Regulator de încărcare a bateriei solare: circuit, principiu de funcționare, metode de conectare

Energia solară se limitează până acum (la nivelul gospodăriei) la realizarea de panouri fotovoltaice de putere relativ mică.Dar indiferent de designul convertorului fotoelectric de lumină solară în curent, acest dispozitiv este echipat cu un modul numit controler de încărcare a bateriei solare.

Într-adevăr, instalația de fotosinteză solară include o baterie reîncărcabilă - un dispozitiv de stocare a energiei primite de la panoul solar. Această sursă de energie secundară este deservită în primul rând de controler.

În articolul pe care îl prezentăm, vom înțelege designul și principiile de funcționare ale acestui dispozitiv și, de asemenea, vom lua în considerare modul de conectare.

Regulatoare solare

Un modul electronic numit controler solar este proiectat pentru a îndeplini o serie de funcții de control în timpul procesului de încărcare/descărcare baterie solară.

Când lumina soarelui cade pe suprafața unui panou solar instalat, de exemplu, pe acoperișul unei case, fotocelulele dispozitivului transformă această lumină în curent electric.

Energia rezultată, de fapt, ar putea fi furnizată direct bateriei de stocare. Cu toate acestea, procesul de încărcare/descărcare a unei baterii are propriile sale subtilități (anumite niveluri de curenți și tensiuni). Dacă neglijezi aceste subtilități, bateria se va defecta pur și simplu într-o perioadă scurtă de funcționare.

Pentru a evita astfel de consecințe triste, este proiectat un modul numit controler de încărcare pentru o baterie solară.

Pe lângă monitorizarea nivelului de încărcare a bateriei, modulul monitorizează și consumul de energie.În funcție de gradul de descărcare, circuitul regulator de încărcare a bateriei solare reglează și stabilește nivelul de curent necesar pentru încărcarea inițială și ulterioară.

În funcție de puterea regulatorului de încărcare a bateriei solare, modelele acestor dispozitive pot avea configurații foarte diferite

În general, în termeni simpli, modulul oferă o „viață” fără griji bateriei, care acumulează periodic și eliberează energie către dispozitivele de consum.

Tipuri utilizate în practică

La nivel industrial, au fost lansate și sunt produse două tipuri de dispozitive electronice, al căror design este potrivit pentru instalarea într-un sistem de energie solară:

1. Dispozitive din seria PWM.
2. Dispozitive din seria MPPT.

Primul tip de controler pentru o baterie solară poate fi numit „bătrân”. Astfel de scheme au fost dezvoltate și puse în funcțiune în zorii dezvoltării energiei solare și eoliene.

Principiul de funcționare al circuitului controlerului PWM se bazează pe algoritmi de modulare a lățimii impulsului. Funcționalitatea unor astfel de dispozitive este oarecum inferioară dispozitivelor mai avansate din seria MPPT, dar în general funcționează și destul de eficient.

Unul dintre modelele populare de controler de încărcare a bateriei stației solare din societate, în ciuda faptului că circuitul dispozitivului este realizat folosind tehnologia PWM, care este considerată depășită

Proiectele care utilizează tehnologia Maximum Power Point Tracking (urmărirea limitei maxime de putere) se disting printr-o abordare modernă a soluțiilor de circuit și oferă o funcționalitate mai mare.

Dar dacă comparăm ambele tipuri de controller și, mai ales, cu o prejudecată spre sfera casnică, dispozitivele MPPT nu arată în lumina roz în care sunt în mod tradițional promovate.

Controler tip MPPT:

• are un cost mai mare;
• are un algoritm de configurare complex;
• oferă un câștig de putere doar pe panouri de o suprafață mare.

Acest tip de echipament este mai potrivit pentru sistemele globale de energie solară.

Un controler conceput pentru funcționarea ca parte a unei instalații de energie solară. Este un reprezentant al clasei de dispozitive MPPT - mai avansate și mai eficiente

Pentru nevoile unui utilizator obișnuit dintr-un mediu casnic, care, de regulă, are panouri cu suprafețe mici, este mai profitabil să cumpărați și să operați un controler PWM (PWM) cu același efect.

Scheme bloc ale controlerelor

Diagramele schematice ale controlerelor PWM și MPPT pentru a le considera cu ochiul unui profan sunt un punct prea complex asociat cu o înțelegere subtilă a electronicii. Prin urmare, este logic să luăm în considerare doar diagramele structurale. Această abordare este de înțeles pentru o gamă largă de oameni.

Opțiunea #1 - Dispozitive PWM

Tensiunea de la panoul solar trece prin doi conductori (pozitiv și negativ) către elementul de stabilizare și circuitul rezistiv separator. Datorită acestei piese din circuit, se obține egalizarea potențială a tensiunii de intrare și, într-o oarecare măsură, organizează protecția intrării controlerului împotriva depășirii limitei tensiunii de intrare.

Trebuie subliniat aici: fiecare model de dispozitiv individual are o limită de tensiune de intrare specifică (indicată în documentație).

Cam așa arată diagrama bloc a dispozitivelor realizate pe baza tehnologiilor PWM.Pentru funcționarea ca parte a stațiilor de uz casnic mici, această abordare cu circuit oferă o eficiență destul de suficientă

În continuare, tensiunea și curentul sunt limitate la valoarea cerută de tranzistoarele de putere. Aceste componente ale circuitului sunt la rândul lor controlate de cipul controler prin intermediul cipul driverului. Ca rezultat, ieșirea unei perechi de tranzistoare de putere stabilește valoarea normală a tensiunii și a curentului pentru baterie.

Circuitul conține, de asemenea, un senzor de temperatură și un driver care controlează tranzistorul de putere, care reglează puterea de sarcină (protecție împotriva descărcării profunde a bateriei). Senzorul de temperatură monitorizează starea de încălzire a elementelor importante ale controlerului PWM.

De obicei, nivelul temperaturii din interiorul carcasei sau de pe radiatoarele de tranzistoare de putere. Dacă temperatura depășește limitele stabilite în setări, dispozitivul oprește toate liniile de alimentare active.

Opțiunea #2 - Dispozitive MPPT

Complexitatea circuitului în acest caz se datorează adăugării acestuia la o serie de elemente care construiesc mai atent algoritmul de control necesar, pe baza condițiilor de funcționare.

Nivelurile de tensiune și curent sunt monitorizate și comparate de circuitele comparatoare și, pe baza rezultatelor comparației, se determină puterea maximă de ieșire.

Proiectare de circuit sub formă structurală pentru regulatoare de încărcare bazate pe tehnologii MPPT. Un algoritm mai complex pentru monitorizarea și controlul dispozitivelor periferice este deja notat aici.

Principala diferență între acest tip de controler și dispozitivele PWM este că acestea sunt capabile să ajusteze modulul de energie solară la putere maximă, indiferent de condițiile meteorologice.

Circuitele unor astfel de dispozitive implementează mai multe metode de control:

• tulburări și observații;
• creșterea conductibilității;
• măturarea curentă;
• tensiune constantă.

Și în segmentul final al acțiunii generale, se folosește și un algoritm pentru compararea tuturor acestor metode.

Metode de conectare la controler

Având în vedere subiectul conexiunilor, trebuie remarcat imediat: pentru instalarea fiecărui dispozitiv individual, o caracteristică caracteristică este lucrul cu o serie specifică de panouri solare.

Deci, de exemplu, dacă se folosește un controler care este proiectat pentru o tensiune de intrare maximă de 100 de volți, o serie de panouri solare ar trebui să scoată o tensiune nu mai mare decât această valoare.

Orice instalație de energie solară funcționează conform regulii de echilibrare a tensiunilor de ieșire și de intrare a primei trepte. Limita superioară a tensiunii controlerului trebuie să corespundă cu limita superioară a tensiunii panoului

Înainte de a conecta dispozitivul, trebuie să decideți cu privire la locația instalării sale fizice. Conform regulilor, locul de instalare trebuie ales în zone uscate, bine ventilate. Evitați prezența materialelor inflamabile în apropierea dispozitivului.

Prezența surselor de vibrații, căldură și umiditate în imediata apropiere a dispozitivului este inacceptabilă. Locul de instalare trebuie protejat de precipitații și lumina directă a soarelui.

Tehnologia de conectare pentru modelele PWM

Aproape toți producătorii de controlere PWM solicită ca dispozitivele să fie conectate în ordinea exactă.

Tehnica de conectare a controlerelor PWM la dispozitive periferice nu este deosebit de dificilă. Fiecare placă este echipată cu terminale etichetate. Aici trebuie pur și simplu să urmați succesiunea acțiunilor

Dispozitivele periferice trebuie conectate în deplină conformitate cu denumirea bornelor de contact:

1. Conectați firele bateriei la bornele bateriei dispozitivului în conformitate cu polaritatea indicată.
2. Porniți siguranța de protecție direct în punctul de contact al firului pozitiv.
3. Atașați conductorii care vin de la bateria panoului solar la contactele controlerului destinate panoului solar. Respectați polaritatea.
4. Conectați o lampă de testare cu tensiunea corespunzătoare (de obicei 12/24V) la bornele de sarcină ale dispozitivului.

Secvența specificată nu trebuie încălcată. De exemplu, conectarea mai întâi a panourilor solare când bateria nu este conectată este strict interzisă. Făcând acest lucru, utilizatorul riscă să „arde” dispozitivul. ÎN acest material Schema de asamblare a panourilor solare cu o baterie este descrisă mai detaliat.

De asemenea, pentru controlerele din seria PWM, nu este permisă conectarea unui invertor de tensiune la bornele de sarcină a controlerului. Invertorul trebuie conectat direct la bornele bateriei.

Procedura de conectare a dispozitivelor MPPT

Cerințele generale de instalare fizică pentru acest tip de dispozitiv nu diferă de sistemele anterioare. Dar configurația tehnologică este adesea oarecum diferită, deoarece controlerele MPPT sunt adesea considerate dispozitive mai puternice.

Pentru controlerele proiectate pentru niveluri mari de putere, se recomandă utilizarea cablurilor cu secțiune transversală mare echipate cu capace metalice pentru conexiunile circuitelor de alimentare.

De exemplu, pentru sistemele puternice, aceste cerințe sunt completate de faptul că producătorii recomandă utilizarea unui cablu pentru liniile de conectare la alimentare proiectat pentru o densitate de curent de cel puțin 4 A/mm². Adică, de exemplu, pentru un controler cu un curent de 60 A, aveți nevoie de un cablu pentru a vă conecta la baterie cu o secțiune transversală de cel puțin 20 mm.².

Cablurile de conectare trebuie să fie echipate cu urechi de cupru, strâns strâns cu un instrument special. Bornele negative ale panoului solar și ale bateriei trebuie echipate cu adaptoare cu siguranțe și întrerupătoare.

Această abordare elimină pierderile de energie și asigură funcționarea în siguranță a instalației.

Schema bloc pentru conectarea unui controler MPPT puternic: 1 – panou solar; 2 – controler MPPT; 3 – bloc terminal; 4,5 – siguranțe; 6 – comutator de alimentare controler; 7.8 – magistrală de pământ

Înainte de conectare panouri solare Când vă conectați la dispozitiv, asigurați-vă că tensiunea la bornele corespunde sau este mai mică decât tensiunea care poate fi furnizată la intrarea controlerului.

Conectarea perifericelor la dispozitivul MTTP:

1. Comutați panoul și comutatoarele bateriei în poziția „oprit”.
2. Scoateți siguranțele de protecție de pe panou și baterie.
3. Conectați bornele bateriei cu un cablu la bornele controlerului pentru baterie.
4. Conectați bornele panoului solar cu un cablu la bornele controlerului indicate prin semnul corespunzător.
5. Conectați terminalul de masă la magistrala de masă cu un cablu.
6. Instalați senzorul de temperatură pe controler conform instrucțiunilor.

După acești pași, trebuie să reintroduceți siguranța bateriei scoasă anterior și să rotiți comutatorul în poziția „pornit”. Un semnal de detectare a bateriei va apărea pe ecranul controlerului.

Apoi, după o scurtă pauză (1-2 minute), înlocuiți siguranța panoului solar îndepărtată anterior și puneți comutatorul panoului în poziția „pornit”.

Ecranul dispozitivului va afișa valoarea tensiunii panoului solar. Acest moment indică lansarea cu succes a instalației de energie solară.

Concluzii și video util pe această temă

Industria produce dispozitive care au multe fațete în ceea ce privește designul de circuite. Prin urmare, este imposibil să se ofere recomandări fără ambiguitate cu privire la conectarea tuturor instalațiilor fără excepție.

Cu toate acestea, principiul principal pentru orice tip de dispozitiv rămâne același: fără conectarea bateriei la magistralele controlerului, conectarea la panourile fotovoltaice este inacceptabilă. Cerințe similare se aplică pentru includerea în sistem invertor de tensiune. Ar trebui să fie considerat un modul separat conectat la baterie prin contact direct.

Dacă aveți experiența sau cunoștințele necesare, vă rugăm să o împărtășiți cititorilor noștri. Lasă-ți comentariile în blocul de mai jos. Aici puteți pune o întrebare despre subiectul articolului.