потрібно витримувати ці раптові стрибки споживання, не допускаючи занадто сильного зниження напруги, що може призвести до несподіваного вимкнення всього обладнання. Саме тому, навіть якщо інвертори часто рекламуються як такі, що витримують 10 кВт постійно, багато домовласників помічають, що вони не справляються з короткими, але інтенсивними піками потужності у 12 кВт, які виникають під час запуску їхніх 3-тонних кондиціонерів.
Система акумуляторів має забезпечувати:
| Тип AC | Тривалість роботи від акумулятора 10 кВт·год | Мінімальна потужність інвертора |
|---|---|---|
| Центральний (4 кВт) | 1,5–2,5 години | 5 кВт постійно |
| Одноразове використання (1,2 кВт) | 6–8 годин | 2 кВт постійно |
Обмеження глибини розряду (DoD) зменшують корисну ємність — акумулятори літій-іонного типу зазвичай дозволяють 90% DoD, тобто 10 кВт·год акумулятор забезпечує приблизно 9 кВт·год для змінного струму.
Згідно з дослідженням, опублікованим на Cleantechnica ще в 2025 році, яке стосувалося будинків, побудованих з урахуванням стійкості до штормів, стандартна установка сонячного акумулятора на 10 кВт·год може забезпечити роботу типового кондиціонера потужністю 3 тонни приблизно протягом однієї години під час відключення електроенергії, якщо використовувати інтелектуальні методи управління навантаженням. Потрібен більш тривалий час роботи? У цьому випадку, як правило, потрібно перезаряджати акумулятори за допомогою сонячних панелей або встановлювати додаткові акумуляторні блоки для забезпечення тривалої роботи. Головне – це узгодження обсягу зберігання енергії з погодними умовами, характерними для вашого регіону. Наприклад, будинки, розташовані в районах, схильних до частих спалахів спеки, слід розглядати можливість інвестування в системи ємністю близько 20 кВт·год або навіть більше, щоб залишатися прохолодними під час несподіваних піків температури.
При виборі варіантів резервного живлення більшість власників будинків стикаються з необхідністю вибору між захистом лише основних споживачів або забезпеченням живлення для всього будинку. Основні потреби, такі як зберігання їжі в холодильнику, підтримка комфортної температури та наявність освітлення, загалом вимагають приблизно 3–5 кіловат електроенергії. Але якщо хтось хоче мати можливість використовувати все одночасно під час відключення електроенергії, у тому числі потужні побутові прилади, такі як електроплити й сушильні машини, тоді їм знадобиться від трьох до п'яти разів більше потужності, ніж необхідно для забезпечення лише основних потреб. За даними різних досліджень у галузі, приблизно сім із десяти людей у підсумку обирають лише часткові системи резервного живлення через вартість та ефективність цих менших установок. Повноцінні рішення для всього будинку зазвичай вибирають у місцях, де тривалі відключення електроенергії тривають кілька днів поспіль.
Отримання точного уявлення про електричне навантаження означає додавання робочих ватів і тих додаткових ватів при запуску від кожного важливого побутового приладу. Візьміть, наприклад, вашу центральну систему кондиціонування повітря, яка зазвичай працює приблизно на 3,8 кіловат, але може досягати майже 11 кВт при першому включенні. Потім холодильник, який споживає десь від 150 до 400 ват, а також ці діодні лампочки по приблизно 10 ват кожна, не кажучи вже про вентилятор системи опалення та кондиціонування повітря, який коливається від 500 до 1200 ват в залежності від умов. Якщо подивитися на фактичне споживання електроенергії під час відключень, більшість власників будинків виявляють за допомогою пристроїв контролю споживання енергії, що системи опалення та охолодження окремо споживають приблизно 40–60 відсотків загального обсягу. Це робить ці системи найважливішими при плануванні рішень для резервного живлення.
Для забезпечення живлення протягом 8–12 годин акумуляторна батарея на 15 кВт·год з протоколами розподілу навантаження може підтримувати обмежену роботу кондиціонера разом із основними споживачами. Для роботи понад 24 години рекомендується ємність 25 кВт·год і більше, хоча при температурі навколишнього середовища вище 95°F ефективна ємність може зменшитися на 18–25%. Гібридні системи, що поєднують сонячні батареї та підключення до мережі, забезпечують найбільш надійну підтримку охолодження на кілька днів.
Більшість систем резервного живлення для будинку на основі літій-іонних акумуляторів розраховані на глибину розряду 90%. Перевищення цього значення прискорює старіння акумулятора та скорочує термін його служби. Тому акумулятор ємністю 10 кВт·год фактично забезпечує приблизно 9 кВт·год корисної енергії під час роботи змінного струму. Дотримання рекомендованої глибини розряду продовжує термін служби акумулятора та забезпечує стабільну продуктивність під час критичних відключень.
Інвертори перетворюють постійний струм від батареї на змінний для побутових приладів, зазвичай працюючи з ККД 92–97% за постійних навантажень. Однак під час запуску компресора змінного струму — коли попит зростає до 3-х кратного від номінальної потужності — ефективність може впасти нижче 85%, що збільшує втрати енергії. Ці втрати при перетворенні скорочують тривалість роботи, особливо в системах із частим циклічним навантаженням.
Продуктивність батареї значно погіршується в умовах високої температури. Електрохімічні дослідження показують, що швидкість зниження ємності зростає на 30% швидше при 35°C порівняно з 25°C, саме тоді, коли попит на охолодження є найвищим. Системи активного теплового контролю споживають 5–15% запасеної енергії для підтримки безпечного температурного режиму, ще більше зменшуючи доступну ємність під час відключень влітку.
Інтелектуальні контролери оптимізують роботу потужних побутових приладів, тимчасово вимикаючи несуттєві навантаження під час запуску змінного струму. Просунуті алгоритми підтримують температуру в приміщенні в межах 5°F за допомогою стратегічних циклів охолодження, що зменшує загальне споживання енергії. Ці системи можуть подовжити корисний час роботи кондиціонера на 35–50% порівняно з прямим, безперервним режимом роботи.
Сьогодні сонячні панелі мають суттєве значення для зменшення використання кондиціонерів. Візьмімо, наприклад, стандартну систему кондиціонування потужністю 3 тонни — зазвичай вона споживає приблизно 28–35 кіловат-годин електроенергії на добу, працюючи на повну потужність. Уявіть тепер сонячну установку потужністю 4 кВт, яка не лише заряджає акумулятор на 10 кВт·год за 2–3 години гарного сонячного світла, але й живить кондиціонер під час роботи у денний час. Цікаві результати нещодавніх досліджень показали, що поєднання фотоелектричних теплових колекторів із технологією теплових насосів може скоротити потребу у енергії для охолодження майже на половину, згідно з дослідженням Білардо та його колег 2020 року. Також має значення місце розташування. Системи, встановлені в сонячному штаті Аризона, заряджають акумулятори приблизно на 80% швидше, ніж аналогічні системи в штаті Мічиган, як зазначено дослідниками NREL минулого року. Ці відмінності демонструють важливість розуміння кліматичних умов конкретного регіону для максимально ефективного використання інвестицій у сонячну енергетику.
Акумулятори, заряджені тільки від мережі, не зможуть забезпечити тривале живлення кондиціонера під час тривалих відключень електроенергії. Візьмімо стандартний акумулятор на 15 кВт·год, який живить типовий кондиціонер потужністю 3 тонни, що працює половину часу увімкнення — така система вичерпає свій заряд приблизно за 6 годин після заходу сонця. Однак ситуація значно поліпшується, якщо інтегрувати сонячні панелі. Системи, що поєднують сонячні батареї, можуть подовжити роботу акумулятора до 15–20 годин, оскільки вони підзаряджаються протягом дня. Автономні акумуляторні системи мають ще одну проблему. Вони втрачають приблизно 12–18 відсотків енергії щоразу, коли компресор вмикається, через постійні перетворення струму з постійного в змінний. За даними останніх досліджень стійкості електромережі, ці втрати роблять автономні системи приблизно на 23 відсотки менш ефективними порівняно з гібридними сонячними системами саме в той час, коли в літні місяці найбільше потрібне охолодження. Це чітко підтверджує дослідження інституту Понемона минулого року.
Отримати подвійну потужність акумулятора, щоб мати можливість використовувати кондиціонер протягом лише 2–3 годин, у більшості випадків не варто витрачених грошей. Подивіться на ці цифри: встановлення акумулятора на 20 кВт·год, який забезпечує охолодження протягом 4 годин, обійдеться приблизно в 14 000–18 000 доларів. Це майже на 92 % дорожче, ніж стандартна система на 10 кВт·год, готова до інтеграції сонячних панелей. Звісно, великі акумулятори непогано справляються з короткочасними відключеннями електроенергії, але існує ще один варіант, який варто розглянути. Системи, що поєднують звичайні акумулятори з сонячними панелями потужністю 5–7 кВт, насправді забезпечують приблизно у шість разів більше циклів охолодження на рік за майже однаковою ціною. Нові технології теплового зберігання цікаві, але, за прогнозами експертів, вони стануть поширеними не раніше, ніж через 3–5 років.
Коли справа доходить до забезпечення електроживлення під час відключень, резервні генератори просто тривають і тривають. Візьміть, наприклад, модель 10 кВт — вона може безперервно живити центральну систему кондиціонування повітря, доки є паливо. Порівняйте це з акумулятором на 10 кВт·год, у парі з інвертором 5 кВт, який має проблеми з підтриманням роботи 3-тонного кондиціонера довше, ніж 2–3 години, через ті неприємні обмеження інвертора та раптові стрибки споживання потужності під час запуску побутових приладів. Справжня різниця проявляється, коли кілька великих приладів намагаються увімкнутися одночасно. Генератори просто краще справляються з такими ситуаціями, тому вони залишаються найкращим вибором для комплексного резервного живлення будинку, незважаючи на їхню вищу початкову вартість.
Системи живлення від акумуляторів працюють безшумно і не виділяють шкідливих речовин, що ідеально підходить для короткочасних відключень (<12 годин) і будинків, обладнаних сонячними батареями. Однак, для тривалого відключення електроживлення на 72 години краще підходять генератори, які зберігають значно більше енергії — 1 галон пропану забезпечує ~27 кВт·год. Деякі гібридні системи використовують акумулятори для щоденної стійкості, а генератори — як резервне джерело живлення на випадок тривалого відключення.
| Фактор | Резервний генератор | Батарея резервного живлення для будинку |
|---|---|---|
| Час роботи | Необмежено (за наявності палива) | 8–12 годин (система 10 кВт·год) |
| Рівень шуму | 60–70 дБ | <30 дБ |
| Викиди CO | 120–200 фунтів/день | 0 фунтів/день (зарядка від сонячних батарей) |
Генератори коштують від $4000 до $12000 у встановленому стані та потребують $800+/рік на паливо і обслуговування (Ponemon 2023). Системи акумуляторів ($15000–$25000) мають більш високу початкову вартість, але нижчі експлуатаційні витрати, особливо в поєднанні з сонячними батареями. Протягом 10 років літієві акумулятори стають на 20–40% дешевшими в регіонах із частим відключенням електроенергії, особливо якщо врахувати податкові пільги та зекономлені витрати на паливо.
Центральні кондиціонери зазвичай працюють у діапазоні від 3 до 5 кВт, тоді як менші кондиціонери для вікон використовують від 0,5 до 1,5 кВт, залежно від розміру та ефективності.
Під час запуску кондиціонери потребують утричі більше енергії, ніж під час звичайної роботи. Системи резервного живлення мають витримувати ці стрибки, щоб уникнути зниження напруги.
Інтеграція сонячної енергії підвищує ефективність батарей, подовжуючи час роботи за рахунок поповнення енергії в сонячні періоди порівняно з автономними системами.
Батареї є тихими та не виділяють викидів під час короткочасних відключень, тоді як генератори забезпечують необмежений час роботи за рахунок палива, що вигідно для тривалих відключень.