Контролер за зареждане на слънчева батерия: схема, принцип на работа, методи на свързване

Слънчевата енергия засега е ограничена (на ниво домакинство) до създаването на фотоволтаични панели с относително ниска мощност.Но независимо от дизайна на фотоелектрическия преобразувател на слънчева светлина в ток, това устройство е оборудвано с модул, наречен контролер за зареждане на слънчева батерия.

Наистина инсталацията за слънчева фотосинтеза включва акумулаторна батерия - устройство за съхранение на енергията, получена от слънчевия панел. Именно този вторичен източник на енергия се обслужва основно от контролера.

В статията, която представяме, ще разберем дизайна и принципите на работа на това устройство, а също така ще разгледаме как да го свържете.

Слънчеви контролери

Електронен модул, наречен соларен контролер, е проектиран да изпълнява редица контролни функции по време на процеса на зареждане/разреждане слънчева батерия батерия.

Когато слънчевата светлина падне върху повърхността на слънчев панел, монтиран например на покрива на къща, фотоклетките на устройството преобразуват тази светлина в електрически ток.

Получената енергия всъщност може да бъде доставена директно към акумулаторната батерия. Процесът на зареждане / разреждане на батерията обаче има своите тънкости (определени нива на токове и напрежения). Ако пренебрегнете тези тънкости, батерията просто ще се повреди за кратък период на работа.

За да се избегнат такива тъжни последици, е проектиран модул, наречен контролер на заряда за слънчева батерия.

Освен че следи нивото на зареждане на батерията, модулът следи и консумацията на енергия.В зависимост от степента на разреждане веригата на контролера за зареждане на соларната батерия регулира и задава нивото на тока, необходимо за първоначално и последващо зареждане.

В зависимост от мощността на контролера за зареждане на слънчевата батерия, дизайнът на тези устройства може да има много различни конфигурации

Като цяло, с прости думи, модулът осигурява безгрижен „живот“ на батерията, която периодично натрупва и освобождава енергия към потребителските устройства.

Видове, използвани в практиката

На индустриално ниво са пуснати и се произвеждат два вида електронни устройства, чийто дизайн е подходящ за инсталиране в слънчева енергийна система:

1. Устройства от серия PWM.
2. Устройства от серия MPPT.

Първият тип контролер за слънчева батерия може да се нарече „старец“. Такива схеми са разработени и въведени в експлоатация в зората на развитието на слънчевата и вятърната енергия.

Принципът на работа на веригата на PWM контролера се основава на алгоритми за модулация на ширината на импулса. Функционалността на такива устройства е малко по-ниска от по-модерните устройства от серията MPPT, но като цяло те също работят доста ефективно.

Един от популярните в обществото модели контролери за зареждане на батериите на соларни станции, въпреки факта, че веригата на устройството е направена с помощта на PWM технология, която се счита за остаряла

Дизайните, използващи технологията Maximum Power Point Tracking (проследяване на максималната граница на мощността), се отличават с модерен подход към схемните решения и осигуряват по-голяма функционалност.

Но ако сравним двата вида контролери и особено с пристрастия към домашната сфера, MPPT устройствата не изглеждат в розовата светлина, в която традиционно се рекламират.

MPPT тип контролер:

• има по-висока цена;
• има сложен алгоритъм за конфигуриране;
• дава печалба в мощността само на панели с голяма площ.

Този тип оборудване е по-подходящо за глобални слънчеви енергийни системи.

Контролер, предназначен за работа като част от слънчева енергийна инсталация. Той е представител на класа MPPT устройства - по-модерни и ефективни

За нуждите на обикновен потребител от домашна среда, който като правило има панели с малка площ, е по-изгодно да закупите и управлявате PWM контролер (PWM) със същия ефект.

Блокови схеми на контролери

Схематичните диаграми на PWM и MPPT контролерите, за да ги разгледаме с око на неспециалист, са твърде сложна точка, свързана с фино разбиране на електрониката. Следователно е логично да се разглеждат само структурни диаграми. Този подход е разбираем за широк кръг от хора.

Вариант №1 - ШИМ устройства

Напрежението от соларния панел преминава през два проводника (положителен и отрицателен) към стабилизиращия елемент и разделителната резистивна верига. Благодарение на тази част от веригата се получава изравняване на потенциала на входното напрежение и до известна степен се организира защита на входа на контролера от превишаване на границата на входното напрежение.

Тук трябва да се подчертае: всеки отделен модел устройство има специфично ограничение на входното напрежение (посочено в документацията).

Приблизително така изглежда блоковата схема на устройства, направени на базата на PWM технологии.За работа като част от малки битови станции, този схемен подход осигурява достатъчна ефективност

След това напрежението и токът се ограничават до необходимата стойност от силови транзистори. Тези компоненти на веригата на свой ред се управляват от чипа на контролера чрез чипа на драйвера. В резултат на това изходът на двойка мощни транзистори задава нормалната стойност на напрежението и тока за батерията.

Веригата също така съдържа температурен сензор и драйвер, който управлява силовия транзистор, който регулира мощността на товара (защита срещу дълбоко разреждане на батерията). Температурният сензор следи състоянието на нагряване на важни елементи на PWM контролера.

Обикновено нивото на температурата вътре в корпуса или на радиаторите на мощните транзистори. Ако температурата надхвърли границите, зададени в настройките, устройството изключва всички активни захранващи линии.

Вариант #2 - MPPT устройства

Сложността на схемата в този случай се дължи на добавянето й към редица елементи, които изграждат необходимия алгоритъм за управление по-внимателно, въз основа на работните условия.

Нивата на напрежение и ток се наблюдават и сравняват от сравнителни схеми и въз основа на резултатите от сравнението се определя максималната изходна мощност.

Проектиране на схеми в структурна форма за зарядни контролери, базирани на MPPT технологии. Тук вече е отбелязан по-сложен алгоритъм за наблюдение и управление на периферни устройства.

Основната разлика между този тип контролери и PWM устройствата е, че те могат да настроят слънчевия енергиен модул на максимална мощност, независимо от метеорологичните условия.

Схемата на такива устройства изпълнява няколко метода за управление:

• смущения и наблюдения;
• повишаване на проводимостта;
• текущо почистване;
• постоянно напрежение.

И в последния сегмент от цялостното действие се използва и алгоритъм за сравнение на всички тези методи.

Методи за свързване на контролера

Като се има предвид темата за връзките, веднага трябва да се отбележи: за инсталирането на всяко отделно устройство, характерна особеност е работата с определена серия слънчеви панели.

Така, например, ако се използва контролер, който е проектиран за максимално входно напрежение от 100 волта, поредица от слънчеви панели трябва да изведе напрежение не по-голямо от тази стойност.

Всяка слънчева инсталация работи според правилото за балансиране на изходното и входното напрежение на първия етап. Горната граница на напрежението на контролера трябва да съответства на горната граница на напрежението на панела

Преди да свържете устройството, трябва да решите местоположението на неговата физическа инсталация. Според правилата мястото за инсталиране трябва да бъде избрано в сухи, добре проветриви помещения. Избягвайте наличието на запалими материали в близост до устройството.

Недопустимо е наличието на източници на вибрации, топлина и влага в непосредствена близост до устройството. Мястото за монтаж трябва да бъде защитено от валежи и пряка слънчева светлина.

Технология на свързване за PWM модели

Почти всички производители на PWM контролери изискват устройствата да бъдат свързани в точната последователност.

Техниката за свързване на PWM контролери към периферни устройства не е особено трудна. Всяка платка е оборудвана с етикетирани клеми. Тук просто трябва да следвате последователността от действия

Периферните устройства трябва да бъдат свързани в пълно съответствие с обозначенията на контактните клеми:

1. Свържете проводниците на батерията към клемите на батерията на устройството в съответствие с посочения поляритет.
2. Включете защитния предпазител директно в точката на контакт на положителния проводник.
3. Прикрепете проводниците, идващи от батерията на соларния панел, към контактите на контролера, предназначени за соларния панел. Спазвайте полярността.
4. Свържете тестова лампа с подходящо напрежение (обикновено 12/24V) към товарните клеми на устройството.

Посочената последователност не трябва да се нарушава. Например, свързването на соларни панели първо, когато батерията не е свързана, е строго забранено. Правейки това, потребителят рискува да „изгори“ устройството. IN този материал Схемата за сглобяване на слънчеви панели с батерия е описана по-подробно.

Освен това за контролери от серията PWM не е допустимо да се свързва инвертор на напрежение към клемите за натоварване на контролера. Инверторът трябва да бъде свързан директно към клемите на батерията.

Процедура за свързване на MPPT устройства

Общите изисквания за физическа инсталация за този тип устройства не се различават от предишните системи. Но технологичната настройка често е малко по-различна, тъй като MPPT контролерите често се считат за по-мощни устройства.

За контролери, предназначени за високи нива на мощност, се препоръчва да се използват кабели с голямо напречно сечение, оборудвани с метални накрайници за свързване на захранващата верига.

Например, за мощни системи, тези изисквания се допълват от факта, че производителите препоръчват използването на кабел за захранващи линии, предназначени за плътност на тока от най-малко 4 A/mm². Това е, например, за контролер с ток от 60 A, имате нужда от кабел за свързване към батерията с напречно сечение най-малко 20 mm².

Свързващите кабели трябва да бъдат снабдени с медни накрайници, стегнати със специален инструмент. Отрицателните клеми на соларния панел и батерията трябва да бъдат оборудвани с адаптери с предпазители и превключватели.

Този подход елиминира загубите на енергия и осигурява безопасна работа на инсталацията.

Блокова схема на свързване на мощен MPPT контролер: 1 – соларен панел; 2 – MPPT контролер; 3 – клемен блок; 4.5 – предпазители; 6 – ключ за захранване на контролера; 7.8 – земна шина

Преди свързване слънчеви панели Когато свързвате към устройството, уверете се, че напрежението на клемите съответства или е по-малко от напрежението, което може да се подаде към входа на контролера.

Свързване на периферни устройства към MTTP устройството:

1. Превключете панела и превключвателите на батерията в положение "изключено".
2. Отстранете предпазните предпазители на панела и батерията.
3. Свържете клемите на батерията с кабел към клемите на контролера за батерията.
4. Свържете клемите на соларния панел с кабел към клемите на контролера, обозначени със съответния знак.
5. Свържете заземяващата клема към заземителната шина с кабел.
6. Инсталирайте температурния сензор на контролера според инструкциите.

След тези стъпки трябва да поставите отново премахнатия предпазител на батерията и да завъртите превключвателя на позиция „включено“. На екрана на контролера ще се появи сигнал за откриване на батерия.

След това, след кратка пауза (1-2 минути), сменете предварително премахнатия предпазител на соларния панел и завъртете превключвателя на панела в положение „включено“.

Екранът на устройството ще покаже стойността на напрежението на соларния панел. Този момент показва успешното стартиране на слънчевата енергийна инсталация.

Изводи и полезно видео по темата

Индустрията произвежда устройства, които са многостранни по отношение на дизайна на схемите. Поради това е невъзможно да се дадат недвусмислени препоръки относно свързването на всички инсталации без изключение.

Въпреки това, основният принцип за всеки тип устройство остава същият: без свързване на батерията към контролерните шини, свързването към фотоволтаични панели е неприемливо. Подобни изисквания важат и за включване в схемата инвертор на напрежение. Трябва да се разглежда като отделен модул, свързан към батерията чрез директен контакт.

Ако имате необходимия опит или знания, моля, споделете ги с нашите читатели. Оставете вашите коментари в блока по-долу. Тук можете да зададете въпрос по темата на статията.