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Sistema de energía de respaldo para el hogar: características del dispositivo y funcionamiento
El progreso tecnológico no se detiene. Los residentes de edificios de varias plantas en megaciudades comienzan a olvidar los casos de apagones prolongados y todos los problemas asociados con ellos. Sin embargo, para el resto de la población, este problema aún no se ha resuelto por completo.
Los problemas de energía de respaldo para los propietarios de una casa o cabaña privada independiente siguen siendo relevantes. Nuestro estado aún no puede proporcionar electricidad de alta calidad.
¿Cómo es el sistema de energía de respaldo para el hogar?
La composición del complejo clásico de dispositivos de respaldo técnico.
Para garantizar el funcionamiento normal de los electrodomésticos en caso de pérdida de energía eléctrica externa, utilice:
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un conjunto de baterías que crean un voltaje total de 12, 24, 36 o 48 voltios;
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Un inversor que convierte la corriente continua de la batería en alterna 220V.
Los sistemas modernos no solo se ocupan de la redundancia, cuya función en el pasado reciente se realizaba con frecuencia mediante la conmutación manual del operador, sino que proporcionan una fuente de alimentación ininterrumpida en modo automático sin intervención humana.
Suministros de energía ininterrumpida (UPS)operando bajo el esquema de respaldo “Off-Line, Standby” en condiciones de carga normal, realiza 2 funciones:
1. supervisar el estado de la red eléctrica primaria filtrando las sobretensiones e interferencias electromagnéticas en ella;
2. cargue la batería para mantener su capacidad nominal.
Cuando los parámetros de la red de suministro externo van más allá de los valores críticos o la alimentación se apaga por completo, la automatización del UPS vuelve a conectar la carga en el inversor, que toma la corriente continua de las baterías.
Un sistema de automatización basado en controlador a menudo se integra en el diseño de un inversor moderno. La imagen de arriba muestra la división condicional de los consumidores de electricidad en dos grupos con motores eléctricos asíncronos y fuentes de alimentación electrónica. Por lo general, están enchufados en la ubicación del apartamento.
Este circuito fuente de respaldo generalmente se llama activo porque monitorea constantemente los parámetros de la red, conectando la fuente de alimentación autónoma a la carga después de determinar que se ha producido un mal funcionamiento en el circuito de la fuente de alimentación. Con este método, la automatización requiere al menos un tiempo pequeño pero bastante definido para analizar la situación y realizar el cambio. En estos momentos, se forma una breve pausa de tiempo muerto.
Su presencia obligatoria es la principal desventaja de este sistema, pero, en la práctica, no tiene un efecto especial en el funcionamiento de los electrodomésticos. Después de todo, los motores eléctricos rotativos continúan funcionando por inercia, sin tiempo para detenerse, y los circuitos electrónicos de los dispositivos informáticos basados en microprocesador están conectados a la fuente de alimentación de respaldo del UPS utilizando exactamente los mismos algoritmos.
Cómo reducir la carga en el inversor y la batería
Al cambiar, puede reducir las pérdidas de energía que ocurren en el circuito y extender la vida útil de la batería de varias maneras.
Lámparas de iluminación
La organización del sistema de energía de respaldo y su costo están estrechamente relacionados con el consumo de energía de la red. Por lo tanto, el tema del ahorro de electricidad y la transición a tecnologías de ahorro de energía deben prestar especial atención.
Para reducir la carga en el inversor y, al mismo tiempo, el tamaño de la carga de iluminación, simplemente puede reemplazar las lámparas incandescentes comunes con fluorescentes, halógenos, ahorro de energía (fluorescente compacta) o luces LED.
También puede dividir las fuentes de luz eléctrica en dos grupos:
1. uso permanente;
2. iluminación local de servicio.
Al cambiar al trabajo desde el inversor, esto solo permitirá el uso de fuentes limitadas, y todo el resto debe conectarse exclusivamente según sea necesario.
Simplificación de algoritmos para electrodomésticos.
Casi todos los dispositivos electrónicos (televisores, computadoras, teléfonos y otros dispositivos) tienen fuentes de alimentación que crean 12 voltios de voltaje directo desde una red variable 220. Se pueden hacer diseños integrados o remotos, como una computadora portátil.
Cuando dichos receptores de energía eléctrica se alimentan desde el inversor y no desde una red externa, entonces, con un esquema de conexión convencional, se produce una doble conversión de energía:
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primero, el inversor toma un voltaje de 12 voltios de las baterías de helio y lo convierte a ≈220, que se alimenta a la computadora portátil, como en nuestro caso;
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entonces la fuente de alimentación de estos dispositivos ≈ 220 V se rectifica nuevamente a ± 12 V.
Es bastante lógico excluir dichos procesos de los algoritmos y, al cambiar a energía de respaldo, usar un circuito cuando el controlador del inversor suministra directamente voltaje de batería de 12 voltios a todos los componentes electrónicos de la computadora sin desperdiciar energía en su doble conversión. Esto se puede lograr creando un circuito de salidas paralelas para conectar baterías de helio a dichos dispositivos.
Sin embargo, el ejemplo anterior con una computadora portátil se muestra solo para demostrar el principio de construir un esquema de energía de respaldo, aunque la computadora móvil en sí misma tiene una batería incorporada que realiza las funciones de un UPS.
Cuando se desconecta la alimentación externa en un circuito similar, se reduce la carga en el inversor y la batería en su conjunto.
Reserva de energía del sol, viento, agua, motor de combustión interna.
Con un circuito seleccionado correctamente, las baterías de helio pueden reservar energía durante mucho tiempo, pero su capacidad no es infinita. Llegará el momento en que deberán recargarse.
Para esto, generalmente se usa la energía de otras fuentes de corriente:
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batería solar
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campo electromagnético de un generador en funcionamiento.
El uso de la energía solar.
Los diseños de las células solares se mejoran constantemente, son populares. Se pueden encontrar cada vez más no solo en los sistemas de reserva de los consumidores domésticos, sino también como las principales fuentes de electricidad.
Cuando se usan paneles solares, es importante ajustar el algoritmo de operación del controlador para que la energía solar no solo admita la capacidad de las baterías de helio, sino que también fluya directamente a las fuentes de alimentación del consumidor con un circuito electrónico, suministrándoles corriente eléctrica.
Lea más sobre el uso de paneles solares en el sistema de suministro de energía de respaldo aquí: Plantas de energia solar para el hogar
Usando grupos electrógenos
Para uso doméstico, máquinas rotativas de corriente alterna. Tienen generadores de acuerdo con la proporción de campos electromagnéticos giratorios del rotor y estator:
1. síncrono;
2. asíncrono.
Los primeros diseños son más complejos, perciben bien cargas inductivas creadas por motores eléctricos rotativos, pero más caras.
Los generadores asíncronos están diseñados principalmente para suministrar cargas activas de lámparas incandescentes en esquemas de iluminación, calentadores eléctricos térmicos (TEN) y dispositivos similares. Para suministrarles a los consumidores reactivos, es necesario proporcionar un margen significativo de potencia del generador porque no toleran los componentes asimétricos de los transitorios que se producen en el circuito al arrancar motores eléctricos.
Para promover y mantener la rotación del rotor del generador, es necesario aplicarle un par. Su fuente puede ser la energía:
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viento
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corrientes de agua;
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Motor de combustión interna.
Energía eólica para el hogar
Pertenece a la tecnología ecológica para generar electricidad.Sin embargo, un sistema de energía de respaldo para el hogar, basado en la captura de energía eólica, puede no ser siempre efectivo. Los volúmenes y las velocidades de las masas de aire que se mueven en la atmósfera en diferentes condiciones climáticas difieren significativamente.
En la mayor parte de Rusia, los vientos no son permanentes, dependiendo de muchas razones, incluida la época del año y las condiciones climáticas. Son monitoreados y recogidos por el servicio meteorológico. A partir de sus mediciones, solo puede evaluar aproximadamente la eficiencia del uso de turbinas eólicas para generar y transmitir par a un generador.
La energía generada por el generador eólico también se ve afectada por:
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diseño de aerogeneradores;
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la elección de la ubicación y la altura del impulsor;
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instalación correcta
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circuitos aplicados y muchos otros factores.
Lea más sobre el uso de la energía eólica aquí: Generadores eólicos en Rusia: cómo elegir, instalar y evitar decepciones
Aprovechando la energía del agua en movimiento
El uso de energía hidroeléctrica en el hogar puede facilitar enormemente la vida del propietario de la casa. Pero, los ríos y arroyos no siempre fluyen cerca de nuestras casas ...
Además, nuestros estanques generalmente se congelan en invierno, cubiertos con una capa de hielo espeso. Y esto complica enormemente la fuente de alimentación, pero no excluye por completo su uso.
Las técnicas modernas para instalar turbinas hidráulicas por debajo de la profundidad de formación de hielo permiten tomar energía de los flujos de agua en movimiento durante todo el año.
Para muestrear la potencia del flujo hidráulico en el hogar, las estructuras hidroeléctricas simples y sin represas son las más adecuadas. Se pueden realizar en función de:
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rueda de agua;
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hélice
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rotor Daria;
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central hidroeléctrica garland.
El uso de la energía térmica del combustible en un motor de combustión interna.
El ICE moderno para generadores domésticos trabaja en:
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gasolina
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combustible diesel;
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gas natural o licuado
Generadores de gas Generalmente diseñado para generar electricidad de capacidad relativamente pequeña durante varias horas. Se crean con un sistema de refrigeración por agua o incluso aire, equipado con generadores asíncronos.
Los diseños de motores de gasolina no ocupan mucho espacio, son compactos, convenientes para el transporte. A menudo se utilizan para alimentar casas de campo, realizar trabajos de construcción cortos donde no hay una red eléctrica estacionaria.
Pero para el suministro de energía a largo plazo de consumidores poderosos en condiciones de operación extremas, no son adecuados.
Generadores diesel para uso doméstico se crean más potentes. Dependiendo del diseño del sistema de enfriamiento del motor, pueden diseñarse para una operación continua.
Los fabricantes los producen con generadores síncronos o asíncronos, sistemas de control de suministro y automatización de diversa complejidad. Son populares los diseños de dispositivos de contenedores modulares de DES.
La presencia de la función ABP amplía las capacidades de las plantas de energía diesel en los sistemas de energía de respaldo para el hogar.
Sin embargo, ellos, como los motores de gasolina, emiten productos de combustión tóxicos a la atmósfera, crean mucho ruido y vibraciones. Esto requiere la adopción de medidas técnicas especiales para reducir estos factores dañinos.
Plantas generadoras de gas funciona con gas natural o licuado. Están conectados a una red de gas estacionaria o tanques de almacenamiento de gas licuado. El costo de su operación es más bajo que el de las estaciones de gasolina y diesel debido al menor precio del gas.
Pueden incluir generadores asíncronos o síncronos, sistemas de automatización de diversa complejidad. La mayoría de las veces se fabrican en una versión de contenedor para una operación ininterrumpida durante mucho tiempo en modo automático con la posibilidad de control remoto y monitoreo.
Además, las emisiones de productos de combustión a la atmósfera de estos motores se caracterizan por un bajo contenido de sustancias nocivas.
Una amplia selección de fuentes de energía de varias capacidades y diseños, utilizando los portadores de energía disponibles para un área determinada, le permite al propietario de la casa elegir el sistema de energía de respaldo más adecuado para sus necesidades.
Lea también sobre este tema: ¿Cómo se organizan y funcionan las fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS)?
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