Рекомендовать:

Контроллер заряда солнечных батарей: принцип работы, способы подключения и изготовления

Эффективное использование солнечной энергии возможно в комплексных системах, куда входят: контроллер заряда солнечных батарей, солнечные панели, аккумуляторы (АКБ) и инверторы.

ОГЛАВЛЕНИЕ

  • Что такое контроллер заряда и каким он бывает?
  • On/Off контроллеры
  • Контроллеры ШИМ (PWM)
  • Регуляторы типа MPPT
  • Гибридные контроллеры для ветростанций
  • Изготовление контроллеров своими руками

Что такое контроллер заряда и каким он бывает?

Каждый из элементов приведенной схемы выполняет свою роль:

  • Солнечный модуль воспринимает световое излучение и преобразует его в постоянный электрический ток. Сам модуль состоит из множества полупроводников (фотоэлементов);
  • Аккумулятор, точнее, блок батарей, используется для накопления и раздачи энергии, поступающей с модулей;
  • Инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный с изменением выходных значений частоты и напряжения в сети.

Принцип работы солнечных батарей
Здесь может возникнуть закономерный вопрос: «а зачем тогда контроллер, ведь можно напрямую соединить солнечный модуль и блок аккумуляторов?». Если этого не сделать, то на клеммы АКБ будет постоянно поступать зарядный ток, что в свою очередь вызовет рост напряжения. Рано или поздно, в зависимости от типа аккумулятора, напряжение достигнет максимального значения в 14,4 В, после чего начнется процесс перезаряда батареи и выкипания электролита в ней. Контроллер солнечных батарей МРРТА это прямой путь к сокращению срока службы АКБ. Естественно, можно контролировать этот процесс вручную, используя простой вольтметр, и отключать питание в нужный момент. Но в этом случае человек будет постоянно привязан к системе и назвать ее автономной уже будет нельзя.

Контроллер как раз и является тем звеном в цепи, которое должно за процессом заряжания и раздачи энергии с АКБ следить в автоматическом режиме. Кроме этого, он выполняет ряд других функций, перечень которых зависит от конкретной модели и типа:

  • Автоматическое соединение АКБ и модулей цепью зарядки;
  • Подбор оптимальных режимов накопления заряда;
  • Полный контроль процесса и, при необходимости, отключение или подключение потребителей;
  • Поддержка правильной полярности;
  • Защита от коротких замыканий, прекращения подачи энергии (обрыв);
  • Учет уровней заряда АКБ;
  • Контроль расхода энергии и т.д.

Для существующих гелиосистем необходимо собрать своими руками или выбрать один из трех существующих видов контроллеров:

  1. On/Off;
  2. ШИМ (PWM);
  3. MPPT.

On/Off контроллеры

On/Off контроллерЭто самый простой из существующих устройств, которое осуществляет отключение заряда при достижении определенного напряжения (14,4 В). Таким образом, происходит предотвращение перегрева устройства и последующего перезаряда. При этом невозможно обеспечить полный заряд АКБ, поскольку при достижении максимального тока происходит отключение, тогда как необходимо поддерживать процесс еще несколько часов. В результате, уровень заряда постоянно находится в пределах 60-70 %, что отражается на состоянии пластин и снижении срока службы батареи.

По сути, назвать этот модуль контроллером можно только с большой натяжкой – на практике они больше называются автоматами отключения и сегодня практически не используются.

Контроллеры ШИМ (PWM)

Решение проблемы неполного заряда может быть достигнуто, если выбрать управляющие блоки нового поколения, в которых используется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) подающего тока.

Контроллер ШИМ (PWM)

Принцип его работы базируется на снижении номинала заряжающего тока при достижении пикового напряжения. Это позволяет достичь уровня заряда 100 %, повысив при этом общую эффективность на 20-30 %. Некоторые из моделей данных контроллеров позволяют корректировать напряжение поступающего тока в зависимости от температуры наружного воздуха. Они предотвращают перегрев батареи, повышают способность принятия заряда и осуществляют автономное регулирование процесса.

Примерная схема работы ШИМ контроллера выглядит следующим образом:

Схема работы ШИМ контроллера

Регуляторы типа MPPT

Наиболее совершенным на сегодня типом регулирующего заряд солнечной батареи устройства, которые можно выбрать на рынке, является МРРТ контроллер. Он позволяет повысить эффективность выработки электроэнергии и ее количество на одном и том же блоке солнечных панелей. Принцип действия любого mppt модуля базируется на отслеживании так называемой «точки максимальной мощности».

Регулятор типа MPPT

Любой регулятор mppt постоянно контролирует параметры тока и напряжения, на основе которых микропроцессорный аналитический блок вычисляет их наиболее оптимальное соотношение для выработки полной мощности. Процессор, при выборе номиналов тока и напряжения, также учитывает стадию зарядного процесса.

При использовании mppt контроллеров становится возможным снятие большего напряжения с солнечных панелей, которое затем преображается в оптимальное для заряда АКБ (как правило, оно отличается от паспортного напряжения питания). Общая эффективность гелиосистемы в сравнении с ШИМ контроллерами увеличивается на 15-35%. При этом МРРТ технология позволяет работать даже при снижении освещенности панели на 40%.

Преимущества МРРТ модулей можно отобразить в виде следующей схемы:

Преимущества МРРТ модулей

Возможность создания высокого напряжения на выходе mppt контроллера позволяет использовать провода меньшего сечения и увеличить расстояние между самим блоком и солнечными панелями.

Гибридные контроллеры для ветростанций

В Скандинавии, Германии, Испании, США ветрогенераторы покрывают приличную часть общих потребностей государства в электричестве. В них также находится место для такого узла, как контроллер заряда.

Принцип работы ветрогенератора

А в случае, если ЭС является комбинированной (на солнечных панелях и ветряках), используется так называемый гибридный модуль.

Гибридный модуль

Он также может работать по принципу ШИМ или МРРТ . Главным отличием гибридного контроллера является использование несколько других вольтамперных характеристик. Происходит это потому, что ветрогенераторы имеют большие скачки выработки и потребления энергии, а батареи, в свою очередь, значительно перегружаются. Контроллер сбрасывает лишнюю энергию на сторону (например, на блок-тэны).

Изготовление контроллеров своими руками

Если у человека имеются определенные познания в области электроники и электротехники, то можно попробовать собрать схему контроллера для солнечных панелей и ветрогенератора своими руками. Конечно, такой агрегат будет сильно уступать в функционале и эффективности промышленным серийным образцам, но в маломощных сетях его может быть вполне достаточно.

 

Кустарный регулирующий модуль должен отвечать основным условиям:

  • 1,2P ≤ I × U. В этом уравнении используются обозначения суммарной мощности всех источников (Р), выходного тока контроллера (I), напряжения в системе при полностью разряженных АКБ (U);
  • Максимальное входное напряжение контроллера должно отвечать суммарному напряжению батарей без нагрузки.

Наиболее простая схема подобного модуля будет иметь следующий вид:

Схема контроллера своими руками

Устройство, собранное своими руками, работает с такими характеристики:

  • Зарядное напряжение – 13,8 В (может меняться в зависимости от номинала тока);
  • Напряжение отключения – 11 В (настраивается);
  • Напряжение включения – 12,5 В;
  • Падение напряжения на ключах – 20 мВ при значении тока 0,5А.

Контроллеры заряда ШИМ или МРРТ типа являются одной из неотъемлемых частей любой гелиосистемы или гибридной системы на солнечных и ветрогенераторах. Они обеспечивают нормальный режим заряда аккумуляторных батарей, повышают эффективность и предотвращают их преждевременный износ, к тому же могут быть вполне собраны своими руками.

Рекомендовать статью
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (рейтинг: 5,00 из 5)
Loading...
Вопросы? С удовольствием на них ответим!