Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Контроллер солнечного заряда

В подавляющем большинстве случаев нет. Это связано с тем, что обычно:

  • мощность инвертора намного превышает максимальную мощность выхода на нагрузку солнечного контроллера
  • большинство инверторов имеют большие емкости на входе и выходе. Эти конденсаторы используются для фильтрации гармоник и помех на входе инвертора. При первом подключении источника постоянного тока эти конденсаторы начинают заряжаться, что приводит к очень большим входным токам инвертора (в сотни ампер) в течение короткого промежутка времени. Этого может быть достаточно для того, чтобы транзисторы на выходе контроллера заряда вышли из строя, даже если контроллер имеет защиту от короткого замыкания в нагрузке.
    Если инвертор подключен к выходу контроллера, это обычно приводит к срабатыванию защиты контроллера или, в большинстве случаев, выходу его из строя из-за того, что защита контроллера по короткому замыканию не успевает сработать.

Мы не рекомендуем присоединять инвертор к выходу контроллера, даже в том случае, если его номинальная мощность меньше номинальной мощности выхода контроллера. Инвертор может заработать после нескольких попыток (т.е. когда его входной конденсатор зарядится), но это не является нормальным режимом работы.

Поэтому инвертор обычно подключают напрямую к аккумуляторной батарее. Защита аккумулятора от глубокого разряда при этом осуществляется инвертором. Обычно инверторы имеют напряжение защитного отключения примерно 1,75В на банку (т.е. 10,5 В для 12В, для других напряжений нужно умножать на соответствующий коэффициент). «Продвинутые» инверторы могут регулировать напряжение защитного отключению, простые — не могут. Если режимы работы системы таковы, что происходит частое срабатывание защиты инвертора по низкому напряжению аккумуляторов, нужно использовать защитные возможности контроллера. Дело в том, что напряжение срабатывания защиты инвертора соответствует почти полному разряду аккумулятора при типичных токах разряда (около 0,1С). Это приводит к резкому сокращению срока службы аккумулятора.

Солнечные контроллеры рассчитаны на работу именно в регулярных циклических режимах заряда-разряда, поэтому напряжение защитного отключения контроллера обычно значительно выше, около 11,1-11,4 (около 1,87 В на банку 2В). Поэтому при работе защиты по напряжению контроллера, срок службы АБ можно значительно повысить.

Как же правильно подключить инвертор в системе солнечного электроснабжения, учитывая ограничения контроллера, указанные выше?

Для этого нужно подключить к выходу контроллера реле (на соответствующее напряжение постоянного тока 12, 24 или 48В и ток, не превышающий номинальный ток контроллера), с коммутирующими контактами, рассчитанными на максимальный потребляемый инвертором ток. Инвертор должен подключаться к аккумуляторной батарее через эти контакты. В такой схеме защитные функции будет выполнять контроллер заряда. Когда контроллер дает команду на отключение нагрузки из-за разряда аккумулятора, реле обесточивается и его контакты размыкают питающую инвертор цепь. Обращайтесь к нашим специалистам для получения схем подключения.

Диод — для гашения всплесков напряжения в индуктивности обмотки реле, его номинал зависит от выбранного реле. Обычно диода на 1А бывает достаточно. Силовые реле мы не продаем, поищите любые контакторы в электротехнических магазинах.

Примечание. При подключении по такой схеме контроллер не может вычислять степень заряженности АБ, поэтому, если он имеет соответствующие установки, его нужно перевести в режим работы по напряжению. Следует учитывать, что такая же ситуация имеет место и при прямом подключении инвертора к клеммам аккумуляторной батареи.
Для правильного подсчета степени заряженности нужно применять специальные измерительные шунты, которые измеряют не только ток заряда, но и ток разряда аккумуляторов. Только дорогие MPPT контроллеры имеют возможность подключения таких шунтов. В остальных случаях для получения данных по степени заряженности нужно ставить отдельный монитор АБ (см. в нашем Интернет-магазине, раздел «Дополнительное оборудование»).

Наиболее востребованные гелиотермальные системы на сегодняшний день – это автономные, без подключения к электрической сети. Основным компонентом такой системы является солнечная батарея. Другими важными элементами выступают инвертор, реле, аккумулятор (АКБ), контроллер заряда и связывающие провода. Контроллер для солнечных батарей выступает значимым элементом в цепи.

Виды устройств

Существуют самодельные контроллеры заряда, но чаще используется заводская продукция следующих типов:

  1. On/Off
  2. ШИМ (PWM)
  3. MPPT

Первый вариант контроллера заряда – самый простой в исполнении и самый доступный в цене. Он подключает на зарядку АКБ и по достижении напряжения 14,4 В отключает заряд. Такой принцип работы позволяет заряжать аккумулятор только на 70%, поэтому изнашиваются пластины в батарее, и уменьшается срок ее службы.

Контроллер Off» «On –на сегодня пользуется малым спросом.

С проблемой неполной зарядки легко справляется электронное устройство, основанное на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) тока на входе.

Такие контроллеры заряда не только повышают общую эффективность гелиосистемы, но и регулируют напряжение в зависимости от температуры окружающего воздуха, тем самым предотвращая перегрев самой батареи.

Контроллер для солнечной батареи ШИМ модификации наделен возможностью выяснять возраст аккумуляторов, а также понижать ток заряда до отметки, не допускающей газовыделение.

Такие приборы преимущественно используются в местах с высокой солнечной активностью в автономной системе электроснабжения до 2 кВт.

Третий вариант контроллера солнечной панели – это МРРТ. Устройства не только отвечают всем требованиям современных гелиосистем, но и способны увеличить количество вырабатываемой солнечной панелью энергии до 30%. Их работа основывается на поиске в устройстве фотопанели точки с максимальной мощностью. Благодаря этому, повышается производительность всей солнечной электростанции и сокращается срок ее окупаемости.

Единственным недостатком контроллера заряда разряда МРРТ является его высокая цена, по сравнению с другими видами.

Как правильно выбрать данное устройство?

Контроллер солнечных батарей – непременный элемент схемы вашего автономного электроснабжения, поэтому перед его покупкой обязательно обратите внимание на следующие параметры:

  • Напряжение на входе.

    Руководство pwm инструкции Интеллектуальный 20amp контроллер заряда

    Этот параметр, обозначенный в техническом паспорте, должен быть на 20% выше относительно напряжения солнечной панели без нагрузки (не менее 24 В). Это обязательное требование, ведь часто производители в спецификациях указывают завышенные значения напряжения. Не забывайте также, что в пик световой активности напряжение на фотоэлементах часто бывает выше паспортных данных.

  • Номинальный ток. Для приборов типа ШИМ номинальное значение тока должно быть на 10% больше тока КЗ батареи.
  • Мощность. Выбирать контроллер типа MPPT необходимо по мощности (желательно, чтобы его мощность была выше произведения напряжения гелиосистемы и выходного тока регулятора). Напряжение системы считается при аккумуляторах без заряда солнечной батареи. К полученному значению мощности добавьте 20% запаса, учитывая вероятность высокой активности солнца. Это повысит безопасность всей системы и убережет от убытков.

Введение

Это устройство позволяет подключать солнечные батареи к обычным свинцово-кислотным, герметичным свинцово-кислотным или литиевым аккумуляторам не беспокоясь об их перезаряде. Устройство также управляет двумя различными нагрузками при двух различных состояниях заряда батареи, чтобы максимально эффективно использовать полученную энергию.

Идея этого проекта возникла после того, как я купил термоэлектрический переносной холодильник для хранения прохладительных напитков. Схема управления питанием в этом холодильнике следит за разрядом аккумулятора автомобиля. При снижении напряжения до определенного уровня холодильник перестает работать. Это значит, что после выключения двигателя автомобиля, холодильник будет функционировать не очень долго. Эта разумная предосторожность препятствует использованию солнечной энергии для питания холодильника. Падение напряжения в гнезде прикуривателя и штатном проводе питания приводит к более быстрому отключению холодильника, несмотря на то, что автомобильный аккумулятор еще не полностью разрядился.

Я хотел иметь возможность на несколько минут включать охлаждение, даже если бы погода была не особенно солнечной. Что было нужно для этого: аккумулятор на несколько ампер•часов, панели солнечных батарей для его заряда, и схема контроллера, включающего холодильник, когда аккумулятор достаточно зарядится. Основанная на реле оригинальная схема управления питанием в холодильнике была удалена, и напряжение питания подавалось на вентилятор и элементы Пельтье напрямую. Номинальный ток потребления холодильника 4 А.

Аккумуляторные батареи

Свободное место в корпусе устройства позволило установить литиевые аккумуляторы мобильных телефонов общей емкостью 7 А·ч. Три аккумулятора номинальным напряжением 3.6 В соединены последовательно, в результате получилась батарея 10.8 В, и три таких батареи соединены параллельно. В процессе заряда напряжение изменяется от 3·3.0 = 9.0 В до 3·4.1 = 12.3 В. Напряжение 4.1 В является максимально допустимым напряжением для полностью заряженного литиевого элемента. Более высокое напряжение выведет его из строя. Напряжение полного заряда 12.3 В позволяет подключить батарею к 12 вольтовой солнечной панели. Напряжение полного разряда 9.0 В позволяет использовать эту батарею с 12 вольтовыми потребителями электроэнергии, не очень критичными к напряжению питания.

Если необходимо, можно подключить внешнюю батарею, но если она другого типа, внутреннюю батарею вначале необходимо отключить. Внешняя батарея также может быть, как сказано выше, литиевой, обычной свинцово-кислотной или герметичной свинцово-кислотной, и соответствующие уровни напряжения выбираются внутренним DIP переключателем.

Схема разработана так, чтобы использовать самый малый ток солнечной панели, поэтому заряд аккумуляторов происходит даже при пасмурной погоде.

Работа схемы


Кликните для увеличения

Надписи на схеме

To storage battery

К аккумуляторной батарее

Sense Positive

Плюс схемы измерения напряжения

Load Positive

Плюс цепи нагрузки

Load Negative

Минус цепи нагрузки

Sense Negative

Минус схемы измерения напряжения

Select for max battery voltage

Выбор макс. напряжения для батареи

Open lead acid

Открытый свинцово-кислотный

Sealed lead acid

Герметичный свинцово-кислотный

Three 4.1V litium cells

Три 4.1 В литиевых элемента

Main load

Основная нагрузка

Aux load

Дополнительная нагрузка

To 12V solar battery

К 12-вольтовой солнечной батарее

Use 1.225V LM4041, 0.5% version

Использовать версию источника опорного напряжения
LM4041 с точностью 0.5%

Main load LED indicator

Светодиодный индикатор основной нагрузки

Aux load LED indicator

Светодиодный индикатор вспомогательной нагрузки

В изготовленном устройстве транзисторы притянуты болтами к алюминиевому корпусу. Показанная принципиальная схема нарисована так, как если бы все элементы располагались на плате. Отдельные провода к нагрузкам и к схеме измерения позволяют точно измерить напряжение аккумулятора даже при токах потребления в несколько ампер.

Маломощный параллельный стабилизатор LM4041 обеспечивает точным опорным напряжением схему контроля заряда батарей. Это напряжение, равное 1.225 В, используется для обычных свинцово-кислотных аккумуляторов. Для герметичных свинцово-кислотных и литиевых аккумуляторов опорное напряжение снимается с соответствующих резистивных делителей. Использование прецизионного стабилизатора с точностью 1% и резисторов в делителях с допуском 1% позволяет обойтись без подстроечных резисторов. Схема точно отслеживает напряжение батареи и не позволяет ему превысить максимальный порог для одиночного элемента. Например, 4.1 В – граничное напряжение для литиевого элемента. В процессе заряда напряжение на батарее постепенно увеличивается и достигает определенного уровня, свидетельствующего, что батарея уже не разряжена и основная нагрузка подключается к ней. Если ток этой нагрузки превышает ток солнечной панели, напряжение батареи будет снижаться, достигнет уровня разряженного состояния и нагрузка будет отключена. Схема обладает некоторым гистерезисом, и это позволяет избежать слишком частого включения и отключения нагрузки. Частота переключения зависит от тока заряда, емкости батареи и тока нагрузки. Если ток заряда превышает ток нагрузки, напряжение батареи продолжит расти вплоть до напряжения полного заряда. В этот момент включается вторичная нагрузка, чтобы предотвратить перезаряд. При отсутствии какой либо вторичной нагрузки, вместо нее необходимо использовать резистор. Если ток основной нагрузки превышает максимальный ток солнечных батарей, вторичная нагрузка не нужна. Полевые транзисторы IRF350LC используются для коммутации нагрузок и позволяют управлять токами более 10 А. Сдвоенный КМОП rail-to-rail операционный усилитель служит для контроля уровней напряжения переключения нагрузок. Светодиодные индикаторы потребляют около 2 мА каждый и показывают, включены ли соответствующие нагрузки.

В схеме нет температурной компенсации напряжения заряда, поэтому обычный кислотный аккумулятор необходимо использовать в температурном диапазоне между 10 и 30 °C, т.к.

коэффициент 2 мВ/К может привести к перезаряду герметичных гелевых аккумуляторов.

Уровни напряжений переключения

Тип аккумулятора

Основная нагрузка, В

Дополнительная нагрузка, В

Включено

Выключено

Включено

Выключено

Обычный свинцово-кислотный

Герметичный кислотный

Литиевый

Применение в реальных условиях

При подключении только вторичной нагрузки, Вы выбираете режим полного заряда батареи, а сброс лишней энергии в нагрузку предотвращает ее перезаряд. Подключив нагрузку к основному выходу, можно сразу же потреблять энергию от солнечных панелей. В условиях кемпинга холодильник обычно может быть подключен, как основная нагрузка. Если необходимо запитать что-то еще, например, зарядить мобильный телефон, можно перейти на дополнительный выход. Подключать холодильник, как вторичную нагрузку, стоит при необходимости накопления большего количества энергии в аккумуляторе для более длительного функционирования холодильника.

Фото показывает схему в тестовом режиме. В качестве аккумулятора подключена только одна группа из трех литиевых батарей.

Фото демонстрирует две солнечные панели, которые доступны в Великобритании.

Панель слева – из аморфного кремния, более дешевая. Ее ток утечки выше, и она должна подключаться через диод Шоттки, чтобы избежать разряда аккумулятора через нее в темное время суток. Такие панели дешевы, но Вам придется потратить время, чтобы загерметизировать края эпоксидной смолой. Стоит ли этим заниматься? Справа показана защищенная от непогоды панель из кристаллического кремния. Она выдает 10 Вт/12 В при полной освещенности солнечным светом. Здесь для апробации устройства панели соединены параллельно после диода Шоттки.

Самая дешевая панель из кристаллического кремния в Великобритании на данный момент стоит £99 и выдает 15 Вт/12 В. Она даст вам ток 1.25 А безоблачным днем, но даже тогда 4 амперный холодильник не сможет работать непрерывно.

Основным преимуществом использования солнечной энергии для переносного термоэлектрического холодильника является то, что она является наиболее доступной.

Очень важно при монтаже аккумуляторов использовать хорошие провода с большим сечением для уменьшения в них потерь. Литиевые батареи мобильных телефонов могут выдавать до 2 А пикового тока. Возможно, я подсоединю еще одну группу, соединенных последовательно трех элементов и втисну их в корпус, чтобы вообще избежать отключения холодильника.

Литиевая батарея номинальным напряжением 10.8 В емкостью 5 А·ч.

Та же батарея, обмотанная изолентой и помещенная в корпус устройства.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *