Повышение мощности сети с помощью комплектов бесперебойного электроснабжения

Стремительный рост индивидуального жилищного строительства в последние годы обнажил проблему отставания электросетей от реальных потребностей в энергопотреблении. Во многих случаях стандартно выделяемой мощности оказывается недостаточно для стабильного обеспечения электроэнергией современного домохозяйства. Автономная солнечная электростанция — 4 главных важных элемента, вы можете найти в данной статье. 

Исторически сложилось, что в старых подключениях расчетная нагрузка составляла всего 3 кВт. Однако сегодня эти нормативы безнадежно устарели: в обычной квартире потребление достигает 10 кВт, а для коттеджа пиковые значения нагрузки составляют 10–15 кВт. Если же в доме присутствуют энергоемкие системы (электроотопление, теплые полы, сауны, гидромассажные ванны или лифты), даже стандартные 15 кВт (3×5 кВт) могут оказаться недостаточными. Особенно критична ситуация при неравномерном распределении нагрузки по фазам — перекос приводит к срабатыванию защитного автомата и полному отключению питания. Нередко жильцы недоумевают, почему при формально достаточном лимите в 15 кВт автомат отключается уже при 7–8 кВт потребления. Именно поэтому крайне важно исключить даже локальные перегрузки на отдельных фазах.

Многие домовладельцы пытаются решить проблему простой заменой вводных автоматов на более мощные. Однако инфраструктура сетей не рассчитана на такие нагрузки — модернизация ЛЭП и трансформаторов проводится крайне редко. Массовое превышение разрешенной мощности ведет к авариям и хроническим перебоям в подаче электроэнергии. Энергокомпании, фиксируя нарушения, применяют штрафные санкции. В результате потребители оказываются в двойной ловушке: с одной стороны, сети физически не справляются с нагрузками, с другой — формальная ответственность за аварии перекладывается на абонентов, якобы нарушающих договорные условия.

Предлагаемые технические решения также актуальны для автономных систем с маломощными дизель-генераторами. Их применение позволяет подбирать генераторное оборудование не по пиковой, а по средней нагрузке, сохраняя все преимущества гибридных систем с аккумуляторными буферами. Пиковые нагрузки в частных домах, как правило, наблюдаются всего несколько часов в сутки — чаще всего утром и вечером, а также в выходные дни. В эти периоды энергопотребление может в несколько раз превышать выделенную мощность, что делает стабильное электроснабжение практически невозможным.  Особенно критичны перебои зимой, когда от бесперебойной работы отопительного оборудования (циркуляционных насосов, автоматики котлов) зависит не только подача электричества, но и обогрев всего дома.

Первое, что обычно рассматривают владельцы домов — приобретение дополнительных киловатт мощности у энергоснабжающей компании. Однако такой вариант не всегда осуществим из-за ограниченных возможностей сетей. Кроме того, стоимость дополнительной мощности значительно превышает базовые тарифы. Нередко энергокомпании перекладывают расходы на модернизацию инфраструктуры на потребителей, требуя финансирования новых трансформаторов или прокладки кабелей большей мощности. При этом всё установленное оборудование остаётся в собственности сетевой организации, а не абонента.

Вместо того чтобы переплачивать за дополнительную мощность (если её вообще можно получить), мы предлагаем альтернативное решение — систему компенсации пиковых нагрузок на основе инверторных технологий. Это позволяет эффективно распределять энергопотребление без необходимости увеличения лимитов мощности.

Принцип работы

На основании проведённых замеров энергопотребления в коттеджах было установлено, что максимальная нагрузка редко превышает 15-20 кВт, составляя в большинстве случаев около 10 кВт. При этом суточный расход электроэнергии варьируется в пределах 10-20 кВт*ч, что соответствует средней мощности всего 0,5-1 кВт. Возникает резонный вопрос: стоит ли переплачивать за подключение дополнительных 10-15 кВт, если такая мощность будет востребована лишь несколько часов в день? Более рациональным решением станет инвестиция в систему резервного питания, которая не только гарантирует бесперебойное электроснабжение, но и эффективно компенсирует пиковые нагрузки.

Принцип работы интеллектуального распределения мощности

Технология Smart Boost (фирменное решение Studer) реализована в ряде  современных инверторов, включая оборудование SMA, Rich Electric и, с некоторыми ограничениями, Schneider Conext XW. Хотя разные производители используют собственные названия для данной функции, её суть остаётся неизменной.

Система работает по следующему принципу: инвертор функционирует в параллельном режиме с централизованной сетью. Пользователь задаёт предельное значение потребляемого тока (на приведённых схемах установлен лимит 5А). При превышении этого порога недостающая мощность автоматически  компенсируется за счёт аккумуляторных батарей. На иллюстрациях справа наглядно демонстрируется работа данного алгоритма (пример реализован на оборудовании RE Combiplus).

Принцип работы системы добавления мощности

Накопленная в аккумуляторных батареях электроэнергия используется для автоматического восполнения мощности в случае превышения установленного лимита энергопотребления. Инверторно-аккумуляторный комплекс подключается к сети, компенсируя дефицит энергии за счет собственных запасов. Параметры компенсации (мощность, продолжительность и алгоритм работы) определяются характеристиками используемого оборудования: типом и производительностью инверторов, а также емкостью аккумуляторного банка.  При снижении энергопотребления до разрешенного уровня или ниже система  автоматически переключается в режим накопления энергии, восстанавливая заряд аккумуляторов для последующего применения. Ключевым условием стабильной работы является поддержание равновесия между поступающей и расходуемой электроэнергией.

Пример расчета энергобаланса

При выделенной мощности 5 кВт суточный лимит от сети составит 120 кВт·ч (5 кВт × 24 ч). С учетом КПД системы (потери при преобразовании и цикле заряда-разряда) полезная энергия достигает 95–100 кВт·ч в сутки, что полностью покрывает потребности большинства частных домов. Даже при лимите в 3 кВт суточное доступное потребление составит около 55 кВт·ч. Пиковая нагрузка в такой системе складывается из мощности сети и возможностей инвертора. Однако для корректной работы необходимо, чтобы в периоды низкого энергопотребления (например, ночью или в дневные часы минимальной активности) аккумуляторы успевали восполнять заряд. В эти промежутки энергия от сети распределяется между питанием текущих нагрузок и зарядкой накопителей. Встроенное зарядное устройство ИБП динамически adjusts ток заряда, учитывая текущее энергопотребление и допустимую нагрузку на сеть.

Таким образом, система обеспечивает стабильное электроснабжение без превышения установленных лимитов, оптимизируя использование ресурсов.