Энергоснабжение частного дома - малобюджетное решение

В этой статье хочу начать описание концепции умного дома в моем понимании и рассмотреть некоторые аспекты ее реализации. Сразу оговорюсь, что я практически не вижу применения понятия «Умный дом» к квартире, так как в ней практически отсутствуют системы, требующие автоматизации. Совсем другое дело — частный дом.

В этой статье хочу начать описание концепции умного дома в моем понимании и рассмотреть некоторые аспекты ее реализации. Сразу оговорюсь, что я практически не вижу применения понятия «Умный дом» к квартире, так как в ней практически отсутствуют системы, требующие автоматизации. Совсем другое дело — частный дом. Он содержит множество систем, которые можно и нужно автоматизировать — начиная от водоснабжения и заканчивая освещением сада. Итак, мое определение. Умный дом — это набор автоматических систем, которые функционируют при минимальном участии его обитателей, обеспечивая при этом максимальный комфорт, безопасность и энергосбережение. При этом реализация должна быть по возможности простой и доступной.
Начну я с реализации энергоснабжения дома.

Резервное энергоснабжение дома

В отличии от квартиры, дом значительно сильнее зависим от наличия электроэнергии, ведь при ее отсутствии автоматически лишаемся практически всех систем — освещения, отопления, вентиляции, горячей воды и часто вообще водоснабжения, если используется насосная станция. Поэтому в рамках комфорта умного дома необходимо предусмотреть резервное энергоснабжение. Самое простое решение — это использование автономного генератора. Но его нужно еще правильно подключить, чтобы при возобновлении подачи энергии ничего не сгорело, выбрать его мощность, чтобы не перегрузить и определиться с его запуском. Конечно, можно установить электростанцию, мощностью от 10 кВт, с автоматическим запуском и со схемами согласования с электросетью, но цена ее непомерно высока. Та и установить ее не так и просто. Ну и остается вопрос, когда его запускать — сразу при отключении электричества, через полчаса или вручную. Ведь хождение с фонариком в ожидании запуска как-то не очень комфортно, а мгновенный запуск часто неудобен, особенно в ночное время или при 15-ти минутном отключении. Так что самый простой вариант получается дорогой и не очень удобный. Это привело к поиску более рационального решения.

Опишу коротко основную идею. Состоит она из нескольких решений:

• Питание всего освещения дома через ИБП. Это позволит всегда иметь освещение на протяжении нескольких часов, в зависимости от аккумулятора, времени суток, количества и типа включенных ламп.
• Наличие дополнительной разводки под розетки с резервным питанием. Это позволит обеспечить резервным питанием критические системы генератором минимальной мощности. Без необходимости отключать всех потребителей от розеток, чтобы не перегрузить генератор. Розетки желательно сделать другим цветом, чтобы их можно было легко идентифицировать.
• Наличие схемы, автоматически подключающей генератор к сети, в случае ее отсутствия и отключающей генератор от сети при возобновления подачи электроэнергии.
• Запуск генератора. Это можно решить на выбор — автоматически, по таймеру, вручную. Я предпочитаю ручной запуск.
• Автоматическое глушение генератора.

Детали реализации

Все таки, отключение электроэнергии — это внештатная ситуация, нет смысла тратиться на полностью автономную систему. Поэтому разобьем потребителей на группы. Это освещение, критичные системы (котел, насос), некритичные системы (холодильник, вентиляция, телевизор). Что доставляет наибольший дискомфорт при отключении питания? Обычно — это отсутствие освещения. Без освещения сложно обойтись, ну и потребляет оно немного. Поэтому его резервируем в первую очередь, с помощью ИБП. Конкретную модель нужно подбирать исходя из нескольких условий — количество и тип ламп, тип и емкость аккумулятора. В большинстве случаев достаточно обычного компьютерного UPS, стоимостью $200. Подключается он в щитке, в разрыв линии освещения. Время работы от аккумулятора должно составлять не менее 30 минут, чтобы покрыть кратковременные отключения и дать время запустить генератор, в случае необходимости. Звуковую сигнализацию желательно отключить, чтобы не будить дом ночью.

Следующий вопрос — выбор мощности генератора. Обычно 2500 Вт более, чем достаточно. А это обычная потребительская модель, стоимостью около $400. Этого хватит, чтобы обеспечить питанием насосы котла и скважины, освещение, холодильник и компьютер. Питание всего от аккумуляторов, по аналогии с освещением, крайне невыгодно. Во первых — нужна большая выходная мощность инвертора, во вторых — большая емкость аккумуляторов и высокая цена их замены, в третьих — инвертор должен выдавать правильную синусоиду, так как к ее форме чувствительны некоторые двигатели и модулируемые горелки котла. Генератор же выдает чистую синусоиду, автономен не менее 15 часов на одной заправке, дешев. Также, он чаще всего комплектуется стартером и собственным аккумулятором, что позволяет при желании реализовать автозапуск.

Далее — разводка питания с резервированием от генератора. К ней подключаются насосы и котел. Необходимо обеспечить минимум по одной розетке в каждую комнату. Это позволит подключать по желанию остальную бытовую технику.

Ну и последнее — подключение.


Схема подключения систем резервного питания.

На схеме:
EL1 — освещение в доме,
Кл1 — клемма подключения к не зарезервированным розеткам
Кл2 — клемма подключения к зарезервированным розеткам
Кл3 — клемма, включенная в разрыв зажигания генератора.
К1 — реле управляющее контактной группой К1.2, К1.3, К1.4
G — генератор
UPS — источник бесперебойного питания
Когда есть напряжение в сети, обмотка реле находится под напряжением и питание подается напрямую в сеть. В случае отключения напряжения, контакты перейдут в исходное положение, обозначенное на схеме, и подключат к сети генератор. Освещение будет продолжать питаться некоторое время от аккумулятора UPS. В случае необходимости, генератор можно запустить, что обеспечит питанием освещение и резервные розетки, подключенные к клемме Кл2. Когда внешнее питание будет восстановлено, реле К1 сработает, отключив генератор от сети и разорвав цепь зажигания генератора, тем самым заглушив его. Система вернется в исходное состояние. Схема подключения является лишь демонстрацией идеи, а не принципиальной схемой.
В итоге стоимость всей системы составляет около $600 + работа по прокладке проводов. Но в некоторых случаях, можно использовать уже существующую проводку, если она грамотно выведена на щиток.

Послесловие

В статье описана базовая схема. Ее при желании можно и нужно улучшать. Особенно, когда появится возможность интеграции с удаленным управлением, мониторингом и прочим. Как минимум, в будущем можно добавить оповещение про отключение электроэнергии, удаленный запуск и отключение генератора, прочее. Также, вместе с освещением можно обеспечить резервным питанием через ИБП сигнализацию, роутер и сервера, но обычно этого не требуется. Так как они чаще всего комплектуются собственными резервными источниками питания. 

Достаточно включить их в розетку, подключенную к линии питания от генератора. Также, я не рассматривал подключение солнечных панелей и ветрогенераторов. Это дорого и плохо подходит именно для резервного питания. Они выдают малую мощность на протяжении всего срока службы, а для резервного питания нужна относительно большая мощность на короткий период — несколько десятков часов в год.