Меню

Регулятор напряжения солнечной батареи подключить

Контроллер заряда солнечной батареи: схема, принцип работы, способы подключения

Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея – накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

В представленной нами статье разберемся в устройстве и принципах работы этого прибора, а также рассмотрим способы его подключения.

Контроллеры для солнечных батарей

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда аккумулятора солнечной батареи.

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.

Контроллер заряда АКБ MPPT

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Применяемые на практике виды

На промышленном уровне налажен и осуществляется выпуск двух видов электронных устройств, исполнение которых подходит для установки в схему солнечной энергетической системы:

  1. Устройства серии PWM.
  2. Устройства серии MPPT.

Первый вид контроллера для солнечной батареи можно назвать «старичком». Такие схемы разрабатывались и внедрялись в эксплуатацию ещё на заре становления солнечной и ветряной энергетики.

Принцип работы схемы PWM контроллера основан на алгоритмах широтно-импульсной модуляции. Функциональность таких аппаратов несколько уступает более совершенным устройствам серии MPPT, но в целом работают они тоже вполне эффективно.

Контроллер для солнечных батарей

Конструкции, где применяется технология Maximum Power Point Tracking (отслеживание максимальной границы мощности), отличаются современным подходом к схемотехническим решениям, обеспечивают большую функциональность.

Но если сравнивать оба вида контроллера и, тем более, с уклоном в сторону бытовой сферы, MPPT устройства выглядят не в том радужном свете, в котором их традиционно рекламируют.

Контроллер типа MPPT:

  • имеет более высокую стоимость;
  • обладает сложным алгоритмом настройки;
  • даёт выигрыш по мощности только на панелях значительной площади.

Этот вид оборудования больше подходит для систем глобальной солнечной энергетики.

mppt контроллер для солнечных батарей

Под нужды обычного пользователя из бытовой среды, имеющего, как правило, панели малой площади, выгоднее купить и с тем же эффектом эксплуатировать ШИМ-контроллер (PWM).

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 – устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Схема контроллера PWM

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами. Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 – приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

Читайте также:  Охранная зона воздушных линий электропередачи напряжением до 1000в установлена верно

Схема MPPT контроллера

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

  • возмущения и наблюдения;
  • возрастающей проводимости;
  • токовой развёртки;
  • постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.

Способы подключения контроллеров

Рассматривая тему подключений, сразу нужно отметить: для установки каждого отдельно взятого аппарата характерной чертой является работа с конкретной серией солнечных панелей.

Так, например, если используется контроллер, рассчитанный на максимум входного напряжения 100 вольт, серия солнечных панелей должна выдавать на выходе напряжение не больше этого значения.

Схема баланса напряжений

Прежде чем подключать аппарат, необходимо определиться с местом его физической установки. Согласно правилам, местом установки следует выбирать сухие, хорошо проветриваемые помещения. Исключается присутствие рядом с устройством легковоспламеняющихся материалов.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители PWM-контроллеров требуют соблюдать точную последовательность подключения приборов.

Соответствие подключений контроллера

Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:

  1. Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
  2. Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
  3. На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
  4. Подключить к выводам нагрузки прибора контрольную лампу соответствующего напряжения (обычно 12/24В).

Указанная последовательность не должна нарушаться. К примеру, подключать солнечные панели в первую очередь при неподключенном аккумуляторе категорически запрещается. Такими действиями пользователь рискует «сжечь» прибор. В этом материале более подробно описана схема сборки солнечных батарей с аккумулятором.

Также для контроллеров серии PWM недопустимо подключение инвертора напряжения на клеммы нагрузки контроллера. Инвертор следует соединять непосредственно с клеммами АКБ.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие требования по физической инсталляции для этого вида аппаратов не отличаются от предыдущих систем. Но технологическая установка зачастую несколько иная, так как контроллеры MPPT зачастую рассматриваются аппаратами более мощными.

Кабель с наконечниками

Например, для мощных систем эти требования дополняются тем, что производители рекомендуют брать кабель для линий силовых подключений, рассчитанный на плотность тока не менее чем 4 А/мм 2 . То есть, например, для контроллера на ток 60 А нужен кабель для подключения к АКБ сечением не меньше 20 мм 2 .

Соединительные кабели обязательно оснащаются медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора необходимо оснастить переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход исключает энергетические потери и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Схема подключения MPPT

Перед подключением солнечных панелей к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.

Подключение периферии к аппарату MTTP:

  1. Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
  2. Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
  3. Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
  4. Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
  5. Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
  6. Установить температурный датчик на контроллере согласно инструкции.

После этих действий необходимо вставить на место ранее извлечённый предохранитель АКБ и перевести выключатель в положение «включено». На экране контроллера появится сигнал обнаружения аккумулятора.

Далее, после непродолжительной паузы (1-2 мин), поставить на место ранее извлечённый предохранитель солнечной панели и перевести выключатель панели в положение «включено».

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему инвертора напряжения. Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос по теме статьи.

Источник



Для чего нужен контроллер заряда, виды контроллеров, подключение

Как показывает практика, автономное энергообеспечение частного дома или небольшого производственного предприятия при помощи мини-станций на солнечных батареях — прибыльное вложение инвестиций. Владельцы бытовых гелиосистем платят за энергоресурсы по «зеленым» тарифам, а фактически пользуются электричеством бесплатно.

Читайте также:  Таблица падение напряжения постоянного тока

По статистике, солнечные панели мощностью 20–30 кВт окупаются уже через 5–7 лет активной эксплуатации. Чтобы интегрировать инновационные экотехнологии в действующую схему электроснабжения частного дома, кроме самих фотопанелей, дополнительно потребуется приобрести вспомогательное оборудование: аккумулирующие емкости (АКБ), инверторы, предохранители, а также контроллер заряда солнечной батареи — регулятор напряжения.

Какие функции выполняют регуляторы для гелиосистем

Контроллер заряда разряда АКБ — компактное электронное устройство со встроенным микропроцессором, которое в автоматическом режиме распределяет электроэнергию, полученную от фотоэлементов. Первостепенная задача «умной» электроники заключается в поддержании стабильного напряжения. Кроме этого, коммутационное устройство надежно защищает стационарные аккумуляторные батареи от перезаряда и переразряда.

Контроллер заряда

Среди других первостепенных задач контроллеров заряда для солнечных батарей выделяют:

  • защита системы от перенапряжения и разрыва электроцепи;
  • выбор оптимального значения тока для конкретного типа аккумулятора;
  • мониторинг состояния АКБ (отключение при достижении 100% заряда или превышении установленного предела).

Контроллер солнечных батарей на программном уровне регулирует схему работы подключенных к системе аккумуляторов и обеспечивает оптимальный расход генерируемого электрического тока. Это повышает КПД электростанции в целом, а также в 2 раза продлевает срок эксплуатации оборудования и оптимизирует уровень заряда АКБ. Установка автоматического регулятора позволит сэкономить на сервисном обслуживании гелиосистем в будущем.

Принцип работы контроллера заряда аккумулятора

Без интеллектуальной системы распределения энергоресурсов, генерируемый ток будет поступать на клеммы АКБ постоянно, что неизбежно приведет к повышению напряжения. Для каждой аккумуляторной батареи предусмотрены собственные показатели предельного значения — этот параметр зависит от типа конструкции АКБ и температуры окружающей среды.

схема контролера заряда аккумултора

Когда напряжение превысит рекомендуемый уровень, возникнет перезаряд, что приведет к резкому повышению температуры электролита. Аккумулятор начнет закипать и интенсивно выбрасывать в воздух пары дистиллированной воды. Если ничего не предпринимать, то ресурс АКБ сократится вдвое. На практике известны случаи, когда аккумулирующие емкости спустя время полностью пересыхали. Чтобы этого избежать, производители модульных фотопанелей предлагают два альтернативных варианта:

  1. измерять напряжение вручную и самостоятельно контролировать процесс генерации и аккумуляции электрического тока;
  2. установить контроллер для солнечных батарей — в данном случае коммутационный прибор автоматически адаптирует работоспособность гелиосистемы под нужды потребителя.

В ночное время суток контроллер батареи находится в «спящем» режиме. После попадания лучей солнца на фотоэлементы генерируемый постоянный ток будет проходить через коммутационное устройство. Когда напряжение станет больше 10 В, электрический ток будет перенаправлен на диод Шоттки, а затем только попадет в аккумуляторную батарею.

Если напряжение превысит 14 В, автоматически включится усилитель, который откроет MOSFET — транзистор с изолированным затвором. В этот момент заряда аккумуляторов не будет. После полной разрядки конденсатора МДП-транзистор закроется, и АКБ автоматически будет заряжаться. Сам процесс подзарядки длится до того момента, пока напряжение снова не поднимется до предельного уровня.

Какие параметры контроллера надо учитывать

На контроллер для солнечной панели может поступать напряжение одновременно от нескольких гелиосистем, которые соединены по различным схемам. Чтобы контроллер заряда батареиработал правильно, крайне важно принимать во внимание суммарные показатели входного напряжения и номинальные значения тока.

схема контролера заряда аккумултора солнечных батарей

Желательно предусмотреть также запас технических характеристик на уровне 20–25%. Для чего это нужно? Во-первых, производители часто завышают реальные параметры работы фотоэлементов на солнечных панелях. Во-вторых, излучение солнца нестабильно — при аномальной активности показатели солнечной энергии запросто могут превысить допустимый расчетный предел.

Формула для приблизительных расчетов — 1,2P ≤ I×U, где:

  • P – суммарная мощность фотопанелей;
  • I – ток на выходе коммутационного прибора;
  • U – выходное напряжение под нагрузкой.

Нежелательно использовать контроллеры для солнечных панелей, как универсальные источники электропитания — не рекомендуется подключать к ним электронные приборы бытового применения, так как по умолчанию эти модули рассчитаны исключительно на «прямой контакт» с аккумуляторами.

В каком месте надо устанавливать регулятор

Монтируется устройство непосредственно между аккумуляторной батареей и активной гелиосистемой. При использовании бытовых приборов (стиральная машина, телевизор и др.) в схему подключения обязательно надо добавить 1–2 инвертора, которые необходимы для преобразования постоянного тока (12 В) в переменный на 220V. Инвертер подключается к системе сразу после АКБ.

схема контролера заряда от солнечных панелей

Дополнительно потребуется установка предохранителя для надежной защиты оборудования от перегрузок и коротких замыканий. Если используется сразу несколько фотопанелей, то рекомендуется монтировать автоматические предохранители между каждым рабочим узлом системы, начиная монтаж от солнечной батареи.

Читайте также:  Напряжение средней частоты это

Какие различают виды модулей-контроллеров

Перед тем, как выбрать контроллер заряда, не лишним будет разобраться в основных технических характеристиках приборов. Главным отличием между популярными моделями регуляторов заряда солнечных батарей считается метод обхода ограничения лимитного напряжения. Выделяют также функциональные характеристики, от которых напрямую зависит практичность и удобство использования «умной» электроники. Рассмотрим популярные и востребованные разновидности контроллеров для современных гелиосистем.

1) On/Off контроллеры

Самый примитивный и ненадежный способ распределения энергоресурсов. Его главный недостаток — аккумулирующая емкость заряжается до 70–90% от фактической номинальной емкости. Первостепенная задача On/Off моделей заключается в предотвращении перегрева и перезаряда АКБ. Контроллер для солнечной батареи блокирует подзарядку при достижении лимитного значения напряжения, поступающего «свыше». Обычно это происходит при 14,4V.

схема On/Off контроллера заряда

На таких солнечных контроллерах используется порядком устаревшая функция автоматического отключения режима подзарядки при достижении максимальных показателей генерируемого электрического тока, что не позволяет зарядить АКБ на 100%. Из-за этого происходит постоянный недобор энергоресурсов, что негативно сказывается на сроке службы аккумулятора. Поэтому такими солнечными контроллерами пользоваться при установке дорогостоящих гелиосистем нецелесообразно.

2) PWM контроллеры (ШИМ)

Управляющие блоки-схемы, функционирующие по методу широтно-импульсной модуляции, справляются со своими прямыми обязанностями гораздо лучше, чем приборы типа On/Off. ШИМ контроллеры предотвращают чрезмерный перегрев аккумулятора в критических ситуациях, повышают способность принятия электрического заряда и контролируют сам процесс обмена энергией внутри системы. PWM контроллер дополнительно выполняет ряд других полезных функций:

  • оснащен специальным датчиком для учета температуры электролита;
  • вычисляет температурные компенсации при различных напряжениях заряда;
  • поддерживает работу с разными видами аккумулирующих емкостей для дома (GEL, AGM, жидко-кислотные).

PWM контроллер

Пока напряжение находится ниже 14,4 В, АКБ подключен к солнечной панели напрямую, благодаря чему процесс подзарядки происходит очень быстро. Когда показатели превысят максимально допустимое значение, солнечным контроллером напряжение автоматически будет понижено до 13,7 В — в этом случае процесс подзарядки не будет прерван и батарея зарядится на 100%. Температура работы устройства колеблется в пределах от -25℃ до 55℃.

3) МРРТ контроллер

Данный тип регулятора постоянно контролирует ток и напряжение в системе, принцип работы построен на обнаружении точки «максимальной мощности». Что это дает на практике? Использовать МРРТ контроллер выгодно, поскольку он позволяет избавиться от излишков напряжения с фотоэлементов.

МРРТ контроллер

Эти модели регуляторов используют широтно-импульсные преобразования в каждом отдельном цикле процесса подзарядки АКБ, что позволяет увеличить отдачу солнечных панелей. В среднем экономия составляет порядка 10–30%. Важно помнить, что ток на выходе из аккумуляторной батареи всегда будет выше входящего тока, который поступает от фотоэлементов.

МРРТ-технология обеспечивает зарядку аккумуляторов даже при облачной погоде и недостаточной интенсивности солнечного излучения. Целесообразнее применять такие контроллеры в гелиосистемах мощностью 1000 Вт и выше. МРРТ контроллер поддерживает работу с нестандартными напряжениями (28 В или другие значения). КПД держится на уровне 96–98%, а значит, практически все солнечные ресурсы будут преобразованы в постоянный электрический ток. Контроллер МРРТ считается самым лучшим и надежным вариантом для бытовых гелиосистем.

4) Гибридные контроллеры заряда

Это оптимальный вариант, если в качестве электростанции для частного дома используется комбинированная схема электроснабжения, которая состоит из гелиоустановки и ветрогенератора. Гибридные устройства могут работать по технологии МРРТ или PWM, но при этом вольтамперные характеристики будут отличаться.

Гибридный контроллер заряда

Ветрогенераторы вырабатываю электричество неравномерно, что приводит к непостоянной нагрузке на аккумуляторы — они функционируют в так называемом «стрессовом режиме». При возникновении критической нагрузки солнечный контроллер гибридного типа сбрасывает избыточную энергию при помощи специальных тэнов, которые подключаются к системе отдельно.

Как подключить блок-регулятор самостоятельно

Схема контроллера заряда для подключения к гелиоустановке достаточно проста: нужно соединить между собой все рабочие элементы, не нарушая полярность. Некоторые владельцы гелиосистем придерживаются смешанного способа подключения, когда аккумуляторы соединены друг с другом параллельно, а к блоку-регулятору подключаются в последовательном порядке. Количество АКБ для подключения к системе не ограничено. Но для больших аккумулирующих «массивов» дополнительно потребуется установить мощный блок-инвертор, который справится с повышенной нагрузкой.

схема подключения блока-регулятора

Домашние умельцы могут смастерить контроллер заряда батареи своими руками — для это обычно используют транзисторы, способные выдерживать силу электрического тока до 50 А, автомобильный реле-регулятор, диоды и резистор на 120 кОм. Эффективность самодельных моделей контроллеров для солнечной батареи будет «хромать», по сравнению с заводскими приборами, но для маломощных и экспериментальных гелиосистем такой вариант вполне уместен.

Источник