Kontroler ładowania baterii do panelu słonecznego. Schemat i opis

Tutaj dowiesz się:

• Kiedy potrzebujesz kontrolera
• Funkcje sterownika słonecznego
• Jak działa kontroler ładowania baterii
• Charakterystyka urządzenia
• Rodzaje
• Opcje wyboru
• Sposoby łączenia kontrolerów
• Domowy kontroler: funkcje, akcesoria
• Co może zastąpić niektóre elementy
• Zasada działania

Regulator ładowania baterii słonecznych jest obowiązkowym elementem systemu zasilania paneli słonecznych, z wyjątkiem baterii i samych paneli. Za co jest odpowiedzialny i jak samemu to zrobić?

Kiedy potrzebujesz kontrolera

Energia słoneczna jest nadal ograniczona (na poziomie gospodarstwa domowego) do tworzenia paneli fotowoltaicznych o stosunkowo małej mocy. Jednak niezależnie od konstrukcji konwertera fotoelektrycznego na prąd, urządzenie to jest wyposażone w moduł zwany kontrolerem ładowania baterii słonecznej.

Rzeczywiście, konfiguracja fotosyntezy światła słonecznego obejmuje akumulator, który przechowuje energię otrzymaną z panelu słonecznego. To właśnie to drugorzędne źródło energii jest obsługiwane głównie przez sterownik.

Następnie zrozumiemy urządzenie i zasady działania tego urządzenia, a także porozmawiamy o tym, jak je podłączyć.

Przy maksymalnym naładowaniu akumulatora sterownik będzie regulował dopływ prądu do niego, zmniejszając go do wymaganej wielkości kompensacji samorozładowania urządzenia. Jeśli bateria jest całkowicie rozładowana, sterownik odłączy wszelkie obciążenia wchodzące do urządzenia.

Potrzeba tego urządzenia można sprowadzić do następujących punktów:

1. Wielostopniowe ładowanie baterii;
2. Regulacja włączania / wyłączania baterii podczas ładowania / rozładowywania urządzenia;
3. Podłączenie akumulatora przy maksymalnym naładowaniu;
4. Podłączanie ładowania z fotokomórek w trybie automatycznym.

Kontroler ładowania baterii urządzeń słonecznych jest ważny, ponieważ wykonywanie wszystkich swoich funkcji w dobrym stanie znacznie wydłuża żywotność wbudowanej baterii.

Gdzie jest zainstalowany

Sterownik jest podłączony między akumulatorem a panelem słonecznym. Jednak na schemacie elektrycznym należy uwzględnić falownik solarny. Falownik służy do zamiany prądu 12 V DC z panelu słonecznego na prąd 220 V AC z dowolnego gniazdka w domu, zamontowanego za akumulatorem.

Ważne jest również, aby mieć bezpiecznik, który pełni funkcję ochronną przed różnymi przeciążeniami i zwarciami. Dlatego, aby zabezpieczyć swój dom, musisz zainstalować bezpiecznik. W przypadku dużej liczby paneli słonecznych pożądane jest zainstalowanie bezpieczników między każdym elementem obwodu.

Poniższe zdjęcie pokazuje jak wygląda falownik (czarna skrzynka):

Standardowy schemat połączeń wygląda mniej więcej tak, jak pokazano na poniższym rysunku.

Schemat pokazuje, że panele słoneczne są podłączone do sterownika, energia elektryczna jest podawana do sterownika, a następnie magazynowana w baterii. Z akumulatora wraca do sterownika, a potem trafia do falownika. A za falownikiem jest dystrybucja do konsumpcji.

Funkcje sterownika słonecznego

Moduł elektroniczny, zwany kontrolerem baterii słonecznej, jest przeznaczony do wykonywania różnych funkcji monitorowania podczas procesu ładowania / rozładowywania baterii słonecznej.

Wygląda to na jeden z wielu istniejących modeli kontrolerów ładowania do paneli słonecznych. Ten moduł należy do rozwoju typu PWM

Kiedy światło słoneczne pada na powierzchnię panelu słonecznego zainstalowanego np. Na dachu domu, fotokomórki urządzenia zamieniają to światło na prąd elektryczny.

W rzeczywistości uzyskana energia mogłaby zostać doprowadzona bezpośrednio do akumulatora. Jednak proces ładowania / rozładowywania akumulatora ma swoje własne subtelności (określone poziomy prądów i napięć). Jeśli zaniedbamy te subtelności, bateria po prostu się zepsuje w krótkim czasie.

Aby nie mieć tak smutnych konsekwencji, zaprojektowano moduł zwany kontrolerem ładowania baterii słonecznej.

Oprócz monitorowania poziomu naładowania baterii, moduł monitoruje również zużycie energii. W zależności od stopnia rozładowania obwód kontrolera ładowania baterii z baterii słonecznej reguluje i ustawia poziom prądu wymagany do pierwszego i kolejnego ładowania.

W zależności od pojemności kontrolera ładowania baterii słonecznej, konstrukcje tych urządzeń mogą mieć bardzo różne konfiguracje.

Ogólnie rzecz biorąc, moduł zapewnia beztroskie „życie” baterii, która okresowo gromadzi i uwalnia energię do urządzeń konsumenckich.

Co się stanie, jeśli nie zainstalujesz

Jeśli nie zainstalujesz kontrolerów MPPT lub PWM do paneli słonecznych, będziesz musiał niezależnie monitorować poziom napięcia na akumulatorach. Można to zrobić za pomocą woltomierza, jak pokazano na poniższym rysunku.

Jednak przy takim połączeniu poziom naładowania akumulatora nie zostanie ustalony, w wyniku czego może się przepalić i ulec awarii. Taka metoda podłączenia jest możliwa przy podłączaniu małych paneli słonecznych do urządzeń o mocy nie większej niż 0,1 kW. W przypadku paneli, które zasilą cały dom, instalacja bez sterownika nie jest zalecana, ponieważ sprzęt ulegnie awarii znacznie wcześniej. Ponadto z powodu przeładowania akumulatora mogą zawieść: falownik, ponieważ nie poradzi sobie z takim napięciem, może wypalić okablowanie z tego i tak dalej. Dlatego należy przeprowadzić prawidłową instalację, wziąć pod uwagę wszystkie czynniki.

Jak działa kontroler ładowania baterii

W przypadku braku światła słonecznego na fotokomórki konstrukcji, znajduje się w trybie uśpienia. Po pojawieniu się promieni na elementach sterownik nadal znajduje się w stanie uśpienia. Włącza się tylko wtedy, gdy zmagazynowana energia słoneczna osiągnie 10 woltów w elektrycznym ekwiwalencie.

Gdy tylko napięcie osiągnie tę wartość, urządzenie włącza się i zaczyna dostarczać prąd do akumulatora przez diodę Schottky'ego. Proces ładowania akumulatora w tym trybie będzie trwał do momentu, gdy napięcie odbierane przez sterownik osiągnie 14 V. W takim przypadku nastąpią pewne zmiany w obwodzie sterownika dla 35-watowej baterii słonecznej lub innego. Wzmacniacz otworzy dostęp do MOSFET-u, a dwa pozostałe, słabsze, zostaną zamknięte.

Spowoduje to zatrzymanie ładowania baterii. Gdy tylko napięcie spadnie, obwód powróci do swojej pierwotnej pozycji i ładowanie będzie kontynuowane. Czas przeznaczony na tę operację dla sterownika to około 3 sekundy.

Kontroler ładowania DIY

Jeśli masz doświadczenie w pracy ze sprzętem elektrycznym, możesz samodzielnie stworzyć kontroler do ładowania baterii słonecznej. Poniższy obrazek przedstawia najprostszy schemat takiego urządzenia.

Rozważmy zasadę działania takiego schematu. Fotokomórka lub fotorezystor LDR to urządzenie zmieniające swoją rezystancję pod wpływem światła, czyli panel słoneczny. Kontrolowane przez tranzystory. Podczas ekspozycji na słońce tranzystory są zamknięte. Prąd jest przesyłany z panelu do akumulatora przez diodę D2, jest tu potrzebny, aby prąd nie płynął w drugą stronę.Po pełnym naładowaniu regulator ZD wysyła sygnał do czerwonej lampki LED, która zapala się na czerwono i ładowanie zatrzymuje się. Gdy napięcie na akumulatorze spada, stabilizator wyłącza się i następuje ładowanie. Rezystory są niezbędne, aby zmniejszyć natężenie prądu, aby elementy nie uległy awarii. Schemat wskazuje również transformator, z którego może również nastąpić ładowanie, zasada jest taka sama. Prąd zaczyna płynąć wzdłuż tej gałęzi w nocy lub przy pochmurnej pogodzie.

Charakterystyka urządzenia

Niskie zużycie energii w stanie bezczynności. Obwód został zaprojektowany dla małych i średnich akumulatorów kwasowo-ołowiowych i pobiera niski prąd (5 mA) w stanie bezczynności. Wydłuża to żywotność baterii.

Łatwo dostępne komponenty. Urządzenie wykorzystuje konwencjonalne komponenty (nie SMD), które można łatwo znaleźć w sklepach. Nic nie musi być flashowane, jedyne czego potrzebujesz to woltomierz i regulowany zasilacz do dostrojenia obwodu.

Najnowsza wersja urządzenia. To trzecia wersja urządzenia, więc poprawiono większość błędów i niedociągnięć, które występowały w poprzednich wersjach ładowarki.

Regulacja napięcia. Urządzenie wykorzystuje równoległy regulator napięcia, dzięki czemu napięcie akumulatora nie przekracza normy, zwykle 13,8 V.

Ochrona podnapięciowa. Większość ładowarek słonecznych wykorzystuje diodę Schottky'ego w celu ochrony przed wyciekiem baterii do panelu słonecznego. Bocznikowy regulator napięcia jest używany, gdy akumulator jest w pełni naładowany. Jednym z problemów przy takim podejściu są straty na diodach, aw konsekwencji ich nagrzewanie. Na przykład panel słoneczny o mocy 100 watów, 12 V, dostarcza do akumulatora 8 A, spadek napięcia na diodzie Schottky'ego wyniesie 0,4 V, tj. rozpraszanie mocy wynosi około 3,2 wata. To po pierwsze straty, a po drugie dioda będzie potrzebować grzejnika do odprowadzania ciepła. Problem w tym, że nie będzie działać, aby zmniejszyć spadek napięcia, kilka diod połączonych równolegle zmniejszy prąd, ale spadek napięcia pozostanie taki sam. Na poniższym schemacie zamiast konwencjonalnych diod zastosowano mosfety, dlatego moc tracona jest tylko dla rezystancji czynnej (straty rezystancyjne).

Dla porównania, w panelu o mocy 100 W przy zastosowaniu mosfetów IRFZ48 (KP741A) strata mocy wynosi tylko 0,5 W (w Q2). Oznacza to mniej ciepła i więcej energii dla akumulatorów. Inną ważną kwestią jest to, że mosfety mają dodatni współczynnik temperaturowy i mogą być połączone równolegle w celu zmniejszenia oporu.

Na powyższym schemacie zastosowano kilka niestandardowych rozwiązań.

Ładowanie. Między panelem słonecznym a obciążeniem nie jest używana żadna dioda, zamiast tego zastosowano mosfet Q2. Dioda w mosfecie umożliwia przepływ prądu z panelu do obciążenia. Jeśli na Q2 pojawi się znaczące napięcie, wówczas tranzystor Q3 otwiera się, kondensator C4 jest ładowany, co zmusza wzmacniacz operacyjny U2c i U3b do otwarcia mosfetu Q2. Teraz spadek napięcia jest obliczany zgodnie z prawem Ohma, tj. I * R i to znacznie mniej niż gdyby była tam dioda. Kondensator C4 jest okresowo rozładowywany przez rezystor R7 i Q2 zamyka się. Jeśli prąd płynie z panelu, wówczas samoindukcyjne pole elektromagnetyczne cewki indukcyjnej L1 natychmiast zmusza Q3 do otwarcia. Dzieje się to bardzo często (wiele razy na sekundę). W przypadku, gdy prąd płynie do panelu słonecznego, Q2 zamyka się, ale Q3 nie otwiera, ponieważ dioda D2 ogranicza samoindukcyjne pole elektromagnetyczne dławika L1. Dioda D2 może być przystosowana do prądu 1A, ale podczas testów okazało się, że taki prąd występuje rzadko.

Trymer VR1 ustawia maksymalne napięcie. Gdy napięcie przekroczy 13,8V, wzmacniacz operacyjny U2d otwiera mosfet Q1 i wyjście z panelu jest „zwarte” do masy.Ponadto wzmacniacz operacyjny U3b wyłącza Q2 i tak dalej. panel jest odłączony od obciążenia. Jest to konieczne, ponieważ Q1 oprócz panelu słonecznego „zwiera” obciążenie i akumulator.

Zarządzanie mosfetami z kanałem N. Mosfety Q2 i Q4 wymagają do wysterowania większego napięcia niż te stosowane w obwodzie. Aby to zrobić, wzmacniacz operacyjny U2 ​​z wiązaniem diod i kondensatorów wytwarza zwiększone napięcie VH. To napięcie służy do zasilania U3, którego wyjście będzie przepięciowe. Pęczek U2b i D10 zapewnia stabilność napięcia wyjściowego przy 24 woltach. Przy tym napięciu przez źródło bramki tranzystora przejdzie napięcie co najmniej 10 V, więc wytwarzanie ciepła będzie małe. Zwykle mosfety z kanałem N mają znacznie niższą impedancję niż mosfety z kanałem typu P, dlatego zostały zastosowane w tym obwodzie.

Ochrona podnapięciowa. Wzmacniacz operacyjny Mosfet Q4, U3a z zewnętrznym opasaniem rezystorów i kondensatorów, jest przeznaczony do ochrony podnapięciowej. Tutaj Q4 jest używany niestandardowo. Dioda mosfet zapewnia stały przepływ prądu do akumulatora. Kiedy napięcie jest powyżej określonego minimum, mosfet jest otwarty, co pozwala na niewielki spadek napięcia podczas ładowania akumulatora, ale co ważniejsze, umożliwia przepływ prądu z akumulatora do obciążenia, jeśli ogniwo słoneczne nie może zapewnić wystarczającej mocy wyjściowej. Bezpiecznik chroni przed zwarciami po stronie obciążenia.

Poniżej zdjęcia rozmieszczenia elementów i płytek drukowanych.

Konfigurowanie urządzenia. Podczas normalnego użytkowania urządzenia nie wolno zakładać zworki J1! Do ustawienia służy dioda D11. Aby skonfigurować urządzenie, należy podłączyć regulowany zasilacz do zacisków „obciążenia”.

Ustawienie zabezpieczenia podnapięciowego Włożyć zworkę J1. W zasilaczu ustaw napięcie wyjściowe na 10,5 V. Obracaj trymer VR2 w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aż zaświeci się dioda D11. Obróć VR2 lekko w prawo, aż dioda LED zgaśnie. Usuń zworkę J1.

Ustawienie maksymalnego napięcia W zasilaczu ustaw napięcie wyjściowe na 13,8V. Obracaj trymer VR1 w prawo, aż dioda D9 zgaśnie. Obracaj VR1 powoli w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aż zaświeci się dioda LED D9.

Sterownik jest skonfigurowany. Nie zapomnij usunąć zworki J1!

Jeśli pojemność całego systemu jest niewielka, wówczas mosfety można zastąpić tańszym IRFZ34. A jeśli system jest mocniejszy, można zastąpić mosfety mocniejszym IRFZ48.

Kontroler ładowania słonecznego

To urządzenie jest głównym w całym systemie - to właśnie sterownik zapewnia współdziałanie wszystkich komponentów - panelu słonecznego, obciążenia i akumulatora (jest potrzebne tylko wtedy, gdy chcemy magazynować energię w akumulatorze, jeśli dostarczamy energii bezpośrednio do sieci energetycznej, potrzebny jest inny typ kontrolera wiązania sieci).
Na rynku jest sporo kontrolerów do niskich prądów (10-20A), ale od tego czasu w naszym przypadku zamiast ołowiowej zastosowana jest bateria litowa, wówczas trzeba dobrać sterownik o regulowanych (regulowanych) parametrach. Kontroler został kupiony, jak na zdjęciu, cenę emisji od 13 dolarów na eBayu do 20-30 dolarów, w zależności od chciwości lokalnych sprzedawców. Sterownik jest dumnie nazywany „Inteligentnym kontrolerem ładowania paneli słonecznych PWM”, chociaż tak naprawdę cała jego „inteligencja” polega na możliwości ustawiania progów ładowania i rozładowania, a strukturalnie nie różni się zbytnio od konwencjonalnej przetwornicy DC-DC.

Podłączenie sterownika jest dość proste, posiada tylko 3 złącza - odpowiednio dla panelu słonecznego, obciążenia i akumulatora. W moim przypadku jako obciążenie podłączona była taśma LED 12V, bateria to nadal ta sama bateria testowa z Hobbyking. Również na kontrolerze znajdują się 2 złącza USB, z których można ładować różne urządzenia.

Wszystko razem wyglądało tak:

Przed użyciem kontrolera należy go skonfigurować. Kontrolery tego modelu sprzedawane są w różnych modyfikacjach dla różnych typów akumulatorów, różnice są najprawdopodobniej tylko w zadanych parametrach. Dla mojej trzykomorowej baterii litowej (3S1P) ustawiłem następujące wartości:

Jak widać, napięcie odcięcia ładowania (PV OFF) jest ustawione na 12,5 V (w oparciu o 4,2 V można umieścić 12,6 na ogniwo, ale niewielkie niedoładowanie ma pozytywny wpływ na liczbę cykli akumulatora). Kolejne 2 parametry to odłączenie obciążenia, w moim przypadku jest ustawione na 10V i ponowne włączenie ładowania przy 10,5V. Minimalną wartość można było ustawić jeszcze mniej, do 9,6V, pozostawiono niewielki margines na pracę samego sterownika, który zasilany jest z tego samego akumulatora.

Rodzaje

On / Off

Ten typ urządzenia jest uważany za najprostszy i najtańszy. Jego jedynym i głównym zadaniem jest wyłączenie dopływu ładunku do akumulatora po osiągnięciu maksymalnego napięcia, aby zapobiec przegrzaniu.

Jednak ten typ ma pewną wadę, jaką jest zbyt wczesne wyłączenie. Po osiągnięciu maksymalnego prądu konieczne jest podtrzymanie procesu ładowania przez kilka godzin, a ten sterownik natychmiast go wyłączy.

W rezultacie poziom naładowania akumulatora będzie w okolicach 70% maksymalnego. Ma to negatywny wpływ na baterię.

PWM

Ten typ to zaawansowane włączanie / wyłączanie. Ulepszenie polega na tym, że ma wbudowany system modulacji szerokości impulsu (PWM). Funkcja ta pozwoliła sterownikowi po osiągnięciu maksymalnego napięcia nie wyłączać zasilania prądem, ale zmniejszyć jego moc.

Z tego powodu możliwe stało się prawie całkowite naładowanie urządzenia.

MRRT

Ten typ jest obecnie uważany za najbardziej zaawansowany. Istota jego pracy polega na tym, że jest on w stanie określić dokładną wartość maksymalnego napięcia dla danej baterii. Stale monitoruje prąd i napięcie w systemie. Dzięki ciągłemu otrzymywaniu tych parametrów procesor jest w stanie utrzymać najbardziej optymalne wartości prądu i napięcia, co pozwala na stworzenie maksymalnej mocy.

Jeśli porównamy regulator MPPT i PWN, to sprawność tego pierwszego jest wyższa o około 20-35%.

Urządzenia MRRT

Za najbardziej wydajne i stabilne kontrolery uważa się kontrolery baterii słonecznych modyfikacji MPRT - Maximum Power Point Tracking. Urządzenia te monitorują moc ładowania po osiągnięciu maksymalnego limitu. Proces ten wykorzystuje zaawansowane algorytmy do kontroli odczytów napięcia i prądu, ustalając najbardziej optymalny stosunek charakterystyk zapewniający maksymalną wydajność układu słonecznego.

W trakcie eksploatacji praktycznie ustalono, że regulator słoneczny mppt jest bardziej zaawansowany i znacznie różni się od innych modeli. W porównaniu do urządzeń PWM jest odpowiednio o około 35% wydajniejszy, sam układ okazuje się taki sam.

Wyższą jakość i niezawodność takich urządzeń uzyskuje się dzięki złożonemu obwodowi, uzupełnionemu o komponenty zapewniające ścisłą kontrolę zgodnie z warunkami pracy. Specjalne obwody monitorują i porównują poziomy prądu i napięcia, a następnie określają maksymalną moc wyjściową.

Główną cechą sterowników MPRT jest możliwość dostosowania panelu słonecznego do maksymalnej mocy, niezależnie od aktualnej pogody. Dzięki temu bateria działa wydajniej i zapewnia wymagane naładowanie baterii.

Opcje wyboru

Istnieją tylko dwa kryteria wyboru:

1. Pierwszym i bardzo ważnym punktem jest napięcie wejściowe. Maksymalna wartość tego wskaźnika powinna być wyższa o około 20% napięcia biegu jałowego baterii słonecznej.
2. Drugim kryterium jest prąd znamionowy.W przypadku wybrania typu PWN jego prąd znamionowy musi być większy od prądu zwarciowego akumulatora o około 10%. Jeśli wybrano MPPT, jego główną cechą jest moc. Ten parametr musi być większy niż napięcie całego systemu pomnożone przez prąd znamionowy systemu. Do obliczeń napięcie przyjmuje się przy rozładowanych akumulatorach.

Wybór według mocy tablicy paneli słonecznych

Głównym parametrem regulatora ładowania słonecznego jest napięcie robocze i maksymalne natężenie prądu, z jakim może pracować regulator ładowania. Bardzo ważna jest znajomość takich parametrów paneli słonecznych jak:

• Napięcie nominalne to napięcie robocze obwodu baterii słonecznej, zamknięte na obciążenie, tj. na kontroler;
• Napięcie w otwartej pętli to maksymalne osiągalne napięcie obwodu solarnego, niepodłączone do obciążenia. To napięcie jest również nazywane napięciem obwodu otwartego. Po podłączeniu do sterownika słonecznego, regulator musi być w stanie wytrzymać to napięcie.
• Maksymalny wejściowy prąd solarny, prąd zwarciowy obwodu solarnego. Ten parametr jest rzadko wskazywany w charakterystyce kontrolera. Aby to zrobić, musisz znaleźć wartość znamionową bezpiecznika w sterowniku i obliczyć wielkość prądu zwarciowego modułów słonecznych w obwodzie. W przypadku paneli słonecznych prąd zwarciowy jest zwykle zawsze wskazywany. Prąd zwarciowy jest zawsze wyższy niż maksymalny prąd roboczy.
• Znamionowy prąd roboczy. Prąd z podłączonego obwodu słonecznego, który jest generowany przez panele słoneczne w normalnych warunkach pracy. Prąd ten jest zwykle niższy niż prąd określony w charakterystyce sterownika, ponieważ producenci, jak zawsze, wskazują maksymalne natężenie prądu sterownika.
• Moc znamionowa podłączonych paneli słonecznych. Ta moc jest iloczynem napięcia roboczego i prądu roboczego paneli słonecznych. Moc paneli słonecznych podłączonych do sterownika musi być równa lub mniejsza od podanej, ale nie większa. Jeśli moc zostanie przekroczona, sterownik może się przepalić w przypadku braku bezpieczników. Chociaż większość kontrolerów ma naturalnie bezpieczniki o wartości znamionowej 10-20% przeciążenia przez 5-10 minut.

Sposoby łączenia kontrolerów

Biorąc pod uwagę temat połączeń, należy od razu zaznaczyć: przy montażu każdego pojedynczego urządzenia charakterystyczną cechą jest praca z określoną serią paneli słonecznych.

Na przykład, jeśli używany jest kontroler zaprojektowany dla maksymalnego napięcia wejściowego 100 woltów, seria paneli słonecznych powinna wyprowadzać napięcie nie większe niż ta wartość.

Każda elektrownia słoneczna działa na zasadzie równowagi między napięciem wyjściowym i wejściowym pierwszego stopnia. Górna granica napięcia sterownika musi odpowiadać górnej granicy napięcia panelu

Przed podłączeniem urządzenia konieczne jest ustalenie miejsca jego fizycznej instalacji. Zgodnie z przepisami miejsce instalacji powinno być wybrane w suchych, dobrze wentylowanych pomieszczeniach. Obecność materiałów łatwopalnych w pobliżu urządzenia jest wykluczona.

Niedopuszczalna jest obecność źródeł drgań, ciepła i wilgoci w bezpośrednim sąsiedztwie urządzenia. Miejsce montażu należy chronić przed opadami atmosferycznymi i bezpośrednim nasłonecznieniem.

Technika łączenia modeli PWM

Prawie wszyscy producenci kontrolerów PWM wymagają dokładnej kolejności podłączania urządzeń.

Technika łączenia kontrolerów PWM z urządzeniami peryferyjnymi nie jest szczególnie trudna. Każda płytka jest wyposażona w opisane terminale. Tutaj wystarczy postępować zgodnie z sekwencją działań.

Urządzenia peryferyjne należy podłączać w pełni zgodnie z oznaczeniami zacisków stykowych:

1. Podłączyć przewody akumulatora do zacisków akumulatora urządzenia zgodnie ze wskazaną biegunowością.
2. Włączyć bezpiecznik ochronny bezpośrednio w miejscu styku przewodu dodatniego.
3. Na stykach sterownika przeznaczonego do panelu słonecznego zamocuj przewody wychodzące z paneli słonecznych paneli. Obserwuj polaryzację.
4. Podłączyć próbnik o odpowiednim napięciu (zwykle 12/24 V) do zacisków obciążenia urządzenia.

Nie wolno naruszać określonej sekwencji. Na przykład surowo zabrania się podłączania paneli słonecznych w pierwszej kolejności, gdy akumulator nie jest podłączony. Takie działania narażają użytkownika na „spalenie” urządzenia. W tym materiale szczegółowo opisano schemat montażu ogniw słonecznych z baterią.

Również w przypadku sterowników serii PWM niedopuszczalne jest podłączanie falownika do zacisków obciążenia sterownika. Falownik należy podłączyć bezpośrednio do zacisków akumulatora.

Procedura podłączania urządzeń MPPT

Ogólne wymagania dotyczące fizycznej instalacji tego typu aparatów nie różnią się od poprzednich systemów. Ale konfiguracja technologiczna jest często nieco inna, ponieważ kontrolery MPPT są często uważane za urządzenia o większej mocy.

W przypadku sterowników przeznaczonych do dużych mocy zaleca się stosowanie na połączeniach obwodów mocy kabli o dużych przekrojach, wyposażonych w metalowe terminatory.

Na przykład w przypadku systemów dużej mocy wymagania te uzupełnia fakt, że producenci zalecają stosowanie kabla do linii elektroenergetycznych zaprojektowanych dla gęstości prądu co najmniej 4 A / mm2. Oznacza to, że na przykład w przypadku sterownika o prądzie 60 A potrzebny jest kabel do podłączenia do akumulatora o przekroju co najmniej 20 mm2.

Kable połączeniowe muszą być wyposażone w miedziane końcówki, szczelnie zaciśnięte specjalnym narzędziem. Ujemne zaciski panelu słonecznego i akumulatora muszą być wyposażone w bezpieczniki i adaptery przełączników.

Takie podejście eliminuje straty energii i zapewnia bezpieczną pracę instalacji.

Schemat blokowy podłączenia wydajnego kontrolera MPPT: 1 - panel słoneczny; 2 - kontroler MPPT; 3 - listwa zaciskowa; 4,5 - bezpieczniki; 6 - wyłącznik zasilania kontrolera; 7.8 - magistrala naziemna

Przed podłączeniem paneli słonecznych do urządzenia należy upewnić się, że napięcie na zaciskach jest zgodne lub mniejsze od napięcia, które można przyłożyć na wejście sterownika.

Podłączanie urządzeń peryferyjnych do urządzenia MTTP:

1. Ustaw panel i wyłączniki baterii w pozycji wyłączonej.
2. Wyjmij panel i bezpieczniki zabezpieczające akumulator.
3. Podłączyć kabel z zacisków akumulatora do zacisków sterownika dla akumulatora.
4. Podłączyć przewody panelu słonecznego do zacisków sterownika oznaczonych odpowiednim znakiem.
5. Podłączyć kabel między zaciskiem uziemiającym a szyną uziemiającą.
6. Zainstaluj czujnik temperatury na sterowniku zgodnie z instrukcją.

Po wykonaniu tych czynności należy włożyć wcześniej wyjęty bezpiecznik akumulatora na miejsce i przestawić przełącznik do pozycji „on”. Sygnał wykrycia baterii pojawi się na ekranie sterownika.

Następnie po krótkiej przerwie (1-2 minuty) należy wymienić wyjęty wcześniej bezpiecznik panelu słonecznego i ustawić przełącznik panelu w pozycji „on”.

Ekran przyrządu pokaże wartość napięcia panelu słonecznego. Ten moment świadczy o udanym uruchomieniu elektrowni słonecznej.

Dobór kontrolera napięcia i prądu paneli słonecznych i baterii

Większość produkowanych paneli słonecznych ma napięcie nominalne 12 lub 24 woltów. Ma to na celu zapewnienie możliwości ładowania akumulatorów bez dodatkowej konwersji napięcia. Akumulatory pojawiły się znacznie wcześniej niż panele słoneczne i mają wspólny standard napięcia nominalnego 12 lub 24 woltów. W związku z tym większość sterowników słonecznych jest dostępna z nominalnym napięciem roboczym 12 lub 24 V, a także z dwuzakresowym napięciem 12 i 24 V z automatycznym wykrywaniem i przełączaniem napięcia.

Napięcia nominalne 12 i 24 woltów są wystarczająco niskie dla systemów dużej mocy. Aby uzyskać wymaganą moc, konieczne jest zwiększenie liczby paneli słonecznych i akumulatorów, łączenie ich w obwody równoległe i znaczne zwiększenie natężenia prądu. Zwiększenie natężenia prądu prowadzi do nagrzewania się kabla i strat elektrycznych. Konieczne jest zwiększenie grubości kabla, wzrasta zużycie metalu. Potrzebne są również wydajne sterowniki wysokoprądowe, a takie kontrolery są bardzo drogie.

Aby wyeliminować wzrost prądu, sterowniki do systemów dużej mocy są wykonane dla nominalnych napięć roboczych 36, 48 i 60 woltów. Warto zwrócić uwagę, że napięcie sterowników jest wielokrotnością napięcia 12 woltów, aby móc podłączyć panele słoneczne i baterię do zespołów szeregowych. Wiele kontrolerów napięcia jest dostępnych tylko dla technologii ładowania PWM.

Jak widać, kontrolery PWM dobierane są napięciem wielokrotności 12 woltów, aw nich nominalne napięcie wejściowe z paneli słonecznych i nominalne napięcie obwodu podłączonych akumulatorów muszą być takie same, tj. 12V z SB - 12V do akumulatora, 24V przy 24, 48V przy 48V.

W przypadku sterowników MPPT napięcie wejściowe może być kilkakrotnie równe lub dowolnie wyższe bez wielokrotności 12 woltów. Zazwyczaj kontrolery MPPT mają wejściowe napięcia słoneczne w zakresie od 50 woltów dla prostych modeli i do 250 woltów dla kontrolerów dużej mocy. Należy jednak pamiętać, że ponownie producenci wskazują maksymalne napięcie wejściowe, a podczas szeregowego łączenia paneli słonecznych należy dodać ich maksymalne napięcie lub napięcie w obwodzie otwartym. Mówiąc najprościej: maksymalne napięcie wejściowe wynosi od 50 do 250 V, w zależności od modelu, nominalne lub minimalne napięcie wejściowe będzie wynosić 12, 24, 36 lub 48 V. Jednocześnie napięcie wyjściowe do ładowania akumulatora sterowników MPPT jest standardowe, często z automatycznym wykrywaniem i obsługą napięć 12, 24, 36 i 48 woltów, czasem 60 lub 96 woltów.

Istnieją seryjne przemysłowe sterowniki MPPT o bardzo dużej mocy z napięciem wejściowym z paneli słonecznych na poziomie 600 V, 800 V, a nawet 2000 V. Kontrolery te można również swobodnie zakupić od rosyjskich dostawców sprzętu.

Oprócz doboru sterownika ze względu na napięcie robocze, sterowniki należy dobierać w zależności od maksymalnego prądu wejściowego z paneli słonecznych i maksymalnego prądu ładowania akumulatora.

W przypadku kontrolera PWM maksymalny prąd wejściowy z paneli słonecznych przejdzie do prądu ładowania akumulatora, tj. Kontroler nie będzie ładował się większym prądem niż podłączone do niego panele słoneczne.

W kontrolerze MPPT wszystko jest inne, prąd wejściowy z paneli słonecznych i prąd wyjściowy do ładowania akumulatora to różne parametry. Prądy te mogą być równe, jeśli napięcie nominalne podłączonych paneli słonecznych jest równe napięciu znamionowemu podłączonego akumulatora, ale wtedy następuje utrata istoty konwersji MPPT, a wydajność sterownika spada. W sterownikach MPPT znamionowe napięcie wejściowe z paneli słonecznych powinno być 2-3 razy wyższe niż napięcie znamionowe podłączonych akumulatorów. Jeśli napięcie wejściowe jest niższe niż 2 razy wyższe, na przykład 1,5 raza, wówczas wydajność będzie mniejsza i ponad 3 razy wyższa, wówczas wystąpią duże straty na różnicy w konwersji napięcia.

Odpowiednio, prąd wejściowy będzie zawsze równy lub niższy od maksymalnego prądu wyjściowego ładowania akumulatora. Stąd wynika, że ​​sterowniki MPPT muszą być dobierane zgodnie z maksymalnym prądem ładowania akumulatora. Aby jednak nie przekroczyć tego prądu, wskazana jest maksymalna moc podłączonych paneli słonecznych przy nominalnym napięciu obwodu podłączonych akumulatorów. Przykład kontrolera ładowania 60 A MPPT:

• 800W przy napięciu akumulatora elektrowni 12V;
• 1600W przy napięciu akumulatora elektrowni 24V;
• 2400 W przy napięciu akumulatora elektrowni 36 V;
• 3200W przy napięciu akumulatora elektrowni 48V.

Należy zauważyć, że ta moc przy 12 woltach jest wskazana dla napięcia ładowania z paneli słonecznych 13-14 woltów i jest wielokrotnością dla innych systemów z napięciami 24, 36 i 48 woltów.

Domowy kontroler: funkcje, akcesoria

Urządzenie przystosowane jest do współpracy tylko z jednym panelem słonecznym, który generuje prąd o sile nieprzekraczającej 4 A. Pojemność akumulatora ładowanego przez sterownik wynosi 3000 A * h.

Aby wyprodukować sterownik, należy przygotować następujące elementy:

• 2 mikroukłady: LM385-2,5 i TLC271 (to wzmacniacz operacyjny);
• 3 kondensatory: C1 i C2 są małej mocy, mają 100n; C3 ma pojemność 1000u, przystosowaną do 16 V;
• 1 wskaźnik LED (D1);
• 1 dioda Schottky'ego;
• 1 dioda SB540. Zamiast tego możesz użyć dowolnej diody, najważniejsze jest to, że może wytrzymać maksymalny prąd baterii słonecznej;
• 3 tranzystory: BUZ11 (Q1), BC548 (Q2), BC556 (Q3);
• 10 rezystorów (R1 - 1k5, R2 - 100, R3 - 68k, R4 i R5 - 10k, R6 - 220k, R7 - 100k, R8 - 92k, R9 - 10k, R10 - 92k). Wszystkie mogą wynosić 5%. Jeśli chcesz większej dokładności, możesz wziąć 1% rezystorów.

Jak mogę wymienić niektóre komponenty

Każdy z tych elementów można wymienić. Instalując inne obwody, należy pomyśleć o zmianie pojemności kondensatora C2 i wybraniu polaryzacji tranzystora Q3.

Zamiast tranzystora MOSFET można zainstalować dowolny inny. Element musi mieć niską rezystancję w kanale otwartym. Lepiej nie wymieniać diody Schottky'ego. Możesz zainstalować zwykłą diodę, ale należy ją poprawnie umieścić.

Rezystory R8, R10 mają 92 kOhm. Ta wartość jest niestandardowa. Z tego powodu takie rezystory są trudne do znalezienia. Ich pełną wymianą mogą być dwa rezystory o oporności 82 i 10 kOhm. Muszą być włączane po kolei.

Jeśli kontroler nie będzie używany w agresywnym środowisku, można zainstalować trymer. Umożliwia kontrolę napięcia. Nie będzie działać przez długi czas w agresywnym środowisku.

Jeśli konieczne jest zastosowanie kontrolera do mocniejszych paneli, konieczna jest wymiana tranzystora MOSFET i diody na mocniejsze analogi. Wszystkie inne komponenty nie wymagają wymiany. Nie ma sensu instalowanie radiatora do regulacji 4 A. Instalując MOSFET na odpowiednim radiatorze, urządzenie będzie mogło pracować z bardziej wydajnym panelem.

Główne rodzaje

1. Kontrolery ładowania PWM (PWM)... Pozwala osiągnąć 100% naładowania baterii. Jednak ze względu na brak mechanizmu konwersji nadwyżki napięcia na prąd oraz technologii śledzenia maksymalnego punktu, tego typu kontroler nie jest w stanie wycisnąć z paneli słonecznych wszystkiego, co jest w stanie. Urządzenia tego typu są zwykle stosowane w małych systemach do 2 kW.
2. Kontrolery ładowania MRPT... Najbardziej zaawansowany i najtrudniejszy do tej pory. Są wydajne i niezawodne w działaniu, posiadają szeroki zakres nastaw oraz różnorodne elementy zabezpieczające. Zastosowanie tego typu kontrolerów pozwala przyspieszyć zwrot z elektrowni słonecznych. Dzięki mechanizmowi konwersji napięcia na prąd oraz inteligentnemu systemowi śledzenia maksymalnego punktu, ich sprawność jest o 20-30% wyższa w porównaniu do poprzednich modeli. Tego typu urządzenie znajduje zastosowanie zarówno w małych, jak i dużych (przemysłowych) obiektach. A także w miejscach o ograniczonej powierzchni do umieszczenia paneli słonecznych w sytuacji, w której trzeba wyciągnąć z nich jak najwięcej (na przykład na samochodach, łodziach czy jachtach)

Zasada działania

W przypadku braku prądu z baterii słonecznej sterownik znajduje się w trybie uśpienia. Nie wykorzystuje wełny akumulatora. Po uderzeniu promieni słonecznych w panel prąd elektryczny zaczyna płynąć do sterownika. Powinien się włączyć. Jednak wskaźnik LED wraz z 2 słabymi tranzystorami zapala się dopiero, gdy napięcie osiągnie 10 V.

Po osiągnięciu tego napięcia prąd przepłynie przez diodę Schottky'ego do akumulatora.Jeśli napięcie wzrośnie do 14 V, zacznie działać wzmacniacz U1, który włączy MOSFET. W rezultacie dioda zgaśnie, a dwa tranzystory małej mocy zostaną zamknięte. Akumulator nie ładuje się. W tym czasie C2 zostanie zwolniony. Średnio zajmuje to 3 sekundy. Po rozładowaniu kondensatora C2 zostanie pokonana histereza U1, MOSFET zamknie się, akumulator zacznie się ładować. Ładowanie będzie kontynuowane, aż napięcie wzrośnie do poziomu przełączania.

Ładowanie następuje okresowo. Co więcej, jego czas trwania zależy od tego, jaki jest prąd ładowania akumulatora i jak mocne są podłączone do niego urządzenia. Ładowanie trwa, aż napięcie osiągnie 14 V.

Obwód włącza się w bardzo krótkim czasie. Na jego włączenie ma wpływ czas ładowania C2 prądem ograniczającym tranzystor Q3. Prąd nie może przekraczać 40 mA.