Regulátor nabíjania solárnej batérie: obvod, princíp činnosti, spôsoby pripojenia

Solárna energia je zatiaľ obmedzená (na úrovni domácností) na vytváranie fotovoltaických panelov s relatívne nízkym výkonom.Ale bez ohľadu na konštrukciu fotoelektrického konvertora slnečného svetla na prúd je toto zariadenie vybavené modulom nazývaným regulátor nabíjania solárnej batérie.

Inštalácia solárnej fotosyntézy skutočne obsahuje dobíjaciu batériu - zásobník energie prijatej zo solárneho panelu. Práve tento sekundárny zdroj energie je primárne obsluhovaný regulátorom.

V článku, ktorý uvádzame, pochopíme dizajn a princípy fungovania tohto zariadenia a tiež zvážime, ako ho pripojiť.

Solárne ovládače

Elektronický modul nazývaný solárny regulátor je navrhnutý tak, aby vykonával množstvo riadiacich funkcií počas procesu nabíjania/vybíjania solárna batéria.

Keď slnečné svetlo dopadá na povrch solárneho panelu inštalovaného napríklad na streche domu, fotobunky zariadenia premieňajú toto svetlo na elektrický prúd.

Výsledná energia by v skutočnosti mohla byť dodávaná priamo do akumulátora. Proces nabíjania / vybíjania batérie má však svoje vlastné jemnosti (určité úrovne prúdov a napätí). Ak zanedbáte tieto jemnosti, batéria jednoducho zlyhá v krátkom čase prevádzky.

Aby sa predišlo takýmto smutným následkom, je navrhnutý modul nazývaný regulátor nabíjania pre solárnu batériu.

Okrem sledovania úrovne nabitia batérie modul sleduje aj spotrebu energie.V závislosti od stupňa vybitia obvod regulátora nabíjania solárnej batérie reguluje a nastavuje úroveň prúdu potrebnú na počiatočné a následné nabitie.

V závislosti od výkonu regulátora nabíjania solárnej batérie môžu mať konštrukcie týchto zariadení veľmi odlišné konfigurácie

Vo všeobecnosti, zjednodušene povedané, modul poskytuje bezstarostnú „životnosť“ batérie, ktorá sa pravidelne akumuluje a uvoľňuje energiu spotrebiteľským zariadeniam.

Typy používané v praxi

Na priemyselnej úrovni sa začali a vyrábajú dva typy elektronických zariadení, ktorých dizajn je vhodný na inštaláciu do solárneho energetického systému:

1. Zariadenia série PWM.
2. Zariadenia série MPPT.

Prvý typ regulátora pre solárnu batériu možno nazvať „starý muž“. Takéto schémy boli vyvinuté a uvedené do prevádzky na úsvite rozvoja solárnej a veternej energie.

Princíp činnosti obvodu regulátora PWM je založený na algoritmoch modulácie šírky impulzov. Funkčnosť takýchto zariadení je o niečo nižšia ako pokročilejšie zariadenia série MPPT, ale vo všeobecnosti tiež fungujú celkom efektívne.

Jeden z populárnych modelov regulátora nabíjania batérie solárnych staníc v spoločnosti, napriek tomu, že obvod zariadenia je vyrobený pomocou technológie PWM, ktorá sa považuje za zastaranú

Dizajn využívajúci technológiu Maximum Power Point Tracking (sledovanie limitu maximálneho výkonu) sa vyznačuje moderným prístupom k obvodovým riešeniam a poskytuje vyššiu funkčnosť.

Ak však porovnáme oba typy ovládačov a najmä so sklonom k ​​domácej sfére, zariadenia MPPT nevyzerajú v ružovom svetle, v ktorom sú tradične propagované.

Radič typu MPPT:

• má vyššie náklady;
• má zložitý konfiguračný algoritmus;
• dáva výkon iba na paneloch veľkej plochy.

Tento typ zariadenia je vhodnejší pre globálne solárne energetické systémy.

Regulátor určený na prevádzku ako súčasť solárnej elektrárne. Je zástupcom triedy MPPT zariadení - pokročilejších a efektívnejších

Pre potreby bežného užívateľa z domáceho prostredia, ktorý má spravidla maloplošné panely, je výhodnejšie zakúpiť a prevádzkovať PWM regulátor (PWM) s rovnakým účinkom.

Blokové schémy regulátorov

Schematické diagramy regulátorov PWM a MPPT na to, aby sme ich zvážili laickým okom, sú príliš zložitým bodom spojeným s jemným pochopením elektroniky. Preto je logické brať do úvahy iba štrukturálne diagramy. Tento prístup je zrozumiteľný pre široké spektrum ľudí.

Možnosť #1 - PWM zariadenia

Napätie zo solárneho panelu prechádza cez dva vodiče (kladný a záporný) do stabilizačného prvku a oddeľovacieho odporového obvodu. Vďaka tomuto kúsku obvodu sa dosiahne potenciálne vyrovnanie vstupného napätia a do určitej miery zabezpečujú ochranu vstupu regulátora pred prekročením limitu vstupného napätia.

Tu je potrebné zdôrazniť: každý jednotlivý model zariadenia má špecifický limit vstupného napätia (uvedený v dokumentácii).

Približne takto vyzerá bloková schéma zariadení vyrobených na báze PWM technológií.Pre prevádzku ako súčasť malých domácich staníc poskytuje tento okruhový prístup celkom dostatočnú účinnosť

Ďalej je napätie a prúd obmedzené výkonovými tranzistormi na požadovanú hodnotu. Tieto komponenty obvodu sú zase riadené čipom ovládača cez čip ovládača. Výsledkom je, že výstup dvojice výkonových tranzistorov nastavuje normálnu hodnotu napätia a prúdu pre batériu.

Obvod obsahuje aj snímač teploty a budič, ktorý riadi výkonový tranzistor, ktorý reguluje výkon záťaže (ochrana pred hlbokým vybitím batérie). Teplotný senzor monitoruje stav ohrevu dôležitých prvkov PWM regulátora.

Zvyčajne úroveň teploty vo vnútri puzdra alebo na chladičoch výkonových tranzistorov. Ak teplota prekročí limity nastavené v nastaveniach, zariadenie vypne všetky aktívne elektrické vedenia.

Možnosť #2 - MPPT zariadenia

Zložitosť obvodu je v tomto prípade spôsobená jeho pridaním k množstvu prvkov, ktoré opatrnejšie vytvárajú potrebný riadiaci algoritmus na základe prevádzkových podmienok.

Úrovne napätia a prúdu sú monitorované a porovnávané porovnávacími obvodmi a na základe výsledkov porovnávania je určený maximálny výstupný výkon.

Návrh obvodov v konštrukčnej forme pre regulátory nabíjania založené na technológiách MPPT. Zložitejší algoritmus na monitorovanie a riadenie periférnych zariadení je tu už uvedený.

Hlavným rozdielom medzi týmto typom regulátora a PWM zariadeniami je, že sú schopné nastaviť modul solárnej energie na maximálny výkon bez ohľadu na poveternostné podmienky.

Obvody takýchto zariadení implementujú niekoľko metód riadenia:

• poruchy a pozorovania;
• zvýšenie vodivosti;
• prúdové zametanie;
• konštantné napätie.

A v poslednom segmente celkovej akcie sa používa aj algoritmus na porovnanie všetkých týchto metód.

Spôsoby pripojenia ovládačov

Vzhľadom na tému pripojení je potrebné okamžite poznamenať: pre inštaláciu každého jednotlivého zariadenia je charakteristická práca so špecifickou sériou solárnych panelov.

Napríklad, ak sa použije regulátor, ktorý je navrhnutý pre maximálne vstupné napätie 100 voltov, séria solárnych panelov by nemala mať na výstupe napätie nie väčšie ako táto hodnota.

Každá solárna elektráreň funguje podľa pravidla vyrovnávania výstupného a vstupného napätia prvého stupňa. Horná hranica napätia regulátora musí zodpovedať hornej hranici napätia panela

Pred pripojením zariadenia sa musíte rozhodnúť o umiestnení jeho fyzickej inštalácie. Podľa pravidiel by sa miesto inštalácie malo zvoliť v suchých, dobre vetraných priestoroch. Zabráňte prítomnosti horľavých materiálov v blízkosti zariadenia.

Prítomnosť zdrojov vibrácií, tepla a vlhkosti v bezprostrednej blízkosti zariadenia je neprijateľná. Miesto inštalácie musí byť chránené pred zrážkami a priamym slnečným žiarením.

Technológia pripojenia pre modely PWM

Takmer všetci výrobcovia PWM regulátorov vyžadujú, aby boli zariadenia pripojené v presnom poradí.

Technika pripojenia PWM regulátorov k periférnym zariadeniam nie je obzvlášť náročná. Každá doska je vybavená označenými svorkami. Tu musíte jednoducho dodržiavať postupnosť akcií

Periférne zariadenia musia byť pripojené v úplnom súlade s označeniami kontaktných svoriek:

1. Pripojte vodiče batérie ku svorkám batérie zariadenia v súlade s vyznačenou polaritou.
2. Zapnite ochrannú poistku priamo v mieste kontaktu kladného vodiča.
3. Pripojte vodiče vychádzajúce z batérie solárneho panelu na kontakty ovládača určené pre solárny panel. Dodržujte polaritu.
4. Pripojte testovaciu lampu s príslušným napätím (zvyčajne 12/24V) na záťažové svorky zariadenia.

Zadaná postupnosť nesmie byť porušená. Napríklad prvé pripojenie solárnych panelov, keď nie je pripojená batéria, je prísne zakázané. Používateľ sa tak vystavuje riziku „spálenia“ zariadenia. IN tento materiál Podrobnejšie je popísaná schéma montáže solárnych panelov s batériou.

Taktiež pre regulátory série PWM nie je prípustné pripojiť napäťový menič k záťažovým svorkám regulátora. Menič by mal byť pripojený priamo na svorky batérie.

Postup pripojenia MPPT zariadení

Všeobecné požiadavky na fyzickú inštaláciu tohto typu zariadenia sa nelíšia od predchádzajúcich systémov. Technologické nastavenie je však často trochu iné, pretože ovládače MPPT sa často považujú za výkonnejšie zariadenia.

Pre regulátory určené pre vysoké úrovne výkonu sa odporúča použiť káble s veľkým prierezom vybavené kovovými koncovkami na pripojenie napájacích obvodov.

Napríklad pre výkonné systémy sú tieto požiadavky doplnené o skutočnosť, že výrobcovia odporúčajú použiť kábel pre napájacie vedenia navrhnuté pre prúdovú hustotu najmenej 4 A/mm². To znamená, že napríklad pre regulátor s prúdom 60 A potrebujete kábel na pripojenie k batérii s prierezom aspoň 20 mm.².

Spojovacie káble musia byť vybavené medenými okami, pevne zvlnenými špeciálnym nástrojom. Záporné póly solárneho panelu a batérie musia byť vybavené adaptérmi s poistkami a spínačmi.

Tento prístup eliminuje straty energie a zaisťuje bezpečnú prevádzku zariadenia.

Bloková schéma zapojenia výkonného MPPT regulátora: 1 – solárny panel; 2 – MPPT regulátor; 3 – svorkovnica; 4,5 – poistky; 6 – vypínač regulátora; 7.8 – zemný autobus

Pred pripojením solárne panely Pri pripájaní k zariadeniu sa uistite, že napätie na svorkách zodpovedá alebo je menšie ako napätie, ktoré môže byť privedené na vstup regulátora.

Pripojenie periférnych zariadení k zariadeniu MTTP:

1. Prepnite panel a spínače batérie do polohy „vypnuté“.
2. Odstráňte ochranné poistky na paneli a batérii.
3. Pripojte svorky batérie káblom ku svorkám ovládača batérie.
4. Pripojte svorky solárneho panelu káblom ku svorkám regulátora označeným príslušným znakom.
5. Pripojte uzemňovaciu svorku k uzemňovacej zbernici pomocou kábla.
6. Nainštalujte snímač teploty na regulátor podľa pokynov.

Po týchto krokoch musíte znova vložiť predtým vybratú poistku batérie a prepnúť prepínač do polohy „zapnuté“. Na obrazovke ovládača sa zobrazí signál detekcie batérie.

Potom po krátkej prestávke (1-2 minúty) vymeňte predtým odstránenú poistku solárneho panela a otočte prepínač panela do polohy „zapnuté“.

Na obrazovke zariadenia sa zobrazí hodnota napätia solárneho panelu. Tento moment naznačuje úspešné spustenie inštalácie solárnej energie.

Závery a užitočné video na túto tému

Priemysel vyrába zariadenia, ktoré sú mnohostranné, pokiaľ ide o návrhy obvodov. Preto nie je možné poskytnúť jednoznačné odporúčania týkajúce sa pripojenia všetkých inštalácií bez výnimky.

Hlavný princíp pre akýkoľvek typ zariadenia však zostáva rovnaký: bez pripojenia batérie k zberniciam regulátora je pripojenie k fotovoltaickým panelom neprijateľné. Podobné požiadavky platia pre zahrnutie do schémy menič napätia. Treba ho považovať za samostatný modul pripojený k batérii cez priamy kontakt.

Ak máte potrebné skúsenosti alebo znalosti, podeľte sa o ne s našimi čitateľmi. Zanechajte svoje komentáre v bloku nižšie. Tu môžete položiť otázku k téme článku.