Własny system zasilania awaryjnego - jak stworzyć niezawodny system?

Nagły zanik napięcia, czyli blackout, jest zjawiskiem, którego wystąpienie należy uwzględnić w planowaniu bezpieczeństwa instalacji elektrycznej. Jego konsekwencje dla domu i firmy bywają poważne – od ryzyka utraty danych na komputerze, przez awarie sprzętu elektronicznego, po przestoje w pracy generujące straty finansowe. Z tego powodu system zasilania awaryjnego stanowi element zapewniający bezpieczeństwo, komfort oraz niezależność energetyczną.

Znaczenie niezawodnego systemu zasilania awaryjnego

Sprawny system zasilania awaryjnego chroni przed skutkami przerw w dostawach prądu oraz zabezpiecza elektronikę przed uszkodzeniem. Przyczyny zaburzeń zasilania są zróżnicowane i obejmują gwałtowne zjawiska pogodowe, takie jak burze i wichury, a także awarie techniczne lub planowe prace konserwacyjne na sieci elektroenergetycznej. Czasami dochodzi również do przeciążenia lokalnych transformatorów, co skutkuje automatycznym odcięciem zasilania w celu ochrony infrastruktury.

Zagrożenie stanowi nie tylko całkowity brak prądu, ale też chwilowe wahania napięcia czy nagłe przepięcia, które mogą trwale uszkodzić wrażliwe komponenty w urządzeniach elektronicznych. Prawidłowo dobrany system zasilania awaryjnego działa jak bariera ochronna, filtrując prąd i zabezpieczając odbiorniki energii, takie jak komputery, serwery, telewizory czy sprzęt AGD, przed kosztownymi naprawami.

Główne komponenty systemu zasilania awaryjnego

Aby zbudować skuteczny system zasilania awaryjnego, trzeba wybrać odpowiednie komponenty, dopasowane do indywidualnych potrzeb, zasilanych urządzeń i oczekiwanego czasu podtrzymania. Podstawowe rozwiązania to zasilacze UPS, agregaty prądotwórcze oraz systemy oparte na fotowoltaice i magazynach energii. Każda z tych opcji ma specyficzne zastosowania oraz cechy, które należy rozważyć przed podjęciem decyzji.

Zasilacz awaryjny (UPS) – pierwsza linia obrony

Zasilacz awaryjny UPS (Uninterruptible Power Supply) to urządzenie, którego zadaniem jest zapewnienie natychmiastowego, nieprzerwanego podtrzymania napięcia dla podłączonych urządzeń po wykryciu zaniku prądu z sieci. Wbudowany akumulator i przetwornica napięcia przejmują zasilanie w ciągu milisekund. To daje czas na bezpieczne zapisanie pracy i wyłączenie sprzętu lub pozwala doczekać do uruchomienia się agregatu. Jest to podstawowe urządzenie do podtrzymywania zasilania dla sprzętu komputerowego i serwerów.

Na rynku dostępne są trzy główne technologie zasilaczy UPS:

• Off-Line: najprostsze rozwiązanie, które w normalnych warunkach przekazuje napięcie z sieci bezpośrednio do urządzeń, a na zasilanie bateryjne przełącza się dopiero po jego zaniku. Sprawdza się do ochrony domowych komputerów i prostych urządzeń peryferyjnych,
• Line-Interactive: technologia wyposażona w układ automatycznej regulacji napięcia (AVR). Stabilizuje on niewielkie wahania napięcia bez konieczności przełączania na akumulator, co przedłuża jego żywotność. To popularny wybór do ochrony stacji roboczych, małych serwerów czy instalacji C.O.,
• True On-Line (o podwójnej konwersji): najbardziej zaawansowane rozwiązanie, które stale przetwarza napięcie wejściowe. Prąd z sieci najpierw zasila prostownik, który ładuje akumulatory i zasila falownik, a ten generuje na wyjściu idealnie stabilne napięcie. Zapewnia to pełną izolację podłączonych urządzeń od wszelkich zakłóceń w sieci i zerowy czas przełączania, co jest niezbędne dla serwerów, sprzętu medycznego i innych systemów krytycznych.

 EATON Zasilacz awaryjny UPS 700VA 5E 700 FR G2 5E700F 9C00-53254 EATON (9C00-53254)

Agregat prądotwórczy – moc na długie godziny

Agregat prądotwórczy to rozwiązanie przeznaczone do zapewnienia zasilania podczas długotrwałych przerw w dostawie energii – od kilku godzin do nawet kilku dni. Urządzenie, napędzane silnikiem spalinowym na benzynę lub olej napędowy, jest w stanie zasilić cały budynek, włączając w to energochłonne odbiorniki takie jak płyty indukcyjne, klimatyzacja czy pompy ciepła. Wybór agregatu prądotwórczego do domu zapewnia niemal pełną niezależność energetyczną podczas awarii.

Elementem automatyzującym pracę agregatu jest układ ATS (Automatic Transfer Switch), znany w Polsce jako SZR (Samoczynne Załączanie Rezerwy). Ten automatyczny przełącznik źródła zasilania monitoruje napięcie w sieci i w przypadku jego zaniku automatycznie uruchamia agregat, a następnie przełącza na niego zasilanie budynku. Po powrocie napięcia w sieci układ ATS wyłącza agregat i ponownie przełącza instalację na zasilanie z sieci publicznej.

Magazyn energii i fotowoltaika – nowoczesna niezależność

Połączenie instalacji fotowoltaicznej z magazynem energii to zaawansowany i ekologiczny sposób na stworzenie własnego systemu zasilania awaryjnego. Sercem takiego układu jest falownik hybrydowy, który zarządza przepływami energii pomiędzy panelami, magazynem, siecią a domową instalacją. W przypadku zaniku prądu falownik automatycznie przełącza się w tryb pracy awaryjnej (EPS), zasilając wybrane obwody energią zgromadzoną w magazynie.

Zaletą tego rozwiązania jest fakt, że nawet podczas długotrwałej awarii sieci panele fotowoltaiczne mogą w ciągu dnia nadal produkować prąd i ładować magazyn energii. Zapewnia to niezależność energetyczną i niemal nieograniczone podtrzymanie prądu w domu, a dodatkowo pozwala obniżyć rachunki za energię na co dzień poprzez zwiększenie autokonsumpcji.

Jak zaprojektować własny system zasilania awaryjnego? Poradnik krok po kroku

Prawidłowe zaprojektowanie systemu zasilania awaryjnego wymaga analizy i precyzyjnych obliczeń, aby zapewnić niezawodność i dopasowanie do rzeczywistych potrzeb. Proces ten można podzielić na trzy etapy, które pozwolą zbudować efektywne i bezpieczne źródło zasilania rezerwowego.

Krok 1: Analiza potrzeb – co i jak długo chcesz zasilać?

Pierwszym krokiem jest stworzenie listy priorytetowych odbiorników energii, które muszą działać podczas awarii. Należy rozróżnić urządzenia krytyczne – pompę obiegu wody w instalacji C.O., lodówkę, oświetlenie czy router internetowy – od tych, bez których można się obejść. Następnie trzeba określić oczekiwany czas pracy awaryjnej. Czy wystarczy kilkanaście minut na zapisanie danych, kilka godzin do czasu usunięcia awarii, czy może potrzebujemy zasilania na kilka dni?

Krok 2: Obliczanie wymaganej mocy i energii

Następny etap to zsumowanie mocy wszystkich urządzeń z listy priorytetowej, wyrażonej w watach (W). Zwróć uwagę na różnicę między mocą ciągłą a mocą chwilową (rozruchową), która jest znacznie wyższa w przypadku urządzeń z silnikami, takich jak lodówki czy pompy. Sumaryczna moc ciągła i najwyższa moc rozruchowa określą wymaganą moc zasilacza UPS (wyrażoną w VA/W) lub agregatu (w kW). Iloczyn sumarycznej mocy i planowanego czasu pracy (w godzinach) pozwoli oszacować potrzebną pojemność akumulatora (w Ah) lub magazynu energii (w kWh).

Krok 3: Dobór technologii i komponentów

Na podstawie zebranych danych można podjąć decyzję o wyborze technologii. Jeśli potrzebne jest krótkie podtrzymanie dla komputera, wystarczy zasilacz awaryjny UPS. Dla zasilenia całego domu przez wiele godzin lepszy będzie agregat prądotwórczy. Jeśli celem jest niezależność i ekologia, najlepszym rozwiązaniem będzie fotowoltaika z magazynem energii. Niezbędny jest również dobór odpowiedniej przetwornicy napięcia – ta z czystym sinusem jest wymagana dla lodówek, pomp i nowoczesnej elektroniki, podczas gdy modyfikowana sinusoida wystarczy dla prostszych odbiorników.

Właściwy typ akumulatora trzeba dobrać do charakteru pracy systemu:

• Akumulatory AGM (Absorbent Glass Mat):dobry kompromis między ceną a wydajnością, idealne do pracy buforowej w zasilaczach UPS,
• Akumulatory żelowe:odporniejsze na głębokie rozładowanie i trudne warunki pracy, często stosowane w systemach solarnych i kamperach,
• Akumulatory litowo-jonowe (szczególnie LiFePO4):najnowocześniejsze, oferujące największą liczbę cykli ładowania, niską wagę i bardzo wysoką sprawność. Są standardem w nowoczesnych magazynach energii.

 UPS Ellipse zasilacz ECO 1600 USB IEC 1 fazEATON zasilacz awaryjny UPS 1600VA Ellipse ECO 1600 USB IEC el1600usbiec EATONowy 9400-8309 EATON (9400-8309)

Instalacja i konserwacja – jak dbać o niezawodność systemu?

Prawidłowa instalacja oraz regularna konserwacja systemu zasilania awaryjnego są konieczne dla jego niezawodnego działania. Montaż, zwłaszcza agregatów prądotwórczych i systemów fotowoltaicznych, powinien być przeprowadzony przez wykwalifikowanego instalatora z odpowiednimi uprawnieniami. Zapewnia to bezpieczeństwo i zgodność z normami. Niewłaściwe podłączenie może prowadzić nie tylko do uszkodzenia sprzętu, ale także stwarzać zagrożenie pożarowe lub ryzyko porażenia prądem. Regularna konserwacja to przede wszystkim cykliczne testowanie systemu przez symulację zaniku zasilania, aby upewnić się, że wszystkie komponenty działają poprawnie. Niezbędne jest także okresowe sprawdzanie stanu naładowania i kondycji technicznej akumulatorów, ponieważ to one są częstym źródłem awarii w systemach UPS. Warto prowadzić dziennik przeglądów, w którym zapisywane będą daty testów i zaobserwowane nieprawidłowości, co ułatwi diagnostykę i wydłuży żywotność całego systemu. 

Porównanie systemów zasilania awaryjnego