Обзор контроллеров для заряда аккумулятора

Какой контроллер выбрать для солнечной батареи: объясняем суть

Основной сложностью использования солнечной энергии в быту является ее накопление. Солнечная батарея вырабатывает электричество только в период воздействия света, но пользоваться электрикой приходится и вечером и ночью. Напрямую подключать солнечные батареи к аккумуляторам нельзя – сломается и то и другое. Используются специальные устройства – контроллеры солнечных батарей, которые можно собрать своими руками или приобрести готовые.

Подбор по мощности массива солнечных батарей

Основной параметр контроллера солнечного заряда это рабочее напряжение и максимальная сила тока, с которой может работать контроллер заряда. Очень важно знать такие параметры солнечных батарей, как:

Номинальное напряжение – рабочее напряжение контура солнечных батарей, замкнутого на нагрузку, т.е. на контроллер;

Напряжение открытого контура – максимальное достигаемое напряжение контура солнечных батарей, не подключенного к нагрузке. Также же это напряжение называется напряжением холостого хода. При подключении к контроллеру солнечных батарей, контроллер должен выдерживать данное напряжение.

Максимальная сила входного тока от солнечных батарей, сила тока контура солнечных батарей в режиме короткого замыкания. Этот параметр достаточно редко указывается в характеристиках контроллера. Для этого необходимо узнать номинал предохранителя в контроллере и посчитать величину тока короткого замыкания солнечных модулей в контуре. Для солнечных батарей ток короткого замыкания обычно всегда указан. Ток короткого замыкания всегда выше максимального рабочего тока.

Номинальный рабочий ток. Ток подключенного контура солнечных батарей, который вырабатывается солнечными батареями при нормальных условиях эксплуатации. Данный ток обычно ниже указанного тока в характеристиках для контроллера, так как производители, как всегда, указывают максимальную силу тока контроллера.

Номинальная мощность подключаемых солнечных батарей. Данная мощность представляет произведение рабочего напряжения на рабочий ток солнечных батарей. Мощность солнечных батарей, подключенных к контроллеру должна быть равна указанной или меньше, но никак не больше. При превышении мощности, контроллер при отсутствии предохранителей может сгореть. Хотя большинство контроллеров, естественно, имеют предохранители, рассчитанные на перегрузку в 10-20% в течение 5-10 минут.

Виды контроллеров

Существует три типа контроллеров для солнечных батарей, отличающиеся своей функциональностью и ценой соответственно.

В итоге, максимальный ток достигается при 70% уровня заряда, контроллер срабатывает. Батарея быстро приходит в негодность. Двумя ощутимыми достоинствами такого устройства является его стоимость и возможность собрать такой контроллер солнечных батарей своими руками.

ШИМ или PWM – контроллеры обеспечивают ступенчатую зарядку АКБ путем переключения между различными режимами заряда. Эти режимы, в свою очередь, выбираются автоматически в зависимости от степени разряженности аккумулятора. АКБ заряжается до 100% за счет повышения напряжения и понижения силы тока. Недостатком такого контроллера являются потери при зарядке аккумулятора – до 40%

MPPT контроллер. Наиболее экономичный и современный способ организовать зарядку аккумуляторной батареи от солнечных панелей. Этот вид контроллеров работает по вычислительной технологии. В каждый момент времени он сравнивает напряжение, подаваемое с солнечных панелей с напряжением на аккумуляторе и выбирает оптимальные преобразования для того, чтобы получить максимальный заряд АКБ.

Обзор контроллеров солнечной батареи: разновидности

По своему устройство различают четыре типа контроллеров (не считая самодельных):

OnOff — отключает заряд по достижению верхнего предела напряжения;
PWM — для понижения заряжающего тока при максимальных нагрузках;
МРРТ — сложная система, снимающая высокое напряжение с батарей с последующей оптимизацией нагрузки;
гибридные — созданы для комбинированных систем (солнечные модули + ветряки) для сброса избыточной энергии.

Чем сложнее модель, тем выше ее стоимость. Поэтому устройства типа «OnOff» всегда будут стоить дешевле, чем МРРТ. Необязательно покупать последнюю новинку техники, если вам необходим простой контроллер для солнечной батареи на даче. В этих случаях модели «OnOff» будет достаточно. Если вам необходимо позаботиться о гелиосистеме, работающей на постоянной основе и служащей для обеспечения электроэнергией жилого дома, тогда стоит задуматься о приобретении PWM или МРРТ моделей. Гибридные модели актуальны только для владельцев комбинированных систем. Они строятся на базе МРРТ или PWM с той разницей, что у них используются вольтамперные системы исчисления.

Какой выбирать

Как видно из описаний, первый вариант (ON/OFF контроллер) – совсем не подходит для длительного использования. Т.е. если он у вас имеется, то его можно поставить для тестирования работы системы, но затем заменить на ШИМ (PWM) контроллер или MTTP.

Последний – предпочтительнее. Технология MTTP предусматривает КПД контроллера солнечных батарей на уровне 93-97%, тогда как ШИМ дает только 65-70%. Если учитывать стоимость солнечных панелей, то покупка более дорогого контроллера оправдывается эффективностью их использования.

Подбор контроллера по максимальной нагрузке, зарядному току акб и по количеству акб

Одним из важных аспектов выбора контроллера является максимальная выходная мощность контроллера, которая должна учитываться как со стороны контроллера, так и со стороны акб. Рассмотрим почему.

Допустим, имеем комплект акб большой емкости. Соответственно чтобы зарядить данные акб в течение дня, контроллер должен выдавать необходимую мощность, ну и мощность подключенных солнечных батарей должна быть, естественно, не меньшей. Если мощность контроллера и массива солнечных батарей будет меньше, то акб не успеют зарядиться в течение дня, и при постоянной нагрузке разрядятся еще больше, и так каждый раз, что скажется на их последующем ресурсе.

Если подключенные акб к солнечному контроллеру имеют маленькую емкость. Для современных контроллеров эта проблема уже не актуальна, но стоит рассмотреть такой вариант. На старых или простых контроллерах очень важно было подобрать контроллер, мощность которого с равной мощностью солнечных батарей позволят в течение дня зарядить акб, разряженный за ночь, и обеспечить питанием дневные электрические нагрузки. Для аккумуляторных батарей максимальный зарядный ток не должен превышать 30% от номинала емкости, если акб имеет емкость 100АЧ, то зарядный ток не должен превышать 30 Ампер. Если же мощность солнечной системы была бы избыточна, то контроллер продолжал бы заряжать акб даже после полного их заряда, не опуская зарядный ток и напряжение, что приводило к закипанию электролита, его кипению, вскипанию и порче аккумулятора. Современные контроллеры имеют встроенный компьютер, который следит за параметрами акб, имеет программу заряда, управляемые реле отключения, а также может регулировать ток и напряжение заряда.

Подбор контроллера по типу АКБ

Различные по типу АКБ необходимо заряжать по различным программам зарядки. Это связано с различным химическим составом аккумуляторов. Программы зарядки имеют разные алгоритмы заряда. В соответствии с выбранной программой зарядки акб контроллер заряда регулирует напряжение и силу тока в установленном диапазоне. Современные контроллеры заряжают контроллеры по технологии широтно-импульсной модуляции, такие контроллеры называются ШИМ(PWM) контроллеры. Причем более дорогие контроллеры, которые называются MPPT, использующие технологию поиска точки максимальной мощности от массива солнечных батарей тоже заряжают аккумуляторы по технологии ШИМ. Сначала MPPT контроллер отбирает максимальную мощность, а далее используя ШИМ преобразователь, заряжает акб в соответствии с установленной программой зарядки.

В зависимости от имеющихся аккумуляторов, необходимо выбрать контроллер, имеющий программу заряда именно для вашего типа акб. Рассмотрим основные типы АКБ и условия их заряда:

1) Свинцово-кислотные с жидким электролитом. Заряжаются обычно напряжением не выше 14-15 вольт, можно и выше до 17 вольт, но электролит быстро закипит и начнется процесс его выкипания и разрушения пластин, поэтому придется безотрывно следить за процессом заряда и при начале образования пузырьков, все равно опустить напряжение до 14 вольт, или отключить заряд и дать остыть аккумулятору. Также такие аккумуляторы при заряде выделяют взрывоопасный газ, поэтому их необходимо заряжать с открытыми клапанами и в хорошо вентилируемом помещении.

2) Свинцово-кислотные герметичные с загущенным или абсорбированным электролитом. Это аккумуляторы, изготовленные по технологии GEL и AGM. Данные аккумуляторы необходимо заряжать напряжением не выше 14 вольт. Это связано с тем, что если начнется процесс нагрева, загущенного или абсорбированного электролита, то структура электролита начнет разрушаться, и потеряет свои свойства, причем в отличии от жидко-кислотных, электролит невозможно поменять или восстановить.

3) Щелочные АКБ. Требуют заряд напряжением от 10В до 17В, необходимо следить за процессом заряда.

5) Литиевые, имеют в составе специальный блок управления зарядом.

Простые контроллеры заряда имеют одну или две программы зарядки для свинцово-кислотных акб для негерметичных жидкостных и для герметичных GEL или AGM аккумуляторов.

Видео, контроллер своими руками

Контроллер для солнечных батарей можно собрать своими руками, однако это тоже требует определенных вложений. Так, на сборку простенького ШИМ контроллера вам придется потратить 10$ на детали и 2-3 часа работы с паяльником. При стоимости готового изделия 20$ — такая перспектива уже не кажется раумной. Собрать качественный MPPT — контроллер в домашних условиях — вообще занятие невозможное, нужно и оборудование и соответствующий софт. Ролик будет полезен тем, кто любит и умеет пользоваться паяльником.

Дополнения к видео: схема контроллера, расположение деталей на печатной плате:

Power Bank с солнечной батареей — расчет на безграмотность Реальное применение тонкопленочных солнечных батарей Бестопливный генератор — способ заработать на безграмотности Как выбрать солнечную панель — обзор важных параметров

Подбор контроллера заряда по необходимым функциям

В современном мире в стремлении увеличения эффективности, автономности и оперативности информационного контроля к контроллерам заряда от солнечных батарей также применяются требования к обеспечению различными функциями, в зависимости от места применения контроллера.

Наиболее востребованными функциями необходимыми в контроллере заряда являются:

Автоопределение номинального напряжения солнечных батарей и акб 12В/24В/36В/48В и др.

Наличие дисплея для отображения показаний и удобства настройки;

Возможность вручную устанавливать параметры работы контроллера;

Наличие коммуникационных портов для подключения внешнего дисплея или компьютера, с учетом удаленного доступа. Такие порты, как RS232, USB, Ethernet интерфейсы для связи с другими устройствами;

Поддержка различных типов аккумуляторов;

Встроенные защиты: перегрузка, перезаряд, короткое замыкание;

Комплексная самодиагностика и электронная защита может предотвратить ущерб от неправильной установки или системных ошибок;

Внешние датчики температуры, тока и др.;

Реле управления другими устройствами;

Встроенные таймеры на отключения нагрузки;

Электронный журнал параметров работы контроллера.

Солнечный контроллер заряда необходимо выбирать с учетом требуемых функций.

6. Выбор контроллера по типу регулировки напряжения и тока. ШИМ и MPPT.

По регулировке тока и напряжения современные контроллеры можно разделить на два основных типа ШИМ и MPPT.

1) ШИМ контроллеры.

2) MPPT контроллеры.

Подробное описание технологии лучше всего смотреть в статьях ШИМ контроллеры, MPPT контроллеры, в чем отличие ШИМ и MPPT контроллера.

Источник

Контроллер заряда аккумулятора на Алиэкспресс: лучшие модели из представленного ассортимента

Дата публикации: 19 июня 2019

В электрике нет лишних мелочей, и каждое устройство играет свою, строго определенную роль. С этим утверждением могут не согласиться некоторые сторонники использования солнечной энергии для заряда аккумуляторных батарей. Часто они напрямую подключают аккумулятор к солнечной батарее и успешно заряжают его при наличии даже рассеянного солнечного света. Но позже, когда аккумулятор выходит из строя гораздо раньше номинального срока эксплуатации, они вряд ли догадаются, что причина этого явления – в неуместной экономии. Что же происходит на самом деле?

После прямого подключения батареи к аккумулятору уровень заряда начинает расти до предельного значения напряжения, которое зависит от типа аккумулятора.
Как только будет достигнут предельный уровень напряжения, пользователю необходимо сразу же выключить устройство. В противном случае возникнет явление перезаряда, при котором электролитическая жидкость начинает активно выкипать. Таким образом, срок службы аккумулятора резко сократится.
Есть и еще одна проблема. Выключение аккумулятора сразу по достижении им предельного значения напряжения означает его зарядку лишь на уровне 85-90%. Для полного заряда необходимо еще некоторое время находиться под напряжением. Систематически повторяющаяся неполная зарядка негативно скажется на рабочем ресурсе аккумулятора, и срок его эксплуатации существенно сократится.

Решение проблемы – покупка контроллера заряда на Алиэкспресс для тех, кто хочет подешевле, или в ближайшем магазине электротехнических товаров. Причем желательно отдать предпочтение модели с так называемой PWM-функцией. Рассмотрим преимущества ее применения:

Подключение аккумулятора к солнечной батарее через контроллер простого типа будет прервано сразу по достижении предельного уровня напряжения. Но, как сказано выше, уровень заряда будет находиться в пределах 90%, поскольку условия по определенному времени выдержки аккумулятора не было соблюдено.
При использовании PWM-контроллера уровень заряда будет доведен до 100% благодаря явлению широтно-импульсного преобразования (английская аббревиатура PWM). При достижении предельного значения «умное» устройство снизит напряжение, подаваемое с солнечной батареи, и продержит аккумулятор в заряжаемом состоянии еще несколько часов.

Также в числе важных параметров нового контроллера заряда аккумулятора с Алиэкспресс опции:

температурной компенсации зарядного напряжения;
выбора типа аккумулятора, поскольку различные модели имеют разные уровни напряжения в одинаковых режимах;
учета температуры аккумуляторной батареи, что важно для повышения точности заряда.

Обзор лучших моделей контролеров заряда аккумулятора на Алиэкспресс

Ниже представлено описание моделей контроллеров, характеристики которых были по достоинству оценены многочисленными покупателями:

TZT DC 6-60 в 30A

Предназначена для свинцово-кислотных аккумуляторов. Диапазон напряжения – от 6 до 60В. Модель оснащена ЖК-дисплеем XY-L30A. На мониторе отображаются напряжение, процент и продолжительность заряда. На базе устройства реализована опция автоматического контроля заряда. Также имеется функция установки времени заряда, формат – 24 часа, максимальная продолжительность – 100 часов.

CORE SET XY-L10A

Данный контроллер заряда аккумулятора с Алиэкспресс адаптирован для работы со свинцово-кислотными аккумуляторами. Рабочие параметры и время зарядки отображаются на ЖК дисплее. В числе предлагаемых функций: автоматический контроль, установка времени, управление с мобильных устройств и ПК через последовательное подключение.

Diymore XH-M604

Рассчитан на входное напряжение в пределах 6-60В. Модель отличается высокой точностью отображения и управления – 0,1В. Уровень заряда отображается на ЖК-мониторе. Допускает установку уровней начального и конечного напряжения. Имеет компактные размеры 81*54*18 мм.

EASUN POWER ICharger PWM 10A 20A 30A

Встроенный промышленный микроконтроллер, на базе которой реализована 4-х ступенчатая функция широтно-импульсного преобразования PWM. Работает со свинцово-кислотными и гелиевыми аккумуляторными батареями. Рассчитан на напряжение 12-24В и силу тока 10A, 20A, 30A в зависимости от модификации. Все рабочие параметры отображаются на ЖК-дисплее. Также в числе достоинств модели – встроенная защита от короткого замыкания, обратная защита, защита от перегрузки. В процессе работы отмечен низкий уровень нагревания устройства.

SLAR MG 60A/50A/40A/30A/20A/10A

Контроллер с PWM-функцией. На LED-индикаторе отображается входное и выходное напряжение, а также – уровень заряда батареи в реальном времени. Может подключаться и управляться с компьютера через USB-порт. Возможен выбор одного из трех режимов заряда – быстрый, стабильный и поддерживающий с опцией контроля заряда. Встроена защита от перезаряда, перегрузки и от короткого замыкания.

Y-SOLAR Z10/Z20/Z30

Модель контроллера заряда аккумулятора с Алиэкспресс с PWM-функцией в нескольких вариантах исполнения, в зависимости от силы тока 30A, 20A, 10A напряжением 12-24В и мощностью от 120 до 360Вт. Подходит для различных типов свинцово-кислотных батарей с таймером нагрузки. Установлен двойной светодиодный дисплей. Возможно подключение и управление через USB-порт. На базе контроллера реализована 4-ступенчатая зарядка Boost, ABS, Equalization, Float благодаря использованию промышленного микропроцессора STM 8. Имеется опция таймера и запоминания ранее настроенных параметров. Встроена защита от перегрева, обратного тока, короткого замыкания, разрядки и перегрузки. На устройство предоставляется гарантия производителя 12 месяцев.

Получить энергию – важно, но ещё важнее – сохранить!
Накопители энергии Serenis ESS
Баллоны под водой как хранилища энергии
Аккумуляторы для автомобилей дешевеют, запас хода растет

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Советы по выбору контроллера для солнечных панелей.

Добрый день. И так, по предыдущим постам с выбором количества аккумуляторов и инвертора для домашней солнечной электростанции или резервной системы я рассказал. Расскажу теперь о контроллерах для солнечных панелей, о наиболее популярных моделях, сильно крутые и дорогие модели это отдельная история.

Контроллеры продаются двух видов, это ШИМ (или PWM) что означает ШИРОКО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ.

ШИМ – контролеры обеспечивают многоуровневый процесс заряда батареи: наполнение, поглощение, выравнивание и подзарядка (поддержание). На первом уровне, при максимально разряженной батарее, происходит прямое подключение солнечных батарей к аккумулятору. Заряд осуществляется максимальным током.

При достижении определённого напряжения происходит переключение на второй уровень с включением режима широтно-импульсной модуляции. Напряжение в системе поддерживается постоянным, а ток заряда постепенно снижается, пропорционально заряду.

На третьем уровне включается режим подзарядки для герметичных батарей, т. к. данные аккумуляторы не требуют выравнивающего заряда. А для жидко-электролитных сначала включается режим выравнивания, а затем режим поддержания. Все это происходит вот по такому графику:

И контроллеры MPPT (maximum power point tracking ), то есть слежение за точкой максимальной мощности. Если вы хотите увеличить выработку энергии вашими солнечными батареями без добавления солнечных панелей, то вам нужно заменить ваш солнечный контроллер на контроллер со слежением за точкой максимальной мощности (ТММ)солнечной батареи. Такой контроллер позволит в большинстве случаев увеличить выработку электроэнергии по сравнению с ШИМ контроллерами .

Естественно они очень отчаются по цене. Если у вас одна/две панели для резерва или вы собираетесь на даче вечерком смотреть телевизор, плюс свет в комнате, то не заморачивайтесь и поставить ШИМ контроллер, допустим вот такой JUTA CM20, напряжение 12/24V , максимальный ток на входе 10А, мощность подключаемых солнечных панелей -120Вт (12В) и 240Вт (24В). Цена на него колеблется в пределах 1000-1300 руб.

Обращаю ваше внимание, что практически на всех моделях ШИМ контроллеров, есть автоматическое включение-выключение освещения на 12/24V, точнее разъемы под освещение есть, но китайские товарищи последнее время, видать в целях оптимизации расходов эту опцию не ставят, напряжение на контактах есть, но никакой автоматики по включению/выключению нет, контакты сделаны параллельны с контактами подключения АКБ. Так что если вам нужна такая опция, то ищите контроллеры с кнопкой как на фото, это кнопка настройки автоматики включения/выключения освещения.
Да, и в 99% инструкций не написано как этим пользоваться, хотя может быть на китайском и написано, но вот я его не понимаю. В двух словах, вы все подключили, светодиод над кнопкой горит, нажимаете на кнопку и держите 3-5 сек., светодиод начинает моргать, одно включение светодиода, означает один час работы освещения после захода солнца, так что вам нужно просто отсчитать количество морганий и опять нажать кнопку. То есть моргнул 5 раз, нажали кнопку, свет автоматически включится и проработает 5 часов, после чего выключится. Так же есть контроллеры с двумя таймерами, один отслеживает время включения освещения после захода солнца, второй отвечает за включение освещение перед восходом солнца. Например, солнце зашло, освещение поработало 3 часа, выключилось, потом перед восходом солнца скажем за 2 часа (это как запрограммируете) освещение опять включится и выключится когда солнце взойдет.

Ну а если у вас более солидная солнечная электростанция то уж лучше ставить MPPT контроллер. Выбор моделей очень большой и наименьшая цена находится где то в районе 7000 руб. Еще хочу заострить ваше внимание на том, что частенько в технических характеристиках пишут так — номинальное напряжение 12/24/48В , но чаще всего контроллер работает на 12/24В , а 48В нужно заказывать отдельно, соответственно и цена будет несколько выше. Это относится и к таким опциям как подключение контроллера к интернету или поддержка им SIM -ок , это все обычно не в ходит так сказать в базовую комплектацию.

Старайтесь контроллеры выбирать с дисплеем, это значительно упростит вам использование солнечной электростанции, хоть они и несколько дороже контроллеров с простейшей индикацией на светодиодах. На дисплее отображаются данные по току получаемому от панелей, температуре, заряжаются или уже заряжены АКБ, сколько выработано за день и т. д.

Да и забыл сказать, контроллеры и ШИМ и МРРТ должны находиться в одном помещении с аккумуляторами, так как в них есть температурные датчики. И еще один момент, электроника штука такая, может десятилетиями не ломаться, а может и через пару дней накрыться, так что я порекомендую иметь в запасе парочку ШИМ контроллеров не дорогих, если что то случится они выручат.

Надеюсь, что помог тем кто решил обзавестись солнечной электростанцией и сейчас подбирает оборудование. И будет чаще встречаться такая картинка.

Источник

Как выбрать или сделать самому контроллер заряда автоаккумулятора?

01.06.2021 4 699 АКБ

Аккумулятор вместе с генератором являются устройствами, обеспечивающими автомобиль электропитанием. От степени зарядки батареи зависит успешный старт машины и работа приборов, входящих в электрическую сеть при выключенном двигателе. Поэтому важно следить за ее зарядкой. Для контроля зарядки предназначен контроллер заряда автомобильной АКБ. В статье описывается принцип действия устройства, дается инструкция по изготовлению своими руками.

Если не контролировать зарядку, то недозаряд аккумулятора грозит тем, что в один прекрасный момент может не завестись двигатель, особенно в зимний период. Проверить напряжение на клеммах устройства можно с помощью мультиметра. Если говорит контрольная лампа заряда аккумуляторной батареи на приборной панели, это говорит о том, что у батареи низкая зарядка. Но горение лампочки малоинформативно.

Что такое контролер заряда аккумулятора и какие функции он выполняет?

Контроллер заряда аккумулятора — это специальное устройство, которое автоматически регулирует уровень тока и напряжения в устройстве. Заряд аккумулятора определяется разницей напряжения между двумя клеммами. Таким образом, контроллер предохраняет аккумулятор от избыточного перенапряжения и соответственно повреждения.
Однако, если рассуждать логически, многие приборы могут с легкостью обойтись без контроллера. Если подсоединить устройство напрямую к источнику напряжения, при этом контролируя силу тока и значение напряжения, можно избежать повреждений. Хотя в этом случае заряд устройства будет ниже — 70% от общей емкости аккумулирующего устройства. Таким образом, можно сделать вывод, что контроллер заряда позволяет зарядить устройство на 100%.

Если говорить о том, какие задачи выполняет контроллер, можно сказать:

Модуль защиты аккумулятора оптимизирует всю систему питания, что позволяет устройству сохранить свои внутренние ресурсы.
Кроме этого, контроллер позволяет избежать перегрузки системы, что может привести к поломкам основных механизмов.

Параметры выбора

Критериев выбора всего два:

Первый и очень важный момент – это входящее напряжение. Максимум данного показателя должен быть выше примерно на 20% от напряжения холостого хода солнечной батареи.
Вторым критерием является номинальный ток. Если выбирается типаж PWN, то его номинальный ток должен быть выше, чем ток короткого замыкания у батареи примерно на 10%. Если выбирается МРРТ, то его основная характеристика – это мощность. Этот параметр должен быть больше, чем напряжение всей системы, умноженной на номинальный ток системы. Для расчетов берется напряжение при разряженных аккумуляторах.

Что такое контроллер и какие разновидности этого устройства существуют?

Стандартных схем контроллеров не существует, однако все они имеют схожие черты. Как правило, большинство из них включают в себя два подстроечных резистора, который контролируют максимумы и минимумы напряжения. Кроме этого, в каждом контроллере есть обмотка реле, которое контролирует диапазон границ. Таким образом, если в аккумуляторе установлена максимальная граница в 15 В, устройство не сможет генерировать энергию выше этого предела.

В зависимости от строения контроллеры могут быть:

простой контроллер или универсальный;
гибридный контроллер.

Среди устройств, позволяющих контролировать данные параметры, различают:

контроллеры типа ВКЛ/ВЫКЛ;
Pulse width modulation (PWM) контроллер, или широтно-импульсный модулятор;
Maximum power point tracking (MPPT) контроллер или контроллер, который следит за направлением солнечных лучей.

Контроллеры типа ВКЛ/ВЫКЛ

Этот модуль выполняет функцию выключения аккумуляторов от источника при предельных нагрузках. На сегодняшний день, эти контроллеры используются довольно редко и считаются одним из самых примитивных. Принцип действия контроллера построен на постоянном контроле определенных значений генератора и плеча аккумулирующего устройства. Включение контроллера происходит тогда, когда напряжение на батарее будет ниже номинала, либо будет находиться в пределах параметров напряжения. Выключение устройства происходит в том случае, если напряжение превышает лимит нагрузки, которую может выдержать контроллер. Такие контроллеры широко используются в системах с прогнозируемой нагрузкой, к примеру, в системах аварийного освещения и сигнализации (контроллер заряда-разряда hcx-2366).

Функции

Контролеры созданы для:

Наблюдения за процессом зарядки. При восстановлении емкости от 0 до 10% работает предварительное накопление емкости. От 10 до 70-80% происходит увеличение скорости наполнения постоянным током. Дозарядка проходит медленнее, из-за увеличившегося сопротивления в цепи.
Регулировки просадок. Защищает электрическую цепь от короткого замыкания, просадок напряжения.
Блокировки перезаряда. У каждой батареи есть лимит максимального напряжения (у Li-Ion он составляет около 4,2 В). Достигнув указанной цифры, питание автоматически отключается, препятствуя вздутию и взрыву АКБ.
Защиты от глубокой разрядки. Если напряжение аккумулятора падает ниже критического значения (3 В в Li-Ion), происходит потеря номинальной емкости, уменьшается время автономной работы.
Балансировки. Следит за равномерной зарядкой всех звеньев электросхемы, увеличивая срок службы элемента питания.
Наблюдения за температурой. При перегреве или переохлаждении срабатывает терморезистор, который отключает питание, поданное на батарею.

Все параметры задают микросхеме или контролеру на этапе производства.

PWM контроллер

Микросхемы управления типа PWM являются самыми современными и многофункциональными с технической точки зрения. Такие устройства позволяют в автоматическом режиме отслеживать значения напряжения и силы тока. После того, как достигается максимально возможное значение, контроллер фиксирует его на плате для стабилизации аккумулирующего устройства. Благодаря этому, достигается максимальная емкость аккумулятора. Данный тип контроллеров имеет и другое название, которое встречается чаще — это ШИМ-контроллеры. Если расшифровать сокращенную аббревиатуру, то получится такое понятие как широтно-импульсный модулятор. Чаще всего такие устройства встречаются в теле- и радиотехнике. Кроме этого, их можно найти в некоторых бытовых приборах и импульсных блоках питания.

Принцип действия PWM контроллера

Напряжение от стандартной солнечной панели переходит по двум проводникам к стабилизирующему элементу. За счет этого, происходит выравнивание потенциалов входного напряжения. После этого напряжение поступает в транзисторы, которые стабилизируют входящие напряжение и ток. Вся система управляется за счет драйвера. Схема устройства включает в себя датчик температуры и драйвер. Данные устройства контролируются силовыми транзисторами, количество которых зависит от мощности устройства. Датчик температуры отвечает за состояние нагрева элементов контроллера. Обычно он находится на радиаторах силовых транзисторов, либо внутри корпуса. От этого его функциональность не меняется. Если температура превышает заданные границы, устройство автоматически отключается.

Способы подключения

Подключение завит от типа устройства.

Специально для пользователей, рядом с клеммами есть обозначения, что к ним подключать. Необходимо учесть строгую последовательность: 1. Подключите аккумулятор. 2. Включите предохранитель на плате, рядом с «+». 3. Вставьте контакты солнечных батарей. 4. Подсоедините контрольную лампу с напряжением 12 или 24 В.

Важно производить подключение в строгой последовательности, учитывая маркировки, нанесенные на клеммы и полярность проводов.

Подключение заметно отличается от ШИМ:

Солнечную панель подключают к инвертору.
От него плюс заводят в прибор. На минусовой кабель ставят предохранитель.
Ко второму плюсу и минусу подключают АКБ с использованием предохранителей.
Инвертор и контроллер подключают к заземлению.

Последовательность и тип подключения будет незначительно отличаться:

Переведите клеммы в неактивное положение.
Достаньте предохранители.
Подсоедините батареи.
Подключите солнечные батареи.
Позаботьтесь о заземлении.
Добавьте в цепь датчик температуры.
Верните предохранители, активируйте клеммы.

Широтно-импульсный модулятор

MPPT контроллер — это модуль контроля электричества, который используется для генерации энергии на солнечных электростанциях. Микросхема устройства работает с максимальными значениями КПД и дает высокие показатели на выходе. Микросхема, в которую входит контроллер данного типа, достаточно сложная и включает в себя ряд устройств, которые выстраивают необходимый порядок контроля. Эта последовательность позволяет контролировать уровни напряжения и тока постоянно, при этом выдавая максимум мощности устройства на выходе. Главным отличием в конфигурации широтно-импульсного модулятора от PWM устройств считается то, что они способны активизировать свой солнечный модуль под погодные условия. Таким образом, мощность при любой погоде будет максимальная, независимо от продолжительности нахождения на солнце.

Изготовление платы

Для работы потребуется:

Стеклотекстолит фольгированный;
Наждачная бумага (очень мелкозернистая и нулёвка);
Растворитель для обезжиривания;
Глянцевая бумага для лазерного принтера (1 лист);
Утюг;
Лимонная кислота;
Перекись водорода;
Соль пищевая;

Для платы понадобится кусок текстолита размером 4Х6 сантиметра. Обрезать её в нужный размер лучше ножовкой по металлу. Потому что при работе ножницами текстолит может расслоиться и появятся грубые заусенцы.

Обязательно обрабатываем кромку мелкой наждачной шкуркой. Чтобы снять слой оксидной плёнки, очень аккуратно обрабатываем поверхность нулёвкой.

Последний подготовительный этап – обезжиривание. Но это перед тем как приложить распечатанную схему.

Как грамотно выбрать контроллер заряда аккумулятора?

Для того, чтобы выбрать нужный контроллер, необходимо определиться с функцией, которую будет нести данное устройство и с масштабом всей установки. Если предполагается сборка небольшой солнечной системы, которая будет контролировать бытовые приборы с мощностью не более двух киловатт, то достаточно установки PWM контроллера. Если же речь идет о более мощной системе, которая будет контролировать сетевое электричество и работать в автономном режиме, тогда необходима установка MTTP контроллера. Все зависит от напряжения которое поступает на контроллер аккумулирующего устройства. PWM-контроллера способны выдержать показатели до 5 кВт, в свою очередь MTTP-модули выдерживают до 50 кВт.

Режим КТЦ АКБ

При старте программы включается заряд АБ с током Is. Через 1 сек АБ переключается на разряд с током Ii. Еще через 1 сек АБ снова переключается на заряд. Так продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет Umax – программа останавливается. Индикация КТЦ выкл. Если напряжение стало выше Umax на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR. Если ток заряда или разряда превысил установленные на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR.

Если истекло время заряда (параметр H) – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке надпись Time out.

Выбранный режим после отключения от сети не запоминается. При включении всегда режим зарядка.

Как работают электронные модули солнечной батареи?

Микроконтроллеры, или электронные модули, которые являются неотъемлемым элементом солнечной батареи, предназначены для ряда функций, позволяющих сохранять энергию солнечной панели. Генерация энергии солнечной батареей обусловлена падением на ее поверхность солнечных лучей. Благодаря фотоэлементам, солнечных свет генерирует электрический ток. Полученная энергия попадает на контроллер заряда аккумулятора, который отслеживает потребление энергии. Данное устройство регулирует и устанавливает предельное значение силы тока и пропускает ее в аккумулятор-накопитель. Чисто теоретически, без контроллера заряда можно было бы обойтись. Таким образом, вся полученная энергия напрямую бы попадала в аккумулятор. однако, при этом возникал бы риск постоянных перегрузок системы, которые бы в скором времени выводили устройство из строя. Самым ярким примером такого устройства является литий-ионный аккумулятор, который устанавливается в телефонах, планшетах, зарядных устройствах для ноутбуков и других современных гаджетах.

Как сделать своими руками

Если нет возможности приобрести уже готовый продукт, то его можно создать своими руками. Но если разобраться в том, как работает контроллер заряда солнечной батареи довольно просто, то вот создать его будет уже сложнее. При создании стоит понимать, что такой прибор будет хуже аналога, произведенного на заводе.

Источник

Солнечные батареи своими руками. Подбор оборудования для солнечных электростанций

Контроллеры, аккумуляторы и инверторы для солнечных электростанций: особенности выбора и рекомендации от пользователей FORUMHOUSE.

О том, что такое солнечные батареи, как рассчитывать количество фотоэлектрических элементов и какие разновидности полупроводниковых ячеек можно использовать при строительстве солнечных электростанций, мы рассказывали в первой части данной статьи. Сегодня же мы поговорим о том, какое еще оборудование должно входить в комплект домашней автономной системы электроснабжения и как выбирать оптимальный для вашего дома солнечный инвертор, аккумулятор и контроллер.

Выбор контроллера

Солнечный контроллер, подключенный к солнечным батареям и аккумулятору, обеспечивает своевременную подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ), защищает ее от преждевременной деградации и выполняет следующие функции:

Автоматическое подключение АКБ к фотоэлектрическим модулям для подзарядки.
Автоматическое отключение аккумулятора от фотоэлектрических панелей (ФЭП) при достижении максимального уровня зарядки (защита аккумулятора от перезаряда).
Автоматическое отсоединение АКБ от потребителей электроэнергии при достижении недопустимого уровня разряда (защита аккумулятора от глубокого разряда).
Повторное подключение нагрузки к аккумулятору при восполнении уровня его заряда.

Контроллер способен автоматически отключать нагрузку, подключаемую на выход «Load» устройства. К этому выходу подключаются маломощные потребители постоянного тока (светодиодные лампы).

Максимально допускаемая нагрузка на выход «Load» указывается производителем в паспорте устройства.

Все потребители переменного тока (бытовые электроприборы, электроинструмент и т. д.) не имеют прямого подключения ни контроллеру, ни к солнечным панелям. Они через инвертор подключаются к аккумуляторной батарее.

При такой схеме подключения от глубокого разряда аккумулятор защищается не контроллером, а инвертором. К вопросам переразряда АКБ и способов защиты от него с помощью солнечного инвертора мы вернемся чуть позже.

Разновидности контроллеров

Основная задача солнечного контроллера состоит в том, чтобы обеспечивать режимы зарядки аккумуляторной батареи (силу тока и уровень напряжения), соответствующие типу АКБ и ее состоянию. Простейший контроллер типа «on-off» способен выполнять лишь 2 операции: автоматически включать или отключать аккумулятор от фотоэлектрических панелей. Но простейшие устройства активно вытесняются с рынка более продвинутыми контроллерами. Наиболее популярны сегодня контроллеры двух типов: ШИМ (PWM) – устройства широтно-импульсной модуляции, и МРРТ – устройства отслеживания точки максимальной мощности. Рассмотрим особенности перечисленных контроллеров.

Контроллеры типа «on-off»

Рассмотрим рабочий цикл простейшего контроллера типа «on-off», который подключен к автомобильному аккумулятору – 12 В. Когда напряжение аккумулятора упадет ниже номинала, а напряжение СБ достигнет зарядных значений, контроллер подключит аккумулятор к солнечной батарее. В этот момент начнется процесс зарядки АКБ (накопления), который будет продолжаться, пока напряжение на аккумуляторе не вырастет до 14,4 В. Определив, что напряжение на клеммах АКБ достигло указанного значения, контроллер отключит аккумулятор от солнечных батарей. Затем цикл повторится. Контроллер типа «on-off» не позволяет полностью зарядить аккумуляторную батарею, ведь для полного заряда на ее клеммы необходимо подавать напряжение – 14,4 В, в течение нескольких часов (этот период называется стадией абсорбции). Максимальный уровень зарядки при таком цикле не превысит 60–70%, а регулярный недозаряд приведет к значительному сокращению срока службы АКБ. Как видим, недостатки контроллеров типа «on-off» – налицо.

Контроллеры ШИМ позволяют заряжать АКБ на 100% благодаря оптимизированному рабочему циклу, который подразделяется на 4 стадии.

На начальной стадии зарядки аккумулятор получает всю мощность, генерируемую фотоэлектрическими панелями.
Стадия накопления характеризуется постепенным ростом напряжения на клеммах АКБ. Накопление заряда осуществляется при постоянной силе тока.
Когда напряжение на клеммах АКБ достигнет своего максимального значения, контроллер переведет зарядные параметры в режим абсорбции. Подаваемое напряжение на этой стадии остается постоянным, а зарядный ток постепенно уменьшается. Это позволяет аккумулятору накопить максимальное количество энергии, избежав перегрева и закипания.
Уравновешивающий заряд (режим float). На этой стадии аккумулятор поддерживается в заряженном состоянии.

Параметры зарядного тока и напряжения устанавливаются контроллером автоматически.

Leo2 Пользователь FORUMHOUSE

У контроллеров отключение нагрузки происходит при 11,2 В, повторное подключение – 12,5 В. Заряд идет до 14,4 В максимальным током, потом начинается ограничение на этом напряжении ШИМ. После стадии насыщения напряжение снижается до 13,7 В (стадия поддержки float).

По типу регулировки существуют контроллеры двух типов: регулируемые и с неизменными заводскими настройками. Для своей системы лучше выбирать устройства с возможностью настройки по типу и емкости АКБ, а также по другим зарядным параметрам, рекомендованным производителями аккумуляторов.

ШИМ контроллеры рекомендуется использовать в системах с небольшой мощностью солнечных батарей (ориентировочно: от 100 Вт до 500 Вт). Это условие вполне соответствует параметрам домашних фотоэлектрических панелей. Контроллеры ШИМ постепенно вытесняются с рынка более совершенными устройствами МРРТ, изначально создаваемыми для мощных солнечных батарей.

Leo2Пользователь FORUMHOUSE

MPPT при мощностях СБ менее 500 Вт применять не всегда имеет смысл (хотя, это вопрос спорный: бывают случаи когда это можно и нужно делать). Тенденции развития контроллеров таковы, что скоро ШИМ контроллеры будут вытеснены MPPT даже на малых мощностях.

Алгоритм работы контроллеров МРРТ следующий: устройство в реальном времени отслеживает параметры электрического тока на выходе из солнечной батареи, определяя значения в паре ток-напряжение, при которых мощность, получаемая от фотоэлектрических панелей, будет максимальна. Одновременно контроллер отслеживает стадию зарядки аккумулятора и подает на его клеммы ток с необходимыми параметрами.

Автоматическое определение точки максимальной эффективности заряда помогает увеличить коэффициент использования солнечной энергии на 20-30%. Контроллеры МРРТ позволяют подключать к системе солнечные батареи, номинальное напряжение которых значительно выше напряжения АКБ. Это гарантирует, что даже в пасмурную погоду напряжение СБ будет превышать зарядное напряжение аккумулятора. То есть в солнечный день контроллер будет автоматически понижать высокое входное напряжение, а при недостатке света солнца АКБ будет заряжаться за счет запаса по напряжению СБ.

Используя контроллеры МРРТ, солнечные модули целесообразно соединять между собой последовательно. Это позволяет получить на выходе из СБ более высокое напряжение и за счет снижения сопротивления уменьшить сечение кабелей, соединяющих фотоэлектрические панели с контроллером.

Для того чтобы правильно выбрать контроллер для той или иной солнечной электростанции, необходимо знать характеристики источника тока и аккумулятора. Но есть по этому поводу и общие рекомендации, разработанные производителями:

Контроллеры МРРТ, учитывая их сравнительно высокую стоимость, следует использовать при мощности солнечных батарей – от 500 Вт и выше (это будет экономически целесообразно).
Контроллер ШИМ подойдет для солнечных батарей небольшой мощности, у которых номинальное напряжение соответствует номиналу АКБ (для 12-ти вольтовых АКБ подходят панели с номиналом 17-22 В, а для 24-ти вольтовых АКБ – панели номиналом 34-45 В).
Контроллер МРРТ разработан для СБ, напряжение которых гораздо выше напряжения АКБ (это позволяет создавать запас напряжения и обеспечивать заряд аккумулятора даже в пасмурную погоду).

Допустимые величины входного напряжения и силы тока указаны в технических характеристиках контроллера. Ими следует руководствоваться, выбирая устройство для своей системы.

Недостаток мощности в системах, работающих на контроллерах ШИМ, можно компенсировать установкой дополнительной солнечной панели. Это может быть дешевле, чем установка более производительного контроллера МРРТ.

Leo2Пользователь FORUMHOUSE

По поводу преимуществ MPPT перед ШИМ: не всегда и не везде они есть, но в большинстве случаев добавка к выработке будет. Нужно только смотреть – стоит ли такая добавка больше, чем разница в стоимости MPPT и ШИМ контроллера.

Выбор аккумулятора

Выбирая аккумуляторы для солнечных батарей, пользователи FORUMHOUSE руководствуются разными соображениями:

Те, у кого есть средства и возможности, приобретают долговечные и 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. Но 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. Они совершенно не предназначены для работы в условиях циклического режима и глубокой разрядки. Отсюда вытекают недостатки представленных аккумуляторов.

vvaleryvv Пользователь FORUMHOUSE, Москва.

В автомобильных АКБ буферный режим работы! Поэтому в автономке с циклическим режимом работы (неважно – есть 3-х стадийная зарядка или нет её) максимум – год работы, и хана стартерным АКБ. Я основываюсь на опыте очень большого экопоселения, в котором нет электросетей. Более сотни семей пробовали свинцовые АКБ (естественно, начиная со стартерных). Результат всегда один и тот же: при постоянном использовании батареи хватает на год, при сезонном – 2-3 года могут продержаться.

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). Примерное оно 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).

Черномор93Пользователь FORUMHOUSE

Посмотрите паспорт на свою батарею. Я вчера смотрел информацию о том, какими токами ее можно разряжать и до каких значений.

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).

Leo2Пользователь FORUMHOUSE

Заряжать и разряжать щелочной аккумулятор порциями нельзя – только «от и до». Зато при правильной эксплуатации (помимо зарядки/разрядки она подразумевает промывку банок и замену электролита раз в сезон) щелочные АКБ служат по 20 лет.

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.

WatchCatПользователь FORUMHOUSE

У нас тут четверть века поселок без централизованного энергоснабжения, и все жители используют аккумуляторы – 12 В. Причем всегда, всеми правдами и неправдами, добывали щелочные (НК и НЖ). У меня сейчас работают десять банок ТНЖ-250 от погрузчика, списанные еще в начале 90-х. В них примерно треть паспортной емкости, но мне этого вполне достаточно, а емкость эта уже много лет не меняется.

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. Недостаток гелевых батарей 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.

Расчет емкости аккумуляторов

Рассчитать требуемую емкость аккумуляторных батарей для автономной системы электроснабжения довольно просто. Для этого нам понадобятся следующие исходные параметры:

Емкость аккумуляторов (А*ч), которые планируется использовать в системе.
Напряжение на рабочих клеммах АКБ (В).
Суммарная нагрузка на аккумуляторы (Вт).

Чтобы вычислить параметры АКБ, которая понадобится для вашей системы, емкость аккумулятора и нагрузку на батарею целесообразно перевести в одну систему измерений. То есть Ампер*час нам нужно перевести в кВт*час.

Переводить емкость АКБ в количество энергии принято следующим образом: нужно умножить номинальное напряжение батареи (12 В) на ее паспортную емкость (190А*ч).

12(В) * 190(А*ч) = 2280 Вт*ч = 2,28 кВт*ч.

Расчеты показывают, что одна свинцово-кислотная автомобильная батарея емкостью 190А*ч при разряде сможет отдать примерно 1,14 кВт*ч электроэнергии, разрядившись на 50% (с учетом потерь электроэнергии это значение можно округлить до 1 кВт*ч). Щелочной аккумулятор с аналогичной емкостью (который не боится полного разряда) за один цикл сможет отдать в 2 раза больше электроэнергии.

Источник