Контролер за зареждане на батерията за соларен панел. Схема и описание

Тук ще разберете:

• Когато имате нужда от контролер
• Функции на слънчевия контролер
• Как работи контролерът за зареждане на батерията
• Характеристики на устройството
• Видове
• Опции за избор
• Начини за свързване на контролери
• Домашен контролер: характеристики, аксесоари
• Как мога да заменя някои компоненти
• Принцип на действие

Контролерът за зареждане на слънчевата батерия е задължителен елемент от енергийната система на слънчевите панели, с изключение на батериите и самите панели. За какво отговаря той и как да си го направите сами?

Когато имате нужда от контролер

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

Всъщност настройката за фотосинтеза на слънчева светлина включва акумулаторна батерия, която съхранява енергията, получена от слънчевия панел. Този вторичен енергиен източник се обслужва предимно от контролера.

След това ще разберем устройството и принципите на работа на това устройство и ще говорим за това как да го свържем.

С максималното зареждане на батерията контролерът ще регулира текущото захранване към него, намалявайки го до необходимия размер на компенсация за саморазреждане на устройството. Ако батерията е напълно разредена, контролерът ще прекъсне всички входящи товари към устройството.

Необходимостта от това устройство може да се сведе до следните точки:

1. Многостепенно зареждане на батерията;
2. Регулиране на включване / изключване на батерията при зареждане / разреждане на устройството;
3. Връзка на батерията при максимално зареждане;
4. Свързване на зареждане от фотоклетки в автоматичен режим.

Контролерът за зареждане на батерията за слънчеви устройства е важен, тъй като изпълнението на всички негови функции в добро работно състояние значително увеличава живота на вградената батерия.

Къде е инсталиран

Контролерът е свързан между батерията и слънчевия панел. В схемата на свързване обаче трябва да бъде включен слънчев инвертор. Инверторът се използва за преобразуване на 12 V постоянен ток от слънчевия панел към 220 V променлив ток от всеки контакт в къщата, монтиран след батерията.

Също така е важно да имате предпазител, който изпълнява защитна функция срещу различни претоварвания и къси съединения. Следователно, за да обезопасите дома си, трябва да инсталирате предпазител. При наличие на голям брой слънчеви панели е желателно да се монтират предпазители между всеки елемент на веригата.

На снимката по-долу е показано как изглежда инверторът (черна кутия):

Стандартната схема на свързване изглежда по подобие на показаната на фигурата по-долу.

Диаграмата показва, че слънчевите панели са свързани към контролера, електрическата енергия се подава към контролера и след това се съхранява в батерията. От батерията тя се връща към контролера и след това отива към инвертора. И след инвертора има разпределение за потребление.

Функции на слънчевия контролер

Електронният модул, наречен контролер на слънчевата батерия, е проектиран да изпълнява различни функции за наблюдение по време на процеса на зареждане / разреждане на слънчевата батерия.

Това изглежда като един от многото съществуващи модели контролери за зареждане на слънчеви панели. Този модул принадлежи към разработката от типа ШИМ

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

Получената енергия всъщност може да се подава директно към акумулаторната батерия. Процесът на зареждане / разреждане на батерията обаче има свои тънкости (определени нива на токове и напрежения). Ако пренебрегнем тези тънкости, батерията просто ще се провали за кратък период от време.

За да няма толкова тъжни последици, е проектиран модул, наречен контролер за зареждане на слънчева батерия.

В допълнение към мониторинга на нивото на зареждане на батерията, модулът следи и консумацията на енергия. В зависимост от степента на разреждане веригата на контролера за зареждане на батерията от слънчевата батерия регулира и задава нивото на тока, необходимо за първоначалното и последващото зареждане.

В зависимост от капацитета на контролера за зареждане на слънчевата батерия, конструкциите на тези устройства могат да имат много различни конфигурации.

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

Какво се случва, ако не инсталирате

Ако не инсталирате MPPT или PWM контролери за слънчеви панели, тогава ще трябва да наблюдавате независимо нивото на напрежението на батериите. Това може да се направи с помощта на волтметър, както е показано на фигурата по-долу.

При такава връзка обаче нивото на зареждане на батерията няма да бъде фиксирано, в резултат на което може да изгори и да се повреди. Този метод на свързване е възможен при свързване на малки слънчеви панели към захранващи устройства с мощност не повече от 0,1 kW. За панели, които ще захранват цяла къща, не се препоръчва инсталиране без контролер, тъй като оборудването ще се повреди много по-рано. Също така, поради презареждане на батерията, те могат да се провалят: инверторът, тъй като няма да се справи с такова напрежение, може да изгори окабеляването от това и т.н. Следователно трябва да се извърши правилна инсталация, като се вземат предвид всички фактори.

Как работи контролерът за зареждане на батерията

При липса на слънчева светлина върху фотоклетките на конструкцията тя е в режим на заспиване. След появата на лъчите върху елементите контролерът все още е в режим на заспиване. Той се включва само ако съхранената енергия от слънцето достигне 10 волта в електрически еквивалент.

Веднага след като напрежението достигне този индикатор, устройството ще се включи и през диода на Шотки ще започне да подава ток към батерията. Процесът на зареждане на батерията в този режим ще продължи, докато напрежението, получено от контролера, достигне 14 V. Ако това се случи, ще се появят някои промени във веригата на контролера за 35 ватова слънчева батерия или друга. Усилвателят ще отвори достъп до MOSFET, а другите два, по-слаби, ще бъдат затворени.

Това ще спре да зарежда батерията. Веднага след като напрежението падне, веригата ще се върне в първоначалното си положение и зареждането ще продължи. Времето, определено за тази операция на контролера, е около 3 секунди.

DIY контролер за зареждане

Ако имате опит в работата с електрическо оборудване, можете сами да създадете контролер за зареждане на слънчева батерия. На снимката по-долу е показана най-простата схема на такова устройство.

Нека разгледаме принципа на действие на такава схема. LDR фотоклетката или фоторезисторът е устройство, което променя съпротивлението си, когато светлината го удари, тоест това е слънчев панел. Управлява се от транзистори. По време на излагане на слънце транзисторите са затворени. Токът се предава от панела към батерията през диода D2, тук е необходим, така че токът да не тече в другата посока.Когато е напълно зареден, ZD регулаторът изпраща сигнал до светодиодната червена лампа, която свети в червено и зареждането спира. Когато напрежението на батерията намалее, стабилизаторът се изключва и се извършва зареждане. Резисторите са необходими, за да се намали силата на тока, така че елементите да не се повредят. Диаграмата също така показва трансформатор, от който също може да се получи зареждане, принципът е същият. Ток започва да тече по този клон през нощта или при облачно време.

Характеристики на устройството

Ниска консумация на енергия в неактивен режим. Веригата е предназначена за малки до средни оловни акумулаторни батерии и при празен ход отнема слаб ток (5mA). Това удължава живота на батерията.

Лесно достъпни компоненти. Устройството използва конвенционални компоненти (не SMD), които могат лесно да бъдат намерени в магазините. Нищо не трябва да се мига, единственото нещо, от което се нуждаете, е волтметър и регулируемо захранване за настройка на веригата.

Последната версия на устройството. Това е третата версия на устройството, така че повечето грешки и недостатъци, които са присъствали в предишните версии на зарядното устройство, са коригирани.

Регулиране на напрежението. Устройството използва паралелен регулатор на напрежението, така че напрежението на батерията да не надвишава нормата, обикновено 13,8 волта.

Защита от понижено напрежение. Повечето слънчеви зарядни устройства използват диод на Шотки, за да се предпазят от изтичане на батерията към слънчевия панел. Когато батерията е напълно заредена, се използва шунтов регулатор на напрежението. Един от проблемите при този подход са загубите на диоди и вследствие на това нагряването им. Например, слънчев панел от 100 вата, 12V, захранва 8А към батерията, спадът на напрежението на диода на Шотки ще бъде 0,4V, т.е. разсейването на мощността е около 3,2 вата. Това е, първо, загуби, и второ, диодът ще се нуждае от радиатор за отстраняване на топлината. Проблемът е, че няма да работи за намаляване на спада на напрежението, няколко паралелно свързани диода ще намалят тока, но спадът на напрежението ще остане същият. В диаграмата по-долу вместо конвенционални диоди се използват MOSFET, поради което мощността се губи само за активно съпротивление (резистивни загуби).

За сравнение, в 100 W панел при използване на IRFZ48 (KP741A) MOSFET, загубата на мощност е само 0,5 W (при Q2). Това означава по-малко топлина и повече енергия за батериите. Друг важен момент е, че MOSFET-ите имат положителен температурен коефициент и могат да бъдат свързани паралелно, за да намалят съпротивлението.

Горната диаграма използва няколко нестандартни решения.

Зареждане. Не се използва диод между слънчевия панел и товара, вместо това има Q2 MOSFET. Диод в MOSFET позволява на тока да тече от панела към товара. Ако на Q2 се появи значително напрежение, тогава транзисторът Q3 се отваря, кондензаторът C4 се зарежда, което принуждава усилвателя U2c и U3b да отвори MOSFET на Q2. Сега спадът на напрежението се изчислява съгласно закона на Ом, т.е. I * R и е много по-малко, отколкото ако там имаше диод. Кондензаторът С4 периодично се разрежда през резистор R7 и Q2 се затваря. Ако от панела тече ток, тогава ЕМП на самоиндукцията на индуктора L1 веднага принуждава Q3 да се отвори. Това се случва много често (много пъти в секунда). В случая, когато токът отива към слънчевия панел, Q2 се затваря, но Q3 не се отваря, тъй като диод D2 ограничава ЕМП на самоиндукцията на дросела L1. Диод D2 може да бъде оценен за ток 1А, но по време на тестването се оказа, че такъв ток се случва рядко.

Тримерът VR1 задава максималното напрежение. Когато напрежението надвиши 13,8V, операционният усилвател U2d отваря MOSFET на Q1 и изходът от панела е "късо съединен" към земята.В допълнение, U3b opamp изключва Q2 и т.н. панелът е изключен от товара. Това е необходимо, тъй като Q1, освен соларния панел, "късо съединява" товара и батерията.

Управление на N-канални MOSFET-и. Мосфетите Q2 и Q4 изискват повече напрежение за задвижване от използваните във веригата. За целта оп-усилвателят U2 с обвързване на диоди и кондензатори създава повишено напрежение VH. Това напрежение се използва за захранване на U3, чийто изход ще бъде свръхнапрежение. Куп U2b и D10 осигуряват стабилността на изходното напрежение при 24 волта. При това напрежение ще има напрежение от поне 10V през порта-източника на транзистора, така че генерирането на топлина ще бъде малко. Обикновено N-каналните мосфетове имат много по-нисък импеданс от тези с P-канали, поради което са използвани в тази схема.

Защита от понижено напрежение. Mosfet Q4, U3a opamp с външна лента на резистори и кондензатори, са предназначени за защита от понижено напрежение. Тук Q4 се използва нестандартно. MOSFET диодът осигурява постоянен поток на ток в батерията. Когато напрежението е над определения минимум, mosfet е отворен, което позволява малък спад на напрежението при зареждане на батерията, но по-важното е, че позволява токът от батерията да тече към товара, ако слънчевата клетка не може да осигури достатъчна изходна мощност. Предпазителят предпазва от късо съединение от страната на товара.

По-долу има снимки на подреждането на елементи и печатни платки.

Настройка на устройството. При нормална употреба на устройството не трябва да се поставя джъмпер J1! За настройка се използва светодиодът D11. За да конфигурирате устройството, свържете регулируемо захранване към клемите за „натоварване“.

Настройка на защита от понижено напрежение Поставете джъмпер J1. В захранването настройте изходното напрежение на 10,5V. Завъртете тримера VR2 обратно на часовниковата стрелка, докато LED D11 светне. Завъртете VR2 леко по посока на часовниковата стрелка, докато светодиодът се изключи. Отстранете джъмпера J1.

Задаване на максимално напрежение В захранването настройте изходното напрежение на 13,8V. Завъртете тримера VR1 по посока на часовниковата стрелка, докато LED D9 се изключи. Завъртете VR1 бавно обратно на часовниковата стрелка, докато LED D9 светне.

Контролерът е конфигуриран. Не забравяйте да свалите джъмпера J1!

Ако капацитетът на цялата система е малък, тогава MOSFET-ите могат да бъдат заменени с по-евтини IRFZ34. И ако системата е по-мощна, тогава MOSFET-ите могат да бъдат заменени с по-мощни IRFZ48.

Контролер за слънчево зареждане

Това устройство е основното в цялата система - контролерът осигурява взаимодействието на всички компоненти - слънчевия панел, товара и батерията (необходимо е само ако искаме да съхраняваме енергия в батерията, ако доставяме енергия директно към електрическата мрежа, необходим е друг тип контролер за мрежова връзка).
На пазара има доста контролери за слаби токове (10-20А), но оттогава в нашия случай вместо оловна се използва литиева батерия, тогава трябва да изберете контролер с регулируеми (регулируеми) параметри. Купен е контролер, както е на снимката, цената на изданието от $ 13 в eBay до $ 20-30, в зависимост от алчността на местните продавачи. Контролерът е гордо наречен „Интелигентен PWM контролер за зареждане на слънчеви панели“, въпреки че всъщност цялата му „интелигентност“ се състои в възможността да задава прагове на зареждане и разреждане и структурно не се различава много от конвенционалния DC-DC преобразувател.

Свързването на контролера е съвсем просто, той има само 3 конектора - съответно за соларния панел, товара и батерията. В моя случай 12V LED лента беше свързана като товар, батерията все още е същата тестова батерия с Hobbyking. Също така на контролера има 2 USB конектора, от които можете да зареждате различни устройства.

Всичко заедно изглеждаше така:

Преди да използвате контролера, трябва да го конфигурирате. Контролерите от този модел се продават в различни модификации за различните видове батерии, като разликите са най-вероятно само в предварително зададените параметри. За моята триклетъчна литиева батерия (3S1P) зададох следните стойности:

Както можете да видите, напрежението за изключване на заряда (PV OFF) е настроено на 12.5V (въз основа на 4.2V, 12.6 може да се постави на клетка, но леко недозареждане има положителен ефект върху броя на циклите на батерията). Следващите 2 параметъра прекъсват натоварването, в моя случай той е настроен на 10V и отново активира заряда на 10.5V. Минималната стойност може да бъде зададена още по-малко, до 9,6V, оставен е малък резерв за работата на самия контролер, който се захранва от същата батерия.

Видове

Вкл. / Изкл

Този тип устройства се считат за най-прости и евтини. Неговата единствена и основна задача е да изключи подаването на заряд към батерията, когато се достигне максималното напрежение, за да се предотврати прегряване.

Този тип обаче има известен недостатък, който е твърде рано изключване. След достигане на максималния ток е необходимо процесът на зареждане да се поддържа за няколко часа и този контролер незабавно ще го изключи.

В резултат на това зарядът на батерията ще бъде около 70% от максималния. Това се отразява негативно на батерията.

ШИМ

Този тип е усъвършенствано включване / изключване. Надграждането е, че има вградена система за модулация с широчина на импулса (PWM). Тази функция позволява на контролера, при достигане на максималното напрежение, да не изключва токовото захранване, а да намали силата му.

Поради това стана възможно почти напълно зареждане на устройството.

MRRT

Този тип се счита за най-напредналия в момента. Същността на работата му се основава на факта, че той е в състояние да определи точната стойност на максималното напрежение за дадена батерия. Той непрекъснато следи тока и напрежението в системата. Поради постоянното получаване на тези параметри, процесорът е в състояние да поддържа най-оптималните стойности на тока и напрежението, което ви позволява да създадете максимална мощност.

Ако сравним контролера MPPT и PWN, тогава ефективността на първия е по-висока с около 20-35%.

MRRT устройства

За най-ефективни и стабилни контролери се считат контролерите за слънчева батерия с модификацията MPRT - Maximum Power Point Tracking. Тези устройства следят мощността на зареждане при достигане на максималната граница. Този процес използва усъвършенствани алгоритми за управление на показанията на напрежението и тока, установявайки най-оптималното съотношение на характеристиките, които осигуряват максимална ефективност на слънчевата система.

В процеса на работа практически е установено, че соларният контролер mppt е по-усъвършенстван и значително се различава от другите модели. В сравнение с PWM устройствата той е с около 35% по-ефективен, съответно самата система се оказва еднаква.

По-високо качество и надеждност на такива устройства се постига чрез сложна схема, допълнена от компоненти, които осигуряват строг контрол в съответствие с условията на работа. Специални вериги следят и сравняват нивата на ток и напрежение и след това определят максималната изходна мощност.

Основната характеристика на MPRT контролерите е възможността за регулиране на соларния панел до максимална мощност, независимо от времето в момента. По този начин батерията работи по-ефективно и осигурява необходимото зареждане на батерията.

Опции за избор

Има само два критерия за подбор:

1. Първият и много важен момент е входящото напрежение. Максимумът на този индикатор трябва да бъде по-висок с около 20% от напрежението в отворена верига на слънчевата батерия.
2. Вторият критерий е номиналният ток.Ако е избран тип PWN, тогава номиналният му ток трябва да бъде по-висок от тока на късо съединение на батерията с около 10%. Ако е избран MPPT, тогава основната му характеристика е мощността. Този параметър трябва да е по-голям от напрежението на цялата система, умножено по номиналния ток на системата. За изчисления напрежението се взема с разредени батерии.

Избор според мощността на масива от слънчеви панели

Основният параметър на контролера на слънчевия заряд е работното напрежение и максималната сила на тока, с която контролерът на заряда може да работи. Много е важно да знаете такива параметри на слънчевите панели като:

• Номиналното напрежение е работното напрежение на веригата на слънчевата батерия, затворена към товара, т.е. на контролер;
• Напрежението с отворен контур е максимално достижимото напрежение на слънчевата верига, което не е свързано с товара. Това напрежение се нарича още напрежение в отворена верига. Когато е свързан към слънчев контролер, контролерът трябва да може да издържи на това напрежение.
• Максимален слънчев входящ ток, ток на късо съединение на слънчевата верига. Този параметър рядко се посочва в характеристиките на контролера. За да направите това, трябва да разберете номинала на предпазителите в контролера и да изчислите величината на тока на късо съединение на слънчевите модули във веригата. За слънчевите панели токът на късо съединение обикновено винаги е посочен. Токът на късо съединение винаги е по-висок от максималния работен ток.
• Номинален оперативен ток. Токът на свързаната слънчева верига, който се генерира от слънчевите панели при нормални работни условия. Този ток обикновено е по-нисък от посочения ток в характеристиките на контролера, тъй като производителите, както винаги, посочват максималната сила на тока на контролера.
• Номинална мощност на свързани слънчеви панели. Тази мощност представлява произведението на работното напрежение и работния ток на слънчевите панели. Мощността на соларните панели, свързани към контролера, трябва да бъде равна или по-малка от посочената, но не повече. Ако мощността е превишена, контролерът може да изгори при липса на предпазители. Въпреки че повечето контролери естествено имат предпазители, оценени за 10-20% претоварване за 5-10 минути.

Начини за свързване на контролери

Като се има предвид темата за връзките, трябва да се отбележи веднага: 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, серия слънчеви панели трябва да извеждат напрежение не повече от тази стойност.

Всяка слънчева електроцентрала работи съгласно правилото за баланс между изходното и входното напрежение на първия етап. Горната граница на напрежението на контролера трябва да съвпада с горната граница на напрежението на панела

Преди да свържете устройството, е необходимо да определите мястото на неговата физическа инсталация. Според правилата мястото за монтаж трябва да бъде избрано в сухи, добре проветриви помещения. Наличието на запалими материали в близост до устройството е изключено.

Наличието на източници на вибрации, топлина и влажност в непосредствена близост до устройството е неприемливо. Мястото за инсталиране трябва да бъде защитено от атмосферни валежи и пряка слънчева светлина.

Техника за свързване на ШИМ модели

Почти всички производители на ШИМ контролери изискват точна последователност от свързващи устройства.

Техниката на свързване на ШИМ контролери с периферни устройства не е особено трудна. Всяка платка е оборудвана с обозначени терминали. Тук просто трябва да следвате последователността на действията.

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

1. Свържете проводниците на батерията към клемите на батерията на устройството в съответствие с посочената полярност.
2. Включете защитния предпазител директно в точката на контакт на положителния проводник.
3. На контактите на контролера, предназначен за слънчевия панел, фиксирайте проводниците, излизащи от слънчевите панели на панелите. Спазвайте полярността.
4. Свържете тестова лампа с подходящо напрежение (обикновено 12 / 24V) към клемите за натоварване на устройството.

Посочената последователност не трябва да се нарушава. Например, строго е забранено свързването на слънчеви панели на първо място, когато батерията не е свързана. Чрез такива действия потребителят рискува да „изгори“ устройството. Този материал описва по-подробно схемата на сглобяване на слънчеви клетки с батерия.

Също така за контролерите от серията PWM е неприемливо да се свързва инвертор на напрежение към клемите за натоварване на контролера. Инверторът трябва да бъде свързан директно към клемите на акумулатора.

Процедура за свързване на MPPT устройства

Общите изисквания за физическа инсталация за този тип апарати 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, проектирани за високи нива на мощност, се препоръчва да се използват кабели с голямо напречно сечение, оборудвани с метални терминатори, на връзките на силовата верига.

Например за системите с висока мощност тези изисквания се допълват от факта, че производителите препоръчват да се вземе кабел за захранващи линии, проектирани за плътност на тока от най-малко 4 A / mm2. Това е например за контролер с ток 60 A е необходим кабел за свързване към батерия с напречно сечение най-малко 20 mm2.

Свързващите кабели трябва да бъдат оборудвани с медни уши, плътно кримпвани със специален инструмент. Отрицателните клеми на соларния панел и батерията трябва да бъдат оборудвани с адаптери за предпазители и превключватели.

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

Блок схема за свързване на мощен MPPT контролер: 1 - соларен панел; 2 - MPPT контролер; 3 - терминален блок; 4,5 - предпазители; 6 - превключвател на захранването на контролера; 7.8 - наземен автобус

Преди да свържете слънчеви панели към устройството, уверете се, че напрежението на клемите съвпада или е по-малко от напрежението, което е позволено да се прилага към входа на контролера.

Свързване на периферни устройства към MTTP устройството:

1. Поставете превключвателите на панела и батерията в изключено положение.
2. Извадете предпазителя на панела и предпазителя на батерията.
3. Свържете кабела от клемите на батерията към клемите на контролера за батерията.
4. Свържете проводниците на соларния панел с клемите на контролера, маркирани със съответния знак.
5. Свържете кабел между заземяващия терминал и заземяващата шина.
6. Инсталирайте температурния сензор на контролера в съответствие с инструкциите.

След тези стъпки трябва да поставите предварително сваления предпазител на батерията на място и да завъртите превключвателя в положение "включено". Сигналът за откриване на батерията ще се появи на екрана на контролера.

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

Екранът на инструмента ще покаже стойността на напрежението на слънчевия панел. Този момент свидетелства за успешното пускане на слънчевата централа в експлоатация.

Избор на контролер за напрежение и ток на слънчеви панели и батерия

Повечето от произведените слънчеви панели имат номинално напрежение 12 или 24 волта. Това се прави, за да могат батериите да се зареждат без допълнително преобразуване на напрежението. Акумулаторните батерии се появиха много по-рано от слънчевите панели и имат общ номинален стандарт на напрежение 12 или 24 волта. Съответно, повечето слънчеви контролери се предлагат с номинално работно напрежение 12 или 24 волта, както и 12 и 24 волта с двоен обхват с автоматично откриване и превключване на напрежението.

Номиналните напрежения при 12 и 24 волта са достатъчно ниски за системи с висока мощност. За да се получи необходимата мощност, е необходимо да се увеличи броят на слънчевите панели и акумулатори, като се свържат в паралелни вериги и значително се увеличи силата на тока. Увеличаването на ампеража води до нагряване на кабела и електрически загуби. Необходимо е да се увеличи дебелината на кабела, разходът на метал се увеличава. Необходими са и мощни високотокови контролери, които са много скъпи.

За да се елиминира увеличаването на тока, се правят контролери за системи с висока мощност за номинални работни напрежения от 36, 48 и 60 волта. Струва си да се отбележи, че напрежението на контролерите е кратно на напрежението от 12 волта, за да може да се свържат слънчеви панели и батерия към серийни модули. Предлагат се множество контролери за напрежение само за технологията за зареждане с ШИМ.

Както можете да видите, ШИМ контролерите се избират с напрежение, кратно на 12 волта, и в тях номиналното входно напрежение от слънчевите панели и номиналното напрежение на веригата на свързаните батерии трябва да са еднакви, т.е. 12V от SB - 12V към батерията, 24V при 24, 48V при 48V.

За MPPT контролерите входното напрежение може да бъде равно или произволно по-високо няколко пъти без кратно на 12 волта. Обикновено MPPT контролерите имат входно слънчево напрежение, вариращо от 50 волта за прости модели и до 250 волта за контролери с висока мощност. Но трябва да се има предвид, че отново производителите посочват максималното входно напрежение и при последователно свързване на слънчеви панели трябва да се добави тяхното максимално напрежение или напрежение на отворена верига. Най-просто казано: максималното входно напрежение е от 50 до 250V, в зависимост от модела, номиналният или минималният вход ще бъде 12, 24, 36 или 48V. В същото време изходното напрежение за зареждане на батерията за MPPT контролери е стандартно, често с автоматично откриване и поддръжка на напрежения при 12, 24, 36 и 48 волта, понякога 60 или 96 волта.

Има серийни индустриални много мощни MPPT контролери с входно напрежение от слънчеви панели при 600V, 800V и дори 2000V. Тези контролери също могат да бъдат закупени свободно от руски доставчици на оборудване.

Освен избора на контролер чрез работно напрежение, контролерите трябва да бъдат избрани според максималния входен ток от слънчевите панели и максималния ток на зареждане на батерията.

За ШИМ контролер максималният входен ток от слънчевите панели ще влезе в тока на зареждане на батерията, т.е. контролерът няма да се зарежда с повече ток, отколкото издаваните слънчеви панели, свързани с него.

В MPPT контролера всичко е различно, входният ток от слънчевите панели и изходният ток за зареждане на батерията са различни параметри. Тези токове могат да бъдат равни, ако номиналното напрежение на свързаните слънчеви панели е равно на номиналното напрежение на свързаната батерия, но тогава същността на преобразуването MPPT се губи и ефективността на контролера намалява. В MPPT контролерите номиналното входно напрежение от слънчевите панели трябва да бъде 2-3 пъти по-високо от номиналното напрежение на свързаните батерии. Ако входното напрежение е по-ниско от 2 пъти по-високо, например 1,5 пъти, тогава ще има по-малка ефективност и повече от 3 пъти по-висока, тогава ще има големи загуби за разликата в преобразуването на напрежението.

Съответно входният ток винаги ще бъде равен или по-малък от максималния изходен ток на зареждането на батерията. От това следва, че MPPT контролерите трябва да бъдат избрани според максималния ток на зареждане на батерията. Но за да не се надвишава този ток, е посочена максималната мощност на свързаните слънчеви панели при номиналното напрежение на веригата на свързаните батерии. Пример за 60 Amp MPPT контролер за зареждане:

• 800W при напрежение на батерията на електроцентралата 12V;
• 1600W при напрежение на батерията на електроцентрала 24V;
• 2400W при напрежение на батерията на 36V електроцентрала;
• 3200W при напрежение на батерията на електроцентрала 48V.

Трябва да се отбележи, че тази мощност при 12 волта е показана за зареждащото напрежение от слънчеви панели от 13 - 14 волта и е кратна за други системи с напрежения 24, 36 и 48 волта.

Домашен контролер: характеристики, аксесоари

Устройството е проектирано да работи само с един слънчев панел, който генерира ток със сила не по-голяма от 4 А. Капацитетът на батерията, който се зарежда от контролера, е 3000 A * h.

За да произведете контролера, трябва да подготвите следните елементи:

• 2 микросхеми: LM385-2.5 и TLC271 (е операционен усилвател);
• 3 кондензатора: C1 и C2 са с ниска мощност, имат 100n; C3 има капацитет 1000u, номинален за 16 V;
• 1 индикатор LED (D1);
• 1 диод на Шотки;
• 1 диод SB540. Вместо това можете да използвате всеки диод, основното е, че той може да издържи максималния ток на слънчевата батерия;
• 3 транзистора: BUZ11 (Q1), BC548 (Q2), BC556 (Q3);
• 10 резистора (R1 - 1k5, R2 - 100, R3 - 68k, R4 и R5 - 10k, R6 - 220k, R7 - 100k, R8 - 92k, R9 - 10k, R10 - 92k). Всички те могат да бъдат 5%. Ако искате повече точност, тогава можете да вземете 1% резистори.

Как мога да заменя някои компоненти

Всеки от тези елементи може да бъде заменен. Когато инсталирате други вериги, трябва да помислите за промяна на капацитета на кондензатора C2 и избор на отклонение на транзистора Q3.

Вместо MOSFET транзистор можете да инсталирате всеки друг. Елементът трябва да има ниско съпротивление на отворения канал. По-добре е да не замествате диода на Шотки. Можете да инсталирате обикновен диод, но той трябва да бъде поставен правилно.

Резисторите R8, R10 са 92 kOhm. Тази стойност е нестандартна. Поради това такива резистори са трудни за намиране. Пълната им подмяна може да бъде два резистора с 82 и 10 kOhm. Те трябва да бъдат включени последователно.

Ако контролерът няма да се използва в агресивна среда, можете да инсталирате тример. Това дава възможност за управление на напрежението. Няма да работи дълго време в агресивна среда.

Ако е необходимо да се използва контролер за по-здрави панели, е необходимо да се замени MOSFET транзисторът и диодът с по-мощни аналози. Всички други компоненти не трябва да се сменят. Няма смисъл да инсталирате радиатор за регулиране на 4 А. Чрез инсталиране на MOSFET на подходящ радиатор, устройството ще може да работи с по-ефективен панел.

Основни видове

1. PWM (PWM) контролери за зареждане... Позволява ви да постигнете 100% зареждане на батерията. Но поради липсата на механизъм за преобразуване на излишното напрежение в ампераж и технология за проследяване на максималната точка, този тип контролер не е в състояние да изтръгне всичко, на което са способни, от слънчеви панели. Устройствата от този тип обикновено се използват в малки системи до 2 kW.
2. MRPT контролери за зареждане... Най-напредналите и трудни към днешна дата. Те са ефективни и надеждни в експлоатация, имат широк набор от настройки и различни елементи за сигурност. Използването на контролери от този тип ви позволява да ускорите изплащането на слънчевите електроцентрали. Поради механизма за преобразуване на напрежението в ток и интелигентна система за проследяване за максималната точка, ефективността им е с 20-30% по-висока в сравнение с предишните модели. Този тип устройства се използват както в малки, така и в големи (индустриални) съоръжения. А също и на места с ограничена площ за поставяне на слънчеви панели в ситуация, в която трябва да извлечете максимума от тях (например на автомобили, лодки или яхти)

Принцип на действие

При липса на ток от слънчевата батерия контролерът е в режим на заспиване. Не използва нито една от вълната на батерията. След като слънчевите лъчи ударят панела, електрическият ток започва да тече към контролера. Трябва да се включи. Въпреки това, индикаторният светодиод заедно с 2 слаби транзистора се включва само когато напрежението достигне 10 V.

След достигане на това напрежение токът ще тече през диода на Шотки към батерията.Ако напрежението се повиши до 14 V, усилвателят U1 ще започне да работи, което ще включи MOSFET. В резултат на това светодиодът ще изгасне и два транзистора с малка мощност ще бъдат затворени. Батерията няма да се зареди. По това време C2 ще бъде разреден. Средно това отнема 3 секунди. След разреждането на кондензатора С2, хистерезисът на U1 ще бъде преодолян, MOSFET ще се затвори, батерията ще започне да се зарежда. Зареждането ще продължи, докато напрежението се повиши до нивото на превключване.

Зареждането се извършва периодично. Освен това продължителността му зависи от това какъв е зарядният ток на батерията и колко мощни са устройствата, свързани към нея. Зареждането продължава, докато напрежението достигне 14 V.

Веригата се включва за много кратко време. Включването му се влияе от времето на зареждане на С2 с ток, който ограничава транзистора Q3. Токът не може да бъде повече от 40 mA.