Jak dlouho může UPS fungovat?

S ohledem na možnost vypnutí externího napájení domu je nutné znát (stanovit) předpokládanou životnost baterie záložního zdroje pro topný kotel. Existuje mnoho důvodů, proč může napětí v síti zmizet. Může se jednat o nehodu na elektrickém vedení, nehodu na trafostanici, přerušení napájecího vedení, zkrat v elektroinstalaci uvnitř domu, výrazné zkreslení parametrů dodávaného proudu nebo přechod el. dodavatele na dočasné odstávky spotřebitelů.

Ať je však důvod výpadku proudu jakýkoli, je nutné zajistit účinné a spolehlivé napájení topného zařízení. Zastavení topného systému v zimě může vést k odmrazování systému a vysokým nákladům na jeho opravu a renovaci prostor.

Doba trvání výpadků proudu se v různých částech města nebo v různých sídlech výrazně liší. Pro přibližný odhad doby případných výpadků je nutné provést dlouhodobé pozorování nebo průzkum sousedů.

Pokud doba odstávek nepřesáhne jeden den, lze problém zajištění nepřetržitého napájení topného systému vyřešit instalací požadované UPS. Pokud doba výpadku přesáhne jeden den, je pro vyřešení problému nepřerušitelného napájení lepší použít kombinaci dvou zařízení: UPS a elektrického generátoru.

Výpočet životnosti baterie topného systému UPS doma

Jakmile máme stanoven požadovaný dlouhodobý autonomní provoz otopné soustavy, můžeme přistoupit k návrhu systému nepřerušitelného napájení otopných zařízení.

V této fázi je nutné určit celkový elektrický výkon všech zařízení topného systému, pro které je nutné zajistit autonomní napájení.

Přesnou hodnotu elektrického výkonu topných zařízení naleznete v technických listech těchto zařízení. Pro výpočet konfigurace zdroje nepřerušitelného napájení a jeho výdrže na baterie můžete použít přibližné hodnoty výkonu zařízení.

Elektrický výkon nástěnných plynových kotlů se obvykle pohybuje v rozmezí od 100 do 200 W.

Elektrický výkon stojacích plynových kotlů se obvykle pohybuje v rozmezí od 50 do 150 W.

Elektrický výkon externích oběhových čerpadel je obvykle v rozmezí od 50 do 200 W.

Analytická metoda pro výpočet životnosti baterie nepřerušitelného zdroje energie pro kotel

Životnost baterií UPS s externími bateriemi závisí především na celkové kapacitě všech baterií. Ve skutečnosti se při provozu UPS přeměňuje energie nabití baterie na elektrickou energii o napětí 220 voltů. Vzhledem k tomu, že střídač nepřerušitelného napájení není úplně ideální zařízení a má ztráty, je nutné počítat s jeho účinností. Baterie navíc nemohou uvolnit 100 % energie;

S přihlédnutím k těmto koeficientům má výpočetní vzorec následující podobu:

T = E * U / P * KPD * KDE (hodin),

kde E je kapacita všech připojených baterií, U je napětí baterie, P je výkon zátěže, KPD je přibližně 0,8, KDE je přibližně 0,9.

Koeficienty dostupné kapacity a účinnosti nejsou pevné hodnoty. Tyto koeficienty závisí na míře spotřeby energie, teplotě a vlhkosti.

Zde je několik příkladů výpočtu životnosti baterie UPS:

1. Je použita baterie s napětím 12 Voltů a kapacitou 60 Ah. UPS napájí nástěnný topný kotel o elektrickém výkonu 150 W.
   V tomto případě získáme životnost baterie UPS:
   T = 60 x 12 / 150 x 0,8 x 0,9 = 3,5 h
2. Je použita baterie s napětím 12 Voltů a kapacitou 150 Ah. UPS napájí nástěnný topný kotel o elektrickém výkonu 150 W.
   V tomto případě získáme životnost baterie UPS:
   T = 150 x 12 / 150 x 0,8 x 0,9 = 8,6 h
3. Jsou použity dvě baterie s napětím 12 Voltů a kapacitou 150 Ah. UPS napájí nástěnný topný kotel o elektrickém výkonu 150 W.
   V tomto případě získáme životnost baterie UPS:
   T = 2 x 150 x 12 / 150 x 0,8 x 0,9 = 17,2 h
4. Jsou použity dvě baterie s napětím 12 Voltů a kapacitou 120 Ah. UPS napájí kotel podlahového vytápění o elektrickém výkonu 50 W a dvě oběhová čerpadla o výkonu 100 W každé.
   V tomto případě získáme životnost baterie UPS:
   T = 2 x 120 x 12 / (50 + 2 x 100) x 0,8 x 0,9 = 8,3 h
5. Jsou použity tři baterie s napětím 12 Voltů a kapacitou 200 Ah. UPS napájí kotel podlahového vytápění o elektrickém výkonu 50 W a tři oběhová čerpadla o výkonu každé 100 W
   V tomto případě získáme životnost baterie UPS:
   T = 3 x 200 x 12 / (50 + 3 x 100) x 0,8 x 0,9 = 14,8 h
6. Jsou použity tři baterie s napětím 12 Voltů a kapacitou 200 Ah. UPS napájí nástěnný topný kotel o elektrickém výkonu 130 W
   V tomto případě získáme životnost baterie UPS:
   T = 3 x 200 x 12 / 130 x 0,8 x 0,9 = 40 h

Použití tabulek pro výpočet doby autonomního nepřerušitelného napájení

Pro výpočet doby rezervy nepřerušitelných zdrojů napájení pro topné systémy můžete použít speciální tabulku. Tabulka je sestavena pomocí vzorce pro výpočet životnosti baterie UPS. Při výpočtu dat byly použity následující hodnoty pomocných koeficientů: účinnost nepřerušitelného napájení 80 %, koeficient volné kapacity baterie 90 %.

Tabulka pro výpočet životnosti baterií UPS pro topné kotle na základě celkové kapacity připojených baterií v závislosti na velikosti užitečného zatížení.

Celková kapacita a napětí baterie	Načíst 100 W	Načíst 150 W	Načíst 200 W	Načíst 300 W	Načíst 400 W	Načíst 500 W
40 Ah, 12 V	3,5 h	2,3 h	1,7 h	–	–	–
60 Ah, 12 V	5,2 h	3,5 h	2,6 h	–	–	–
100 Ah, 12 V	8,6 h	5,8 h	4,3 h	2,9 h	2,2 h	1,7 h
150 Ah, 12 V	13 h	8,6 h	6,5 h	4,3 h	3,2 h	2,6 h
200 Ah, 12 V	17,3 h	11,5 h	8,6 h	5,8 h	4,3 h	3,5 h
300 Ah, 12 V	25,9 h	17,3 h	13 h	8,6 h	6,5 h	5,2 h
400 Ah, 12 V	34,6 h	23 h	17,3 h	11,5 h	8,6 h	6,9 h
500 Ah, 12 V	43,2 h	28,8 h	21,6 h	14,4 h	10,8 h	8,6 h
600 Ah, 12 V	51,8 h	34,6 h	25,9 h	17,3 h	13 h	10,4 h

Poznámka: Odhadované doby rezerv jsou založeny na následujících podmínkách:

• Baterie je plně nabitá;
• teplota baterie +25 °C;
• Skutečná kapacita baterie odpovídá jmenovité hodnotě uvedené na baterii.

Uvedené časy platí pro KONTINUÁLNÍ provoz. V cyklickém provozním režimu se čas proporcionálně prodlužuje.

Doba provozu se může výrazně lišit od získaných hodnot v závislosti na typu výrobce baterie a také na zbytkové kapacitě baterie.

Při výběru UPS pro topný kotel je třeba vzít v úvahu následující parametry:

• maximální celkový výkon připojeného užitečného zatížení s přihlédnutím k jalovému zatížení;
• maximální povolená kapacita připojených baterií;
• doba nabíjení pro baterie uvedené kapacity.

Přesnější tabulky pro výpočet doby zálohy nepřerušitelného zdroje pro otopné soustavy naleznete v technických specifikacích specializovaných UPS v sekci Záložní zdroje.

Přečtěte si také související

• Automatizace topných kotlů a UPS pro kotle
• UPS “Bastion” prodlužuje životnost baterie
• Tabulky kompatibility baterií pro UPS
• Jak prodloužit životnost baterie UPS
• Bolí vás hlava z baterie? Existuje „lék“!

Nepřerušitelný zdroj napájení je užitečné zařízení, které zajišťuje stabilní provoz po dobu několika hodin nebo alespoň několika minut pro uložení dokumentů a správné vypnutí zařízení při přerušení napájení. Taková zařízení sledují parametry výstupního napětí elektrické sítě a v případě výpadků hlavního zdroje elektřiny automaticky převádějí připojená zařízení na záložní napájení – z baterií Ups.

Při výběru zdroje nepřerušitelného napájení vezměte v úvahu podmínky jeho nadcházejícího použití a požadovanou výdrž baterie připojeného zařízení. K zajištění zátěže záložní elektřinou na krátkou dobu, například pro správné a včasné vypnutí počítače, se obvykle používají modely s vestavěnými bateriemi. Aby zařízení fungovalo v autonomním režimu déle než 10–20 minut, jsou k nepřerušitelným zdrojům napájení připojeny další (externí) baterie.

Typy systémů nepřerušitelného napájení a úkoly, které řeší

Záložní zdroje napájení pomáhají v obdobích krátkých výpadků proudu a výrazných poklesů napětí v síti. Úroveň jejich autonomie závisí na různých faktorech, včetně konstrukčních vlastností možnosti připojení dalších baterií pro zvýšení kapacity.

Podle tohoto kritéria rozlišují:

• Záložní zdroje s vestavěnými bateriemi, ke kterým není možné připojit další baterie. Při absenci síťového napětí zajišťují krátkodobý autonomní provoz zařízení – až 15–20 minut.
• Modely s vestavěnými bateriemi a možností připojení externích zařízení pro ukládání energie. Jsou schopny poskytnout zařízením elektřinu uloženou v bateriích déle.
• Nepřerušitelné zdroje napájení, které fungují výhradně s externími bateriemi.

Úroveň autonomie, kterou může konkrétní zdroj nepřerušitelného napájení poskytnout, závisí na schopnosti připojit a zvýšit kapacitu externích baterií.

Výpočet životnosti baterie

Jak dlouho může energeticky závislé zařízení fungovat z baterií UPS, závisí na jejich kapacitě a výkonu připojené zátěže. Různé metody umožňují vypočítat přibližnou provozní dobu, ale v každém případě se při výpočtu berou v úvahu následující parametry:

• celkový výkon zátěže (ve wattech) – celková hodnota výkonů uvedená na zdrojích připojených zařízení;
• celková kapacita baterií nepřerušitelného napájení (v ampérhodinách);
• jmenovité napětí baterie (ve voltech).

Místo kapacity a napětí baterií ve výpočtech je výhodnější okamžitě použít jejich produkt – napájení baterie (ve watthodinách). Pro výpočet, jak dlouho bude připojené zařízení fungovat při napájení z baterií UPS, je třeba vydělit napájení baterie (ve Wh) výkonem zátěže (ve W) a výslednou hodnotu vynásobit účinností měniče (≈ 0,9). Výsledkem bude přibližná hodnota doby autonomie v hodinách.

Provozní doba UPS zohledňující parametry baterie a výkon zátěže

V tabulce jsou uvedeny přibližné hodnoty pro dobu autonomního provozu nepřerušitelného zdroje napájení v závislosti na napájení jeho baterií (vynásobte kapacitu napětím) a výkonu zařízení k němu připojeného.

Napájení z baterie

Spotřeba energie, W

Přibližná doba práce

120 Wh (například 10 Ah, 12 V baterie)

500 Wh (baterie s kapacitou 42 Ah a napětím 12 V)

840 Wh (například s kapacitou 70 Ah a napětím 12 V)

1200 Wh (12 V, 100 Ah)

4 hodiny 25 minut

1440 Wh (12 V, 120 Ah)

2 hodiny 12 minut

8 hodin 50 minut

Stanovení průměrné spotřeby energie

Při určování průměrné spotřeby energie se bere v úvahu množství energie spotřebované za určité období. Například kompresor s udávaným výkonem 180 W, zapnutý na 3 minuty každých 8 minut, má průměrný výkon 67,5 W (180×3/8). 750W počítačový zdroj skutečně spotřebuje 250W.

To znamená, že nepřerušitelný zdroj s baterií o výkonu 120 Wh (kapacita 10 Ah a napětí 12 V) dokáže nahradit standardní napájecí síť pro počítač po dobu cca 26 minut. Dokončení pracovních procesů a správné vypnutí počítače obvykle trvá maximálně 5–7 minut. To znamená, že pro napájení počítače je vhodná UPS s méně kapacitní baterií – např. zdroj 24 Wh (kapacita 2 Ah při napětí 12 V).

Záložní zdroje s prostornějšími a výkonnějšími bateriemi se používají pro zařízení, která potřebují být napájena z baterie po dlouhou dobu. Na rozdíl od počítačového vybavení a systémů nouzového osvětlení vyžadují zařízení jako lednička nebo plynový kotel s oběhovým čerpadlem rafinované výpočty a větší autonomii.

Metoda výpočtu na příkladu plynového kotle

Představme si, že potřebujeme zorganizovat nepřerušené napájení plynového kotle a oběhového čerpadla a:

• příkon připojených zařízení (celkem) – 600 W;
• Je nutné, aby v případě výpadku proudu fungovaly z nepřerušitelného zdroje po dobu 3 hodin (maximální doba výpadku proudu).

Při výběru baterie pro nepřerušitelný zdroj napájení můžete použít stejný univerzální vzorec, ale zvýšit vypočítanou hodnotu alespoň o 20–30 %. To znamená, že napájení baterie v našem příkladu by mělo být: PxT/0,92+30%=600×3/0,92+30%≈2545 Wh. Při napětí 12 V bude kapacita vhodné baterie 2545_12 = 212 Ah. Zbývá jen vybrat model s podobnými vlastnostmi, nejlépe s dodatečnou kapacitou.

Při volbě zdroje nepřerušitelného napájení je třeba počítat s tím, že velikost rozběhových zatěžovacích proudů může výrazně překročit jmenovité hodnoty. Takže u kompresoru chladničky s výkonem cca 200 W dosahuje startovací spotřeba 1000 W. Oběhová čerpadla při spouštění krátkodobě spotřebovávají také výkon, který může být 3–8krát vyšší než jmenovitá hodnota. Výstupní výkon zdroje nepřerušitelného napájení musí pokrývat špičkové zatížení. Výrobci elektrických spotřebičů uvádějí v technické dokumentaci údaje o hodnotách spotřeby energie a startovacích proudech.

Korekční faktory

Baterie samozřejmě nevyužijí uloženou energii na 100 %. Pro správnou funkci zařízení pro uchovávání energie je důležité zabránit hlubokému vybití. Užitečná (použitelná) kapacita baterie závisí na technologii jejich výroby a chemickém složení. U Li-ion baterií je užitečná kapacita 80 % z celkového počtu a u modelů podtypu LiFePO4 – 90 %. Je vhodné s tím počítat ve výpočtech. Ale na druhou stranu je spotřeba připojeného zařízení obvykle mnohem menší než deklarovaná hodnota. Pro přibližné určení úrovně autonomie jsou proto ve většině případů tyto faktory zanedbávány.

Přesnější výpočty provozní doby UPS zohledňují korekční faktory, skutečnou kapacitu baterie, její míru opotřebení, provozní podmínky, odchylku od optimální teploty a další faktory. Tyto metody výpočtu se používají zejména při organizaci nepřerušitelného napájení pro automatické plynové kotle, podpůrné systémy, telekomunikační a serverová zařízení.

Závěry

Existují různé metody, které umožňují vypočítat přibližnou dobu provozu nepřerušitelného zdroje napájení během výpadku proudu. V nejjednodušším případě zjistíme hodnotu napájení baterie (její kapacitu vynásobíme napětím), vydělíme celkovým výkonem zátěže a výslednou hodnotu vynásobíme 0,9. Tento způsob výpočtu nezohledňuje mnoho faktorů, ale umožňuje zhruba odhadnout, kolik může konkrétní UPS poskytnout energii konkrétnímu zařízení ze svých baterií.