Изготовление контроллера для солнечной панели

Особенности

Контроллеры заряда имеют несколько немаловажных особенностей. Наиболее важными являются функции защиты, которые служат для повышения степени надежности работы данного устройства.

Необходимо отметить наиболее распространенные в подобных конструкциях разновидности защит:

• устройства оснащены надежной защитой от неправильного подсоединения полярности;
• очень важно предотвратить вероятность коротких замыканий в нагрузке и на входе, поэтому производители обеспечивают контроллеры надежной защитой от возникновения подобных ситуаций;
• немаловажной является защита устройства от молнии, а также различных перегревов;
• конструкции контроллеров оснащаются специальной защитой от перенапряжений и разрядки аккумулятора в ночное время суток.

Дополнительно устройство оснащается разнообразными электронными предохранителями и специальными информационными дисплеями. Монитор позволяет узнать необходимую информацию о состоянии аккумулятора и всей системы.

Помимо этого, на экране отображается множество другой немаловажной информации: напряжение аккумуляторной батареи, степень заряда и многое другое. . В конструкцию многих моделей контроллеров входят специальные таймеры, благодаря которым активируется ночной режим работы прибора

В конструкцию многих моделей контроллеров входят специальные таймеры, благодаря которым активируется ночной режим работы прибора.

Кроме того, существуют более сложные модели подобных устройств, способные одновременно управлять работой двух независимых друг от друга батарей. В наименовании подобных приборов присутствует приставка Duo.

Необходимо отметить современные модели приборов, которые способны сбрасывать лишнюю энергию на ТЭНы.

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-контроллеров 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-контроллеров 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.

PWM-контроллер

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.

Как сделать контроллер заряда аккумулятора своими руками

После того, как вы купили фотоэлектрические элементы и построили солнечную панель или изготовили самодельный ветрогенератор, встает вопрос об утилизации лишней энергии, когда аккумулятор полностью заряжен, а ветрогенератор или панель продолжают вырабатывать энергию. Это чревато довольно негативными последствиями как для аккумулятора, так и для самих источников энергии — перезаряд приводит к разрушению пластин АКБ, а ветроколесо начинает набирать неконтролируемые обороты и может пойти в разнос.

Справится с этим нам поможет изготовление несложного, но довольно надежного универсального контроллера заряда, подходящего для заряда батарей как от солнечных элементов,так и от ветрогенератора. Первоначальная схема агрегата была разработанна Майклом Дэвисом (Michael Davis).

Сигнал приходящий с выпрямителя ветрогенератора или солнечной панели коммутируется при помощи реле, управляеммым пороговой схемой с полевым транзисторным ключом. Пороги переключения режимов регулируются посредством подстроечных резисторов. В качестве нагрузки для утилизации энергии при полном заряде аккумулятора автор использовал 8 резисторов (тэнов) сопротивлением 4 Ома с мощностью рассеивания 50Вт. Готовое изделие было оформлено в пластиковый корпус.

Я специально не заострял вашего внимания на описании мелочей из данного проекта, так как вскоре автор пошел по пути усовершенствования и упрощения конструкции своего детища. Модернизированную и упрощенную конструкцию контроллера и предлагаю рассмотреть подробнее. Как видно из принципиальной эл.схемы, принцип действия прибора нисколько не изменился.

Упростилась сама схема — вместо микросхем ОУ и логической, автор применил самую распространенную микросхему таймера NE555P. Подробнее остановимся и на выборе деталей для проекта.

В качестве стабилизатора напряжения питания самой схемы используется широко распространенный интегральный стабилизатор 7805 (К142ЕН5А). Транзистор Q1 может быть заменен на NTE123, 2N3904 или любой другой биполярный NPN структуры с подходящими параметрами. То же касается и полевого транзистора IRF540 — его меняем на любой подходящий по параметрам. Подстроечные резисторы лучше взять многооборотные

Подойдут любые с интервалом подстройки от 0 до 100К (но все же при 10К резисторах подстройка выйдет гораздо точнее, что немаловажно при установке режимов заряда гелевой батареи).

В качестве коммутатора используется автомобильное реле на 12В с возможностью коммутации токов в 30-40А. Конденсаторы обвязки стабилизатора можно поставить любые — от керамических до пленочных, хотя я, как перестраховщик, ставил бы пленку. Светодиоды в контроллер заряда можно подобрать любые разного цвета свечения — LED1 индуцирует режим »сброса» энергии на нагрузку, а LED2 — режим заряда аккумулятора. Кнопки PB1 и PB2 любые надежные, без фиксации, служат для переключения схемы »вручную» при наладке (замере напряжения в контрольных точках TP1 и TP2). При первичной регулировке схемы, напряжение в контрольной точке TP1 выставляют равным 1.667В, а в контрольной точке TP2 — 3,333В. Все цепи питания устройства желательно снабдить предохранителями на соответствующие токи.

Автор собрал устройство на монтажной плате и вставил в корпус подходящего размера.

Однако один его предприимчивый соратник (Jason Markham) развел печатную плату для контроллера и успешно стал продавать через Интернет набор для самостоятельного изготовления (38долларов) и готовое изделие (54,95 долларов).

Ничего не попишешь — Америка, хотя наш самодельщик за такую сумму соберет с десяток таких контроллеров заряда батарей.

Испытания контроллера, проводимые долгое время как с ветроэнергоустановкой так и с солнечной панелью, показали высокую его надежность.

Напоследок одно небольшое замечание: включение контроллера в систему производить только после подключения аккумулятора к его контактам, в противном случае устройство может неправильно работать или выйти из строя. Автор статьи: Электродыч.

Как сделать контроллер заряда аккумулятора своими руками Как сделать контроллер заряда аккумулятора своими руками После того, как вы купили фотоэлектрические элементы и построили солнечную панель или изготовили самодельный ветрогенератор, встает вопрос

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.

Схемное решение в структурном виде для контроллеров заряда, основанных на технологиях MPPT. Здесь уже отмечается более сложный алгоритм контроля и управления периферийными устройствами

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.

Типы

On/Off

Данный тип устройств считается наиболее простым и дешевым. Его единственная и главная задача – это отключение подачи заряда на аккумулятор при достижении максимального напряжения для предотвращения перегрева.

Однако данный тип имеет определенный недостаток, который заключается в слишком раннем отключении. После достижения максимального тока необходимо еще пару часов поддерживать процесс заряда, а этот контроллер сразу его отключит.

В результате зарядка аккумулятора будет в районе 70% от максимальной. Это негативно отражается на аккумуляторе.

PWM

Данный тип является усовершенствованным On/Off. Модернизация заключается в том, что в него встроена система широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Эта функция позволила контроллеру при достижении максимального напряжения не отключать подачу тока, а уменьшать его силу.

Из-за этого появилась возможность практически стопроцентной зарядки устройства.

МРРТ

Данный типаж считается наиболее продвинутым в настоящее время. Суть его работы строится на том, что он способен определить точное значение максимального напряжения для данного аккумулятора. Он непрерывно следит за током и напряжением в системе. Из-за постоянного получения этих параметров процессор способен поддерживать наиболее оптимальные значения тока и напряжения, что позволяет создать максимальную мощность.

Если сравнивать контроллер МРРТ и PWN, то эффективность первого выше примерно на 20-35%.

Принцип работы

При отсутствии тока с солнечной батареи контроллер находится в спящем режиме. Он не использует ни одного вата из аккумулятора. После попадания солнечных лучей на панель электрический ток начинает поступать к контроллеру. Он должен включиться. Однако индикаторный светодиод вместе с 2 слабыми транзисторами включается только тогда, когда напряжение тока достигнет 10 В.

После достижения такого напряжения ток будет проходить через диод Шоттки к аккумулятору. Если напряжение поднимется до 14 В, начнет работать усилитель U1, который откроет транзистор MOSFET. В результате светодиод погаснет, и состоится закрытие двух не мощных транзисторов. Аккумулятор заряжаться не будет. В это время будет разряжаться С2. В среднем на это уходит 3 секунды. После разрядки конденсатора С2 гистерезис U1 будет преодолен, MOSFET закроется, аккумулятор начнет заряжаться. Зарядка будет происходить до момента, когда напряжение поднимется до уровня переключения.

Зарядка происходит периодически. При этом ее продолжительность зависит от того, каким является зарядный ток аккумуляторной батареи, и насколько мощные подключенные к ней устройства. Зарядка длится до тех пор, пока напряжение не станет равным 14 В.

Схема включается за очень короткое время. На ее включение влияет время зарядки С2 током, который ограничивает транзистор Q3. Ток не может быть больше 40 мА.

Ветрогенераторы и контроллеры заряда АКБ

Если механический ветряк вполне возможно сделать самостоятельно, можно ли сделать своими руками ещё и контроллер ветряка?

Чтобы иметь какое-то представление о контроллерах ветрогенераторов и успешно воспроизводить такую технику своими руками, не лишними будут базовые сведения об этих приборах.

Контроллер заряда аккумуляторной батареи для ветрогенератора небольшой мощности. Контроль некоторых параметров системы осуществляется через встроенный в конструкцию жк-дисплей

Контроллер, обслуживающий аккумуляторные батареи, призван в первую очередь управлять процессом заряда АКБ. Это его основная функция, но ее условно следует разделить ещё на целый ряд подфункций.

Например, одним функционалом отслеживается ток заряда и ток саморазряда. Другой функционал реализует действия, направленные на измерение температуры и давления. Третий отвечает за компенсацию разницы энергетических потоков, когда одновременно с потреблением тока нагрузкой осуществляется заряд АКБ.

Приборы промышленного изготовления наделены полноценным функционалом. А вот относительно любительских конструкций такого не скажешь. Устройства, выполненные на базе простейших схемных решений в домашних условиях своими руками – это контроллеры, далёкие от совершенных моделей.

Тем не менее, они работают и достаточно продуктивно позволяют эксплуатировать ветрогенераторы. Как правило, в самодельных конструкциях реализована лишь одна функция – защита от перенапряжения и от глубокой разрядки.

Одна из многочисленных вариаций контроллеров для ветряков, изготовленных своими руками. Такие конструкции отличаются незамысловатыми техническими решениями и простейшим исполнением монтажа

Почему внедрение контроллера в систему ветряка является обязательным моментом? Потому что в режиме энергетической подпитки АКБ без применения контроллера следует ожидать неприятных последствий:

1. Деградацию структуры аккумулятора по причине неконтролируемых химических процессов.
2. Неконтролируемый рост давления и температуры электролита.
3. Утрату аккумулятором свойств подзарядки в связи с имеющим место долговременным разрядом.

Контроллер заряда для схемы ветрогенераторной установки выполняется, как правило, в виде отдельного электронного модуля. Этот модуль съёмный и быстро отключаемый. Приборы промышленного изготовления обязательно оснащаются индикацией режимов и состояний – световой или визуально передаваемой через дисплей.

На практике могут применяться два вида устройств – встраиваемые непосредственно в корпус ветрогенератора и подключаемые к аккумуляторной батарее.

Основные функции

Энергосистема с использованием контроллера. (Для увеличения нажмите)

Контроллер осуществляет:

1. Выбор оптимального тока заряда аккумулятора.
2. Отключение аккумулятора при заряде до установленного предела.

Не обязательно покупать такой контроллер в специализированном магазине. Имея паяльник и минимальные знания в электротехнике, можно собрать схему начального уровня самостоятельно.

Есть несколько типов таких устройств. Простейшие имеют только одну функцию: подключает и отключает батарею в зависимости от уровня заряда.

Сложные устройства отслеживают пиковую мощность, поэтому гарантируют больший выходной ток, что увеличивает КПД системы.

Каждый контроллер обязан соответствовать требованиям:
1,2P ≤ I×U, где P – общая мощность панелей; I – ток на выходе контроллера; U – напряжение на выходе под нагрузкой.

Простейший самодельный контроллер

При самостоятельном изготовлении любого контроллера необходимо обязательно соблюдать определенные условия. Во-первых, максимальное напряжение на входе должно быть равным напряжению АКБ без нагрузки. Во-вторых, должно быть выдержано соотношение: 1,2P

Схема простейшего контроллера

Этот аппарат предназначен для работы в составе солнечной электростанции малой мощности. Принцип работы контроллера предельно прост. Когда напряжение на клеммах аккумуляторов достигнет заданного значения, заряд прекращается. В дальнейшем производится только так называемый капельный заряд.

Контроллер, смонтированный на печатной плате

При падении напряжения ниже установленного уровня подача энергии на аккумуляторы возобновляется. Если при работе на нагрузку в отсутствии заряда напряжение АКБ будет ниже 11 вольт, контроллер отключит нагрузку. Тем самым исключается разряд аккумуляторов в период отсутствия солнца.

OnOff контроллеры

Это 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.

Настройка контроллера заряда аккумулятора солнечной батареи

После монтажа деталей и проверке на ошибки, на вход (вместо солнечной панели) необходимо подключить регулируемый блок питания и подать сначала напряжение 17…20 вольт. Изменяя сопротивление резистора R19 необходимо установить выходное напряжения стабилизатора в районе 13,6…13,8 вольт. После этого входное напряжение от блока питания необходимо выбрать около 13,1 вольт и подстроечным резистором R18 добиться, чтобы загорелся светодиод D2. При снижении напряжения блока питания ниже 13 вольт светодиод D2 должен погаснуть.

Далее устанавливаем входное напряжение 15,5 вольт и, вращая подстроичник R4 добиваемся, чтобы загорелся светодиод D3. Для настройки индикации зарядки понадобится аккумулятор. Подключите его к контроллеру через амперметр, а напряжение на блоке питания выставите такое, чтобы аккумулятор заряжался током около 50мА. После этого выставьте резистор R14 так, чтобы загорелся D4. При снижении тока ниже 40мА светодиод D4 должен погаснуть. Собственное потребление контроллера (от аккумулятора) составляет около 9-10мА, что при использовании свинцово-кислотного аккумулятора незначительно.

http://www.pctun.czechian.net/solarko/solarko.html

Китайская электронная альтернатива

Изготовление контроллера ветрогенератора своими руками – дело престижное. Но учитывая скорость развития электронных технологий, нередко смысл самостоятельной сборки теряет свою актуальность. К тому же большая часть предлагаемых схем уже морально устарела.

Получается дешевле купить уже готовый продукт, сделанный профессионально, с высоким качеством монтажа, на современных электронных компонентах. Например, приобрести подходящее устройство по разумной стоимости можно на Aliexpress.

Ассортимент предложений на китайском сайте впечатляет. Контроллеры для ветрогенераторов под различный уровень мощности продаются по цене от 1000 руб. Если отталкиваться от этой суммы, в плане сборки аппарата своими руками игра явно не стоит свеч. Так, например, среди предложений китайского портала есть модель для 600-ваттного ветряка. Устройство стоимостью 1070 руб. пригодно для работы с аккумуляторами 12/24 вольта, в режиме рабочего тока до 30А.

Вполне приличный, рассчитанный на 600-ваттный ветрогенератор, контроллер заряда в китайском исполнении. Такое устройство можно заказать из Китая и получить через почту примерно за месяц-полтора

Качественный всепогодный корпус контроллера размерами 100 х 90 мм оснащён мощным радиатором охлаждения. Исполнение корпуса соответствует классу защиты IP67. Диапазон внешних температур от – 35 до +75ºС. На корпусе выведена световая индикация режимов состояния ветрогенератора.

Спрашивается, какой резон тратить время и силы на сборку простенькой конструкции своими руками, если есть реальная возможность купить нечто подобное и технически серьёзное? Ну а если этой модели недостаточно, у китайцев имеются варианты совсем «крутые». Так, среди новых поступлений отметилась модель мощностью 2 кВт под рабочее напряжение 96 вольт.

Китайский продукт из списка нового прихода. Обеспечивает контроль заряда батарей, работая в паре с ветрогенератором мощностью 2 кВт. Принимает на входе напряжение до 96 вольт

Правда, стоимость этого контроллера уже в пять раз дороже предыдущей разработки. Но опять же, если соизмерять затраты на производство нечто подобного своими руками, покупка выглядит рациональным решением.

Единственное что смущает в китайских продуктах – они имеют свойство неожиданно прекращать работу в самых неподходящих случаях. Поэтому купленное устройство часто приходится доводить до ума – естественно, своими руками. Но это значительно легче и проще, чем делать контроллер заряда ветрогенератора своими руками с нуля.

Чем можно заменить некоторые комплектующие

Любой из этих элементов можно заменять. При установке других схем нужно подумать об изменении емкости конденсатора С2 и подборе смещения транзистора Q3.

Вместо транзистора MOSFET можно установить любой другой. Элемент должен иметь низкое сопротивление открытого канала. Диод Шоттки лучше не заменять. Можно установить обычный диод, но его нужно правильно разместить.

Резисторы R8, R10 равны 92 кОм. Такое значение нестандартное. Из-за этого такие резисторы найти сложно. Их полноценной заменой может быть два резистора с 82 и 10 кОм. Их нужно включать последовательно.

Если контроллер не будет использоваться в агрессивной среде, можно провести установку подстроечного резистора. Он дает возможность управлять напряжением. В агрессивной среде он долго не поработает.

При необходимости использовать контроллер для более сильных панелей нужно провести замену транзистора MOSFET и диода более мощными аналогами. Все остальные компоненты менять не нужно. Нет смысла устанавливать радиатор для регулирования 4 А. При установке MOSFET на подходящем теплоотводе устройство сможет работать с более продуктивной панелью.

Для чего нужны контроллеры заряда аккумуляторов

Если аккумулятор подсоединить напрямую к клеммам солнечных батарей, то заряд его будет происходить непрерывно. В конечном итоге на уже полностью заряженный аккумулятор будет продолжать поступать ток, что вызовет повышение напряжения на несколько вольт. В результате происходит перезаряд АКБ, повышается температура электролита, причем эта температура достигает таких значений, что электролит закипает, происходит резкий выброс паров из банок аккумулятора. Как следствие, может произойти полное испарение электролита и высыхание банок. Естественно, это не добавляет «здоровья» аккумулятору и резко снижает ресурс его работоспособности.

Контроллер в системе солнечного заряда аккумуляторов

Вот, чтобы не допустить подобных явлений, чтобы оптимизировать процессы заряда/разряда, и нужны контроллеры.

Советы

Чтобы добиться максимальной отдачи, необходимо устанавливать устройства в местах, хорошо освещенных солнцем

При этом немаловажно расположить прибор максимально высоко.

Конструкция лицевой стороной должна быть направлена в южном направлении. Допускается незначительное отклонение, которое не должно превышать 20 градусов.

Прибор устанавливается под определенным углом к уровню горизонта.

В конструкцию наиболее усовершенствованных устройств входит специальный электропривод, который меняет угол в зависимости от положения солнца.

О том, какие существуют тонкости подбора и монтажа солнечной батареи, смотрите в следующем видео.

Выбор по силе выходного тока

Помимо входного напряжения, важным фактором при выборе контроллера является соответствие по силе выходного тока. Расчет производят по формуле: складываем мощности всех батарей и делим получившееся число на напряжение всего объема энергонакопителей в стадии разряда.

Рассмотрим конкретный пример: система содержит солнечную батарею (2250 W) из 9 плит, каждая обладает мощностью 250 W, и вы применяете аккумулятор с характеристикой 48 вольт. По указанной выше формуле вам нужно суммарную мощность разделить на минимальное напряжение аккумулятора в разряженном состоянии, другими словами – минимальное выходное напряжение, что в данном случае соответствует значению 44 В, и далее умножить на коэффициент 25%. Получим: 2250/44*25%= 64 А. Следовательно, для данной системы предпочтительными являются контроллеры с силой выходного тока 64 А и более.

При использовании всех вышеперечисленных правил подбора контроллер минимизирует нагрузки на систему и позволяет получить самый высокий заряд аккумуляторов.

15 октября 2014

Предыдущая Следующая

Выбор аккумулятора

Выбирая аккумуляторы для солнечных батарей можно руководствоваться разными соображениями:

• Те, у кого есть средства и возможности, приобретают долговечные и, в то же время, дорогостоящие щелочные аккумуляторы – никелево-кадмиевые (НК) или никелево-железные (НЖ).
• Кто-то приобретает специализированные гелевые батареи, изготовленные по технологии GEL, которые в сравнении с привычными стартерными АКБ служат гораздо дольше, но и стоят дороже.
• Те же, кто предпочитает наиболее доступный вариант, используют стартерные автомобильные АКБ.

Учитывая, что выбор АКБ во многом зависит от реальных возможностей владельца СБ, то давать какие-либо рекомендации в этом плане очень трудно. Тем не менее, перечислить преимущества и недостатки различных батарей следует.

Кислотные (автомобильные) АКБ

Стартерные АКБ – самые дешевые и доступные для большинства покупателей батареи. Несмотря на довольно внушительную емкость, эти АКБ являются буферными: они изначально рассчитаны на кратковременный неглубокий разряд и быструю подзарядку до полной емкости. При этом они совершенно не предназначены для работы в условиях циклического режима и глубокой разрядки. Отсюда вытекают недостатки представленных аккумуляторов.

Для того чтобы срок службы автомобильного аккумулятора приблизить к максимальному, необходимо создать условия, при которых его разряд не будет превышать 20-30% от номинальной емкости. Одновременно следует обеспечить немедленную подзарядку АКБ. Реализовать подобный цикл в системах автономного питания довольно сложно, поэтому на практике АКБ разряжают не более чем на 50%. Разряжать батарею более чем на 80% нельзя, т.к. это очень быстро приводит к выходу аккумулятора из строя.

В таблице представлена зависимость напряжения холостого хода от степени разряда свинцово-кислотной батареи.

Таблица дает примерное понимание величины напряжения, при котором следует отключать нагрузку от АКБ (напряжение отсечки). Примерным оно считается потому, что напряжение аккумулятора, подключенного к нагрузке, всегда ниже напряжения холостого хода батареи. Параметры холостого хода замеряются, спустя несколько часов после отключения нагрузки. Устанавливая напряжение отсечки, лучше руководствоваться рекомендациями производителей АКБ и показаниями контроллера (большинство устройств показывает процент заряженности батареи).

Щелочные аккумуляторы

Щелочные АКБ рассчитаны на циклический режим работы (что оптимально для автономных систем электроснабжения): они способны постепенно отдавать свою энергию, пока не наступит их полный разряд.

И чем глубже будет разряжена такая батарея, тем большую емкость она наберет во время подзарядки (это называется эффектом памяти).

Существенный недостаток щелочных аккумуляторов состоит в том, что при малых токах они плохо заряжаются или не заряжаются вовсе. Решить подобную проблему можно, правильно рассчитав мощность солнечных панелей и установив подходящий контроллер.

Вывод: если есть такая возможность, то для солнечных панелей лучше приобретать щелочные аккумуляторы.

Гелевые аккумуляторы

Если недостатки автомобильных аккумуляторов для потребителя неприемлемы, а приобрести подходящий щелочной аккумулятор у него нет возможности, то выбор делается в пользу свинцово-кислотных гелевых батарей. По своим характеристикам они оптимально подходят для автономных систем солнечной и ветровой энергетики, не требуют обслуживания, а срок их службы составляет 10 лет. Недостатком гелевых батарей считается их высокая стоимость.

Существуют еще литий-железо-фосфатные АКБ (литий-ионные). Они, кстати, признаны самыми лучшими батареями для автономных систем.

Беря во внимание «заоблачную стоимость этих устройств, в самодельных системах их используют лишь единицы. .

Выбор инвертора

Основная функция инвертора заключается в преобразовании стандартного напряжения и постоянного тока аккумуляторных батарей в бытовой переменный ток напряжением 220В. График напряжения на выходе из инвертора имеет синусоидальную форму. И в зависимости от того, какие потребители будут подключены к питанию от СБ, инвертор должен выдавать напряжение либо с правильной синусоидальной формой графика (чистый синус), либо с модифицированным синусом (меандр). Как именно ведет себя график напряжения на выходе из инвертора? Это зависит от особенностей устройства.

Некоторые электроприборы стабильно работают и на «модифицированном синусе»: электронагреватели, компьютеры, устройства с импульсными источниками питания (например, определенные модели телевизоров). Тем не менее, опытные рекомендуется приобретать инверторы, дающие на выходе «чистый синус». Форма выходного сигнала, как правило, указывается в характеристиках устройства.

Выбирая инвертор, следует обращать внимание не только на форму выходного сигнала, но и на мощность устройства. Рабочая (номинальная) мощность должна быть на 25-30% выше суммарной мощности постоянно задействованных в работу потребителей

При этом пиковая мощность инвертора должна превышать мощность возможной кратковременной нагрузки на прибор. Речь идет о нагрузке, которая возникнет в случае одновременного включения нескольких потребителей, обладающих большой пусковой мощностью (холодильник, электродвигатель насоса и т. д.).

В характеристиках инвертора, как правило, указывается еще и максимальная мощность. Она меньше пиковой, но больше номинальной. Этот параметр обозначает допускаемую кратковременную нагрузку, при которой устройство проработает в течение нескольких минут (5-10 мин) и при этом не выйдет из строя.

КПД инвертора также имеет большое значение при выборе устройства. Он определяет потери электроэнергии во время работы устройства и может варьироваться в следующих пределах: 85-95% (в зависимости от модели). Рекомендуется выбирать устройство с КПД – от 90% и выше. Ведь за инвертор мы заплатим один раз, а за его низкий КПД платить придется постоянно.

Инверторы, подключаемые напрямую к свинцово-кислотным аккумуляторам, должны защищать АКБ от глубокого разряда. В большинство современных инверторов подобная функция встроена. При этом порог отсечки нагрузки может быть установлен заводом-изготовителем, а может регулироваться пользователем.

Помимо обычных преобразователей, в системах автономного питания часто используются гибридные и комбинированные инверторы. Комбинированные – способны совмещать функции контроллера и инвертора. Гибридные – позволяют осуществлять питание потребителей как от сети, так и от аккумуляторов. опубликовано econet.ru 

Как выбрать

Выбирая подходящий контроллер для заряда солнечной батареи, необходимо обратить особое внимание на несколько очень важных критериев. . На первом месте стоит входящее напряжение

Максимальное значение данного показателя должно соответствовать определенным нормам. В конструкциях подобных устройств иногда используются несколько батарей. Поэтому напряжение на схему прибора идет одновременно от всех батарей, соединенных различными способами. Чтобы прибор правильно функционировал, необходимо определенное напряжение, показатели которого не должны превышать предусмотренные производителем нормы.

На первом месте стоит входящее напряжение. Максимальное значение данного показателя должно соответствовать определенным нормам. В конструкциях подобных устройств иногда используются несколько батарей. Поэтому напряжение на схему прибора идет одновременно от всех батарей, соединенных различными способами. Чтобы прибор правильно функционировал, необходимо определенное напряжение, показатели которого не должны превышать предусмотренные производителем нормы.

Чтобы показатели напряжения соответствовали необходимым стандартам, следует учитывать некоторые нюансы:

• завышение всех показателей конструкции для заряда солнечной батареи – в целях рекламы;
• неустойчивость различных процессов, происходящих в фотоэлементах прибора, во время сильных световых вспышек, при этом могут быть значительно превышены показатели энергии, которая оказывает влияние на напряжение в аппарате во время холостой работы батареи.

Вторым немаловажным критерием является номинальный ток. Значение данного показателя у каждого вида устройств разное. Поэтому при выборе того или иного прибора следует предварительно уточнять необходимые нормы мощности – для эффективной работы контроллера данные показатели очень важны. Устройство передает эти значения аккумулятору. В том случае, если прибор не будет получать необходимую мощность, может возникнуть непредвиденная ситуация, и произойдет поломка устройства.

Для расчета значения мощности за основу берется показатель напряжения при разряженных аккумуляторах аппарата. При этом необходимо перемножить показатели выходного тока и напряжение, которое вырабатывается солнечной батареей. После этого следует добавить к полученному результату 20 процентов на резерв.

Еще одним важным критерием при выборе контроллера является вид нагрузки. Не следует использовать устройство для подключения различных бытовых приборов. Это приведет к выводу контроллера из строя, что обусловлено использованием в конструкции прибора различных технологий, которые учитывают всю нагрузку, заложенную в свойствах аккумулятора. Чтобы избежать возникновения подобных ситуаций, необходимо использовать устройство строго по назначению.

MPPT

Наиболее совершенным на сегодня типом регулирующего заряд солнечной батареи устройства, которые можно выбрать на рынке, является МРРТ. 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».

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:

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

Схема заряда батареи АКБ

В первую очередь вам нужно выяснить схему заряда вашей аккумуляторной батареи. Существуют две основные технологии: MPPT и PWM. Первая расшифровывается как Maximum Power Point Tracking и переводится с английского как «слежение за точкой максимальной мощности». Устройства, поддерживающие эту технологию, в среднем на 30% эффективнее стандартных PWM-аккумуляторов, так как последние не используют всю мощность солнечной панели, в результате чего часть ее просто теряется. Принцип работы контроллера для АКБ со схемой заряда MPPT основан на обнаружении точек с наивысшей мощностью и распределением всего объема энергии в среде доступа. Последние модели подобных контроллеров обладают сверхвысокой скоростью обнаружения точек максимальной мощности, которая исчисляется секундами, и на 10% превосходят стандартные MTTP-устройства по эффективности в эксплуатации.

Регулировка параметров и выбор схемы заряда

Немаловажным фактором, определяющим срок службы АКБб, является правильно подобранное напряжение в сети. Напряжение на одних и тех же участках заряда различается в зависимости от типа батареи (кислотные, литий-ионные, АГМ, гелиевые, наливные). Контроллер заряда АКБ в свою очередь имеет функционал параметров, позволяющий производить настройку под тот или иной тип аккумуляторного устройства.

Датчик температуры

Показателем качественного контроллера является, среди прочего, наличие встроенного или внешнего датчика температуры. Функция датчика состоит в определении температуры устройства и компенсации температуры напряжений заряда. Это регулирование напряжения заряда в соответствии с температурой аккумуляторной батареи предотвращает преждевременный износ и продлевает срок службы АКБ.

Схема устройства солнечной электростанции

Рассмотрим, как устроена и работает гелиосистема для загородного дома. Главное ее назначение – преобразовать энергию солнца в электричество 220 В, которое является основным источником питания для домашних электроприборов.

Основные части, из которых состоит СЭС:

1. Батареи (панели), преобразующие солнечное излучение в ток постоянного напряжения.
2. Контроллер, регулирующий заряд АКБ.
3. Блок аккумуляторных батарей.
4. Инвертор, преобразующий напряжение АКБ в 220 В.

Конструкция батареи продумана таким образом, что позволяет оборудованию функционировать в различных погодных условиях, при температуре от -35ºС до +80ºС.

Выходит, что правильно установленные панели будут работать с одинаковой производительностью и зимой, и летом, но при одном условии – в ясную погоду, когда солнце отдает максимальное количество тепла. В пасмурную эффективность работы резко снижается.

Эффективность СЭС в средних широтах велика, но не настолько, чтобы полностью обеспечивать электричеством большие дома. Чаще гелиосистема рассматривается как дополнительный или резервный источник электроэнергии

Вес одной батареи на 300 Вт равен 20 кг. Чаще всего панели монтируют на крышу, фасад или специальные стойки, установленные рядом с домом. Необходимые условия: разворот плоскости в сторону солнца и оптимальный наклон (в среднем 45° к поверхности земли), обеспечивающий перпендикулярное падение солнечных лучей.

При возможности устанавливают трекер, отслеживающий движение солнца и регулирующий положение панелей.

Верхняя плоскость батарей защищена закаленным противоударным стеклом, которое легко выдерживает удары града или тяжелые снежные наносы. Однако необходимо следить за целостностью покрытия, иначе поврежденные кремниевые пластины (фотоэлементы) перестанут работать

Контроллер выполняет насколько функций. Кроме основной – автоматической регулировки заряда АКБ, он контролирует подачу энергии от солнечных батарей, предохраняя тем самым аккумулятор от полной разрядки. При полном заряде контроллер автоматически отключает АКБ от системы. Современные устройства оборудованы панелью управления с дисплеем, показывающим напряжение батарей.

Для самодельных гелиосистем лучшим выбором являются гелевые аккумуляторы, отличающиеся сроком бесперебойного функционирования 10-12 лет. После 10-летней работы их емкость уменьшается примерно на 15-25 %. Это необслуживаемые и абсолютно безопасные устройства, не выделяющие вредных веществ.

Зимой или в пасмурную погоду панели также продолжают работать (если их регулярно очищать от снега), но выработка энергии снижается в 5-10 раз

Задача инвертеров — преобразовывать постоянное напряжение от АКБ в переменное напряжение 220 В. Они отличаются такими техническими характеристиками, как мощность и качество получаемого напряжения. Синусовое оборудование способно обслуживать наиболее «капризные» к качеству тока приборы – компрессоры, бытовую электронику.

Обзор бытовой СЭС:

Галерея изображений

Фото из

Подсчитано, что на 1м² поверхности планеты падает примерно1кВт солнечной энергии, а 1м² батареи на фотоэлементах преобразует около 160-200 Вт. Следовательно, КПД равняется 16-20%. При правильном устройстве этого вполне хватает, чтобы снабдить электричеством все маломощные приборы в доме
Контроллер показывает заряд батарей в процентном обозначении. Если 24-вольтовое оборудование демонстрирует заряд аккумуляторов в 27 В, значит они заполнены на все на 100%
Пара мощных гелевых аккумуляторов 200 А-ч с (показатель мощности 4,8 кВт). Это сутки работы электроприборов при безостановочном потреблении 180-200 Вт. Накопители энергии морозоустойчивы, то есть их можно устанавливать на чердаке, а так как безопасны – то и рядом с жилыми помещениями

Солнечные панели – батареи с фотоэлементами

Контроллер для регулировки заряда АКБ

Блок гелевых аккумуляторных батарей

Инвертор – преобразователь напряжения в 220 В

Стоит знать, что бытовые электростанции способны обслуживать постоянно работающий холодильник, периодически запускаемый погружной насос, телевизор, систему освещения. Чтобы обеспечить энергией функционирование котла или даже микроволновки, потребуется более мощное и очень дорогое оборудование.

Простейшая схема солнечной электростанции, включающая главные составные элементы. Каждый из них выполняет свою функцию, без которой работа СЭС невозможна

Существуют и другие, более сложные схемы, однако данное решение является универсальным и наиболее востребованным в быту.

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 (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.

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.
А это прямой путь к сокращению срока службы АКБ. 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:

1. On/Off;
2. ШИМ (PWM);
3. MPPT.

Защита от переразряда

Когда напряжение достигает критически малых значений, которые делают проблемным само функционирование устройства (обычно это диапазон в 2,3-2,5В), то выключается соответствующий MOSFET-транзистор, который отвечает за подачу тока мобильнику. Далее происходит переход в режим сна с минимальным потреблением. И тут имеется довольно интересный аспект работы. Так, пока напряжение ячейки аккумулятора не станет больше 2,9-3,1 В, мобильное устройство не получится включить для работы в обычно режиме. Наверное, такое вы могли замечать, что когда подключаешь телефон, он показывает, что идёт зарядка, но сам включаться и функционировать в обычном режиме не хочет.

Выводы и полезное видео по теме

Желание сделать оборудование для домашнего применения своими руками иногда сильнее более простого решения — покупки недорогого устройства. Что из этого получилось, смотрите в видеоролике:

Оценивая перспективы изготовления электроники собственными силами независимо от её назначения, приходится столкнуться с мыслью, что век «самоделкиных» завершается. Рынок перенасыщен готовыми электронными устройствами и модульными комплектующими практически под каждый бытовой продукт. Электронщикам-любителям теперь остаётся единственное дело – заниматься сборкой домашних конструкторов.

Выводы и полезное видео по теме

Владельцы загородного жилья уже давно оценили достоинства альтернативной энергии и активно используют СЭС в качестве постоянного или резервного источника. Полезные рекомендации от пользователей солнечных электростанций помогут вам с монтажом собственной системы.

Пошаговый инструктаж по сборке и подключению:

Разбор нередко встречающихся ошибок при выборе и установке оборудования:

Видеообзор одного из вариантов домашней установки:

Использование альтернативной энергии для нужд человечества – это действительно большой технологический скачок. Сегодня каждый домовладелец может самостоятельно собрать и подключить солнечную электростанцию, питающую дом электричеством. С учетом окупаемости и экологической чистоты это практичное и результативное решение.