Новый контроллер для заряда батарей напряжением до 80 в от linear

Технология заряда ШИМ и MPPT

Контроллер в первом приближении можно сравнить с  вентилем водопроводного крана.

Он регулирует ток заряда аккумуляторных батарей от фотоэлектрических модулей

Автономная система электроснабжения, имеющая  в своем составе аккумуляторные батареи, должна содержать в себе контроллер  заряда и разряда аккумуляторов.

Если аккумулятор разряжен до критической отметки выше 50% то срок его службы резко сокращается. Если аккумулятор заряжен, но через него продолжает протекать зарядный ток, то это может привести в закипанию электролита,  газовыделению или к вспучиванию герметичных аккумуляторных батарей.

Поэтому в систему автономного электроснабжения вводятся устройства, которые отключают нагрузку от аккумуляторных батарей если они недопустимо разряжены, а также отключают источник энергии (фотоэлектрическую батарею, генератор) если аккумуляторы заряжены. Контроллеры заряда отличаются по алгоритму заряда на последней стадии заряда при достижении напряжения зараженного аккумулятора.

Простейшие контроллеры просто отключают источник энергии (солнечную батарею) при достижении напряжения на аккумуляторной батарее примерно 14,4 В (для АБ номинальным напряжением 12В).

При снижении напряжения на АБ до примерно 12,5-13 В снова подключается солнечная батарея и заряд возобновляется. При этом максимальный уровень заряженности АБ при этом составляет 60-70%.

При регулярном недозаряде происходит резкое сокращение срока службы АБ.

ШИМ-заряд

На нашем сайте представлены более продвинутые контроллеры американской компании Morningstar, которые  на завершающей стадии заряда используют так называемую широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока заряда или английская аббревиатура PWM (Pulse Width Modulation). При этом возможен заряд АБ до 100%. Вкратце стадии заряда АКБ можно описать так

  • АКБ  получает весь ток, поступающий от солнечных модулей. С течением времени напряжение на АКБ возрастает.
  • ШИМ-заряд. По мере заряда АКБ ( возрастанию напряжения) ток уменьшается. Контроллер начинает  поддерживать постоянное напряжение за счет широкоимпульсной модуляции тока заряда. Это предотвращает перегрев батареи.
  • Поддерживающий заряд. Когда АКБ полностью заряжена напряжение уменьшается. Батарея поддерживается в заряженном состоянии.

Функция МРРТ

В контроллерах последнего поколения появилась очень ценная функция – поиск точки максимальной мощности (Maximal Power Point Tracking, MPPT). Этой функцией обладают контроллеры MorningStar  TriStar MRRT.

Суть ее заключается в том, чтобы вырабатываемая солнечными батареями электроэнергия максимально использовалась в нагрузке (разумеется, если это не приведет к отклонению от заданных норм эксплуатации аккумуляторов).

Солнечная батарея имеет вольт-амперную характеристику, изображенную на рисунке.

Крайними точками на ней являются точка напряжения холостого хода (I=0), отражающая ЭДС батареи, и точка тока короткого замыкания. Солнечные батареи не боятся коротких замыканий, так что измерить ток короткого замыкания можно, просто подключив амперметр к клеммам батареи.

При этом вся вырабатываемая энергия будет выделяться на самой батарее в виде тепла. То же самое происходит, если к батарее вообще не подключена нагрузка. При подключении к батарее нагрузки, часть энергии будет выделяться на ней.

При уменьшении сопротивления нагрузки, напряжение будет падать, сначала слабо, а ток возрастать. Соответственно, будет возрастать и отдаваемая нагрузке мощность.

В некоторой точке «С» мощность, выделяемая на нагрузке, достигает своего максимума, после чего, при дальнейшем уменьшении сопротивления, напряжение на нагрузке начинает резко падать, а вместе с ним и выделяемая мощность.

Точка «С» называется точкой максимальной мощности. Значение напряжения и силы тока в ней зависят от нескольких параметров. Это паспортная мощность батареи, яркость источника света, угол падения лучей, температура батареи.

Все перечисленные параметры, кроме первого, постоянно изменяются во времени, что приводит к соответствующему  изменению графика и положения точки «С» на нем.

Соответственно, чтобы вырабатываемая энергия в процессе эксплуатации батареи максимально отдавалась нагрузке, необходимо, чтобы сопротивление нагрузки определенным образом изменялось, подстраиваясь под текущие параметры солнечной батареи.

В процессе заряда, аккумулятор в определенном смысле является сопротивлением нагрузки. Величина его внутреннего сопротивления также зависит от некоторых параметров, главным образом от степени заряда, от которой также зависит и ЭДС аккумулятора.  Если к клеммам солнечной батареи напрямую подключить аккумулятор , то по цепи потечет ток.

Напряжение этого  в цепи зависит от нескольких параметров и в общем случае не совпадает с напряжением в точке «С». Следовательно, вырабатываемая энергия будет не полностью отдаваться в нагрузку. Устанавливаемый между солнечной батареей и аккумулятором контроллер с функцией MPPT трансформирует параметры поступаемого с нее тока таким образом, чтобы напряжение на солнечной батарее всегда соответствовало напряжению максимальной мощности. Испытания показали, что использование MPPT контроллера повышает эффективность солнечных батарей на 20-25%, особенно в пасмурную погоду.<\p>

Источник: http://ra-energo.ru/page2209/

Контроллер заряда SW MPPT 12В/10А

Каталог

ОПИСАНИЕ

Контроллер заряда серии SW MPPT 12В/10А собственной разработки используется в системах солнечной энергетики и предназначен для автоматического управления процессом заряда/разряда аккумуляторных батарей и работой подключаемых потребителей.

Алгоритм заряда по технологии MPPT позволяет достигать эффективность преобразования до 98%.

Встроенный блок управления нагрузками позволяет организовать работу 2 различных внешних устройств с функцией диммирования и управления энергопотреблением ШИМ.

Контроллер является линейным устройством заряда и рассчитан для работы в фотоэлектрических системах малой и средней мощности.

Возможность существенного расширения функционала за счет дополнительных модулей.

Устройство адаптировано для использования именно в широтах России. С целью повышения стабильности все фнукции и режимы работы размещены в энергонезависимой памяти устройства, настройки работы возможно изменить через перепрошивку устройства.

Возможно исполнение в защищенном варианте IP67.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 Номинальное напряжение системы 12 В
 Технология заряда АКБ MPPT
 Температура эксплуатации  -40о – +60оC
 Максимальное напряжение солнечной батареи 50 В
 Защита от разряда АКБ 10.7 В
 Допустимая влажность менее 80%
 Максимальный ток заряда 10 А
 Максимальная входная мощность 200 Вт
 Максимальтый ток нагрузки 10 А
 Число каналов нагрузки 2
 Ток собственного потребления 12 мА
 Габаритные размеры 90х45х30 мм
 Сечение кабеля 0,75 – 4 мм2
 Класс защиты IP 20

ГАРАНТИЯ

Гарантийный срок эксплуатации – 1 год
Срок службы – 5 лет

Доставка:<\p>

Документация для Контроллер заряда SW MPPT 12В/10А

Подробную консультацию по моделям Вы можете получить у специалистов Компании по телефону, в офисе, по электронной почте или задав вопрос, воспользовавшись формой обратной связи.

Источник: https://svetofor-zom.ru/kontroller-zaryada-sw-mppt-12v-10a.html

Контроллер OutBack OutBack FM80 – 150VDC СНЯТ С ПРОИЗВОДСТВА

Контроллер FLEXmax применяется в системах для заряда АКБ от солнечной энергии. Контролирует уровень заряда, выявляет максимальную точку (МРРТ), отображает полученные данные на дисплее, который хранит информацию в течение 128 дней.

Устройство дает возможность:

  • использовать более тонкие кабели;
  • увеличить дистанцию между солнечными панелями и контроллером;
  • повысить КПД при снижении освещения.

В общем зачете повышает эффективность работы АКБ на 30 %.

Процесс зарядки происходит поэтапно. Для компенсации температурных скачков используется термодатчик RTS (не входит в стандартный комплект поставки).

Контроллер совместим с другими устройствами марки OutBack, его можно включать в глобальные системы на основе оборудования данного производителя. Для управления следует использовать приборы серии MATE для системного мониторинга.

Автоматические выключатели OutBack PNL подойдут для подсоединения устройства к солнечным батареям или АКБ.

Номинальное напряжение АКБ, В

Максимальный выходной ток при 40°С, А

Максимальная мощность подключаемых солнечных батарей

Рекомендуемая мощность подключаемых солнечных батарей

Максимальное выходное напряжение солнечных батарей в режиме холостого хода

Потребление в режиме Standby, Вт

Эффективность преобразования при максимальном токе заряда (для системы 48В)

Режимы заряда

Дисплей

Температурная компенсация заряда

Возможность заряда аккумуляторов с низким напряжением от солнечных панелей с высоким напряжением (максимально 150 В)

Дистанционное управление и контроль

Накопление статистических данных в энергонезависимой памяти

Программируемый внешний выход 12В, 0.2А (макс)

Температурный диапазон работы

Условия эксплуатации

Гарантия

Вес:- без упаковки- в упаковке

Габаритные размеры (ВхШхГ):- без упаковки- в упаковке

Язык меню контроллера

12, 24, 36, 48 или 60
80
1250 Вт для 12В DC2500 Вт для 24В DC5000 Вт для 48В DC6250 Вт для 60В DC
1000 Вт для 12В DC2000 Вт для 24В DC4000 Вт для 48В DC5000 Вт для 60В DC
150 VDC -абсолютный максимум в холодном cостоянии145 В – операционный максимум
Менее 1 Вт
97,5% при 80 A
5-ти стадийный режим: Bulk, Absorption, Float, Silent and Equalization
4-х строчный буквенно-цифровой ЖК дисплей, диагональ 8 см
 есть (требуется подключение датчика RTS)
 есть
с помощью MATE, MATE2, MATE3
за 128 дней
да
-40°С+60°С
внутри помещений (степень защиты IP30)
5 лет
5,56 кг7,03 кг
41,3x14x10 см53x27x27 см
английский, испанский

Источник: http://www.VEGA-volt.ru/product/fm80-150vdc/

Мррт контроллер

Трудно себе представить нашу жизнь без различных электронных устройств, которые позволяют осуществлять работу агрегатов и механизмов в автоматическом режиме.

Одним из таких устройств, работающем в системах автоматики установок по преобразованию различных видов альтернативной энергии в электрическую, являются Мррт контроллеры.

Что такое MPPT контроллер

Мррт контроллер – это электронное устройство, работающее в составе комплектов солнечных электростанций и ветровых установок, обеспечивающее режим работы системы с максимально возможным коэффициентом полезного действия на выходе преобразовательного устройства (солнечная батарея, ветровой генератор).

Аббревиатура МРРТ, произошла от английских слов — maximum power point tracking, что обозначает — максимальной возможная мощность на выходе.

Работа МРРТ котроллера заключается в том, что устройство отслеживает силу тока и напряжение на источнике электрического тока (солнечная батарея, ветровой генератор) и определяет их соотношение, при котором значение мощности на выходе будет максимальным. Эту способность прибора можно описать как – поиск точки максимальной мощности.

Кроме этого контроллер следит за зарядом аккумуляторных батарей, которые являются накопителем электрической энергии, и определяет режим их работы (накопление энергии, насыщение, выравнивание, поддержка), что в итоге определяет силу тока, подаваемого на аккумулятор.

Сравнение контроллеров MPPT и PWM (ШИМ)

В солнечных и ветровых установках по производству электрической энергии используются два вида контроллеров, это МРРТ, о которых было написано выше и PWM (ШИМ) котроллеры.

ШИМ аппараты являются более дешевыми устройствами, принцип действия которых основан на использовании широтно-импульсной модуляции. Устройства данного типа подразделяются на шунтовые и последовательные.

Для того, чтобы выбрать наиболее подходящий для конкретной системы, нужно их сравнить, чтобы изучить достоинства и недостатки каждого типа подобных устройств.

Достоинства устройств разного типа:

  • Возможность использования в различных системах, различающихся по источнику получения энергии (солнечные, ветровые, комбинированные системы)
  • Высокий КПД.
  • Создание оптимальных условий работы для аккумуляторных батарей позволяет продлить сроки их эксплуатации.
  • Высокое напряжение на входе позволяет уменьшить сечение кабелей и проводов, используемых для соединения элементов системы или увеличить расстояние от источника энергии до контроллера.
  • Использование устройств данного типа позволяют увеличить эффективность использования солнечных батарей, что обусловлено возможностью заряда аккумуляторов при низкой освещённости.
  • Низкая стоимость.
  • Последовательные модели: позволяют использовать одновременно различные источники энергии и создают низкий нагрев во время регулирования;
  • Шунтовые модели: незначительные потери мощности в процессе работы, слабые электромагнитные помехи и низкий уровень падения напряжения в ключах.

Недостатки устройств разного типа:

  • Высокая стоимость.
  • Более сложная технология, в равнении с аналогами.
  • Последовательные модели: при полном заряде источник энергии отключается, значительные потери в последовательных ключах, электромагнитные помехи.
  • Шунтовые модели: значительный нагрев во время работы, невозможность использования с иными источниками энергии, кроме солнечных панелей.

Мррт контроллер для солнечных батарей

В солнечных электростанциях контроллер обеспечивает работу комплекта оборудования в автоматическом режиме, отслеживая режим заряда аккумуляторных батарей. Режим заряда зависит от зарядки батарей и соответствует выдаваемой мощности солнечных панелей в конкретный момент времени, которая зависит от погодных условий и пространственного места расположения солнца.

Схематично, расположение контроллера в схеме солнечной электростанции выглядит следующим образом:

Режимы работы контроллера для солнечных батарей:

  • Заряд аккумуляторных батарей в зависимости от состояния их заряда;
  • Автоматическое отключение полностью заряженного аккумулятора от источника энергии (солнечной батареи);
  • Отключение нагрузки (потребителей), в случае, когда заряд аккумулятора падает ниже критической отметки;
  • Автоматическое включение нагрузки, после заряда аккумулятора;
  • Автоматическое включение солнечных батарей, после того, как заряд аккумуляторной батареи станет меньше установленных значений, определяющих необходимость его зарядки.

Использование Мррт контроллеров в системах солнечной генерации, позволяет увеличить производительность солнечных электростанций, что в свою очередь снижает сроки окупаемости приобретенного оборудования.

Основными техническими характеристиками, определяющими параметры использования конкретного прибора, являются:

  • Электрическая мощность;
  • Номинальное напряжение на входе устройства;
  • Максимальный ток заряда аккумулятора;
  • Максимальное напряжение на выходе устройства;
  • Диапазон регулировки напряжения;
  • Температурный режим работы;
  • Габаритные размеры;
  • Вес устройства.

Популярные модели

На рынке товаров, используемых для производства электрической энергии посредством использования альтернативных источников, представлено достаточно большое количество моделей контроллеров данного типа, различающихся по техническим характеристикам, стоимости и бренду производителя.

В настоящее время, среди пользователей, популярностью пользуются модели отечественных и зарубежных производителей, это:

  • Модель КЭС 100/20 MPPT (Россия) – рассчитана на максимальный ток заряда до 20 А, напряжение на выходе до 100 В.
  • Модель КЭС DOMINATOR MPPT 250/60 (Россия) – максимальный ток заряда до 60 А, напряжение на выходе до 250 В.
  • Модель Epsolar MPPT TRACER-2215BN 20А 12/24В (Китай) – максимальный ток заряда 20А, напряжение на выходе до 150 В.
  • Модель IT6415ND 60A 12V/24V/36 В (Китай) – максимальный ток заряда 60 А, напряжение на выходе до 150 В.
  • Модель Victron BlueSolar 100/15 12/24В 15А (Голландия) – максимальный ток заряда 15А, напряжение на выходе 100 В.
  • Модель Victron BlueSolar 150/70 12/24/48В 70А (Голландия) – максимальный ток заряда 70 А, напряжение на выходе 150 В.

Кроме выше приведенных моделей, к реализации предлагается еще большое количество устройств данного типа, поэтому есть возможность выбрать модель, отвечающую предъявляемым к ней требованиям и личным предпочтениям пользователя.

Средние цены

Для того, чтобы понять в каком ценовом диапазоне находятся Мррт контроллеры различных производителей, можно рассмотреть стоимость моделей, приведенных выше, это:

  • КЭС 100/20 MPPT – от 10000,00 рублей;
  • КЭС DOMINATOR MPPT 250/60 – от 40000,00 рублей;
  • Epsolar MPPT TRACER-2215BN 20А 12/24В – от 9000,00 рублей;
  • IT6415ND 60A 12V/24V/36 В – от 30000,00 рублей.
  • Victron BlueSolar 100/15 12/24В 15А – от 11000,00 рублей;
  • Victron BlueSolar 150/70 12/24/48В 70А – от 55000,00 рублей.

Как видно из приведенных цифр, наиболее дешевые, это модели китайского производства, а наиболее дорогие – европейских производителей.

Продукция отечественных предприятий несколько дороже устройств, произведенных в Китае, но дешевле изготовленных в Европе.

Можно ли сделать своими руками

Наша страна всегда славилась тем, что у нас есть много толковых изобретателей и рационализаторов, людей творческих и пытающихся сделать своими руками и из подручных средств устройства различного типа и предназначения.

«Самоделкины» не обошли стороной и Мррт контроллеры, которые при наличии навыков работы паяльником и начальных знаний в области электротехники, можно изготовить своими руками.

Одним из вариантов подобного устройства, изготовленного самостоятельно, может быть прибор, собранный по ниже приведенной схеме:

Собранный по данной схеме контроллер, будет иметь напряжение на выходе – 14,0 Вольт и обладать настройками режимов работы по напряжению отключения и включения аккумуляторных батарей.

Источник: https://alter220.ru/solnce/mppt-kontroller.html

Солнечная батарея на балконе: тестирование контроллера заряда

Привет geektimes!

В предыдущей части была рассмотрена и проверена работа платы BMS, обеспечивающей корректный заряд литий-ионного аккумулятора. Китайская почта наконец доставила Solar charge controller, так что пора протестировать и его.

Результаты тестирования под катом.

Контроллер заряда (Solar charge controller)

Данное устройство является основным во всей системе — именно контроллер обеспечивает взаимодействие всех компонентов — солнечной панели, нагрузки и батареи (он нужен, только если мы хотим именно накапливать энергию в батарее, если отдавать энергию сразу в электросеть, нужен другой тип контроллера grid tie).

Контроллеров на небольшие токи (10-20А) на рынке довольно-таки много, но т.к. в нашем случае используется литиевая батарея вместо свинцовой, то нужно выбирать контроллер с настраиваемыми (adjustable) параметрами. Был куплен контроллер, как на фото, цена вопроса от 13$ на eBay до 20-30$ в зависимости от жадности местных продавцов.

Контроллер гордо называется «Intelligent PWM Solar Panel Charge Controller», хотя по сути вся его «интеллектуальность» заключается в возможности задания порогов заряда и разряда, и конструктивно он не сильно отличается от обычного DC-DC конвертора.

Подключение контроллера весьма просто, у него всего 3 разъема — для солнечной панели, нагрузки и аккумулятора соответственно. В качестве нагрузки в моем случае была подключена светодиодная лента на 12В, аккумулятор все тот же тестовый с Hobbyking. Также на контроллере есть 2 USB-разъема, от которых можно заряжать различные устройства.

Все вместе выглядело так:Перед тем как использовать контроллер, его надо настроить. Контроллеры этой модели продаются в разных модификациях для разных типов батарей, отличия скорее всего лишь в предустановленных параметрах.

Для моей литиевой батареи c тремя ячейками (3S1P) я установил следующие значения:Как можно видеть, напряжение отключения заряда (PV OFF) установлено на 12.5В (исходя из 4.2В на ячейку можно было поставить 12.6, но небольшой недозаряд положительно сказывается на количестве циклов батареи).

Следующие 2 параметра — отключение нагрузки, в моем случае настроено на 10В, и повторное включение заряда на 10.5В. Минимальное значение можно было поставить и меньше, до 9.6В, небольшой запас был оставлен для работы самого контроллера, который питается от той же батареи.

Тестирование

С разрядом проблем ожидаемо не было. Заряда батареи хватило чтобы зарядить планшет, также горела светодиодная лента, и при пороговом напряжении в 10В, лента погасла — контроллер отключил нагрузку, чтобы не разряжать батарею ниже заданного порога. А вот с зарядом все пошло не совсем так.

Вначале все было хорошо, и максимальная мощность по ваттметру составила около 50Вт, что вполне неплохо. Но ближе к концу заряда подключенная в качестве нагрузки лента стала сильно мерцать. Причина ясна и без осциллографа — две BMS не очень дружат между собой.

Как только напряжение на одной из ячеек достигает порога, BMS отключает батарею, из-за чего отключается и нагрузка и контроллер, затем процесс повторяется. Да и учитывая что пороговые напряжения уже заданы в контроллере, вторая плата защиты по сути и не нужна.

Пришлось вернуться к плану «Б» — поставить на батарею только плату балансировки, оставив контроллеру управление зарядом. Плата 3S balance board выглядит так:Бонус этого балансира еще и в том, что он в 2 раза дешевле.

Конструкция получилась даже проще и красивее — балансир занял свое «законное» место на балансировочном разъеме батареи, к контроллеру батарея подключена через силовой разъем. Все вместе выглядит примерно так:Больше никаких неожиданностей не было. Когда напряжение на батарее поднялось до 12.

5В, потребляемая от панелей мощность упала практически до нуля а напряжение увеличилось до максимума «холостого хода» (22В), т.е. заряд больше не идет.Напряжение на 3х ячейках батареи в конце заряда составило 4.16В, 4.16В и 4.16В, что дает в сумме 12.48В, к контролю заряда, как и к балансиру претензий нет.

Заключение

Система работает, почти как и ожидалось. Днем электроэнергия может накапливаться, вечером ее можно использовать. В финальной версии батарея будет заменена на блок из элементов 18650, которые уже описывались в предыдущей части. Емкость батареи можно увеличить до 20Ач, больше для балконной системы уже избыточно.

Если же приобрести другой балансир, можно использовать и LiFePo4-аккумуляторы, достаточно установить нужные пороги напряжений в контроллере. Однако в моем случае, смысла в этом скорее всего нет — стоимость LiFePo4 на 10-20Ач составляет 80-100$, что уже сопоставимо со стоимостью Grid Tie контроллера, который я собираюсь протестировать в дальнейшем.

Продолжение в следующей части.

Еще исключительно для тестов (понятно что экономического смысла в этом нет) была заказана батарея ионисторов на 12В, благо цены падают и сейчас они относительно дешевые. Будет интересно проверить, на сколько хватит их заряда.

Stay tuned.

Примечание: показанная на фото батарея от Hobbyking была поставлена исключительно для теста.

Эти батареи не тестировались для постоянного использования в подобных системах, также их не рекомендуется оставлять без присмотра.

Более-менее окончательная версия батареи выглядит вот так:Это 12 ячеек 18650, соединенных в группы параллельно по 4.

Примерная емкость батареи около 12ач, этого хватает для зарядки разных гаджетов и для вечернего освещения комнаты светодиодной лентой.

В батарее используются элементы Panasonic, те же что и в автомобилях Tesla S, надежность данных ячеек можно считать вполне хорошей.

Для желающих посмотреть видео-версию, ролик выложен в youtube.

Источник: https://habr.com/post/404035/

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 контроллером 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.

Контроллеры для солнечных батарей

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

Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM

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

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 у пользователей  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. 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 солнечных панелей 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 инвертора напряжения. Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Источник: http://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/kontroller-zaryada-solnechnoj-batarei.html

Контроллеры заряда

Контроллер заряда LandStar LS1024R 10А

Номинальное напряжение: 12 / 24 В;
Максимальный ток: 10 А;
Мощность подключаемых солнечных батарей: от 130 Вт до 260 Вт;
Технология: PWM (ШИМ);
Доп. функция: встроенный таймер включения нагрузки

1 270 руб.

Контроллер заряда LandStar LS1024B,10А

Номинальное напряжение: 12 / 24 В;
Максимальный ток: 10 А;
Мощность подключаемых солнечных батарей: от 130 Вт до 260 Вт;
Технология: PWM (ШИМ);
Доп. функция: встроенный таймер включения нагрузки

1 910 руб.

Контроллер заряда LandStar LS2024B, 20А

Номинальное напряжение: 12 / 24 В;
Максимальный ток: 20 А;
Мощность подключаемых солнечных батарей: от 260 Вт до 520 Вт;
Технология: PWM (ШИМ);
Доп. функция: встроенный таймер включения нагрузки

2 360 руб.

Контроллер заряда LandStar LS2024R 20А

Номинальное напряжение: 12В / 24В;
Максимальный ток от солнечной панели: 20 А;
Максимальное напряжение солнечных панелей: от 260 Вт до 520 Вт;
Технология: PWM (ШИМ);
Доп. функция: встроенный таймер включения нагрузки

1 900 руб.

Контроллер заряда ViewStar VS2024A, 20А

Номинальное напряжение: 12 / 24 В;
Максимальный ток: 20 А;
Мощность подключаемых солнечных батарей: от 260 Вт до 520 Вт;
Технология: PWM (ШИМ);
Доп. функция: встроенный таймер включения нагрузки

2 190 руб.

Контроллер заряда ViewStar VS3024A, 30А

Номинальное напряжение: 12 / 24 В;
Максимальный ток: 30 А;
Мощность подключаемых солнечных батарей: от 390 Вт до 780 Вт;
Технология: PWM (ШИМ);
Доп. функция: встроенный таймер включения нагрузки

2 600 руб.

Контроллер заряда Itracer IT6415ND, 60А

Номинальное напряжение: 12 / 24 / 36 / 48 В ;
Максимальный ток: 60 А;
Мощность подключаемых солнечных батарей: 800 Вт (12 В); 1600 Вт (24 В); 2400 Вт (36 В); 3200 Вт (48 В);
Технология: MPPT

32 500 руб.
26 000 руб.

Типы контроллеров

ШИМ (PWM) – контроллеры

МРРТ-контроллеры

Контроллер заряда для ветрогенератора

Полезные советы эксплуатации контроллеров

Выводы

В составе любой автономной сети электрического питания на базе солнечных батарей присутствует специальное устройство, которое должно контролировать процесс накопления и расходования энергии. Его называют контроллер заряда.

Необходимость применения контроллеров обусловлена тем, что альтернативные источники работают не постоянно, их работоспособность зависит от погодных условий – Солнечные батареи обеспечивают заряд аккумуляторов только в светлое время суток, когда есть солнце и плюс ко всему аккумуляторы требовательны к зарядным характеристикам.

Контроллеры заряда обеспечивают не только контроль накопления энергии, но и безопасность работы всей системы в целом. Они могут выполнять следующие функции:

  • автоматическое подключение аккумуляторных батарей на зарядку от солнечных панелей;
  • выбор оптимального режима зарядки;
  • контроль разряда батареи путём отключения потребителей;
  • защита от неправильной полярности при подключении, КЗ или обрыва цепи;
  • регулирование степени заряда батареи;
  • подключение нагрузки при восполнении заряда;
  • учёт расхода электроэнергии и т. д.

Все эти функции значительно продлевают срок службы аккумуляторных батарей, а также оптимизируют процесс хранения и расхода энергии. Как правило, контроллеры поступают в эксплуатацию с уже заданными параметрами напряжений контроля и отключения. Однако некоторые модели позволяют настраивать граничные уровни напряжения в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Сегодня наиболее распространёнными являются свинцово-кислотные аккумуляторы, в том числе: AGM, GEL, OPzV и OPzS, которые широко применяются в автономных системах. Особенностью их эксплуатации, в отличие от щелочных аккумуляторных батарей, является чувствительность к перезарядам и полным разрядам.

Каждый глубокий разряд или перезаряд отражаются на их характеристиках, в частности, существенно сокращается срок службы, а в худшем случае это может привести к выходу из строя аккумулятора. Поэтому при достижении полного заряда АБ, необходимо ограничивать силу тока.

В ином случае, это приведёт к закипанию электролита и выделению газов, что в свою очередь, создает давление внутри аккумуляторного корпуса и может спровоцировать взрыв аккумуляторной батареи.

Щелочные аккумуляторы менее чувствительны к перезарядам. Однако отсутствие контроля этой процедуры также оставляет негативные последствия. Чтобы избежать таких последствий и максимально продлить срок службы аккумуляторных батарей, в этих системах также необходимо использовать контроллеры заряда.

Типы контроллеров

Самыми простыми контроллерами являются автоматы отключения. При снижении напряжения батареи они подключают источник энергии и автоматически отключают при повышении напряжения АБ до установленного значения.

Но из-за низкого КПД, такие устройства оказались малоэффективными и в настоящее время практически не применяются.

Использование новейших технологий позволяет создавать более совершенные устройства для обеспечения корректной работы автономных систем электропитания.

Сегодня существуют два основных вида контроллеров заряда, для систем на основе солнечных батарей:

  • контроллеры с широтно-импульсной модуляцией – ШИМ (PWM);
  • контроллеры слежения за максимальной точкой мощности: МРРТ.

ШИМ (PWM) – контроллеры

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.

Рис 1. График заряда ШИМ контроллера

ШИМ-контролеры, изменяя силу зарядного тока пропорционально степени заряда АБ и в последующем выравнивания напряжение банок, предотвращают перегрев и образование газов, формируют эффект десульфурации пластин. В конечном счёте контроллеры на основе широтно-импульсной модуляции  значительно продлевают срок эксплуатации аккумулятора.

ШИМ – контроллеры подразделяются на два типа: последовательные и шунтовые.

обеспечивают безопасность подключения источника энергии к потребителям и к аккумуляторам. При отключении нагрузки и батарей напряжение источника питания поддерживается на уровне холостого хода.

замыкают источник питания (солнечные батареи) накоротко минуя аккумуляторные батареи.

  • Низкий уровень потери мощности за счёт прямого подключения;
  • Слабая степень электромагнитных помех;
  • Слабый уровень падения величины напряжения в ключах.
ДостоинстваНедостаткиПоследовательные контроллерыШунтовые контроллеры
  • Позволяют использовать одновременно различные источники энергии;
  • Низкий нагрев во время регулирования;
  • При полном заряде источник отключается.
  • Наличие потерь в последовательных ключах;
  • Значительные электромагнитные помехи, вызванные большими скачками токов регулирования.
  • Низкий уровень потери мощности за счёт прямого подключения;
  • Слабая степень электромагнитных помех;
  • Слабый уровень падения величины напряжения в ключах.
  • Значительный нагрев во время регулирования;
  • Невозможно использовать иные источники энергии, за исключением солнечных панелей.

МРРТ-контроллеры

МРРТ – контроллеры обеспечивают постоянный контроль над точками максимальной мощности солнечных батарей (Рис 2). Этим достигается самое эффективное использование вырабатываемой энергии.

Автоматика постоянно оценивает силу тока и уровень напряжения, выдаваемые солнечными батареями, для определения оптимального соотношения пар: напряжение-ток.

Кроме этого, производится контроль степени заряженности АБ для пропорционального снижения силы тока зарядки.

МРРТ – контроллеры позволяют снимать более высокое напряжение с источника питания, а затем его конвертировать в наиболее эффективное напряжение для заряда батарей.

При этом оптимальное напряжение заряда всегда будет отличаться от стандартного напряжения батареи. При низком заряде батареи эта величина будет выше для обеспечения насыщения (абсорбции).

При слабой освещенности, когда величина напряжения на фотоэлементах будет ниже, чем напряжение АБ, контроллеры повысят его для обеспечения заряда. 

По сравнению с ШИМ контроллерами МРРТ устройства более эффективны, они обеспечивают более высокий КПД и хорошо работают даже при затенении 30—40% солнечных панелей. При снижении освещенности, наличии облаков или снижении температуры, они увеличивают отдачу энергии, следовательно, увеличивают мощность системы.

Существенным преимуществом МРРТ – контроллеров является то, что высокое напряжение на входе даёт возможность уменьшить сечение используемых кабелей и увеличить расстояние от солнечных панелей до контроллера.  Применение МРРТ-контролеров позволяет увеличить на 15—35% эффективность использования солнечных батарей.

Благодаря МРРТ-устройствам процесс заряда батарей производится при достаточно низкой освещённости.

Рис 2. Зависимость мощности от тока и напряжения.

ДостоинстваНедостаткиМРРТ контроллеры
  • Позволяют подключать различные источники энергии;
  • Разная величина напряжения на входе и выходе;
  • Обеспечивают гальваническую развязку «вход-выход»;
  • Высокий КПД выработки энергии за счёт постоянного контроля над ТММ источника питания.
  • Высокая стоимость;
  • Сложность технологии производства;
  • Наличие потерь на преобразовании.

Контроллер заряда для ветрогенератора

Контроллер заряда для ветрогенератора практически ничем не отличается от устройства, применяемого в солнечных батареях. Основное их различие заключается в иных вольт-амперных характеристиках. Каждое устройство обладает своими параметрами вырабатываемого тока, соответственно определённый контроллер может применяться только с технически совместимыми устройствами.

Батареи, используемые в ветрогенераторных установках, чаще всего подвергаются перегрузке, перезаряду. В отличие от солнечных станций, ветровые установки подвержены большим скачкам энергии. С учётом этих особенностей, контроллер выравнивает ток

При больших порывах ветра, более эффективным методом для предотвращения разрушения ветрогенератора является задействование тэнов. Контроллер подключается через тэны к фазам генератора. Такой подход позволяет сбрасывать на тэны большие токи, отбирать у генератора большую мощность, тем самым при необходимости сильно притормаживать установку.

Практически все производители изготавливают контроллеры с индивидуальными параметрами, для конкретных моделей ветрогенераторов.

Полезные советы эксплуатации контроллеров

Выбор контроллеров необходимо производить по следующим параметрам:

  • величина входного напряжения;
  • величина напряжения АБ;
  • величина входного тока;
  • величина выходного тока.

Максимальное входное напряжение МРРТ-контроллеров должно быть больше величины напряжения холостого хода солнечных батарей как минимум на 20%, рекомендуется коммутировать солнечные батареи таким образов, чтоб их напряжение было примерно в 2 раза больше напряжения аккумуляторов. Максимальный ток от СБ не должен превышать максимально допустимы входной ток в контроллер.

ШИМ-контроллеры подбираются по силе тока КЗ солнечных батарей с запасом не менее 10%, а напряжение, коммутируемых СБ, должно соответствовать напряжению аккумуляторов.

Большинство моделей современных контроллеров оснащаются встроенной компенсацией температуры окружающей среды. При отклонении температуры от стандартного значения, которое обычно принимают +25 оС, производится изменение величины напряжения заряда.

Контроллеры заряда в основном предназначены для использования в альтернативных системах на базе свинцово-кислотных АБ. При этом зарядка с помощью таких контроллеров щелочных батарей (литий-ионные, никель-кадмиевые и т. п.) не допускается.

Выводы

Контроллеры заряда необходимо использовать только в тех системах, для которых они предназначены.

Если система автономного питания скомпонована на базе двух альтернативных источников (гибридная), то использовать один универсальный контроллер не рекомендуется.

В этом случае целесообразно установить два разных контроллера, для каждой подсистемы отдельно или использовать специальный гибридный контроллер.  

Для альтернативных систем автономного питания на базе солнечных батарей эффективней использовать МРРТ-контроллеры, ШИМ контроллеры лучше использовать в небольших системах. Для ветрогенераторов оптимальным выбором является ШИМ-контроллеры.

Перейти к выбору контроллеров

Источник: http://b-eco.ru/controllers/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector