Контролери для сонячних батарей - електрика в квартирі та будинку своїми руками

Контролери для сонячних батарей

Принцип роботи контролерів для заряду сонячних батарей, пристрій, що враховувати при виборі

В сучасних сонячних електростанціях для передачі виробленої електроенергії робочим акумуляторів застосовуються різні схеми підключення джерел струму. Вони використовують не однакові алгоритми, створені на основі мікропроцесорних технологій, називаються контролерами.

Як працюють контролери заряду сонячних батарей

Електроенергія, що виробляється сонячною батареєю, може передаватися накопичувальним акумуляторним батареям:

1. безпосередньо, без використання комутаційних приладів і регулювальних пристроїв,

2. через контролер.

При першому способі електричний струм від джерела піде до акумуляторів і стане збільшувати напругу на їх клемах. Спочатку воно дійде до певного, граничного значення, що залежить від конструкції (типу) акумуляторної батареї і навколишньої температури. Потім подолає рекомендований рівень.

На початковому етапі заряду схема працює нормально. А ось далі починаються вкрай небажані процеси: триваюче надходження зарядного струму викликає підвищення напруги понад допустимі значення (близько 14 В), виникає перезаряд з різким зростанням температури електроліту, що приводить до його закипання з інтенсивним викидом парів дистильованої води з елементів. Іноді аж до повного висихання ємностей. Природно, що ресурс акумуляторної батареї різко знижується.

Тому завдання обмеження зарядного струму вирішують контролерами або вручну. Останній спосіб: постійно контролювати за приладами величину напруги і коммутировать перемикачі руками такий невдячний, що існує тільки в теорії.

Типова схема підключення контроллера

Алгоритми роботи контролерів заряду сонячних батарей

За складністю способу обмеження граничного напруження прилади виготовляють за принципами:

1. Вимкнути / Увімкнути (або On / Off), коли схема просто комутує акумулятори із зарядним пристроєм за величиною напруги на клемах,

2. широтно-імпульсних (ШІМ) перетворень,

3. сканування точки максимальної потужності.

Принцип №1: Схема Вимкнути / Увімкнути

Це найбільш простий, але самий ненадійний метод. Його головний недолік в тому, що при зростанні напруги на клемах аккумумляторной батареї до граничного значення повного заряду ємності не відбувається. Вона доходить в цьому випадку приблизно до 90% номінального значення.

У акумуляторів постійно відбувається регулярний недобір енергії, який значно знижує термін їх експлуатації.

Принцип №2: Схема ШІМ контролерів

Скорочене позначення цих пристроїв на англійській мові: PWM. Вони випускаються на основі конструкцій мікросхем. Їх завданням є управління силовим блоком для регулювання напруги на його вході в заданому діапазоні за допомогою сигналів зворотного зв`язку.

PWM контролери додатково можуть:

враховувати температуру електроліту вбудованим або виносним датчиком (останній спосіб точніше),

створювати температурні компенсації зарядним напруженням,

налаштовуватися під певний тип акумуляторів (GEL, AGM, рідко-кислотні) з різними показниками графіків напружень в однакових точках.

Збільшення функцій PWM контролерів підвищує їх вартість і надійність роботи.

Графік роботи сонячної батареї

Принцип №3: сканування точки максимальної потужності

Такі пристрої позначають англійськими літерами MPPT. Вони теж працюють за способом широтно-імпульсних перетворювачів, але гранично точні тому, що враховують найбільшу величину потужності, яку здатні віддати сонячні батареї. Це значення завжди точно визначається і вноситься в документацію.

Наприклад, для геліобатареї 12 В точка віддачі максимальної потужності становить близько 17,5 В. Звичайний PWM контролер припинить заряд аккумумляторной батареї при досягненні напруги 14 - 14,5 В, а працює за технологією MPPT - дозволить додатково використовувати ресурс сонячних батарей до 17,5 В.

Зі збільшенням глибини розряду акумуляторів зростають втрати енергії від джерела. МРРТ контролери зменшують їх.

Характер відстеження напруги, відповідного віддачі максимальної потужності сонячної батареї в 80 ват, демонструється усередненим графіком.

Таким способом МРРТ контролери, використовуючи широтно-імпульсні перетворення у всіх циклах заряду акумуляторів, збільшують віддачу сонячної батареї. Залежно від різних факторів економія може становити 10 - 30%. При цьому струм виходу з акумулятора буде перевищувати струм входу в нього з сонячної батареї.

Основні параметри контролерів заряду сонячних батарей

При виборі контролера для сонячної батареї крім знання принципів його роботи слід звернути увагу на умови, для яких він розроблений.

Головними показниками приладів є:

значення вхідної напруги,

величина сумарної потужності сонячної енергії,

характер підключається навантаження.

Напруга сонячної батареї

На контролер може подаватися напруга від однієї або декількох сонячних батарей, з`єднаних за різними схемами. Для правильної роботи приладу важливо, щоб сумарна величина подається на нього напруги з урахуванням холостого ходу джерела не перевищувала граничної величини, зазначеної виробником у технічній документації.

При цьому слід зробити запас (резерв)? 20% через низку факторів:

не секрет, що окремі параметри сонячної батареї іноді можуть бути трохи завищені в рекламних цілях,

що відбуваються на Сонці, не носять стабільного характеру, а при аномально підвищених спалахи активності можлива передача енергії, що створює напругу холостого ходу сонячної батареї вище розрахункового межі.

Потужність сонячної батареї

Вона важлива для вибору контролера тому, що прилад повинен бути здатний надійно передавати її робочим акумуляторів. В іншому випадку він просто згорить.

Для визначення потужності (у ВАТ) множать величину струму виходу з контролера (в амперах) на напругу (в вольтах), що виробляється сонячною батареєю з урахуванням, створеного для нього, 20% запасу.

Характер підключається навантаження

Треба добре розуміти призначення контролера. Не варто використовувати його в якості універсального джерела живлення, підключаючи до нього різні побутові пристрої. Звичайно, частина з них зможе нормально працювати, не створюючи аномальних режимів.

Але ... наскільки довго це триватиме? Прилад працює на основі широтно-імпульсних перетворень, використовує мікропроцесорні і транзисторні технології, які врахували в якості навантаження тільки характеристики акумуляторів. а не випадкових споживачів зі складними перехідними процесами при комутаціях і мінливих характером споживаної потужності.