Сегодня альтернативные источники энергии становятся популярнее, так как они экологически чистые, дешевые и практичные. Наиболее распространенным альтернативным энергетическим ресурсом выступает солнечная батарея. Для ее монтажа требуется приложить достаточно много усилий. В устройство солнечной батареи всегда входят контроллеры заряда, аккумуляторы, инверторы и предохранители. Собрать контроллер заряда солнечной батареи можно своими руками, чтобы сэкономить приличное количество денежных средств.
Примерно так выглядит стандартный измеритель уровня заряда для солнечной батареи.
Основное назначение
Контроллер заряда аккумуляторной батареи (АКБ) от солнечной батареи предназначен для поддержания уровня заряда аккумуляторов, который также не допускает их полную разрядку или перезарядку. К таким устройствам обычно подключают свинцовые аккумуляторы из-за своей распространенности, однако, возможно подключение других разновидностей. Контроллер для солнечных батарей выполняет большое количество функций, благодаря которым обеспечивается надежная и эффективная работа. Основными из них являются:
- выбор наиболее эффективной системы заряда аккумулятора;
- мониторинг заряженности батареи;
- автоматическое включение и выключение;
- грамотное распределение энергии;
- защита от перенапряжения и разрыва цепи.
Разновидности
На сегодняшний день существует несколько типов контроллеров заряда. Рассмотрим некоторые из них.
MPPT-контроллер
Данная аббревиатура расшифровывается как Maximum Power Point Tracking , то есть мониторинг или отслеживание точки, где мощность максимальна. Такие устройства способны понижать напряжение солнечной батареи до напряжения аккумулятора . При таком раскладе сила тока на солнечной батарее уменьшается, в результате чего можно уменьшить сечение проводов и удешевить конструкцию. Также использование данного контроллера позволяет заряжать аккумулятор, когда солнечного света недостаточно, например, в условиях непогоды или ранним утром и вечером. Является наиболее распространенным из-за своей универсальности. Применяется при порядковом подключении. MPPT-контроллер имеет достаточно большой спектр настройки, благодаря чему обеспечивается наиболее эффективная зарядка.
Характеристики устройства:
- Стоимость таких устройств высокая, однако она окупается при использовании солнечных батарей свыше 1000 Вт.
- Входное суммарное напряжение в контроллер может достигать 200 В, это значит, что к контроллеру могут быть последовательно подключены несколько солнечных панелей, в среднем до 5. В пасмурную погоду общее напряжение последовательно соединенных панелей остается высоким, благодаря чему обеспечивается бесперебойная подача электроэнергии.
- Данный контроллер может работать с нестандартным напряжением, например, 28 В.
- Коэффициент полезного действия MPPT-контроллер ов достигает 98%, это означает, что практически вся солнечная энергия преобразуется в электрическую.
- Возможность подключения аккумуляторов различного типа, таких как свинцовые, литий-железо-фосфатные и другие.
- Максимальный ток заряда равен 100 А, при данной величине тока максимальная мощность, выдаваемая контроллером может достигать 11 кВт.
- В основном все модели MPPT-контроллер ов способны функционировать при температурах от -40 до 60 градусов.
- Для начала заряда АКБ необходимо минимальное напряжение в 5 В.
- Некоторые модели имеют возможность одновременно работать с гибридным инвертором.
Контроллеры данного типа могут применяться как на коммерческих предприятиях, так и на загородных домах, так как имеются различные модели с отличающимися показателями. Для загородного дома подойдет MPPT-контроллер с максимальной мощностью 3,2 кВт, с наибольшим входным напряжением в 100 В. В больших объемах применяются гораздо более мощные контроллеры.
Технология данного устройства проще, чем у MPPT. Принцип работы такого устройства заключается в том, что, пока аккумуляторное напряжение находится ниже придела в 14,4 В, солнечная батарея подключена к аккумулятору практически напрямую, и заряд происходит достаточно быстро, после того, как значение будет достигнуто, контроллер понизит напряжение аккумулятора до 13,7 В, в результате чего аккумулятор зарядится полностью.
Характеристики устройства:
- Напряжение на входе не более 140 В.
- Работают с солнечными батареями на 12 и 24 В.
- КПД практически равен 100%.
- Возможность работы с множеством аккумуляторов различного типа.
- Максимальное значение тока на входе достигает 60 А.
- Температура функционирования от -25 до 55 градусов.
- Возможность зарядить АКБ с нуля.
Таким образом, PWM-контроллеры применяются чаще всего, когда нагрузка не очень велика и солнечной энергии достаточно. Такие устройства больше подходят собственникам небольших загородных домов, где установлены солнечные панели небольшой мощности.
MPPT-контроллер, как уже было сказано выше, на сегодняшний день наиболее популярен, потому что имеет высокий КПД, способен работать даже в условиях недостатка солнечного света. MPPT-контроллер также способен работать на повышенных мощностях, идеально подойдет для большого загородного дома. Однако, при выборе определенного типа нужно учитывать объем входного и выходного тока, а также степень мощности и показатели напряжения.
Если выбрать контроллер, который не будет соответствовать требованиям, то в лучшем случае он просто выйдет из строя, а в худшем может испортиться проводка в доме.
Установка MPPT-контроллера на маленьких участках нецелесообразна, так как он не окупится. Если суммарное напряжение солнечной батареи больше 140 В, то следует применять MPPT-контроллер. PWM-контроллеры наиболее доступны, так как их цена начинается от 800 рублей. Есть модели за 10 тысяч, когда стоимость MPPT-контроллера примерно равна 25 тысячам.
Где устанавливается
Подключается контроллер между аккумулятором и панелью солнечных батарей. Однако, в схему подключения обязательно должен входить инвертор для солнечной батареи. Инвертор используется для преобразования постоянного 12 В тока, который идет от солнечной батареи, в переменный 220 В, текущий в любой розетке в доме, монтируется после аккумуляторной батареи.
Также важно наличие предохранителя , который выполняет защитную функцию от различных перегрузок и замыканий. Поэтому, для того чтобы обезопасить свой дом, необходимо произвести монтаж предохранителя. При наличии большого количества солнечных панелей желательна установка предохранителей между каждым элементом схемы.
На рисунке ниже показано, как выглядит инвертор (черная коробка):
Стандартная схема подключения выглядит примерно так, как представлена на рисунке ниже.
Схема показывает, что солнечные панели соединены с контроллером, электрическая энергия поступает в контроллер, а затем накапливается в аккумуляторе. Из аккумулятора она снова идет в контроллер, а после поступает в инвертор. А уже после инвертора идет распределение на потребление.
Как осуществить подключение самостоятельно
Подключить контроллер заряда MPPT для солнечных батарей достаточно просто. Для этого следует понимать принципиальную схему подключения, уметь в ней разбираться и ориентироваться, а также соединить все провода и элементы с полным соблюдением полярности, то есть «плюс» соединить с «плюсом», а «минус» с «минусом».
На рисунке ниже можно увидеть специальные отверстия с «плюсом» и минусом», собственно следует правильно засунуть в них нужные провода.
Более подробная схема представлена ниже.
Схема подключения довольно-таки проста, важно соединить все элементы, соблюдая полярность, а также необходимо учесть, чтобы они безопасно располагались в доме и не угрожали жизни. Справиться с такой задачей сможет каждый.
Возможно подключение нескольких аккумуляторов, однако здесь присоединять необходимо смешанным способом, а именно: группа аккумуляторных батарей подключается между собой параллельно, а к контроллеру последовательно. Подобную схему можно увидеть на рисунке ниже.
Как видно из схемы, количество аккумуляторов не ограничено. Однако, следует понимать, что при таком числе необходимо приобрести соответствующий инвертор, который будет способен справиться с такой большой нагрузкой.
Что будет, если не производить установку
Если не установить контроллеры MPPT или PWM для солнечных батарей, то потребуется самостоятельный контроль за уровнем напряжения на батареях. Осуществить это можно с помощью вольтметра, как показано на рисунке ниже.
Однако, при таком подключении уровень заряда аккумулятора не будет фиксироваться, в результате чего он может перегореть и выйти из строя. Данный способ подключения возможен при подключении небольших солнечных панелей для питания устройств мощностью не более 0,1 кВт. Для панелей, которые будут питать целый дом, монтаж без контроллера не рекомендуется, так как оборудование выйдет из строя намного раньше. Также из-за перезарядки аккумулятора могут выйти из строя: инвертор, так как он не будет справляться с таким напряжением, может от этого сгореть проводка и так далее. Поэтому следует проводить правильный монтаж, учитывать все факторы.
Здравствуйте. Продолжаю тему солнечной энергетики. Солнечные панели я уже обозревал ( и ). Также писал обзор и на простейший . Настала очередь познакомиться с более «продвинутым» контроллером, так называемым MPPT контроллером.
Что это, для чего, чем лучше PWM, а также распаковка, разборка, тестирование, всё это будет в обзоре.
Заинтересовавшихся прошу.
Теория:
Сначала немного о том для чего нужен контроллер заряда. И действительно, достаточно просто соединить солнечную панель с аккумулятором, и при наличии хоть какого-то света, а еще лучше - солнечного, от солнечной батареи пойдет зарядный ток в аккумулятор и без использования контроллера.Итак, что будет, если не применять его совсем? При прямом подключении солнечной панели к аккумулятору пойдет зарядный ток и напряжение на клеммах аккумулятора начнет постепенно расти. Пока оно не достигнет предельного напряжения зарядки (которое зависит от типа аккумулятора и его температуры), прямое подключение будет равнозначно присутствию контроллера моделей PWM или ON/OFF, поскольку в этом режиме эти модели просто соединяют вход и выход.
При достижении предельного напряжения (около 14 Вольт), ON/OFF контроллер, который является самым дешевым из всех типов, просто отключит солнечную батарею от аккумулятора и заряд прекратится, хотя в реальности аккумулятор заряжен еще не полностью и для полной зарядки требует поддержания на нем предельного напряжения в течение еще нескольких часов. Эту задачу решает PWM контроллер, который при помощи широтно-импульсного преобразования (ШИМ или, по английски - PWM) понижает напряжение солнечной батареи до нужного значения и поддерживает его.
Если же не использовать никакого контроллера, то необходимо постоянно следить при помощи вольтметра за зарядным напряжением и в нужный момент отключить солнечную панель. Но если забыть ее отключить, то это приведет к перезаряду, выкипанию электролита и сокращению срока службы аккумуляторов. Однако, если отключить ее не вовремя, как при использовании простого ON/OFF контроллера, аккумуляторы останутся заряженными не полностью (примерно на 90%), а регулярный недозаряд в конечном итоге приведет к значительному сокращению их срока службы.
Тут я думаю с необходимостью контроллера заряда можно закончить и перейти к описанию типов контроллеров заряда. Хотя про 2 типа (ON/OFF и PWM) уже было сказано выше. В общем существует третий тип контроллеров, так называемые MPPT контроллеры заряда. Для чего они нужны продемонстрирую на следующем графике:
На этом графике приводится нагрузочная характеристика стандартной 12 вольтовой солнечной панели с напряжением холостого хода около 20 вольт. Если подключить эту панель к 12 вольтовой свинцово-кислотной аккумуляторной батарее через PWM контроллер, можно получить рабочие точки в диапазоне 10-14,5В. Однако точка максимальной мощности солнечной панели находится выше (на этом графике это 17 вольт). И если снимать с панели эту мощность именно в этой точке, КПД всей солнечной установки будет выше. Вот для этого и применяются MPPT контроллеры. MPPT это Maximum Power Point Tracking, т.е. отслеживание точки максимальной мощности. Само отслеживание этой точки может осуществляться по разным алгоритмам и в разных MPPT контроллерах оно реализовано по разному. В самом простейшем случае эту точку можно задавать вручную. Таким образом, главное отличие MPPT контроллера от PWM это наличие у первого преобразователя напряжения, из-за которого напряжение на солнечной панели не будет равно напряжению на аккумуляторной батарее.
Ну вот, надеюсь не сильно заумно написал.
MPPT контроллеры штука не из дешевых. Их стоимость начинается от 300 долларов. Описываемый же контроллер стоит существенно дешевле. Посмотрим чем он хорош или плох, как получится…
Упаковка и комплектация:
Контроллер был упакован в обычную картонную коробку, дополнительно обмотан «пупыркой». В комплекте кроме контроллера был еще лист А4 с описанием меню. Больше ничего. Т.е. никаких параметров, характеристик, руководств, ни-че-го. Фотографировать коробку, упаковку и горе-инструкцию я не стал, но на видео в конце обзора это всё есть.Контроллер:
Инструкция по эксплуатации в электронном виде была найдена . Вот параметры контроллера, взятые из этой инструкции:- Входное напряжение (от солнечной панели) 12-60 В;
- Выходное напряжение 15-90 В;
- Выходной ток 0-10А;
- Максимальная выходная мощность 600 Вт.
Габаритные размеры и вес:
Небольшое описание словами: На передней панели расположен цветной дисплей и 4 кнопки:
SET - выбор поля;Стрелки вверх/вниз - увеличение/уменьшение величины в выбранном поле;
OK - подтверждение выбора или включение/выключение работы контроллера.
На левой стороне расположен вентилятор, на правой клеммы подключения солнечной панели и аккумулятора.
Подключение:
Очерёдность подключения следующая: сначала солнечную панель, затем аккумуляторную батарею. В большинстве контроллеров заряда делать нужно наоборот, т.е. сначала батарею, потом панель, т.к. контроллер питается от батареи. Здесь же контроллер питается от солнечной панели. Вот такая особенность.Идем дальше, рассмотрим экран:
Экран разбит на 4 области: 3 горизонтальных и одну вертикальную. Перечисляю поля сверху вниз:1. Напряжение на солнечной панели;
2. Напряжение на аккумуляторной батарее;
3. Ток заряда;
4. Мощность заряда;
5. Суммированная энергия заряда;
6. Время заряда
С помощью кнопок можно задать: напряжение точки максимальной мощности, максимальное напряжение аккумуляторной батареи, максимальный ток заряда, время свечения экрана, ёмкость аккумуляторной батареи, время зарядки аккумуляторной батареи, яркость экрана, скорость работы вентилятора. Как это делать, описано в инструкции, а также я это продемонстрировал в видеоролике в конце обзора. Все эти настройки можно записать в 1 из 20 ячеек памяти.
Разборка:
Чтобы разобрать корпус, необходимо открутить с одной из сторон 4 винта, лучше это делать со стороны вентилятора. И далее вытащить и плату и переднюю панель.
К качеству сборки и пайки претензий нет, всё аккуратно и чисто. Есть претензии к компоновке. Я не понимаю, зачем применять алюминиевый корпус, если не использовать его в качестве радиатора, а ставить внутрь маленький радиатор и обдувать его вентилятором. Мне кажется это верхом конструкторской глупости. В общем рекомендую транзисторы снять с радиатора и посадить на корпус. Вентилятор демонтировать. Тем более, что он ужасно шумный и потребляет лишнюю энергию.Тестирование:
Сначала я планировал к этому контроллеру подключить мою 20-ти ваттную солнечную панель и автомобильный аккумулятор. Т.е. заменить свой PWM контроллер на этот и рассказать какой это классный контроллер и насколько он лучше контроллера PWM. Но не тут-то было. Сделав так я пришёл к выводу, что контроллер неработоспособен, т.к. ток и напряжение на аккумулятор не ограничивается и вся энергия из солнечной панели прямиком «шуруется» в аккумулятор. Чтобы изучить работу контроллера я подключил вместо солнечной панели блок питания с напряжением холостого хода около 16 вольт, а к клеммам подключения аккумуляторной батареи подключил 0,5 Вт нагрузочный резистор 2 кОм. Параллельно блоку питания и резистору подключил по мультиметру.
Сразу скажу, контроллер с приемлемой точностью измеряет напряжения на солнечной панели и на аккумуляторной батарее. Далее, в меню контроллера, я выставил напряжение солнечной панели 10 вольт, напряжение на аккумуляторе 11,15 вольта. При включении, увидел что на входе, что на выходе напряжение около 15 вольт.
Что и требовалось доказать, контроллер работает некорректно.Однако я пошёл дальше и задал 14В на входе и 20В на выходе, получил 16В и 20В соответственно.
Уже лучше.Следующая точка тестирования: 14В и 40В. Получил: 15,5В и 40В.
Идём дальше. Задал 13 вольт на входе, и 90В на выходе. Получил 13В и 76В соответственно.
Вот это нормальный режим работы MPPT контроллера. Т.е. контроллер поддерживает на входе напряжение заданное ранее как «напряжение максимальной мощности панели». На выходе контроллер работает в режиме контролирования тока заряда. Просто входной мощности недостаточно, чтобы поднять напряжение до максимальнодопустимого, также выставленного ранее. Как только напряжение на аккумуляторной батарее достигнет максимального, контроллер перейдёт в режим поддержания напряжения и не даст подняться ему выше. Видеообзор:
В видеообзоре распаковка, разборка и тестирование прибора. Также я подробно показал как работать с меню.Итог:
В результате всего вышесказанного могу ответственно заявить, что данный контроллер работоспособен и является MPPT контроллером с несколькими оговорками:1. Контроллер не способен автоматически находить точку максимальной мощности солнечной панели, напряжение этой точки необходимо задавать вручную (конструктивная особенность);
2. Контроллер может быть применим при условии, что напряжение на аккумуляторной батарее выше напряжения холостого хода солнечной панели, иначе ограничений по напряжению и току заряда нет (конструктивная особенность);
3. Контроллер при включении автоматически не считывает из памяти все параметры, поэтому ежедневно требует ручной начальной инициализации (программная недоработка, можно выйти из ситуации применив дополнительный контроллер, например, Ардуино, для начальной инициализации сабжа).
Также к «минусам» можно отнести шумность вентилятора и странную конструктивную особенность прибора: алюминиевый корпус не используется в качестве радиатора. Но здесь достаточно просто произвести необходимые доработки, убрав внутренний маленький радиатор и вентилятор, «посадить» силовые транзисторы на корпус.
Ну вот как-то так получилось. На первый взгляд «минусов» больше, чем «плюсов». Так это или нет не знаю.
При написании данной статьи я перерыл некоторое количество информации по поводу имеющихся в наличии MPPT контроллеров и суммируя могу заявить, что далеко не все продаваемые недорогие MPPT контроллеры являются таковыми. Т.е. производители часто пишут эту аббревиатуру, обманывая покупателей. Это утверждение не относится к сабжу.
Повторю, что обозреваемый контроллер это MPPT контроллер, хоть и самого начального уровня.
Надеюсь информация найдёт своего читателя и будет ему полезна. Удачи!
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Планирую купить +30 Добавить в избранное Обзор понравился +49 +77Солнечная 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.
Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда .
Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM
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.
В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию
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:
- Устройства серии PWM.
- 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.
Одна из популярных в обществе моделей контроллера заряда АКБ солнечной станции, несмотря на то, что схема устройства выполнена по технологии PWM, которую считают устаревшей
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.
Контроллер, предназначенный под эксплуатацию в составе конструкции солнечной энергетической установки. Является представителем класса аппаратов MPPT – более совершенных и эффективных
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).
Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий. Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность
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.
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.
Любая солнечная энергетическая установка действует по правилу баланса выходного и входного напряжений первой ступени. Верхняя граница напряжения контроллера должна соответствовать верхней границе напряжения панели
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.
Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:
- Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
- Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
- На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
- 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 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.
Для контроллеров, рассчитанных под высокие уровни мощностей, на соединениях силовых цепей рекомендуется применять кабели больших сечений, оснащённые металлическими концевиками
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.
Структурная схема подключения мощного контроллера MPPT: 1 – солнечная панель; 2 – контроллер MPPT; 3 – клеммник; 4,5 – предохранители плавкие; 6 – выключатель питания контроллера; 7,8 – земляная шина
Перед подключением к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.
Подключение периферии к аппарату MTTP:
- Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
- Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
- Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
- Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
- Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
- 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.
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 . 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.
Это автоматически включающаяся схема, которая контролирует зарядку аккумулятора от солнечных панелей и других источников питания. Она основана на интегральных схемах 555 и заряжает батарейку, когда её заряд становится ниже заданного уровня, а затем останавливает зарядку во время того, когда батарейка достигает верхнего лимита по вольтажу.
Шаг 1: Моя цель
«Создать дешевый и эффективный контроллер заряда солнечной батареи»
Шаг 2: Схема
Для сборки контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи своими руками понадобятся:
- Интегральная схема NE555 IC с сокетом IC
- Один транзистор 2N2222 или PN222a
- Три резистора на 1K Ом
- Один резистор на 330 Ом и один на 100 Ом
- Два резистора на 330 Ом 1/5 w (опционально)
- Два потенциометра на 10K
- Два светодиода (зеленый и красный)
- Диод 1N4007
- Реле 5V SPDT
- Два трехпиновых коннектора для макетной платы
- Провода
- Макетная плата
- LM7805 (тип TO-220)
- Два конденсатора(я использую на.1uF, можете использовать любой)
- МОП-транзисторами IRF 540 (MOSFET)
На рисунке вы увидите завершенную схему контроллера. 5V реле — главный компонент схемы, это Ключ (SPDT, Single Pole Double Throw). У него одна обычная клемма и два контакта разных конфигураций. Один — обычно открыт (NO), второй — обычно закрыт (NC).
В нашем случае мы подключаем плюс солнечной панели на полюс реле (обычную клемму) и плюс батарейки на обычно открытый контакт; когда батарейка подключена к контроллеру солнечной зарядки, схема проверяет вольтаж батарейки. Если вольтаж меньше или равен обычному, то ток начинает поступать на батарейку, и она заряжается. Когда вольтаж батарейки начинает превышать верхний предел, реле активируется и ток перенаправляется в обычно закрытый контакт.
Шаг 3: Калибровка
После завершения схемы, нужно настроить нижний и верхний пороги. Калибровка батарейки нужна, чтобы предотвратить чрезмерную разрядку или зарядку. Я использую 12V в качестве нижнего предела и 14.9V в качестве верхнего. Это означает, что когда заряд батареи понижается до 12V, начинается зарядка и когда вольтаж поднимается до 14.9V, реле активируется, и схема перестает заряжать батарейку.
Чтобы настроить лимиты, вам понадобится мультиметр и два источника питания на 12V и 15V, или один универсальный. Сначала нужно установить нижний порог. Для этого установите вольтаж на 12V и подключите его к схеме. Соедините землю с мультиметром и замерьте показатель на пине 2 схемы 555. Настройте вольтаж так, чтобы получить 1.66V. Затем переключите вольтаж на 14.9V и возьмите замер на пине 6 схемы 555. Настройте вольтаж на 3.33V. Теперь контроллер готов к работе.
Шаг 4: Соединение
Приложенная картинка показывает электрическую схему устройства. Сначала соедините плюс от солнечной панели к центральному полюсу реле, затем соедините красный провод от батарейки с NO на реле. Соедините минус от солнечной панели с минусом на схеме, а затем присоедините минус батарейки к схеме.
Шаг 5: Работа
Когда вольтаж батарейки меньше, чем 14.9V, она начинает заряжаться путём передачи тока через NO на реле. Когда вольтаж батарейки достигает 14.9 вольт, реле автоматически переключается на NC.
Шаг 6: Момент истины
Устройство представляет собой простой повышающий преобразователь и ограничитель напряжения, который заряжает аккумуляторы напряжением 12В от солнечной панели напряжением 6В. Устройство также имеет функцию MPPT (Отслеживание точки максимальной мощности). Когда мы думаем о MPPT, то обычно вспоминаем про микроконтроллеры и сложные вычислительные алгоритмы мощности. Однако такие алгоритмы на самом деле не нужны.
В статье представлены два схематических решения. Первая схема просто иллюстрирует повышающий импульсный преобразователь, в то время как вторая демонстрирует самодельную рабочую схему устройства. Она рекомендуется для более продвинутых экспериментаторов, которые имеют в своем распоряжении осциллограф. Схема может также представлять интерес для студентов и тех, кто просто хочет расширить свои знания в электронике.
Схемы топологии повышающего преобразователя и схема самодельного солнечного преобразователя
Теоретические сведения о повышающем преобразователе
На схеме топологии повышающего преобразователя катушка L1 заряжается, когда транзистор Q1 открыт. Когда транзистор Q1 закрыт, катушка L1 разряжается на батарею через стабилитрон D1. Выполнение данной операции в течение нескольких тысяч раз в секунду в результате приведет к существенному выходному току. Этот процесс также называется индуктивным разрядом. Для его функционирования необходимо, чтобы входное напряжение было ниже выходного. Также при наличии солнечной панели необходимо использовать элемент хранения энергии – конденсатор (C1), который позволит солнечной панели непрерывно выдавать на выход ток между циклами.
Описание принципиальной схемы повышающего преобразователя
Схема состоит из трех основных блоков, включая генератор стробирующих импульсов на базе 555 МОП-интегральной схемы, 555 ШИМ модулятор и операционный усилитель с ограничителем напряжения. 555 серия с каскадным выходом может обеспечить ток около 200мА и позволяет создать отличный маломощный генератор импульсов. 555 ШИМ модулятор является классической генераторной схемой на базе 555 серии. Для регулировки времени разряда конденсатора C3 (время заряда катушки), на вывод 5 подается напряжение величиной 5В.
Ограничение напряжения
Операционный усилитель U1A вычисляет сигнал напряжения батареи, когда разделенное установленное значение напряжения сравнивается с эталонным напряжением величиной 5В. Когда напряжение превышает установленное значение, выход переключается в отрицательном направлении, снижая, таким образом, частоту импульсов ШИМ генератора и ограничивая любой последующий заряд. Это эффективно предотвращает перезаряд.
Питание схемы от солнечной панели
Для предотвращения ненужного разряда батареи, когда солнце не светит, все цепи запитываются через солнечную панель, за исключением делителя напряжения с обратной связью, который потребляет около 280мкА.
MOSFET логического уровня
Поскольку схема должна работать при низких уровнях напряжения (данная схема работает от входного напряжения не ниже 4В), необходимо установить MOSFET логического уровня. Он будет открываться при напряжении 4.5В. Для этой цели я использовал мощный МОП-транзистор MTP3055.
Фиксация напряжения с помощью стабилитрона D2
В этой схеме НЕЛЬЗЯ ОТСОЕДИНЯТЬ батарею, в противном случае MOSFET-транзистор сгорит. Поэтому для его защиты я установил стабилитрон D2 напряжением 24В. Без этого стабилитрона у меня самого сгорело много МОП-транзисторов.
функцияMPPT
Когда напряжение / ток солнечной панели увеличивается, ШИМ генератор повышает частоту импульсов, что в свою очередь приводит к увеличению выходного тока. В то же время, дополнительное напряжение прилагается к катушке, увеличивая, таким образом, ее зарядный ток. В результате повышающий преобразователь действительно «прилагает большие усилия» при повышении напряжения или «ослабевает», когда напряжение снижается. Для максимальной передачи энергии при ярком солнечном свете выполняется регулировка потенциометра R8 так, чтобы зарядный ток батареи был максимальным – это и будет точка максимальной мощности. Если схема работает правильно, то будет наблюдаться очень плоский пик при вращении R2. Диод D3 выполняет автоматическую MPPT регулировку более точно посредством вычитания фиксированного напряжения из разницы напряжения между батареей и средним напряжением через конденсатор C3. В условиях низкого освещения вы обнаружите, что резистор R3 не является оптимальным, однако он не будет полностью исключен из цепочки. Заметьте, что интеллектуальные MPPT контроллеры также могут лучше работать при полном диапазоне, однако это улучшение крайне малоэффективно.
Номиналы компонентов
Схема настроена на напряжение 9В, солнечная панель на мощность 3Вт. Повышающие преобразователи весьма привередливы и не будут работать в широком диапазоне условий – если ваша система использует другие пределы номинальной мощности для солнечной панели, тогда ждите проблемы. Единственные компоненты, которые требуют настройки, катушка L1 и конденсатор C3. Я был удивлен, что частота повторений оказалась очень низкой (около 2кГц). Я начал с катушки индуктивностью 100мкГ, однако схема работает лучше при индуктивности 390мкГ – первоначально я хотел получить около 20кГц. Для наилучшей работы выполняйте заряд катушки от 5 до 10 раз по отношению к току солнечной панели, затем обеспечьте продолжительный период времени (3X), чтобы катушка могла полностью разрядиться. Это обеспечит приемлемую работу, когда напряжение источника питания будет близко к напряжению батареи. Заметьте, что низкоомные катушки обеспечивают наилучшую эффективность. Наибольшая потеря действительно происходит в диоде Шотки, и наименьшая потеря это то, для чего эти диоды предназначены.
Работа при высокой частоте обычно предпочтительна. Это позволит минимизировать размер катушки. Однако для эксперимента, используйте катушку, которая будет работать лучше всего.
Предлагаемые компоненты указаны на схеме. Естественно, зарядное устройство можно приспособить в соответствии со своими требованиями.
Осциллограммы
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | Линейный регулятор | LM78L05 | 1 | LM78L05ACZX | В блокнот | |
| U1A, U1B | Операционный усилитель | LM358 | 1 | В блокнот | ||
| U2, U3 | Программируемый таймер и осциллятор | NE555 | 2 | В блокнот | ||
| Q1 | MOSFET-транзистор | NTD4906N-35G | 1 | В блокнот | ||
| D1 | Диод Шоттки | 1N5817 | 1 | В блокнот | ||
| D2 | Стабилитрон | 1N5359B | 1 | В блокнот | ||
| D3, D4 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 2 | В блокнот | ||
| L1 | Катушка индуктивности | Boums 2100LL-391-H-RC | 1 | 390 мкГн, 2.4А | В блокнот | |
| C1 | Электролитический конденсатор | 470мкФ х 25В | 1 | Nichikon UHD1E471MPD6 | В блокнот | |
| C2, C4, C5 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 3 | В блокнот | ||
| C3 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 22 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R3, R4, R9 | Резистор |
