Солнечная энергетика на бытовом уровне пока сводится к созданию фотоэлектрических панелей сравнительно небольшой мощности. Независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя солнечного света в ток, это устройство снабжается модулем, который называют контроллером заряда солнечной батареи.
В установку для получения солнечной энергии во время фотосинтеза входит аккумуляторная батарея — хранилище энергии, поступающей от солнечной панели.
В этой статье мы изучим устройство, принцип действия и способы подключения данного прибора.
Контроллеры для солнечных батарей
Контроллер для солнечных батарей — это электронный модуль, выполняющий различные контрольные функции во время зарядки и разряда. аккумулятора солнечной батареи.
При попадании солнечного света на поверхность солнечной панели, например, на крыше здания, фотоэлементы преобразуют его в электрический ток.
В его герметичном корпусе уже находятся все устройства, необходимые для преобразования и хранения электричества.
Выработанную энергию можно было бы подавать непосредственно на аккумулятор-накопитель. Но процесс зарядки/разрядки аккумулятора имеет свои особенности (определённые уровни токов и напряжений). Без учёта этих особенностей аккумулятор быстро выйдет из строя.
Чтобы избежать подобных печальных результатов, существует контроллер заряда для солнечных батарей.
Модуль отслеживает не только уровень заряда аккумулятора, но и потребление энергии. В зависимости от степени разряда контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи регулирует и устанавливает уровень тока для начального и дальнейшего заряда.
Модуль создает комфортные условия для аккумулятора, который периодически пополняет устройство энергией.
Применяемые на практике виды
Производство двух типов электронных устройств, пригодных для интеграции в солнечную энергосистему, организовано на промышленных масштабах.
- Устройства серии PWM.
- Устройства серии MPPT.
Самый первый тип регулятора для солнечных панелей можно назвать классическим вариантом.
Схема управления PWM работает по принципу широкополосной модуляции импульсов. Такие приборы функционально немного отстают от устройств MPPT, но всё же действуют достаточно эффективно.
Максимально эффективными являются конструкции с применением технологии отслеживания максимальной границы мощности, отличающиеся прогрессивными схемами и расширенными возможностями.
Если рассматривать оба типа контроллеров, особенно в контексте бытовых приложений, то эффективность MPPT устройств оказывается не такой впечатляющей, как это обычно представляется в рекламных материалах.
Контроллер типа MPPT:
- имеет более высокую стоимость;
- обладает сложным алгоритмом настройки;
- Победа по производительности достигается только при использовании больших панелей.
Данное оборудование целесообразнее применять в системах глобального производства энергии от солнца.
Для пользователей, которым обычно требуются небольшие поверхности панелей, более практично приобрести и использовать для достижения желаемого результата ШИМ-контроллер.
Структурные схемы контроллеров
Для простого понимания принципы работы контроллеров PWM и MPPT можно рассматривать только их структурные схемы, так как подробное изучение электронных схем требует глубоких знаний в этой области.
Вариант #1 — устройства PWM
Солнечная панель подаёт напряжение по двум проводникам (плюсовому и минусовому) на стабилизирующий элемент и разделительную резистивную цепочку. Благодаря этому участку схемы происходит выравнивание потенциалов входного напряжения, а также организуется защита входа контроллера от превышения границы напряжения входа.
Важно помнить, что у каждой модели устройства есть определенное максимальное напряжение входа, указанное в инструкции.
Напряжение и ток ограничиваются до необходимого значения силовыми транзисторами. Сими управляет чип контроллера через микросхему драйвера, вследствие чего на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.
В схему включены датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором для регулирования мощности нагрузки (защита от глубокого разряда аккумулятора). Датчик температуры контролирует нагрев важных элементов контроллера PWM.
Температура внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов обычно не превышает допустимого предела. При достижении температуры за границами настроек прибор прекращает подачу напряжения всем активным линиям.
Вариант #2 — приборы MPPT
Схема усложнена дополнительными элементами, формирующими алгоритм контроля с большей точностью, учитывая рабочие условия.
Компараторы отслеживают и сравнивают уровни напряжения и тока, определяя по итогу наибольшую мощность на выходе.
Главное отличие этих контроллеров от устройств PWM заключается в возможности настройки солнечного модуля для максимальной мощности вне зависимости от погоды.
Разные методы контроля воплощаются с помощью схем этих устройств.
- возмущения и наблюдения;
- возрастающей проводимости;
- токовой развёртки;
- постоянного напряжения.
В финальном участке совместной работы используется алгоритм для сравнения всех перечисленных способов.
Способы подключения контроллеров
Изучая подключения, обращают внимание на то, что каждый аппарат работает с определённой серией солнечных панелей.
Если контроллер спроектирован для максимального входного напряжения в 100 вольт, серия солнечных панелей должна обеспечивать выходное напряжение не выше этой величины.
Верхний предел напряжения контроллера должен совпадать с верхним пределом напряжения панели.
Перед подключением аппарата выберите сухое и хорошо проветриваемое помещение для его размещения. Не допускается установка устройства вблизи легковоспламеняющихся предметов.
Прибору не следует устанавливать рядом с источниками вибрации, тепла и влаги. Место установки должно быть защищено от дождя и солнечного света.
Техника подключения моделей PWM
Большинство производителей контроллеров с регулированием частоты дискретного импульса настаивают на соблюдении строгой последовательности подключения устройств.
Подсоединение устройств требуется строго по маркировке контактов.
- Соедените провода от аккумулятора к клеммам устройства для аккумулятора, следуя указанной полярности.
- В месте соединения положительного провода установить предохранитель.
- На контакты контроллера, отведенные для солнечной панели, установить провода от батарей солнечных панелей, учитывая полярность.
- Присоедините контрольную лампу нужного напряжения (чаще всего 12 или 24 В) к выходным контактам прибора.
Эта последовательность обязательна к соблюдению. Например, подключение солнечных панелей без предварительного подключения аккумулятора строго запрещено. Такие действия могут привести к выходу прибора из строя. этом материале В тексте подробнее представлена инструкция по сборке солнечных батарей с аккумулятором.
К контроллерам серии PWM нельзя подключать инвертор напряжения к клеммам нагрузки. Инвертор нужно соединять напрямую с клеммами аккумулятора.
Порядок подключения приборов MPPT
Требования к физическому размещению оборудования подобны требованиям к предыдущим системам. Однако технологическая установка может отличаться, поскольку контроллеры MPPT часто считаются более мощными устройствами.
Для высокомощных систем специалисты советуют выбирать кабели для силовых соединений с токовой плотностью не ниже 4 А/мм. 2Например, контроллер на ток 60 А требует кабель для подключения к аккумулятору сечением не менее 20 мм. 2.
Кабели для соединения должны иметь медные наконечники, надежно припаянные специальным инструментом. Клеммы отрицательного полюса солнечной панели и аккумулятора требуется снабжать переходниками с предохранителями и выключателями.
Этот метод предотвращает потерю энергии и гарантирует безопасному использованию оборудования.
Перед подключением солнечных панелей Прежде чем подключить устройство, проверьте, чтобы напряжение на клеммах не превышало допускаемое для входа контроллера.
Подключение периферии к аппарату MTTP:
- Переведите выключатели панели и аккумулятора в положение «выкл».
- Снимите предохранители с панели и аккумулятора.
- Подключить проводными контактами аккумуляторных клемм к клеммам контроллера аккумуляторов.
- Соедините провода солнечной панели с клеммами контроллера по маркировке.
- Присоедините кабельным соединением клемму заземления к шине «земля».
- Установите датчик температуры на контроллере, следуя инструкции.
После выполнения этих шагов поставьте прежний предохранитель АКБ и включите выключатель. На дисплее контроллера загорится индикатор наличия аккумулятора.
После краткого перерыва (1-2 минуты) установить предохранитель солнечной панели и включить её выключатель.
Значение напряжения солнечной панели отобразится на экране прибора.
Выводы и полезное видео по теме
Промышленные устройства отличаются разнообразием схем, поэтому универсальные рекомендации по подключению всех установок затруднительны.
Главный принцип для всех видов приборов одинаков: без подключения аккумулятора к шинам контроллера подключение к солнечным батареям запрещено. инвертора напряженияЕго можно считать самостоятельным блоком, соединяемым с аккумулятором непосредственно.
Разделитесь опытом или знаниями с читателями, оставив комментарий ниже. Воспользуйтесь этим блоком для вопросов по теме статьи.