Контроллер зарядки солнечной батареи: схема, работа и подключения

На сегодняшний день солнечная энергия ограничивается, особенно в бытовом секторе, использованием фотоэлектрических панелей небольшой мощности. При любом варианте конструкции фотоэлектрического преобразователя солнечного света в электрический ток, присутствует модуль, известный как контроллер заряда солнечной батареи.

Безусловно, часть системы солнечной энергетики комплектуется аккумуляторной батареей, которая хранит энергию, получаемую от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии контролируется в первую очередь контроллером.

Контроллеры зарядки делятся на два основных типа: PWM (широтно-импульсная модуляция) и MPPT (максимальная точка мощности). PWM-контроллеры просты в использовании и более дешевы, но их эффективность ниже, особенно при облачной погоде или при частичном затенении солнечных панелей. MPPT-контроллеры, в свою очередь, могут более эффективно использовать энергию солнечных панелей, адаптируя напряжение и ток для достижения максимальной мощности, что делает их более подходящими для систем с высокими требованиями к производительности.

Работа контроллера заключается в том, что он управляет процессом зарядки аккумулятора, регулируя напряжение и ток, поступающие от солнечных панелей. Он предотвращает перезаряд и глубокую разрядку аккумулятора, что существенно увеличивает его срок службы. Современные контроллеры также могут обладать функциями мониторинга, позволяя пользователям следить за состоянием своей солнечной энергетической системы через мобильные приложения или веб-интерфейсы.

При подключении контроллера к системе необходимо соблюдать определенные рекомендации. Сначала подключается солнечная панель, затем контроллер к батарее, и в последнюю очередь подключается нагрузка. Это важно, чтобы избежать повреждения оборудования. Также стоит учесть правильный выбор сечения проводов, чтобы минимизировать потери энергии и избежать перегрева.

Следует обратить внимание на выбор соответствующего контроллера по максимальному напряжению и току солнечной панели, а также учесть тип используемой батареи (свинцово-кислотная, литий-ионная и т.д.). Это позволит обеспечить совместимость и надежность всей системы солнечного энергоснабжения.

В заключение, контроллер заряда солнечной батареи играет ключевую роль в системах солнечной энергетики, обеспечивая безопасную и эффективную работу всего оборудования. Правильный выбор и подключение контроллера способен значительно повысить производительность вашей солнечной электростанции.

Типы контроллеров для солнечных систем

Контроллер солнечной батареи — это электронное устройство, которое выполняет множество контрольных функций во время процессов зарядки и разрядки аккумулятора.

Когда солнечный свет падает на панель, установленную, например, на крыше, фотоэлементы преобразуют его в электрический ток.

Контроллер — это неотъемлемая часть гелиостанции, которая производит электричество из солнечного света.

К владельцам частных миниэлектростанций и тем, кто хочет приобрести солнечное оборудование, предлагаются два основных типа контроллеров: PWM (широтно-импульсная модуляция) и MPPT (отслеживание максимальной мощности).

Контроллеры PWM обеспечивают многоступенчатую зарядку аккумулятора, включая процессы наполнения, выравнивания, поглощения и поддержки заряда.

Экономичные модели контроллеров для домашних солнечных систем зачастую имеют светодиодную индикацию, позволяющую следить за рабочими параметрами и состоянием батареи.

Контроллеры MPPT стоят дороже и обладают более сложной функциональностью благодаря возможности отслеживания максимальной точки мощности. Они способны оптимизировать процесс зарядки, обеспечивая более высокий уровень преобразования солнечной энергии в электричество.

Для небольших солнечных электростанций с одной или двумя панелями подходит функционала контроллеров PWM, однако в случаях, когда требуется максимальная эффективность, лучше рассмотреть MPPT.

Оба типа контроллеров, так же как и аккумуляторы, должны быть установлены в помещении, поскольку их конструкции содержат температурные датчики для предотвращения перегрева.

При покупке комплексной солнечной станции контроллер не требуется, так как он уже включен в ее комплект оборудования для обработки и хранения электроэнергии.

Энергия, производимая с помощью солнечной панели, может непосредственно поступать в аккумулятор. Однако зарядка и разрядка батарей имеют свои особенности, связанные с необходимыми уровнями тока и напряжения. Игнорирование этих нюансов может привести к быстрому выходу аккумулятора из строя.

Чтобы избежать таких негативных последствий, и предназначен контроллер заряда для солнечной батареи.

Контроллер не только отслеживает уровень заряда аккумулятора, но и регулирует потребление энергии. В зависимости от степени разряда, он управляет током, необходимым для начального и последующего зарядов. Также контроллер может обеспечивать защиту от перезарядки и переразрядки аккумуляторов, что значительно увеличивает их срок службы.

Конструкция контроллера может варьироваться в зависимости от его мощности, но в целом он обеспечивает надежную «жизнь» для аккумулятора, который периодически заряжает и разряжает энергией устройства-потребители.

Важно упомянуть, что правильный выбор контроллера в значительной мере влияет на общую эффективность солнечной системы. Важным аспектом является также учет климатических условий региона, где будет установлена солнечная система, так как это может повлиять на выбор типа контроллера и его характеристики.

Типы контроллеров на практике

На производственном уровне существует два вида электронных устройств, подходящих для солнечной энергетической системы:

1. Устройства типа PWM.
2. Устройства типа MPPT.

Контроллеры PWM можно считать «классикой жанра», так как они были разработаны на заре появления солнечной и ветряной энергетики.

Принцип работы PWM контроллеров основан на алгоритмах широтно-импульсной модуляции. Хотя их функциональность несколько уступает более современным MPPT устройствам, они все же работают достаточно эффективно.

Среди пользователей популярна модель контроллера, работающая на технологии PWM, хоть это и считается устаревшим решением.

Устройства с технологией MPPT предлагают более современный подход и повышенную функциональность.

Тем не менее, если сравнивать оба типа контроллеров для домашнего использования, MPPT не всегда оправдывает свою стоимость и преимущества.

Контроллеры MPPT:

• обладают высокой ценой;
• имеют сложный алгоритм настройки;
• обеспечивают максимальную мощность только при значительных площадях солнечных панелей.

Такое оборудование больше подходит для масштабных солнечных энергетических систем.

Контроллеры MPPT являются более совершенными устройствами, предназначенными для использования в солнечных энергетических установках.

Для обычного потребителя с небольшими панелями экономически более разумным будет использование контроллеров PWM с тем же уровнем эффективности.

Дополнительно, стоит отметить, что контроллеры PWM имеют прочную конструкцию и высокую надежность, что делает их идеальными для эксплуатации в условиях с низким уровнем солнечной радиации. Эти устройства обычно проще в установке, требуя минимальных настроек и вмешательства от пользователя. Они также менее чувствительны к перепадам напряжения, что снижает риск повреждений.

С другой стороны, MPPT контроллеры более чувствительны к изменениям в солнечной радиации и могут автоматически изменять параметры работы, чтобы максимизировать выходную мощность. Это позволяет им достигать улучшенной эффективности даже при изменяющихся условиях, таких как облачность или угол падения солнечных лучей.

Тем не менее, если вы планируете использовать солнечные панели в ограниченных пространствах или для маломасштабных применений, такие как зарядка аккумуляторов для дачного домика, контроллеры PWM могут оказаться более выгодным выбором. Они обеспечивают достаточный уровень производительности без необходимости в сложных настройках и высоких инвестициях.

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT могут показаться сложны для непрофессионалов. Поэтому имеет смысл рассмотреть только структурные схемы, которые будут понятны широкой аудитории.

Вариант #1 — устройства PWM

Электричество от солнечной панели поступает через два провода (плюсовой и минусовой) на стабилизирующий элемент и резистивную цепь для разделения. Это позволяет уравнять потенциалы входного напряжения и частично защитить контроллер от превышения допустимого напряжения.

Подчеркнем, что каждая модель устройства имеет свой предел входного напряжения, указанный в руководстве.

Структурная схема устройств на базе PWM занимает свою нишу в небольших домашних системах с достаточной эффективностью.

После этого напряжение и ток ограничиваются до нужного уровня с помощью силовых транзисторов, которыми управляет чип контроллера через драйверную микросхему. Это обеспечивает необходимый уровень напряжения и тока на выходе для аккумулятора.

В схеме также предусмотрены температурный датчик и драйвер, которые регулируют силу нагрузки (защита от глубокого разряда аккумулятора). Температурный датчик следит за состоянием нагрева ключевых компонентов контроллера PWM.

Уровень температуры обычно контролируется на корпусе устройства или радиаторах транзисторов. Если температурные показатели превышают допустимые границы, прибор отключает все источники активного питания.

Вариант #2 — приборы MPPT

Схема этой категории контроллеров более сложная благодаря множеству компонентов, которые позволяют более точно контролировать работу.

Уровни напряжения и тока отслеживаются с помощью компараторов, а результаты позволяют определить максимум выходной мощности.

Структурное решение для MPPT- контроллеров выглядит более сложным и требует высоких навыков для управления периферийными устройствами.

Главное отличие от контроллеров PWM состоит в том, что они способны оптимизировать работу солнечного модуля независимо от погодных условий.

В этих устройствах реализуются различные методы контроля:

• метод возмущения и наблюдения;
• метод увеличивающейся проводимости;
• метод токовой развёртки;
• метод постоянного напряжения.

В итоге применяется алгоритм, сравнивающий все вышеперечисленные методы.

Способы подключения контроллеров

При рассмотрении вопроса подключения контроллеров, необходимо учесть, что каждый прибор предназначен для работы с определённой серией солнечных панелей.

К примеру, если контроллер рассчитан на максимальное входное напряжение 100 вольт, солнечные панели не должны выдавать больше этого значения.

Любая солнечная энергетическая установка должна соотносить параметры выходного и входного напряжения. Верхний предел напряжения контроллера должен совпадать с верхним пределом напряжения солнечной панели.

Перед подключением устройства важно выбрать подходящее место для его установки. Рекомендуется размещать контроллер в сухих, хорошо вентилируемых помещениях, подальше от легковоспламеняющихся материалов.

Не следует устанавливать прибор рядом с источниками вибрации, высокой температуры и влажности. Место установки должно быть защищено от атмосферных осадков и солнечных лучей.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители контроллеров PWM настоятельно рекомендуют строго придерживаться заданной последовательности при подключении оборудования.

Методы соединения PWM контроллеров с внешними устройствами не представляют собой особых трудностей. Каждая плата имеет обозначенные клеммы, и важно лишь следовать указанным шагам.

Подключение периферийных устройств должно производиться в соответствии с обозначениями на контактных клеммах:

1. Подключите провода от аккумулятора к клеммам устройства, строго следуя полярности.
2. В положительном проводе на точке контакта обязательно установить защитный предохранитель.
3. На клеммах контроллера, предназначенных для солнечной панели, прикрепите провода, идущие от солнечной батареи, соблюдая полярность.
4. К выводам нагрузки подключите контрольную лампу, рассчитанную на соответствующее напряжение (обычно 12/24В).

Нельзя нарушать указанную последовательность. Например, подключение солнечных панелей в первую очередь при отключенном аккумуляторе строго запрещено, так как это может привести к повреждению устройства. Более подробно схема подключения солнечных батарей с аккумулятором описана в данном материале.

Также для контроллеров типа PWM недопустимо подключение инвертора к клеммам нагрузки контроллера; он должен быть подключён напрямую к клеммам аккумулятора.

Процесс подключения MPPT приборов

Общие правила установки для этих устройств не отличаются от предыдущих систем, однако процесс подключения обычно другой, так как контроллеры MPPT предназначены для более мощных систем.

Для контроллеров, рассчитанных на высокую мощность, рекомендуют использовать более толстые кабели с металлическими наконечниками.

Например, для высокомощных систем данное требование подразумевает, что производители предлагают использовать кабели для силовых соединений с плотностью тока от 4 А/мм². То есть, для контроллера, рассчитанного на 60 А, используется кабель сечением не менее 20 мм².

Все соединительные кабели должны быть оснащены медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Негативные клеммы солнечной панели и аккумулятора нужно укомплектовать переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход помогает избежать энергетических потерь и гарантирует безопасную эксплуатацию системы.

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

Перед подключением солнечных панелей к контроллеру необходимо проверить, чтобы напряжение на клеммах соответствовало или не превышало допустимое для входа контроллера.

Процесс подключения периферийных устройств к MPPT контроллеру включает следующие шаги:

1. Переведите выключатели панели и аккумулятора в положение «выключено».
2. Извлеките предохранители из панели и аккумулятора.
3. Подключите кабелем клеммы аккумулятора к клеммам контроллера для АКБ.
4. Совместите кабелем выводы солнечной панели с соответствующими клеммами контроллера.
5. Соедините кабель клеммы заземления с «земляной» шинкой.
6. Установите температурный датчик на контроллере согласно прилагаемой инструкции.

После выполнения этих действий следует вернуть предохранитель аккумулятора на место и включить выключатель. На экране контроллера появится сигнал о обнаружении аккумулятора.

После короткой паузы (1-2 минуты) подключите на место предохранитель солнечной панели и переведите выключатель панели в положение «включено».

На дисплее прибора отобразится значение напряжения солнечной панели, что будет свидетельствовать об успешном запуске энергетической солнечной системы.

Заключение и полезная видеозапись по теме

Промышленность предлагает разнообразные устройства с точки зрения схемных решений, поэтому дать универсальные рекомендации по подключению всех установок невозможно.

Тем не менее, основное правило для любых устройств остаётся прежним: подключение к фотоэлектрическим панелям недопустимо без предварительного подключения аккумулятора к шинам контроллера. Точные такие же требования касаются и инверторов. Их следует рассматривать как отдельные модули, которые подключаются напрямую к аккумулятору.

Если у вас имеются соответствующие знания или опыт, делитесь ими с нашими читателями в комментариях ниже. Здесь вы также можете задать вопрос по рассматриваемой теме.

Видео:

Контроллер зарядки солнечной батареи. Инструкция.