Официальный сайт МАП Энергия - Пресса: Электричество без перебоев всегда и везде (Журнал "Обустройство и ремонт" №16, 2003г.)

Статьи из газет и журналов

Электричество без перебоев всегда и везде (Журнал "Обустройство и ремонт" №16, 2003г.)

Проблемы электроснабжения.

В настоящее время, во многих регионах России, существуют проблемы с качеством и количеством электроэнергии доходящей до конечного потребителя. Это и плановые отключения, и перебои, вызванные как изношенностью электрооборудования, так и разного рода авариями. Наиболее часто встречающийся сбой сетевого питания – провал напряжения (кратковременное понижения напряжения), связанный с резким увеличением нагрузки в сети из-за включения мощных потребителей (промышленное оборудование, лифты и т.д.).

Отличительной особенностью России являются и особые причины полных отключений напряжения. Аварии и стихийные бедствия, из-за которых отключается напряжение за рубежом, случаются у нас, наверное, также часто. Но в России эти случайности не являются единственными и даже главными причинами полного исчезновения напряжения. Свою увесистую лепту вносит и человеческий фактор. К примеру, если отопление уже отключили или еще не включили, и вдруг похолодало, то люди реагируют стандартно: они включают электрические обогреватели. Если электрическая сеть сильно нагружена, то подключение дополнительных (и мощных) потребителей может привести к срабатыванию автоматического предохранителя. Такой цикл включений и отключений может в некоторых организациях повторяться по несколько раз в день.

Наконец, существуют места, где пока и вовсе нет централизованного электроснабжения (строящиеся дачные поселки, садовые участки, гаражи и т.п., а также удалённые и северные районы). Объединенная энергосистема России охватывает около трети территории страны, преимущественно Европейской части. Остальная малонаселенная часть России, в основном сельскохозяйственного использования с населением около 20 млн. человек и плотностью электрической нагрузки 0,5-10 кВт/км2, имеет системы автономного энергоснабжения в основном на базе дизельных, тепловых и бензиновых электростанций. Например, Камчатка - самый удаленный уголок России, где, в связи с большими транспортными расходами на доставку топлива, стоимость выработки электроэнергии превышает мировые цены в 5-6 раз.

На решение этих проблем направлена «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года», одобренная Правительством РФ. Одним из направлений реализации стратегии является разработка и внедрение конкурентоспособной отечественной электротехнической продукции и современных технологий. Именно о подобной новинке и пойдёт речь в данной статье.

Многофункциональный автономный преобразователь (МАП) «Энергия» является многоцелевым устройством, обеспечивающим потребителя как бесперебойным питанием 220 В в стационарных условиях (дача, учреждение и т. п.) так и в полевых (от аккумулятора и генератора автомобиля, яхты и т.п.). Причём, устройство рассчитано на подключение нагрузки мощностью от 0,9 до 6 кВт.

МАП «Энергия» легко размещается
на автомобильном аккумуляторе.

Использование преобразователя в стационарных условиях.

Рассмотрим подробнее случай, когда электричество есть, но его часто отключают.

Понятие «источник бесперебойного питания» означает следующее. Допустим, в регионе часто отключают электричество. Подключив МАП «Энергию» вместе с мощным аккумулятором к домашней электросети, вы избавитесь от многих вышеуказанных проблем. «Умный» прибор будет сам следить за наличием в сети напряжения, подзаряжать по мере необходимости аккумулятор, а в случае неожиданного исчезновения напряжения 220В автоматически и мгновенно (ни компьютер, ни тем более телевизор, в буквальном смысле, даже «глазом моргнуть» не успеют) подменит его своим напряжением 220 В, генерируемым от энергии накопленной в аккумуляторе. При появлении промышленного напряжения 220 В – все вернется на свои места. Отметим, что в ждущем режиме потребление энергии МАП-ом практически равно нулю. И, при этом, прибор обладает способностью ослаблять шум и срезать высоковольтные импульсы в сетевом напряжении.

Здесь отметим, что бесперебойное питание может быть особенно жизненно необходимо для отопительных систем на основе газовых котлов коттеджей в зимний период. Обычно для электроподжига и циркуляционного насоса достаточна мощность всего-то порядка 150 – 500 Вт. Но в случае достаточно длительного исчезновения электроэнергии, возможно полное вымерзание дома, что может стать не только неприятным эпизодом в жизни его обитателей, но и привести к весьма печальным последствиям (вплоть до трещин в стенах, вызванных подвижкой фундамента неглубоко заложения).

Бесперебойное питание может быть обеспечено и на основе дизель генератора, обладающего возможностью стартерного автоматического запуска, при исчезновении напряжения в сети. К достоинству этой системы можно отнести неограниченное время работы (при условии достаточного количества топлива), к основным недостаткам – очень высокую цену и такого генератора и топлива к нему; шум и выхлопные газы; задержку при его включении и др. Более подробно мы сравним мини-электростанции (дизель бензогенераторы) с системой на основе преобразователя совместно с аккумуляторами в конце этой статьи.

Время автономной работы только от аккумуляторов варьируется и может достигать от нескольких часов до суток и более, в зависимости от мощности нагрузки и общей емкости аккумуляторов (их можно объединять, наращивая ёмкость), причем преобразователь сигнализирует об уменьшении напряжения на аккумуляторе и отключит потребителя при его минимально допустимом уровне. К слову, не так давно появились очень качественные автомобильные аккумуляторы с большими сроками службы, не нуждающиеся в обслуживании (герметичные), способные развивать гигантские пусковые токи (от 700 А) и имеющие вполне приемлемые цены.

Здесь необходимо отметить, что известные многим компьютерные источники бесперебойного питания (UPS) мало подходят для автономного электроснабжения, т. к. они что называется «заточены» именно под компьютерную технику. Они не имеют необходимого запаса мощности по перегрузкам (например, холодильники и насосы, при пуске, потребляют мощность в 7 – 10 раз выше номинальной); оборудованы встроенными аккумуляторами очень маленькой ёмкости (на 10 – 15 минут автономной работы); не обладают необходимыми дополнительными защитами (например, от подключения аккумулятора неправильной полярностью, от обратных токов, вызванных индуктивной или ёмкостной нагрузкой и т. д.). К тому же, мощные модификации UPS стоят довольно дорого.

Преобразователь может быть полезен и в условиях полного отсутствия централизованного электроснабжения.

В этом случае, очень выгодно использовать преобразователь совместно с мини-электростанцией (дизель или бензогенератором). Включая электростанцию всего на 3 - 4 часа в день, вы обеспечите объект круглосуточным электричеством, при разумном экономичном подключении нагрузки. Всё дело в том, что расход топлива у дизель или бензогенератора мало связан с реальной нагрузкой. Подключили вы к нему допустим, максимально допустимую по мощности нагрузку, или всего лишь включили пару лампочек да телевизор – потребление топлива будет довольно большое. А вот преобразователь (по другому, его ещё называют «инвертор») потребляет практически столько энергии накопленной в аккумуляторах, сколько необходимо конкретной нагрузке. Следовательно, если в системе преобразователь + аккумуляторы + мини-электростанция, максимальную нагрузку подключать, когда работает последняя (причём, в это же время подзаряжаются аккумуляторы) – топливо будет использоваться максимально эффективно. А в оставшееся время лучше пользоваться только самым необходимым (освещение, телевизор, холодильник). Какая экономия топлива, плюс тишина, покой и чистый воздух!

А ведь в России на постоянной основе действует не менее 50 тыс. таких мини-электростанций. Сосчитать же резервные и мобильные мини-электростанции просто невозможно. И все они пока не оборудованы системой преобразователь+аккумуляторы…

Солнце и ветер – альтернативные источники энергии.

В настоящее время наблюдается возобновление интереса к малой энергетике, что связано с усилением внимания к проблемам энергосбережения, экологии и энергетической безопасности.

Особую роль здесь играют возобновляемые источники энергии.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это те запасы, которые восполняются естественным образом, прежде всего за счет поступающего на поверхность Земли потока энергии солнечного излучения, и в обозримой перспективе являются практически неисчерпаемыми. Это, в первую очередь, сама солнечная энергия, а также ее производные: энергия ветра, энергия растительной биомассы, энергия водных потоков и т.п.

К недостаткам ВИЭ, ограничивающим их широкое практическое применение, относятся невысокая плотность энергетических потоков и их непостоянство во времени и, как следствие этого, необходимость значительных затрат на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии. При этом следует иметь в виду, что нетрадиционная энергетика одновременно решает и экологические проблемы, т.е. ее преимущество не только в неисчерпаемости, но и в экологической чистоте.

Вместе с тем технологии использования различных ВИЭ активно развиваются во многих странах мира, многие из них достигли коммерческой зрелости и успешно конкурируют на рынке энергетических услуг.

Для России нетрадиционные источники энергии имеют особое значение, поскольку, они решают энергетические проблемы потребителей, находящихся в зоне децентрализованного энергоснабжения, обеспечивая при этом значительную экономию завозимого жидкого топлива. Ресурсы для возобновляемых источников энергии имеются практически во всех регионах страны. Особенно они эффективны в регионах, характеризующихся постоянными ветрами (ветровые), или высоким количеством солнечных дней (солнечные). Мы не будем описывать особенности работы крупных ветроэнергетических установок (ВЭУ) и солнечных ферм. Ограничимся лишь кратким рассмотрением подобных источников энергии предназначенных для малых хозяйств, т. е., по сути, для индивидуального использования.

В настоящее время в России до 30% садовых и дачных участков (общее их число около 19 млн.) не подключены к энергосистеме. В условиях рыночной экономики подвод электроэнергии - установку трансформатора, прокладку высоковольтных и низковольтных линий электропередачи (ЛЭП) оплачивает или садовый, дачный кооператив, или владелец дома - коттеджа.

Стоимость одного километра ЛЭП от 12 до 15 тыс. долларов. Для пенсионеров и других низкооплачиваемых категорий населения это значительная сумма. А ведь на дачных участках живут практически только в летнее время, при изобилии солнечной энергии. Для каких целей необходима, в первую очередь, электроэнергия дачнику? Как правило, прежде всего, для освещения, электропитания радиоприемника, телевизора, электробритвы, электродрели и других маломощных электробытовых приборов и, конечно, водоснабжения. Все эти проблемы решаются установкой нескольких солнечных модулей (СМ).

Система в общем случае состоит из набора солнечных модулей (СМ), размещенных, например, на крыше, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллера разряда - заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Если потребителю необходимо иметь переменное напряжение, то к этому комплекту добавляется инвертор (так иногда называют преобразователь постоянного напряжения в переменное).

Преимущество солнечных модулей по сравнению с ВЭУ обусловлено отсутствием подвижных частей, а также простотой установки и обслуживания. Абсолютная надёжность (обычная гарантия на СМ 10-20 лет) и бесшумность солнечных батарей – не менее важный фактор. К недостаткам СМ можно отнести их дороговизну – обычно за каждый Вт мощности придётся заплатить 3,5 – 4,5 у.е. Так, например, один модуль MSW-45 на 45 Вт обойдётся в среднем в 180 у.е, а так как на дом желательно установить хотя бы 5 таких модулей – сумма будет ещё больше. Такая стоимость обусловлена относительной технологической новизной (солнечные модули были разработаны всего 40 лет назад для космической отрасли) и применением монокристаллического кремния. По сути, солнечная батарея – это сплошной гигантский транзистор. Другим минусом является то, что СМ требуют относительно много места для установки. Например, каркасный солнечный модуль MSW-45 имеет размер 98х45 см, толщину 4 см, при весе 7 кг.

Модульный тип конструкции позволяет создавать установки с различными уровнями напряжения и практически любой мощности. Как правило, солнечные фотопанели работают совместно с аккумуляторными батареям и поэтому их ступени напряжения должны совпадать - 12, 24, 36 В и т.д.

В случае круглогодичного использования дачного участка, коттеджа, фермерского дома с экономической и технической точек зрения целесообразно применение комбинированных ветро-фотоэлектрических систем (ВЭУ + солнечные системы). Выпускаемые отечественной промышленностью ветроэлектрические установки по стоимости установленной мощности в сравнении с фотоэлектрическими (солнечными) станциями дешевле в 4-5 раз, но их эффективное использование возможно в регионах со среднегодовой скоростью ветра более 3,5 м/с. Такие ветровые условия имеются в местах, расположенных рядом с водоемами (море, озеро, река) или на возвышенностях и в горных районах, где имеется значительный перепад суточных температур воздуха. При этом максимальные значения скорости ветра наблюдаются в осенне-зимне-весенний период, когда поступление солнечной энергии уменьшается. В летнее же время отсутствие ветра вполне компенсируется поступлением солнечной энергии (см. рисунок). К примеру, для средней полосы России 65-75% солнечной энергии поступает в весенне-летнее время.

Таким образом, если дом расположен на открытом возвышенном месте (вдали от лесного массива или загораживающих строений) с достаточными ветроэнерго-ресурсами, то использование ветроэнергетических установок в комбинации с солнечными модулями даст возможность получать электроэнергию круглый год: зимой больше за счет энергии ветра, а летом - энергии солнца.

Количество солнечных модулей и мощность ветроустановки определяется величиной электроэнергии, необходимой для конкретного дома.

Для накопления энергии необходимо использовать аккумуляторы. И ВЭУ и СМ подключаются к аккумуляторам не напрямую, а через специальный контроллер, который предохранит АКБ от перезаряда, полного разряда и т.п.

Необходим и преобразователь-инвертор, в роли которого может выступать МАП «Энергия». Ведь в нём, кроме всего прочего, предусмотрен и специальный встроенный контроллер (опционально).

Сезонные колебания скоростей ветра и прихода солнечной энергии

Комбинированные ветро-фотоэлектрические системы смонтированы и надежно работают в Московской, Волгоградской и Читинской областях.

Более подробную информацию и консультации по использованию ветро-фотоэлектрических систем можно получить в Отделе Возобновляемых источников энергии Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства.

Использование преобразователя в полевых условиях.

МАП «Энергия», как уже говорилось, может использоваться и в полевых условиях, что обеспечивается его относительно малыми габаритами, а также, специальной брызгозащищённой конструкцией металлического корпуса.

В автомобиле (на яхте и т. п.), как знает практически каждый, есть своя бортовая сеть, генератор, аккумулятор. Вот только напряжение в этой сети всего 12 (или 24) Вольт. А между тем, почти все устройства (от телевизора до болгарки), обычно рассчитаны на подключение к сети переменного тока 220 В.

Есть преобразователи напряжения 12(24) В в переменное 220 В зарубежного производства, однако широкого спроса в нашей стране они до сих пор не имели: в первую очередь из-за высокой цены (их достаточно мощные модификации (1кВт) стоят порядка 400$), а так же, вероятно, из-за отсутствия многофункциональности (о ней мы уже говорили).

Зачем 220 В в автомобиле? Цели могут быть самыми различными. Это и комфортный отдых на природе, с телевизором, СВЧ-печью, чайником и т.д.; и строительные работы на объектах, где электричества пока ещё нет, а необходимо подключение разнообразных электроинструментов – от дрели до цепной пилы и бетономешалки. Наконец, для ремонта самой машины (у многих автовладельцев имеются только «ракушки» не оснащённые 220 В) – становится возможным применение паяльников, шлифмашинок, электрических краскопультов и т. п.

Наверное, все помнят кинофильм «Три плюс два». Думается, подобный преобразователь явно не помешал бы его героям. Каждому понятно, что отдых становится значительно комфортабельней, если есть источник электроэнергии 220 В. Было бы ещё лучше, если бы у них была бы и портативная ветроустановка или солнечная батарея. Ведь у берега моря, как правило, и солнце светит весьма ярко, да и ветер дует приличный. Правда, в те времена, МАП «Энергия» был бы размером с целый шкаф…

В полевых условиях, после исчерпания 80% ёмкости аккумулятора (в этот момент МАП сам отключается) достаточно завести двигатель - и можно продолжать использовать электроэнергию дальше!

При необходимости, для подключения электроинструментов, можно использовать удлинитель (до 50м).

Параметры и функции устройства.

Итак, можно подвести итог. Разработанный и уже выпускающийся фирмой «МикроАрт» преобразователь МАП "Энергия" - это отечественная новинка (патент на изобретение №2001125519), обладающая высоким уровнем мощности и надёжности при умеренной цене.

МАП «Энергия» представляет собой преобразователь напряжения (мощный двунаправленный инвертор), со встроенным интеллектуальным микроконтроллером, обеспечивающим автоматическое управление режимами и, при необходимости, связь с компьютером. В одном устройстве заложено несколько функций:

а) Преобразователь постоянного напряжения автомобильного аккумулятора (и, при необходимости, автомобильного генератора) 12 В или 24 В (существует два варианта устройств) в переменное 220 В, с частотой 50/60 Гц. Макс. мощность (модельный ряд) – 0,9 / 1,5 / 2 / 3 / 4,5 / 6 кВт;

б) Бесперебойный источник питания устройств подключаемых к стандартной сети 220 В (в том числе персональных компьютеров) от энергии автомобильных аккумуляторов и/или автомобильного генератора.

в) Пуско-зарядное устройство автомобильных аккумуляторов, питающееся от стандартной сети 220 В.

г) Восстановитель автомобильных аккумуляров.

д) Опционально, вход для подключения солнечных модулей или ВЭУ.

Сравнение с дизельными генераторами.

Линия равной цены дизельного генератора и батареи.

По сей день универсальным автономным источником электроэнергии, безусловно является дизель-генератор. Он находит широкое применение благодаря неприхотливости и сравнительно высокой надёжности. Однако, в общем случае, при мощностях системы бесперебойного питания до 10 кВт и если от системы требуется относительно небольшое время автономной работы, аккумуляторная батарея с инвертором (например, с МАП «Энергия») оказывается дешевле дизельного генератора. Если мощность и (или) время автономной работы велики, то емкость и стоимость батареи и инвертора становится очень большой и оказывается выгоднее применять дизельный генератор. На рисунке приведен график, помогающий оценить границу, при которой цена дизельного двигателя с автоматическим запуском становится равной цене батареи. Мощности более 50 кВт применяются обычно в промышленном производстве.

Легко оценить и другие преимущества МАП-а относительно дизель или, тем более, бензинового генератора (при мощности вплоть до 6 кВт):

Цена ниже в несколько раз.
Значительно меньшие габариты и вес, а следовательно – мобильность (можно постоянно возить с собой).
Не ШУМИТ и не выделяет выхлопных газов.
Нет необходимости контролировать присущие дизель-бензиновым генераторам параметры: уровень и давление масла двигателя; уровень и температуру охлаждающей жидкости; уровень топлива (ведь подобные параметры автомобильного двигателя контролируются независимо).
В десятки раз больший ресурс работы и отказоустойчивость (отсутствие механического износа, вибраций и т. п.).
При относительно маломощных потребителях (до 1000 Вт) длительное время не требует включения автомобильного генератора и, следовательно, не расходует бензин.
Мизерное потребление энергии (5 Вт) на холостом ходу (у дизель/бензинового генератора расход топлива на холостом ходу равен половине от расхода при максимальной нагрузке).
Может работать как пуско-зарядное устройство, как восстановитель аккумуляторов, как источник бесперебойного питания.

Мощность, потребляемая электроприборами.
Электроприборы (разброс потребляемой мощности зависит от конкретной модели)	Потребляемая мощность (Вт)
Компьютер	100 - 200
Холодильник	100 - 200
Телевизор	80 - 150
Пылесос	400 - 1500
Обогреватель	500 - 2000
Электрочайник	2000
Люминесцентная лампа (светимость 100 Вт)	20
Электроинструменты
Дрель	200 - 800
Болгарка	800 - 2000
Перфоратор	600 - 1400
Цепная пила	1300 - 1700
Электрорубанок	400 - 1000
Шлифмашина	600 - 2200
Триммер (травокос)	400 - 1000
Бетономешалка	350 - 1000
Сложные нагрузки
Компрессор	750 - 2500
Насос	250 - 1500

Перечислить всех вероятных пользователей новинки трудно. Вот далеко не полный список: строители (в полевых условиях и в условиях частого отключения электросети); автолюбители (с "ракушками" и гаражами без 220 В) и любители автомобильных походов; жители регионов с частым отключением электросети; торговые точки не оснащенные сетевым 220 В, в том числе торгующие мороженным; организации и частные лица использующие МАП «Энергия» в качестве источника бесперебойного питания (UPS) большой мощности для компьютеров; технические службы, занимающиеся системами охранно-пожарной сигнализации (ОПС), видеонаблюдения и связи (для использования МАП "Энергия" в качестве источника долговременного резервного питания); владельцы ветрогенераторных установок или солнечных батарей; устройство так же может быть полезно в районах стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций для автономного электроснабжения.

Более подробное описание (например, особенности подключения насосов и холодильников), отзывы и советы, фотографии, а также рекомендации по выбору аккумуляторов см. в ИНТЕРНЕТ: www.invertor.ru

Приобрести МАП «Энергия» можно у производителя ООО «МикроАрт» (информацию см. в разделе 9.5 «Системы автономного электроснабжения: электростанции, генераторы, солнечные батареи»).

ЛИТЕРАТУРА

В.С. Лаврус «Источники энергии»// К.: НиТ, 1997. ( РАЦ "Наука и техника")

Ю. Шульц «Электроизмерительная техника 1000 понятий для практиков»//М.: Энергоиздат, 1989. 288 с.

А.А. Лопухин, И.Н. Желбаков «Системы бесперебойного питания»//Интернет

Ж. «Возобновляемая энергия», №2 1998 стр.62, №12 2000, стр.5