“The Winter is coming!” (c)

Що ж – зима наближається. Пора починати думати про забезпечення себе електрохарчуванням (с), бо пам’ятаючи минулу зиму – забезпечити себе електрикою треба, та й ціни на всяке електрообладнання почнуть рости дуже скоро.

Загальна задумка – забезпечити себе автономність на тиждень блекауту – будемо брати найбільш песимістичний варіант. На тиждень має вистачити енергії для роботи, тобто по мінімуму – ноутбук та живлення медіаконвертора з роутером.

Минулої зими я приблизно так і мав запасу – писав про ту підготовку у пості Підготовка до зими 2022-2023: інтернет, електрика, опалення, їжа та вода.

Окрема подяка @artygan за допомогу у розрахунках 🙂

Що таке Вольт, Ампер та Ват

Згадаймо школу 🙂 Бо я всі ці речі почав розбирати заново минулої зими, коли писав перший такий пост (але він лишився у чернетках).

Вольти: напруга. Це фізична величина, що характеризує величину відносини роботи електричного поля в процесі перенесення заряду з однієї точки A в іншу точку B до величини цього заряду.

Простіше кажучи це різниця потенціалів між двома точками. Вимірюється у Вольтах. Напруга схоже по суті з величиною тиску води в трубі – чим воно вище, тим швидше вода тече з крана.

Позначається як В або V.

Ампер: сила струму. Це фізична величина, рівна відношенню кількості заряду за певний проміжок часу, що протікає через провідник до величини цього самого проміжку часу.

Силу струму можна порівняти з потоком води з крана – чим більше ми його відкриваємо, тим більше води виливається за одиницю часу або навпаки.

Позначається як А.

Ват: потужність. Це швидкість виробництва або передачі енергії, це кількість енергії на одиницю часу. 1 Ват – величина потужності, при якій за одну секунду відбувається робота дорівнює одному джоулів. Отже, Ват – це похідна від інших величин одиниця. Так, наприклад, потужність співвідноситься з напругою в такий спосіб: Вт = В • А, де В – показник величини напруги, Вольти, а А – показник величини сили струму, Ампери.

Потужність можна порівняти з кількістю води в літрах, яке виллється з крана.

Позначається як W (Вт).

Не пам’ятаю звідки взяв, але в старій чернетці був такий опис:

– Напруга (V): ширина річки
– Сила струму (A): швидкість течії води в річці
Тому одну і ту ж потужність може дати й широка ріка (висока напруга, Вольт) з повільною течією (слабкий струм, Ампер) – і вузька річка (низька напруга, Вольт) зі швидкою течією (сильний струм, Ампер).
Чим швидше ріка і чим вона ширше – тим більше води (Ват) за одиницю часу.

Розрахунок часу роботи батареї/акумулятора

Далі глянемо, як порахувати акумулятори та павербанки – на скільки часу має вистачити кожного приладу, які маю в запасі.

Можна скористатись онлайн-калькуляторами типу Калькулятор перетворення mAh в Wh, або порахувати самому.

Павербанки

Див. Як визначити реальну ємність повербанка і чому вона не відповідає заявленій та How many times can I recharge a cell phone with a power bank?

Головна мета покупки павербанок для мене – це живлення ноутбуку, тому давайте рахувати по ньому.

Наприклад візьмемо ноутбук ThinkPad 4750U.

На зарядному маємо показники напруги та сили току – 20 вольт та 3.25 ампери:

Формула вихідної потужності:

Ампер * вольти

Тобто максимальна потужність зарядного – 20 вольт * 3.25 ампери буде 65 ват, як і показано на самому зарядному.

Отже, якщо ноутбук буде працювати на повну потужність – це буде 65 ват-годин.

Далі, беремо банку, наприклад на 30.000 мА/г (30 А/г) з виходом 3.8 вольт, і рахуємо ват-години.

Формула розрахунку Ампер/годин в Ват/години:

мА/г * вольт / 1000

Тобто наша банка на 30.000 мА/г при робочій напрузі у 3.8 вольт має:

[simterm]

30000*3.8/1000
114

[/simterm]

114 ват/годин.

Насправді це теж вказано прямо на самій банці:

 

Тобто, ноутбук на повній потужності у 65 ват має працювати:

[simterm]

>>> 114/65
1.75

[/simterm]

Але реально він споживає близько 15 ват (можна глянути утілітою типу Powertop або Upower):

Тобто цієї банки має вистачити на 7.5 годин. Хоча насправді за 2 години ноут з цієї банки зжер 50%.

Але якщо рахувати так, як говориться у вищезгаданій статі:

Якщо поруч із ємністю вказаний стандартний для повербанка вольтаж (від 3,6 до 3,8 вольта), спочатку виконайте конвертацію напруги в 5 вольт. Для цього помножте номінальну ємність на вказаний для неї вольтаж і поділіть результат на 5. Далі, щоб врахувати втрати при конвертації та передачі енергії, помножте отриманий на попередньому етапі результат на 85% — це середній ККД при зарядці. У результаті отримаєте теоретичну реальну ємність свого повербанка.

То вийде:

[simterm]

>>> 30000*3.8/5*0.85
19380.0

[/simterm]

А це вже виходить 73 Вт/год, і тоді ноут на 15 ватах пропрацює ~4.5 годин – як і було на тесті.

Автомобільні акумулятори

Для AGM або гелевих акумуляторів формула така ж, але треба враховувати коефіцієнт розряду – 0.65, бо висажувати акум в нуль не можна, і інвертор має відключити живлення при падінні заряду до мінімально допустимого, або подати звуковий сигнал, що його треба виключати.

Див. Як вибрати акумулятор для ДБЖ.

Формула розрахунку часу роботи автомобільного акумулятору буде:

А/г * вольтр * 0.65

Тобто акумулятор на 100 А/г за формулою А/г * Вольти * 0.65 буде мати:

[simterm]

100*12*0.65
780.00

[/simterm]

780 ват-годин “корисного” заряду:

Якщо взяти акумулятор на 100 А/г який живить котел опалення зі споживаною потужністю у 130 ват, то він має працювати близько 6 годин.

Потужність споживання енергії домашніми пристроями

Щоб розуміти скільки ж треба мати запасу в акумуляторах – треба мати уяву скільки енергії будуть витрачати прилади вдома.

Заміряти можна ватметром, наприклад мій холодильник:

В мене є:

• газовий котел (опалення, гаряча вода): 130 Вт/год
• холодильник: 90 Вт/год
• ПК – 120-220 Вт/год (хоча навряд чи я його буду включати при блекаутах)
• монітор: 35 Вт/год
• ноутбук: 15-20 Вт/год
• роутер: 10-12 Вт/год
• медіаконвертор для оптики (GPON): близько 8 Вт/год
• настільна лампа: 8 Вт/год

Тобто все разом без ПК близько 300 ват в годину.

На добу це буде 7200, на тиждень – 50400 Вт/год, якщо все буде працювати цілодобово.

Що маю з електрики з минулої зими

Тоді купувалось “аби дістати”, бо кинувся робити досить піздно – коли відключення вже почалися, тому вийшла “збірна солянка” всього підряд:

• 2 зарядні станції Kseon по 168000 mAh
  • 620 Вт/год х2
• 1х павербанк 2Project на 60.000 mAh, вихід 65 ват
  • 228 Вт/год
• 2 павербанки Baseus по 30.000 mAh, вихід 65 ват
  • 114 Вт/год х2
• 2 “зарядні станції” на балконі:
  • 1 інвертор PowerWare 5115, вихід 600 Ват
    • до нього підключені 2 автомобільних акумулятори InterTab на 60 А/г
    • 468 Вт/год х2
  • 1 інвертор CyberPower CPS1000E, вихід 700 Ват
    • до нього підключено 1 автомобільний акумулятор Exide AGM на 72 А/г
    • 561 Вт/год
• кілька дрібних павербанків для світильників/медіаконвертора/роутера тощо

Загалом запас виходить 3193 Вт/год, тобто якщо будуть включені всі прилади, то запасу лише на 10 з половиною годин.

Але котел, холодильник та монітор (130+90+35 Вт/год == 225 Вт/год)  можуть живитись тільки від зарядних на балконі, де інвертори на 600-700 Ват з розетками schuko і в яких сумарно є 1497 Вт/год, тобто їх запасу вистачить лише на 6.5 годин. Але можна докупити інвертор для станцій Kseon ват на 500 і живити з цих станцій – в мене зараз для них китайський інвертор на 200 ват, на який підключати котел стрьомно, бо цей інвертор скоріш за все згорить. Та й взагалі через такі інвертори живити прилади – це зайві витрати, краще зберегти для ноутбука і інших приладів, які можна через заживити через USB.

Якщо відключити холодильник (минулої зими так і робив – зберігав на балконі, де було 10-14 градусів, а заморозку вивішував в пакеті за вікно), то газовому котлу для опалення акумуляторів на балконі вистачить на 11.5 годин.

Ноутбук (15-20 Вт/год), роутер (10-12 Вт/год), медіаконвертор (8 Вт/год) можуть живитись від станцій Kseon та павербанок – разом в них 1696 Вт/год, тобто 42.4 години, або ~3 днів, якщо користуватись 14 годин на день, бо вночі  все ж краще спати, або на 5 днів, якщо користуватись виключно для роботи 8 годин на день.

Швидкість розряду

Математика математикою, але частину батарей перевірив “на живу”, щоб більш-менш точно знати чого на скільки вистачить:

• інвертор CyberPower + 1х акумулятор Exide AGM на 72 А/г
  • 72.000 мА/г на 12 вольтах * 0.65 це 561 Вт/год
  • має вистачити на ~4.5 годин роботи
  • ПК пропрацював з 8.30 – 12.14, тобто 3 години 45 хвилин. Потім інвертор почав пищати, бо напруга впала до 11.4 вольти, хоча на екрані інвертор показував ще половину заряду батареї. В принципі, десь так і виходить – 4.5 години, якщо садити “в нуль”
• інвертор Powerware + 2х акумулятори на 60 А/г
  • 120.000 мА/г на 12 вольтах * 0.65 це 936 Вт/год
  • по розрахунках котлу має вистачити на 6-7 годин, не заміряв (минулої зими пам’ятаю, що було менше – годин на 4-6, але це ще залежить від температури на вулиці – як швидко охолоджуються квартира, і як часто котел буде включатись для підігріву)
• 2х банки Baseus:
  • 30.000 мА/г на 3.8 вольта 114 Вт/год
  • обох банок ноутбуку має вистачити на 12 годин – по 6 годин з кожної банки, хоча насправді її вистачило десть на 4.5 години
• банка 2Project:
  • 60.000 мА/г на 3.8 вольтах 228 Вт/г
  • ноутбуку має вистачити на 11 годин (знову ж таки – реально буде годин мабуть 7-8)

Швидкість зарядки

В принципі, це все працює, але головна проблема, яка проявилась тієї зими – це швидкість зарядки, і це треба враховувати наступної зими.

Формула для розрахунку та ж сама: беремо вольтаж зарядного пристрою, його силу струму, перемножуємо – отримаємо Ват/години, котрі він видає, а знаючи ємкість батареї в ват/годинах – можемо легко прикинути швидкість зарядки.

Тобто зарядка на 16.8 вольт з 2 амперами дасть 32 Вт/год, і зарядить Kseni на 620 Вт/год за 19 годин.

Частину батарей заміряв реальною зарядкою, частину прикинув по формулі:

• зарядні Kseni по документації на дефолтних зарядках на 2А 16,8 В заряджаються 16 годин
  • до них на цю зиму купив додатково зарядні LiitoKala на 5А
  • тож мають заряджатись за ~7 годин
• для павербанків Baseus і 2Project минулої зими купував зарядні Baseus GaN3 з виходом на 30 ват (20 Вольт і 1.5 ампера – 20В*1.5А=30Вт)
  • банка Baseus – включив зарядку з нуля о 13.45 – в 15.50 було 50%, тобто за дві години залило 15.000 мА/г (~57 Вт/г) на 30 ватах – якщо рахувати повну ємкість як 114 Вт/г, то так і виходить – 3.8 години на 30 ватах
  • банка 2Project – пишуть, що “30 годин через вхід 10 Вт“, тож має бути близько 10 годин на 30 ватах
• акумулятори на балконі – тут важко рахувати, бо ніде в документації не знайшов скільки реально йде на акумулятори під час зарядкки, тож просто розрядив і запустив зарядку:
  • 1х72 А/г через CyberPower заряджається:
    • включив у 12.15, к 16.00 напруга піднялась з 11.4 (коли інвертор почав пищати, що пора виключати, бо низький заряд батареї) до 12.5, а максимальна 13.8, тобто зарядився десь наполовину за 4 години, значить повний заряд 72 А/г буде близько 8 годин
  • 2х60 А/г через PowerWare – не заміряв, але пам’ятаю, що десь також близько 10 годин

Що треба докупити

Саме складне питання.

Можна, звісно, взяти нормальну зарядну станцію типу EcoFlow Delta 2 Max – 2400W, 2048Wh за 83.000 гривень – це на сьогоднішній день, середина серпня.  Цього вистачить для котла 130 Вт + холодильника 90 Вт + монітора 30 Вт на 8 годин роботи, а заряджається Delta 2 max за 2 години – те, що треба, якщо світло знов буде кілька годин на добу.

В принципі – дуже достойне рішення, але ж і ціна… Достойна.

Інший варіант – купити два гелевих акумулятори на 100 А/г кожний – зараз це буде в районі 16.000 грн за дві штуки, і докупити другий інвертор CyberPower – ще 18.000 грн. Тоді можна підключити кожен з CyberPower до 1 акуму, і вони будуть їх заряджати за ~10 годин. Разом це вийде 34.000 грн – дешевше, ніш Delta 2 Max, але при тих же 2400 Вт/год запасу енергії і заряджається набагато довше.

Крім того, мабуть, докуплю:

• ще пару банок Baseus на 30.000 – показали себе непогано, ноутбук від них працює, вартість зараз 3900 грн (в листопаді чи грудні минулої зими брав по чи то 6000, чи 7000 грн)
• докупити зарядні Baseus GaN3 на 30 ват для кожної банки, щоб можна було заряджати одночасно
• Type-C шнурки, бо маю тільки два

Ще все ж може таки куплю на балкон датчик диму, бо там акумулятори та інвертори – буду спокійніше спати. Вогнегасник брав ще минулої зими, 2 штуки ВП-3.

Також думаю на цю зиму вже ж взяти газовий обігрівач та газову плитку на балончиках – на випадок, якщо газ все ж будуть відключати.

Так наче й все.