Для решения этой проблемы необходимо стабилизировать параметры не на выходе DC-DC преобразователя, а на его ВХОДЕ. Причем важно именно входное напряжение, так как при различных условиях освещения панели значительно отличаются по генерируемому току, в то время как максимальное напряжение питания меняется очень незначительно, что видно на диаграмме ВАХ одной из моделей SB:
Солнечный контроллер заряда: принципиальная схема, принцип работы, способы подключения
Солнечная энергия до сих пор ограничивалась (на национальном уровне) созданием фотоэлектрических панелей с относительно низкой выходной мощностью. Однако, независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя солнечного света в ток, это устройство оснащается модулем, называемым солнечным контроллером заряда.
Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумулятор – накопитель энергии, поступающей от солнечной панели. Именно этот дополнительный источник энергии в основном управляется контроллером.
В этой статье мы узнаем об устройстве и работе этого устройства, а также о том, как оно подключается.
Контроллеры для солнечных панелей
Электронный модуль, называемый солнечным контроллером, предназначен для выполнения ряда функций управления во время зарядки/разрядки батареи солнечных элементов.
Когда солнечный свет падает на поверхность солнечной панели, установленной, например, на крыше дома, фотоэлектрические элементы устройства преобразуют этот свет в электричество.
Фотогалерея
Фото из
Контроллер является важным компонентом солнечной установки, вырабатывающей электроэнергию из солнечного света
В настоящее время для владельцев частных мини-сетей и тех, кто хочет установить солнечную энергосистему, доступны два типа контроллеров: PWM и MPPT.
Контроллеры ШИМ обеспечивают многоступенчатую зарядку батареи. Они используются для наполнения, выравнивания, поглощения и поддержания заряда.
Недорогие модели контроллеров для бытовых солнечных установок оснащены светодиодным дисплеем для контроля производительности и состояния батареи.
MPPT (maximum power point tracking) – контроллеры более высокого уровня и более высокой цены. Отслеживание точки максимальной мощности
Для небольших солнечных электростанций, состоящих из одной или двух панелей, достаточно возможностей ШИМ-контроллеров
Оба типа контроллеров, а также батареи, подключенные к цепи, должны быть установлены в помещении, поскольку имеют чувствительные к температуре датчики.
Приобретение контроллера не является необходимым при покупке полной солнечной электростанции. Его изолированный корпус содержит все оборудование, необходимое для преобразования и хранения электроэнергии
Контроллеры для солнечных панелей
Контроллер с широтно-импульсной модуляцией
Устройство для послойной зарядки аккумуляторов
Бюджетная модель со светодиодным индикатором
Контроллер для солнечной установки MRRT
Небольшая солнечная установка для сельских домов
Подключение солнечных панелей к аппарату
Солнечная панель и аппарат
Полученную энергию, по сути, можно подавать непосредственно на аккумулятор. Однако процесс зарядки/разрядки аккумулятора имеет свои тонкости (определенные уровни тока и напряжения). Если этими тонкостями пренебречь, то батарея просто выйдет из строя в кратчайшие сроки.
Приоритеты для походного солнечного контроллера
- Легкий, компактный и прочный
- Дешевые, сделанные из легкодоступных запчастей (каждая радиодеталь должна продаваться в гипотетических Арзамах для ремонта).
- Быть без всяких "умных мозгов", которые "умнее вас". МРТ – крутая опция, но вы можете спокойно обойтись без нее, если у вас солнечные батареи уже больше месяца и вы знаете, где находится их максимальное напряжение питания. Приведу пример: мой комплект солнечных панелей в холодные дни имеет точку максимальной мощности 18,4-19,0 вольт, в жаркие дни – 16,6 или 17,6 вольт. Не проблема установить ее вручную и регулировать 1-2 раза в день.
- Высокая эффективность.
Анализ рынка показал, что модели, отвечающей этим требованиям, нет.
Поэтому пришлось импровизировать.
Первое решение: DC-DC STEP-UP преобразователь и 18-вольтовая батарея.
Здесь я использовал популярный китайский DC-DC преобразователь "400W" вместе с буферизованным литий-ионным аккумулятором 18V 7.8Ah 5S2P 21700 (отечественная сборка):
В ходе экспериментов выяснилось, что для мощностей свыше 100 Вт желательно оснастить его принудительным охлаждением, что легко реализовать, установив кулер 40х40 или 50х50 прямо на радиаторы.
Оказалось, что преобразователь достаточно "надежен": имеет защиту от короткого замыкания (предохранитель), в случае перегрева сгорает только силовой MOSFET-выключатель (не затрагивая другие SMD-компоненты), силовой выключатель можно заменить на любую модель, отвечающую следующим характеристикам
- напряжение сток-исток: более 75 В;
- максимальный ток стока: более 50A;
- Максимальное сопротивление открытого канала: 23 мОм;
- максимальная входная емкость: 5000 пФ.
(IRF4115, IRF3710 являются хорошими).
Кроме того, он имеет хорошую стабилизацию выходного тока и напряжения и удовлетворительное тестовое значение КПД 91-93% (в зависимости от мощности). Кроме того, он хорошо зарекомендовал себя в походных условиях с перепадами температуры и влажности, поэтому я хотел оставить его в проекте для дальнейшей работы.
Я использую буферную батарею уже более года.
Типы контроллеров заряда для солнечных электростанций.
Контроллеры заряда бывают 2 типов: PWM и MPPT.
- PWM (ANG.). Контроллер PWM имеет 3 стадии работы, в зависимости от состояния заряда батареи. Когда аккумулятор сильно заряжен, контроллер устанавливает прямое соединение между солнечной панелью и заряжаемым аккумулятором через специальный "быстрый переключатель", роль которого играет транзистор, управляющий зарядным током. Этот переключатель (транзистор) полностью открыт до тех пор, пока аккумулятор не достигнет напряжения, соответствующего стадии зарядки или стадии поглощения. Затем переключатель начинает открываться и закрываться сотни раз в секунду, модулируя ток и поддерживая постоянное напряжение на батарее. Это уже будет этап поддерживающей зарядки батареи. Все это работает хорошо, но недостатком является то, что напряжение солнечной панели снижается, чтобы соответствовать напряжению батареи. Это смещает напряжение в сторону от оптимального рабочего напряжения солнечной панели (Vmp), что снижает выходную мощность и эффективность панели.
- КОНТРОЛЛЕРЫ МППТ – этой серии работают с использованием более передовой вычислительной технологии. Принцип работы MPPT-контроллеров также довольно прост. Интенсивность солнечного излучения, падающего на солнечную панель, меняется в течение дня. В связи с этим изменяются также параметры напряжения и тока на солнечной панели. Чтобы получить максимально возможную мощность от солнечной панели, MPPT-контроллер постоянно сканирует напряжение солнечной панели, выбирая точку максимальной мощности, в которой произведение тока и напряжения максимально. Использование этой технологии позволяет увеличить выходную мощность на 30% по сравнению с контроллером заряда с ШИМ.
Как подключить контроллер заряда?
Подключение контроллера заряда SES осуществляется в несколько этапов.
- 1-й этап – Подключение аккумулятора к контроллеру. Контроллер должен определить напряжение батареи и соответствующим образом установить параметры заряда.
- 2-й этап – Подключение контроллера к солнечным панелям. Для этого необходимо знать, какое максимальное напряжение поддерживает контроллер и на какой максимальный зарядный ток он рассчитан.
- Этап 3 – Подключение инвертора к аккумулятору, который, в свою очередь, подключается к потребителю электроэнергии.
Подключение контроллера должно осуществляться компетентным лицом, только в этом случае можно говорить о надежной и безопасной работе системы.
Что вам понадобится в дополнение к солнечным батареям
Чтобы собрать полную солнечную энергосистему, вам понадобятся сами фотоэлектрические модули, которые собирают свет и преобразуют его в электричество, а также такое оборудование, как
- аккумулятор. Его функция заключается в накоплении, удержании и высвобождении энергии. Другими словами, по сути, это временное хранилище для избыточной энергии. Обычно одной батареи недостаточно, и, в зависимости от мощности электростанции, устанавливается комплект батарей.
- Контроллер заряда. Это устройство фактически управляет зарядкой, контролируя напряжение батареи. При необходимости контроллер может прервать зарядку, чтобы предотвратить перезарядку, которая негативно влияет на срок службы батареи.
- Инвертор. Он получает постоянный ток от батареи и преобразует его в переменный ток напряжением 220 вольт, необходимый для работы электроприборов в доме.
- Предохранители. Хорошо установить предохранители между всем оборудованием солнечной системы для защиты от короткого замыкания.
Рекомендация. Для автономной установки лучше приобрести комплект блоков для всей системы, а не по отдельности. Таким образом, все блоки будут совместимы по характеристикам и обеспечат максимальную эффективность системы.
Порядок подключения солнечных панелей
Лучше всего подключать все в таком порядке:
- Подключите контроллер к батарее и убедитесь, что он считывает состояние заряда.
- Подключите солнечные панели к контроллеру. Батарея должна начать заряжаться.
- Затем подключите инвертор от батареи.
- От инвертора ток подается на проводку приемника.
В итоге идеальная схема солнечной системы выглядит следующим образом:
- От панелей к контроллеру.
- От контроллера к батареям.
- От батареи к инвертору.
- От инвертора к приемникам.
Однако могут существовать и другие варианты соединений. Давайте рассмотрим их все.
Самые необычные электростанции
Подключение солнечных панелей к контроллеру
Чаще всего это начало цепи. Контроллер является связующим звеном между солнечными панелями и аккумулятором, отводя излишки электроэнергии, когда это необходимо.
Принцип подключения очень прост. Контроллер имеет 2 пары контактов: одна пара соединяет солнечные модули, другая – батареи. Часто контроллер также оснащен третьей парой контактов для подключения устройств с низким энергопотреблением. Все контакты имеют маркировку: часто это графические изображения устройств, с которыми соединяется каждый контакт.
Как упоминалось выше, лучше всего сначала подключить контроллер к батареям, чтобы проверить его работу.
Внимание. Соблюдайте полярность при подключении всех устройств в системе.
Можно ли подключить солнечные панели непосредственно к батареям?
При стандартном подключении через контроллер никаких сюрпризов быть не должно. Конечно, можно обойтись и без него, но тогда батареи будут неконтролируемо заряжаться и перегреваться, что приведет к их очень быстрому выходу из строя.Что приведет к их очень быстрому выходу из строя.