Принцип работы контроллера солнечных батарей: Контроллеры заряда для солнечных батарей: устройство, принцип работы, виды

Контроллеры заряда для солнечной батареи

Статьи 07.10.202207.10.2022 aaccent

Cолнечные электростанции в обязательном порядке оснащены устройствами, которые контролируют заряд и разрядку аккумуляторов, – контроллерами заряда.

Основной целью контроллера является создание условий для нормального функционирования АКБ, накапливающей и отдающей энергию устройствам-потребителям.

Современные контроллеры оснащены электронными устройствами, они создают надежную защиту от перегрузок, замыканий, обратной полярности и т.д. Контроллеры значительно продлевают срок эксплуатации аккумуляторных батарей. Если аккумулятор полностью заряжен, то контроллер ограничивает зарядный ток до минимума. Если АКБ начал разряжаться, то контроллер начнет пускать на него зарядный ток.

В случае если АКБ разрядился до минимального  допустимого значения, для свинцовых аккумуляторов это 10. 5В, то контроллер отключит нагрузку. Т.е. контроллер заряда постоянно контролирует ход заряда-разряда АКБ.

Принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Согласно инструкции, контроллер заряда устанавливается между солнечной панелью и аккумулятором. Если на фотоэлементы солнечной панели не попадают солнечные лучи, то контроллер находится в «спящем» состоянии. Он начинает активно функционировать, когда напряжение от солнечной панели достигнет определенных значений (10В).

После этого устройство начинает передавать ток аккумулятору. При достижении необходимого уровня напряжения зарядка прекращается, а при снижении уровня напряжения – начинается вновь.

Виды контроллеров заряда для солнечных электростанций.

Контроллеры заряда бывают 2 видов: ШИМ и MPPT.

• PWM (ШИМ). У ШИМ контроллера есть 3 стадии работы, в зависимости от состояния заряда АКБ. Когда аккумулятор сиразряжен, контроллер предполагает прямое соединение солнечной панели и заряжаемого аккумулятора через специальный «быстрый выключатель», роль которого играет транзистор, управляющий зарядным током. Этот выключатель (транзистор) полностью открыт до тех пор, пока аккумуляторная батарея не достигнет напряжения, соответствующего поглощающей стадии заряда или стадии абсорбции. Затем выключатель начнёт сотни раз в секунду открываться и закрываться, модулируя ток и поддерживая постоянное напряжение на АКБ. Это уже будет поддерживающая стадия заряда АКБ. Всё это работает хорошо, недостаток заключается в том, что напряжение солнечной панели понижается, чтобы соответствовать напряжению аккумулятора. Это в свою очередь отдаляет напряжение от оптимального рабочего напряжения солнечной панели (Vmp), что снижает выходную мощность и эффективность панели.
• MPPT – контроллеры данной серии работают по более современным вычислительным технологиям. Принцип работы MPPT контроллеров также довольно простой. Интенсивность солнечного излучения, падающего на солнечную панель в течение дня, меняется. В связи с этим параметры напряжения и тока от солнечной панели также меняются. Чтобы получать от солнечной панели максимально возможную мощность, MPPT-контроллер постоянно сканирует напряжение солнечной панели, подбирая точку максимальной мощности, в которой произведение тока и напряжения получается максимальным. Использование этой технологии позволяет повысить выработку энергии до 30% по сравнению с ШИМ-контроллером заряда.

Как подключить контроллер заряда?

Подключение контроллера заряда СЭС происходит в несколько этапов.

• 1 этап – подключение к контроллеру аккумулятора. Контроллер должен определить напряжение аккумулятора и в соответствии с ним настроить параметры зарядки.
• 2 этап – подключение контроллера к солнечным батареям. Для этого необходимо знать, какое максимальное значение напряжения поддерживает контроллер, а также на какой максимальный ток заряда он рассчитан.
• 3 этап – к аккумулятору подключается инвертор, который в свою очередь подключается к электрическому устройству-потребителю.

Подключение контроллера должен выполнять грамотный специалист, только в этом случае можно говорить о надежном и безопасном функционировании системы.

Возможности компании REENERGO

Если у вас есть желание собрать солнечную электростанцию для дома, но нет времени разбираться в особенностях работы солнечных батарей, смело обращайтесь к специалистам компании REENERGO, которые расскажут о нюансах, подскажут, какой аккумулятор выбрать для солнечной батареи, подберут оптимальный комплект оборудования, проконсультируют по вопросам обслуживания.

В каталоге интернет-магазина REENERGO представлен широкий выбор оборудования – солнечные панели, аккумуляторы для солнечных батарей, предохранители, защита для солнечных батарей и многое другое.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея — накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

В представленной нами статье разберемся в устройстве и принципах работы этого прибора, а также рассмотрим способы его подключения.

Содержание статьи:

• Контроллеры для солнечных батарей
• Применяемые на практике виды
• Структурные схемы контроллеров
  • Вариант #1 — устройства PWM
  • Вариант #2 — приборы MPPT
• Способы подключения контроллеров
  • Техника подключения моделей PWM
  • Порядок подключения приборов MPPT
• Выводы и полезное видео по теме

Контроллеры для солнечных батарей

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда .

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Галерея изображений

Фото из

Контроллер – обязательная составляющая гелиостанции, вырабатывающей электрический ток из энергии солнечного света

Владельцам частных мини электростанций и желающим обзавестись солнечной энергетической установкой представлено сейчас два вида контроллеров: PWM (или ШИМ) и MPPT

Контролеры ШИМ обеспечивают выполнение многоступенчатого заряда аккумулятора. С их помощью осуществляется наполнение, выравнивание, поглощение и поддержка заряда

Недорогие модели контроллеров для бытовых солнечных установок снабжены светодиодной индикацией, позволяющей следить за рабочими характеристиками и техническим состоянием батареи

MPPT (maximum power point tracking) – контроллеры более высокого уровня и цены. В них предусмотрено отслеживание точки максимальной мощности

Для небольших солнечных электростанций, в составе которых одна-две панели, достаточно возможностей контроллеров ШИМ (PWM)

Оба вида контроллеров, как и подключенные к схеме аккумуляторы должны устанавливаться в помещении, так как в их конструкции имеются чувствительные к температуре датчики

В покупке контроллера нет необходимости, если вы приобретаете комплексную солнечную станцию. В ее изолированном корпусе есть весь набор устройств, требующихся для обработки и накопления электроэнергии

Контроллеры для солнечных панелей

Контроллер с широко-импульсной модуляцией

Прибор для многоуровневого заряда батареи

Бюджетная модель со светодиодной индикаций

Контроллер для солнечной станции МРРТ

Небольшая гелиостанция для дачи

Подключение солнечных панелей к аппаратуре

Комплекс из солнечных батарей и аппаратуры

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.

В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Применяемые на практике виды

На промышленном уровне налажен и осуществляется выпуск двух видов электронных устройств, исполнение которых подходит для установки в схему солнечной энергетической системы:

1. Устройства серии PWM.
2. Устройства серии MPPT.

Первый вид контроллера для солнечной батареи можно назвать «старичком». Такие схемы разрабатывались и внедрялись в эксплуатацию ещё на заре становления солнечной и  ветряной энергетики.

Принцип работы схемы PWM контроллера основан на алгоритмах широтно-импульсной модуляции. Функциональность таких аппаратов несколько уступает более совершенным устройствам серии MPPT, но в целом работают они тоже вполне эффективно.

Одна из популярных в обществе моделей контроллера заряда АКБ солнечной станции, несмотря на то, что схема устройства выполнена по технологии PWM, которую считают устаревшей

Конструкции, где применяется технология Maximum Power Point Tracking (отслеживание максимальной границы мощности), отличаются современным подходом к схемотехническим решениям, обеспечивают большую функциональность.

Но если сравнивать оба вида контроллера и, тем более, с уклоном в сторону бытовой сферы, MPPT устройства выглядят не в том радужном свете, в котором их традиционно рекламируют.

Контроллер типа MPPT:

• имеет более высокую стоимость;
• обладает сложным алгоритмом настройки;
• даёт выигрыш по мощности только на панелях значительной площади.

Этот вид оборудования больше подходит для систем глобальной солнечной энергетики.

Контроллер, предназначенный под эксплуатацию в составе конструкции солнечной энергетической установки. Является представителем класса аппаратов MPPT – более совершенных и эффективных

Под нужды обычного пользователя из бытовой среды, имеющего, как правило, панели малой площади, выгоднее купить и с тем же эффектом эксплуатировать ШИМ-контроллер (PWM).

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 — устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и  разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий. Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами. Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 — приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

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

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

• возмущения и наблюдения;
• возрастающей проводимости;
• токовой развёртки;
• постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.

Способы подключения контроллеров

Рассматривая тему подключений, сразу нужно отметить: для установки каждого отдельно взятого аппарата характерной чертой является работа с конкретной серией солнечных панелей.

Так, например, если используется контроллер, рассчитанный на максимум  входного напряжения 100 вольт, серия солнечных панелей должна выдавать на выходе напряжение не больше этого значения.

Любая солнечная энергетическая установка действует по правилу баланса выходного и входного напряжений первой ступени. Верхняя граница напряжения контроллера должна соответствовать верхней границе напряжения панели

Прежде чем подключать аппарат, необходимо определиться с местом его физической установки. Согласно правилам, местом установки следует выбирать сухие, хорошо проветриваемые помещения. Исключается присутствие рядом с устройством легковоспламеняющихся материалов.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители PWM-контроллеров требуют соблюдать точную последовательность подключения приборов.

Техника соединения контроллеров PWM с периферийными устройствами особыми сложностями не выделяется. Каждая плата оснащена маркированными клеммами. Здесь попросту требуется соблюдать последовательность действий

Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:

1. Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
2. Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
3. На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
4. Подключить к выводам нагрузки прибора контрольную лампу соответствующего напряжения (обычно 12/24В).

Указанная последовательность не должна нарушаться. К примеру, подключать солнечные панели в первую очередь при неподключенном аккумуляторе категорически запрещается. Такими действиями пользователь рискует «сжечь» прибор. В более подробно описана схема сборки солнечных батарей с аккумулятором.

Также для контроллеров серии PWM недопустимо подключение инвертора напряжения на клеммы нагрузки контроллера. Инвертор следует соединять непосредственно с клеммами АКБ.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие требования по физической инсталляции для этого вида аппаратов не отличаются от предыдущих систем. Но технологическая установка зачастую несколько иная, так как контроллеры MPPT зачастую рассматриваются аппаратами более мощными.

Для контроллеров, рассчитанных под высокие уровни мощностей, на соединениях силовых цепей рекомендуется применять кабели больших сечений, оснащённые металлическими концевиками

Например, для мощных систем эти требования дополняются тем, что производители рекомендуют брать кабель для линий силовых подключений, рассчитанный на плотность тока не менее чем 4 А/мм². То есть, например, для контроллера на ток 60 А нужен кабель для подключения к АКБ сечением не меньше 20 мм².

Соединительные кабели обязательно оснащаются медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора необходимо оснастить переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход исключает энергетические потери и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Структурная схема подключения мощного контроллера MPPT: 1 – солнечная панель; 2 – контроллер MPPT; 3 – клеммник; 4,5 – предохранители плавкие; 6 – выключатель питания контроллера; 7,8 – земляная шина

Перед подключением к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.

Подключение периферии к аппарату MTTP:

1. Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
2. Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
3. Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
4. Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
5. Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
6. Установить температурный датчик на контроллере согласно инструкции.

После этих действий необходимо вставить на место ранее извлечённый предохранитель АКБ и перевести выключатель в положение «включено». На экране контроллера появится сигнал обнаружения аккумулятора.

Далее, после непродолжительной паузы (1-2 мин), поставить на место ранее извлечённый предохранитель солнечной панели и перевести выключатель панели в положение «включено».

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему . Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос по теме статьи.

Как работает контроллер заряда солнечной батареи? l Morningstar Corporation

На первой схеме контроллера заряда солнечной батареи ниже (рис. 1) показано, как контроллер заряда солнечной батареи подключается к нагрузке постоянного тока (DC), а второй (рис. 2) относится к переменному току (AC). нагрузка.

Рис. 1: Схема автономной работы с нагрузкой постоянного тока

При установке контроллера заряда от солнечной батареи рекомендуется подключать и отключать в следующем порядке:

1. Сначала аккумулятор к контроллеру
2. Солнечная батарея к контроллеру
3. Электрическая нагрузка на контроллер

При отключении вы выполняете обратный порядок. Аккумулятор обеспечивает питание контроллера, поэтому перед подключением или отключением аккумулятора от контроллера всегда проверяйте, что солнечные батареи и нагрузки отключены. Соединения между батареей, нагрузкой, фотоэлектрической батареей и контроллером должны иметь разъединители для повышения безопасности и облегчения монтажа и поломки.

На приведенной выше схеме соединений с нагрузкой постоянного тока солнечный свет контактирует с солнечными модулями, которые преобразуют солнечную энергию в электрическую энергию постоянного тока, которую он подает на контроллер заряда. Контроллер заряда регулирует силу тока и напряжение, подаваемое на нагрузку, и любая избыточная мощность подается в аккумуляторную систему, поэтому батареи поддерживают свое состояние заряда без перезарядки. Вечером, когда нет солнечного света, для питания нагрузки используется энергия аккумулятора.

Вы заметите, что аккумулятор заземлен на отрицательной клемме аккумулятора. Это связано с тем, что все наши контроллеры PWM и MPPT имеют общее отрицательное заземление. Таким образом, можно установить общее минусовое заземление для всей системы: солнечной батареи, контроллера, аккумулятора и нагрузки. Это соответствует требованиям NEC для заземления. Если вам необходимо заземление оборудования для каких-либо металлических частей на корпусе контроллера, некоторые из наших контроллеров включают клемму заземления оборудования. В противном случае для наших контроллеров, у которых нет этого наконечника, вы можете подключить заземление оборудования непосредственно к корпусу контроллера.

На следующей диаграмме (рис.

2) показаны компоненты и соединения для питания нагрузки переменного тока. Эта схема с нагрузкой переменного тока похожа на предыдущий пример с нагрузкой постоянного тока, за исключением того, что в этом примере мы добавили в систему инвертор. Целью инвертора является преобразование мощности постоянного тока от батареи в мощность переменного тока, которую можно использовать для питания нагрузки переменного тока, такой как телевизор, который вы видите на схеме.

Рис. 2: Схема внесетевого подключения с нагрузкой переменного тока

Важно отметить, что инвертор подключен и питается от батареи, а не от клемм нагрузки контроллера, как мы сделали в примере с нагрузкой постоянного тока. Это связано с тем, что инвертор может иметь высокий скачок энергии при запуске, и этот сильный скачок тока может быть выше, чем номинальная мощность контроллера заряда, тогда как батареи смогут удовлетворить требования к высокому скачку энергии.

Как работает контроллер заряда солнечной батареи?

Примечание. Хотя принципы практически одинаковы независимо от источника энергии (солнечные панели, ветер, гидроэлектростанции, топливо, генератор и т. д.), мы будем говорить здесь с точки зрения солнечных электрических систем и будем использовать термины «контроллер заряда» и «контроллер солнечного заряда» взаимозаменяемы. Точно так же наш термин «батарея» представляет собой либо одну батарею, либо группу батарей.

Что такое солнечный контроллер заряда?

Неотъемлемая часть почти всех систем возобновляемой энергии на основе аккумуляторов, контроллеры заряда служат в качестве регулятора тока и/или напряжения для защиты аккумуляторов от перезарядки. Их цель состоит в том, чтобы обеспечить правильное питание и безопасность ваших батарей глубокого цикла в течение длительного времени.

Солнечные контроллеры заряда необходимы для безопасной и эффективной зарядки солнечных батарей. Думайте о контроллере заряда как о строгом регуляторе между вашими солнечными панелями и солнечной батареей. Без контроллера заряда солнечные панели могут продолжать подавать питание на батарею после полной зарядки, что приводит к повреждению батареи и потенциально опасной ситуации.

Вот почему контроллер заряда так важен: большинство 12-вольтовых солнечных панелей выдают от 16 до 20 вольт, поэтому аккумуляторы очень легко могут перезарядиться без какого-либо регулирования . Большинству 12-вольтовых солнечных батарей требуется 14-14,5 вольт для полной зарядки, поэтому вы можете видеть, как быстро может возникнуть проблема перезарядки.

Как работает контроллер заряда от солнечной батареи?

Хотя вам не обязательно разбираться в технических тонкостях контроллера заряда, полезно знать основы — независимо от того, делаете ли вы солнечную установку своими руками или поручаете работу профессионалам.

Основные функции контроллера очень просты. Контроллеры заряда блокируют обратный ток и предотвращают перезаряд батареи. Некоторые контроллеры также предотвращают переразряд батареи, защищают от электрической перегрузки и/или отображают состояние батареи и поток энергии. Ниже мы рассмотрим каждую функцию отдельно.

Современные контроллеры заряда солнечных батарей работают, обнаруживая и контролируя уровень напряжения батареи и точно регулируя поток тока от панелей к батарее. Зарядку аккумулятора лучше всего выполнять в три этапа: максимизация тока для максимально быстрой зарядки аккумулятора примерно до 80 % (этап «массовой зарядки»), затем уменьшение тока по мере приближения аккумулятора к полному заряду («абсорбция»). этап) и, наконец, поддержание «плавающего» или «струйного» заряда, чтобы батарея была полностью заряжена и готова к использованию. Для получения дополнительной информации о трехэтапной зарядке солнечных батарей посмотрите первое видео из нашей серии видеороликов «Как правильно заряжать батарею глубокого цикла».

Типы контроллеров заряда от солнечных батарей

Когда вы начнете искать контроллеры заряда от солнечных батарей для продажи в Интернете, вы быстро поймете, что существует множество различных вариантов. Вы можете найти широкий спектр брендов, размеров, ценовых категорий и функций на выбор, что дает вам преимущество наличия отличных вариантов, но это также может быть ошеломляющим.

Как правило, тремя основными типами контроллеров заряда являются 1- или 2-ступенчатые солнечные контроллеры заряда, 3-ступенчатые и/или ШИМ-контроллеры солнечного заряда и отслеживание точки максимальной мощности (MPPT). Вы также найдете контроллеры заряда для электромобилей и тележек для гольфа. Наиболее часто используемые контроллеры заряда имеют зарядный ток от 4 до 60 ампер, но есть более новые контроллеры MPPT, которые могут достигать 80 ампер.

Простые 1- или 2-ступенчатые контроллеры

Эти контроллеры заряда используют шунтирующие транзисторы или реле для управления напряжением в одну или две ступени (отсюда и названия 1-ступенчатый или 2-ступенчатый контроллер). Это самые старые типы и чрезвычайно простые, а иногда и неэффективные компоненты. Однако их надежность и доступность по-прежнему привлекают некоторых людей.

3-ступенчатые и/или ШИМ-контроллеры

ШИМ-контроллеры заряда, производимые такими известными брендами, как Xantrex, Morningstar, Steca и Blue Sky, недороги и надежны. Их недостаток заключается в том, что их следует использовать только тогда, когда номинальное напряжение солнечных панелей соответствует напряжению батареи, и даже в этом случае они неэффективны в больших системах.

Контроллеры с отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT)

Контроллеры заряда MPPT — это самые высококачественные и продвинутые доступные варианты, но они имеют соответствующую высокую цену. Производимые такими брендами, как Victron Energy, OutBack Power, MidNite Solar и другими, контроллеры MPPT обеспечивают впечатляющий уровень эффективности 94-98%, обеспечивая примерно на 10-30% больше энергии для солнечной батареи, чем другие типы. Если ваша солнечная система не маленькая (размером с кабину или меньше) и напряжение ее батареи не превышает 24 В, контроллер MPPT обычно стоит дополнительных первоначальных инвестиций. Поскольку с годами более крупные и продвинутые системы и аккумуляторные батареи на 48 В становятся все более распространенными, контроллеры заряда MPPT являются новым стандартом.

Почему важно иметь контроллер заряда от солнечной батареи

Блокировка обратного тока

Солнечные панели работают, пропуская ток через аккумулятор в одном направлении. Ночью панели могут пропускать ток в обратном направлении, вызывая небольшую разрядку аккумулятора. Потенциальные потери незначительны, но их легко предотвратить. Некоторые типы ветряных и гидрогенераторов также потребляют обратный ток при остановке (большинство из них не потребляет, за исключением случаев неисправности).

В большинстве контроллеров ток заряда проходит через полупроводник (транзистор), который действует как клапан для управления током. Он называется «полупроводником», потому что пропускает ток только в одном направлении. Он предотвращает обратный ток без каких-либо дополнительных усилий или затрат.

В некоторых старых контроллерах электромагнитная катушка открывает и закрывает механический переключатель (называемый реле — вы можете услышать, как он включается и выключается). Реле отключается ночью, чтобы блокировать обратный ток. Эти контроллеры иногда называют контроллерами обхода вызовов.

Если вы используете массив солнечных панелей только для непрерывной подзарядки аккумулятора (очень маленький массив по сравнению с размером аккумулятора), то вам может не понадобиться контроллер заряда. Это редкое приложение. Примером может служить крошечный модуль обслуживания, который предотвращает разрядку аккумулятора в припаркованном автомобиле, но не выдерживает значительных нагрузок. В этом случае вы можете установить простой диод, чтобы заблокировать обратный ток. Диод, используемый для этой цели, называется «блокирующим диодом».

Предотвращение перезарядки

Когда батарея полностью заряжена, она больше не может накапливать поступающую энергию. Если энергия продолжает подаваться с полной скоростью, напряжение батареи становится слишком высоким. Вода разделяется на водород и кислород и быстро выходит пузырями. (Похоже, что вода кипит, поэтому мы иногда ее так называем, хотя на самом деле она не горячая. ) Существует чрезмерная потеря воды и вероятность того, что газы могут воспламениться и вызвать небольшой взрыв. Батарея также быстро разряжается и может перегреться. Чрезмерное напряжение также может вызвать нагрузку на ваши нагрузки (освещение, приборы и т. д.) или привести к отключению инвертора.

Предотвращение перезарядки — это просто вопрос уменьшения потока энергии к батарее, когда батарея достигает определенного напряжения. Когда напряжение падает из-за более низкой интенсивности солнца или увеличения потребления электроэнергии, контроллер снова разрешает максимально возможный заряд. Это называется «регулировка напряжения».

Это самая важная функция всех контроллеров заряда. Контроллер «смотрит» на напряжение и в ответ регулирует заряд батареи. Некоторые контроллеры регулируют поток энергии к батарее, полностью включая или полностью отключая ток. Это называется «включение/выключение управления». Другие уменьшают ток постепенно. Это называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Оба метода хорошо работают, если они правильно настроены для вашего типа батареи.

ШИМ-контроллеры заряда солнечных батарей удерживают напряжение более постоянным. Если ШИМ-контроллер имеет двухступенчатую регулировку, он сначала будет удерживать напряжение на безопасном максимуме, чтобы аккумулятор полностью зарядился. Затем он снизит напряжение, чтобы поддерживать «финишный» или «струйный» заряд. Двухступенчатое регулирование важно для системы, в которой может наблюдаться избыточная энергия в течение многих дней или недель (или малое использование энергии). Он поддерживает полный заряд, но сводит к минимуму потерю воды и стресс.

Напряжения, при которых контроллер изменяет скорость заряда, называются заданными значениями. При определении идеальных уставок существует некоторый компромисс между быстрой зарядкой до захода солнца и умеренным перезарядом батареи.

Определение заданных значений зависит от предполагаемых моделей использования, типа батареи и, в некоторой степени, от опыта и философии проектировщика системы или оператора. Некоторые контроллеры имеют регулируемые уставки, а другие нет.

Зависимость контрольных точек от температуры

Идеальные контрольные точки напряжения для контроля заряда зависят от температуры батареи. Некоторые контроллеры имеют функцию, называемую «температурная компенсация». Когда контроллер определяет низкую температуру батареи, он повышает заданные значения. В противном случае, когда батарея холодная, она слишком быстро уменьшит заряд. Если ваши аккумуляторы подвергаются перепадам температуры более чем на 30° F (17° C), необходима компенсация.

Некоторые контроллеры имеют встроенный датчик температуры. Такой контроллер должен быть установлен в месте, где температура близка к температуре батарей. Лучшие контроллеры имеют удаленный датчик температуры на небольшом кабеле. Зонд должен быть присоединен непосредственно к батарее, чтобы сообщать контроллеру о его температуре.

Альтернативой автоматической температурной компенсации является ручная регулировка заданных значений (если возможно) в зависимости от времени года. Достаточно делать это только два раза в год, весной и осенью.

Контрольные уставки в зависимости от типа батареи

Идеальные уставки для контроля заряда зависят от конструкции батареи. Вплоть до середины 2010-х годов в подавляющем большинстве систем возобновляемой энергетики использовались свинцово-кислотные батареи глубокого цикла затопленного или герметичного типа. Залитые батареи заполнены жидкостью. Это стандартные, экономичные батареи глубокого цикла.

В герметичных батареях между пластинами используются насыщенные прокладки. Их также называют «клапанно-регулируемыми», «абсорбирующими стекломатами» или просто «необслуживаемыми». Их нужно отрегулировать до немного более низкого напряжения, чем залитые батареи, иначе они высохнут и испортятся. Некоторые контроллеры имеют средства для выбора типа батареи. Никогда не используйте контроллер, который не предназначен для вашего типа батареи.

Типовые уставки для 12-вольтовых свинцово-кислотных аккумуляторов при 77° F (25° C)

(Обычные, представлены здесь только для примера. )

Верхний предел (залитый аккумулятор): 14,4 В

Верхний предел (герметичный аккумулятор): 14,0 В
Возобновление полной зарядки: 13,0 В

Отключение при низком напряжении: 10,8 В
Повторное подключение: 12,5 В

Температурная компенсация для батареи 12 В:

-0,03 В на °C отклонение от стандарта 25°C

Что такое отключение при низком напряжении (LVD)?

Свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого разряда, используемые в системах возобновляемой энергии, рассчитаны на разряд только примерно на 50-80%. Если они разряжаются на 100%, то сразу выходят из строя. Представьте себе кастрюлю с кипящей водой на кухонной плите. В тот момент, когда он высохнет, кастрюля перегревается. Если вы подождете, пока пар прекратится, будет уже слишком поздно!

Точно так же, если вы подождете, пока свет не станет тусклым, некоторое повреждение батареи уже произошло. Каждый раз, когда это происходит, емкость и срок службы батареи будут уменьшаться на небольшую величину. Если аккумулятор находится в таком переразряженном состоянии в течение нескольких дней или недель, он может быстро выйти из строя.

Единственный способ предотвратить переразряд, когда ничего не помогает, — это отключить нагрузки (приборы, освещение и т. д.), а затем снова подключить их, только когда напряжение восстановится из-за существенной зарядки. Когда приближается переразряд, 12-вольтовая батарея падает ниже 11 вольт (24-вольтовая батарея падает ниже 22 вольт).

Цепь отключения при низком напряжении отключит нагрузку в этой заданной точке. Он снова подключит нагрузки только тогда, когда напряжение батареи существенно восстановится из-за накопления некоторого заряда. Типичная точка сброса LVD составляет 13 вольт (26 вольт в системе 24 В).

Все современные инверторы имеют встроенный LVD, даже дешевые карманные. Инвертор выключится, чтобы защитить себя и ваши нагрузки, а также вашу батарею. Обычно инвертор подключается непосредственно к батареям, а не через контроллер заряда, потому что потребляемый им ток может быть очень высоким, и потому что он не требует внешнего LVD.

Если у вас есть нагрузки постоянного тока, у вас должен быть LVD. Некоторые контроллеры заряда имеют встроенный контроллер. Вы также можете приобрести отдельное устройство LVD. В некоторых системах LVD есть «выключатель милосердия», который позволяет вам потреблять минимальное количество энергии, по крайней мере, достаточное для поиска свечей и спичек! Холодильники постоянного тока имеют встроенный LVD.

Если вы покупаете контроллер заряда со встроенным LVD, убедитесь, что его мощности достаточно для работы с нагрузками постоянного тока. Например, предположим, что вам нужен контроллер заряда, чтобы выдерживать ток заряда менее 10 ампер, но у вас есть напорный водяной насос постоянного тока, который потребляет 20 ампер (на короткое время) плюс осветительная нагрузка постоянного тока 6 ампер. Подойдет контроллер заряда с LVD на 30 ампер. Не покупайте контроллер заряда на 10 ампер, который имеет только 10 или 15 амперную нагрузку!

Будьте спокойны с защитой от перегрузки

Цепь перегружена, когда ток, протекающий в ней, выше безопасного уровня. Это может привести к перегреву и даже стать причиной возгорания. Перегрузка может быть вызвана неисправностью (короткое замыкание) в проводке или неисправным устройством (например, насосом для замерзшей воды). Некоторые контроллеры заряда имеют встроенную защиту от перегрузки, обычно с кнопочным сбросом.

Встроенная защита от перегрузки может быть полезна, но в большинстве систем требуется дополнительная защита в виде предохранителей или автоматических выключателей. Если у вас есть цепь с размером провода, для которого безопасная пропускная способность (точность) меньше, чем предел перегрузки контроллера, вы должны защитить эту цепь с помощью предохранителя или прерывателя с соответствующим меньшим номинальным током. В любом случае следуйте требованиям производителя и Национальным электротехническим нормам и правилам в отношении любых требований к внешним предохранителям или автоматическим выключателям.

Почему важны дисплеи и счетчики

Контроллеры заряда имеют множество возможных дисплеев, от одного красного индикатора до цифровых дисплеев напряжения и тока. Эти показатели важны и полезны. Представьте, что вы едете по стране без приборной панели в машине! Система отображения может отображать поток энергии в систему и из системы, приблизительный уровень заряда вашей батареи и когда достигаются различные пределы.

Однако, если вам нужен полный и точный мониторинг, потратьте около 200 долларов на отдельное цифровое устройство, включающее счетчик ампер-часов. Он действует как электронный бухгалтер, чтобы отслеживать энергию, доступную в вашей батарее. Если у вас есть отдельный системный монитор, то наличие цифровых дисплеев в самом контроллере заряда не принципиально. Даже самая дешевая система должна включать вольтметр в качестве минимального индикатора функционирования и состояния системы.

Имейте все это с панелью питания

Если вы устанавливаете систему для питания современного дома, вам потребуются защитные отключения и межсоединения для работы с высоким током. Электрооборудование может быть громоздким, дорогим и трудоемким в установке. Чтобы сделать вещи экономичными и компактными, приобретите готовый силовой щит. Он может включать в себя контроллер заряда с LVD, инвертор и цифровой мониторинг в качестве опций. Это облегчает электрику подключение основных компонентов системы и соблюдение требований безопасности Национального электротехнического кодекса или местных органов власти.

Контроллеры заряда для ветровых и гидроэлектростанций

Контроллер заряда для ветроэлектрической или гидроэлектрической системы зарядки должен защищать аккумуляторы от перезарядки, как и контроллер фотоэлектрических систем. Тем не менее, генератор должен постоянно находиться под нагрузкой, чтобы предотвратить превышение скорости вращения турбины. Вместо отключения генератора от батареи (как у большинства фотоэлектрических контроллеров) он отводит избыточную энергию на специальную нагрузку, которая поглощает большую часть мощности от генератора. Такой нагрузкой обычно является нагревательный элемент, который «сжигает» избыточную энергию в виде тепла. Если вы можете использовать тепло с пользой, прекрасно!

Всегда ли требуется контроллер заряда от солнечной батареи?

В большинстве систем возобновляемой энергии на основе аккумуляторов да. Однако в контроллере заряда может не быть необходимости, если вы используете небольшую панель для технического обслуживания/подзарядки (например, панели мощностью 1–5 Вт). Общепризнано, что контроллеры заряда не являются обязательным компонентом, если ваша панель выдает не более 2 Вт на каждые 50 Ач (ампер-часов).

Работает ли мой солнечный контроллер заряда?

Как узнать, что контроллер неисправен? Следите за своим вольтметром, когда батареи достигают полного заряда. Достигает ли напряжение (но не превышает ли) соответствующие заданные значения для вашего типа батареи? Пользуйтесь ушами и глазами – батарейки сильно булькают? На верхней части батареи скапливается много влаги? Это признаки возможного перезаряда. Получаете ли вы ожидаемую емкость от своего аккумулятора? В противном случае может быть проблема с вашим контроллером, и это может привести к повреждению ваших батарей.

Заключение

Хороший контроллер заряда стоит недорого по отношению к общей стоимости системы питания. И это не очень загадочно. Контроль заряда батареи настолько важен, что большинство производителей высококачественных батарей (с гарантией на пять лет и более) указывают требования к регулированию напряжения, отключению при низком напряжении и температурной компенсации. Когда эти ограничения не соблюдаются, аккумуляторы обычно выходят из строя после менее чем одной четверти их нормального ожидаемого срока службы, независимо от их качества или стоимости.

Покупайте лучшие контроллеры заряда от солнечных батарей по самым низким ценам

Ваши уникальные потребности, бюджет и настройка могут помочь вам определить лучшие варианты контроллеров заряда для вашей системы — и что бы вы ни выбрали, вы можете рассчитывать на то, что найдете его по лучшей цене от альтЭ.

Наш выбор контроллеров заряда для солнечных батарей включает в себя все модели с самым высоким рейтингом от ведущих брендов, что избавляет вас от хлопот и времени, необходимого для проверки нескольких магазинов, чтобы сузить выбор.