Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Солнечный контроллер заряда – это электронный прибор, отвечающий за заряд аккумуляторной батареи. Устройства различаются по конструкции, мощности, номинальному напряжению, силе тока заряда и принципу действия.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Что это такое

  • Контроллер заряда является одним из электронных устройств в схеме управления солнечных электрических станций.
  • Устройство осуществляет контроль за параметрами заряда аккумуляторной батареи и регулирует процесс его выполнения.
  • Устройство выполняет следующие функции:Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи
  • Отключает аккумуляторную батарею при достижении ею полного заряда;
  • Отключает потребителей при снижении заряда до минимальных значений;
  • Осуществляет повторное подключение потребителей в случае восстановления заряда;
  • Контролирует ход процесса зарядки;
  • Подключает, в автоматическом режиме, источники энергии для выполнения заряда накопителями энергии.
  1. Использование контроллеров позволяет продлить срок службы аккумуляторных батарей и автоматизировать работу электрических станций.
  2. Для автоматической и безопасной работы аппараты оснащены различными режимами, при которых способны работать в соответствии с заданными параметрами, а также оснащены средствами и элементами защиты.
  3. К таким элементам относятся:
  1. От неправильной полярности на источнике тока и на нагрузке;
  2. От коротких замыканий на входящих и исходящих линиях;
  3. От различных видов перегрева и высоких напряжений.

Виды контроллеров

Существует три принципиально разных по принципу работу, но одинаковых по назначению

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареиPWM контроллер

видов контроллеров заряда аккумуляторных батарей, это:

  1. On/Off контроллеры. Устройства данного вида применяются редко. Малое распространение данного вида устройств обусловлено тем, что при их использовании происходит неполный заряд АКБ, что в свою очередь отрицательно отражается на их состоянии и может привести к их полному выходу из строя.
  2. ШИМ (PWM) – контроллер. Аппараты данного вида после заряда АКБ не отключают солнечные батареи, это позволяет полностью зарядить АКБ. Устройства данного вида используются в установках мощностью до 2,0 кВт.
  3. Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареиМРРТ контроллер

    МРРТ – контроллер. Это наиболее сложные устройства. Данный аппараты эффективны в работе, обладают большим набором настроек и элементам защиты. Использование устройств данного вида позволяет сократить сроки окупаемости солнечных электрических станций.

Принцип действия

Для разных видов контроллеров, приведенных выше, принцип действия следующий:

  • Для «On/Off» вида устройств – работа заключается в следующем: при достижении максимального Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареинастроенного значения напряжения на клеммах АКБ, устройство отсоединяет солнечные панели, зарядка АКБ приостанавливается.
  • Для «ШИМ (PWM)» вида устройств – принцип действия основан на использовании широтно-импульсной модуляции.
  • Для «МРРТ» вида устройств – принцип действия основан на управлении пиками, выходящими на максимальный энергетический уровень.

Инструкция по применению

Прежде чем изучить инструкцию по применению контроллера, необходимо запомнить три параметра, которые необходимо соблюдать при эксплуатации данных электронных устройств, это:

  1. Входное напряжение устройства должно превышать на 15 – 20% напряжение «холостого хода» солнечной панели.
  2. Для ШИМ (PWM) аппаратов — номинальный ток должен превышать на 10% ток короткого замыкания в Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареилиниях подключения источников энергии.
  3. MPPT — контроллер должен соответствовать мощности системы, плюс 20% от этого значения.

Для успешной эксплуатации прибора необходимо изучить инструкцию по его эксплуатации, которая всегда прилагается к подобным электронным устройствам.

Инструкция информирует потребителя о следующем:

  • Требования техники безопасности – в данном разделе определяются условия при которых эксплуатация прибора не приведет к поражению потребителя электрическим током и прочим негативным последствиям.

Вот основные из них:

  • Перед установкой и настройкой контроллера, необходимо отключить солнечные панели и аккумуляторные батареи от прибора посредством коммутационных аппаратов;
  • Исключить попадание воды на электронный прибор;
  • Контактные соединения должны быть плотно затянуты, дабы избежать их нагрева в процессе работы.
  • Технические характеристики устройства – этот раздел позволяет выбрать прибор по предъявляемым к нему требованиям в конкретной схеме и месте установки.

Как правило, это:

  • Виды регулировок и настроек прибора;Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи
  • Режимы работы прибора;
  • Описываются элементы управления и индикации устройства.
  • Способы и место монтажа – каждый контроллер монтируется в соответствии с требованиями завода – изготовителя, что позволяет эксплуатировать устройство продолжительное время и с гарантированным качеством.

Дается информация по:

  • Месту и пространственному размещению устройства;
  • Указываются габаритные размеры до инженерных сетей и устройств, а также элементов строительных конструкций, по отношению к монтируемому прибору;
  • Даются установочные размеры для мест крепления устройства.
  • Способы включения в систему – данный раздел объясняет потребителю к какой клемме и как, следует выполнить подключение, для запуска в работу электронного прибора.

Сообщается:

  • В какой последовательности следует выполнять включение прибора в рабочую схему;
  • Указываются недопустимые действия и мероприятия при включении прибора.
  • Настройка прибора – важная операция, от которой зависит работа всей схемы солнечной электростанции, ее надежность.

В данном разделе сообщается о том как:

  • Какие индикаторы и как сигнализируют о режиме работы прибора и его неисправностях;
  • Дается информация как настроить нужный режим работы устройства по времени суток, режимам нагрузок и иным параметрам.
  • Виды защиты – в этом разделе сообщается от каких аварийных режимов защищено устройство.

Как вариант это может быть:

  • Защита от короткого замыкания в линии соединяющей прибор с солнечной панелью;
  • Защита от перегрузки;
  • Защита от короткого замыкания в линии соединяющей прибор с аккумуляторной батареей;
  • Неправильное подключение солнечных панелей (обратная полярность);
  • Неправильное подключение аккумуляторной батареи (обратная полярность);
  • Защита от перегрева устройства;
  • Защита от высокого напряжения вызванного грозой или иными атмосферными явлениями.
  • Ошибки и неисправности – этот раздел разъясняет как действовать, если по какой-то причине прибор работает неправильно, или вообще не работает.

Рассматривается связь: неисправность – возможная причина неисправности – способ устранения неисправности.

  • Поверка и обслуживание – в этом разделе дается информация какие профилактические мероприятия необходимо выполнять, для обеспечения безаварийной работы устройства.
  • Гарантийные обязательства – указывается срок, в течение которого прибор может быть отремонтирован за счет производителя устройства, при условии правильной эксплуатации, в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Как сделать своими руками

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

  • В основу работы подобного устройства заложен принцип – когда напряжение на аккумуляторной батарее достигает установленного уровня, зарядка прекращается, и при снижении напряжения на клеммах аккумуляторов – зарядка возобновляется.
  • Подобный прибор может быть собран по следующей схеме:
  • Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи
  • Контроллер заряда собранный по данной схеме будет обладать следующими характеристиками:
  • Напряжение заряда аккумулятора регулируется, номинальная величина – 13,8 В;
  • Отключение потребителя настраивается, номинальное значение – 11 В;
  • Включение нагрузки при напряжении на аккумуляторе в 12,5 В.

Электронные компоненты схемы могут быть заменены на аналоги, без изменения физических свойств.

Источник: https://alter220.ru/solnce/solnechnyj-kontroller-zaryada.html

Схема контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи: как работает устройство

Схема контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи строится на базе чипа, который является ключевым элементом всего устройства  в целом. Чип – основная часть контроллера, а сам контроллер – это ключевой элемент гелиосистемы. Данное устройство отслеживает работу всего устройства в целом, а также руководит зарядкой аккумулятора от солнечных батарей. 

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Необходимость

При максимальном заряде аккумулятора, контроллер будет регулировать подачу тока на него, уменьшая ее до необходимой величины компенсации саморазряда устройства.  Если же аккумулятор полностью разряжается, то контроллер будет отключать любую входящую нагрузку на устройство.

Необходимость этого устройства можно свести к следующим пунктам:

  1. Зарядка аккумулятора многостадийная;
  2. Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
  3. Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
  4. Подключение зарядки от фотоэлементов в автоматическом режиме.

Контроллер заряда аккумулятора для солнечных устройств важен тем, что выполнение всех его функций в исправном режиме сильно увеличивает срок службы встроенного аккумулятора.

Как работает контроллер зарядки аккумулятора

В отсутствие солнечных лучей на фотоэлементах конструкции он находится в спящем режиме. После появления лучей на элементах контроллер все еще находится в спящем режиме. Он включается лишь в том случае, если накопленная энергия от солнца достигает 10 В напряжения в электрическом эквиваленте.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Как только напряжение достигнет такого показателя, устройство включится и через диод Шоттки начнет подавать ток к аккумулятору.

Процесс зарядки аккумулятора в таком режиме будет продолжаться до тех пор, пока напряжение, получаемое контроллером, не достигнет 14 В.

Если это произойдет, то в схеме контроллера для солнечной батареи 35 ватт или любого другого будут происходить некоторые изменения. Усилитель откроет доступ к транзистору MOSFET, а два других, более слабых, будут закрыты.

Таким образом, заряд аккумулятора прекратится. Как только напряжение упадет, схема вернется в начальное положение и зарядка продолжится. Время, отведенное на выполнение этой операции контроллеру около 3 секунд.

Типы

On/Off

Данный тип устройств считается наиболее простым и дешевым. Его единственная и главная задача – это отключение подачи заряда на аккумулятор при достижении максимального напряжения для предотвращения перегрева.

Однако данный тип имеет определенный недостаток, который заключается в слишком раннем отключении. После достижения максимального тока необходимо еще пару часов поддерживать процесс заряда, а этот контроллер сразу его отключит.

В результате зарядка аккумулятора будет в районе 70% от максимальной. Это негативно отражается на аккумуляторе.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

PWM

Данный тип является усовершенствованным On/Off. Модернизация заключается в том, что в него встроена система широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Эта функция позволила контроллеру при достижении максимального напряжения не отключать подачу тока, а уменьшать его силу.

Из-за этого появилась возможность практически стопроцентной зарядки устройства.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

МРРТ

Данный типаж считается наиболее продвинутым в настоящее время. Суть его работы строится на том, что он способен определить точное значение максимального напряжения для данного аккумулятора.

Читайте также:  Вытяжная вентиляция через стену на улицу: как установить вытяжной клапан

Он непрерывно следит за током и напряжением в системе.

Из-за постоянного получения этих параметров процессор способен поддерживать наиболее оптимальные значения тока и напряжения, что позволяет создать максимальную мощность.

Если сравнивать контроллер МРРТ и PWN, то эффективность первого выше примерно на 20-35%.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Параметры выбора

Критериев выбора всего два:

  1. Первый и очень важный момент – это входящее напряжение. Максимум данного показателя должен быть выше примерно на 20% от напряжения холостого хода солнечной батареи.
  2. Вторым критерием является номинальный ток. Если выбирается типаж PWN, то его номинальный ток должен быть выше, чем ток короткого замыкания у батареи примерно на 10%. Если выбирается МРРТ, то его основная характеристика – это мощность. Этот параметр должен быть больше, чем напряжение всей системы, умноженной на номинальный ток системы. Для расчетов берется напряжение при разряженных аккумуляторах.

Как сделать своими руками

Если нет возможности приобрести уже готовый продукт, то его можно создать своими руками. Но если разобраться в том, как работает контроллер заряда солнечной батареи довольно просто, то вот создать его будет уже сложнее. При создании стоит понимать, что такой прибор будет хуже аналога, произведенного на заводе.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Это простейшая схема контроллера солнечной батареи, которую создать будет проще всего. Приведенный пример пригоден для создания контроллера для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора с напряжением в 12 В и подключением маломощной солнечной батареей.

Если заменить номинальные показатели на некоторых ключевых элементах, то можно применять эту схему и для более мощных систем с аккумуляторами. Суть работы такого самодельного контроллера будет заключаться в том, что при напряжении ниже, чем 11 В нагрузка будет выключена, а при 12,5 В будет подана на аккумулятор.

Стоит сказать о том, что в простой схеме используется полевой транзистор, вместо защитного диода. Однако если есть некоторые знания в электрических схемах, можно создать контроллер более продвинутый.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Данная схема считается продвинутой, так как ее создание намного сложнее. Но контроллер с таким устройством вполне способен на стабильную работу не только с подключением к солнечной батарее, а еще и к ветрогенератору.  

Видео

Как правильно подключить контроллер, вы узнаете из нашего видео.

(3

Источник: https://solar-energ.ru/kontroller-zaryada-akkumulyatora-ot-solnechnoj-batarei-zachem-nuzhen-i-kak-rabotaet.html

Контроллер заряда для солнечной батареи

Содержание:

Хозяева загородных коттеджей все чаще используют комплекты гелиосистем, как один из альтернативных источников электрической энергии.

В ее состав входят фотоэлектрические элементы, аккумуляторная батарея, контроллер заряда солнечной батареи, инвертор и другое оборудование. Данные системы могут работать автономно или вместе с основными электрическими сетями.

Во всех случаях аккумулятор накапливает заряд, а потом отдает его потребителям, когда это необходимо.

Контроллер обслуживает аккумуляторную батарею, не допуская ее перезарядки или чрезмерного разряда. Известны различные типы и модификации данных устройств, применяемых в условиях того или иного места эксплуатации. Для того чтобы сделать наиболее оптимальный выбор контроллера, нужно знать его конструктивные особенности и принцип работы.

Основные функции и работа контроллера

Устройство, контролирующее заряд, можно смело назвать одним из основных компонентов солнечных электростанций. Конструктивно, он является прибором электронного типа, функционирующим на основе специального чипа.

Данный чип осуществляет контроль над действием всей системы, а его первоочередная задача состоит в управлении процессом зарядки аккумуляторной батареи.

Таким образом, предотвращается избыточный ток или полный разряд аккумулятора.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Когда степень заряженности выходит на максимальный уровень, подача электричества от солнечных фотоэлементов сокращается и опускается до уровня, обеспечивающего компенсацию саморазряда. В случае сильной разрядки контроллер автоматически отключает батарею от нагрузки. После того как уровень заряда оказывается восстановлен, нагрузка снова подключается к источнику тока.

Электрическая энергия, выработанная солнечными батареями, может передаваться на аккумулятор по разным схемам. Один из способов предусматривает прямую передачу тока, без каких-либо коммутационных и регулирующих устройств.

В результате такой подачи, напряжение на клеммах станет постепенно расти, и в конце концов оно достигнет определенного уровня, в зависимости от конструкции АКБ и температуры окружающей среды.

То есть, на начальной стадии зарядки такая схема полностью себя оправдывает.

Однако, после того как заряд превысит рекомендуемое значение, в батарее возникают негативные процессы. Ток, продолжающий поступать, приводит к росту напряжения и последующей перезарядке.

Из-за этого нагрев электролита резко увеличивается, после чего он закипает и начинается интенсивный выброс дистиллированной воды, превратившейся в пар.

В некоторых случаях емкости могут полностью высохнуть, что приводит к резкому снижению ресурса аккумулятора.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Во избежание подобных ситуаций зарядный ток ограничивается с помощью контроллеров. Эту операцию можно выполнять вручную, однако такой способ требует постоянного контроля напряжения по приборам и своевременного переключения. Поэтому в реальных условиях он практически не используется, поскольку существует автоматика.

Для ограничения тока используются разные контроллеры – от простых до более сложных. Условно они разделяются на следующие типы:

  • Приборы, где применяется схема обычного включения-отключения в зависимости от состояния напряжения на клеммах АКБ.
  • Устройства, использующие широтно-импульсные преобразования (ШИМ).
  • Контроллеры заряда солнечной батареи, сканирующий точки с максимальной мощностью (МРРТ).

Каждое из этих устройств следует рассмотреть более подробно, чтобы в дальнейшем не ошибиться и правильно выбрать нужный.

Простейшие контроллеры типа Откл/Вкл (или On/Off)

Аппараты данного вида относятся к самым простым и, как следствие, они считаются самыми дешевыми.

При получении аккумулятором предельного заряда, специальное реле осуществляет разрыв цепи и ток от солнечной панели прекращает свое поступление.

Фактически, во многих случаях батарея оказывается заряженной не до конца, что отрицательно сказывается на ее последующей работоспособности. В связи с этим, такие регуляторы нежелательно применять в качественных системах.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Контроллеры для солнечных батарей типа включения-отключения обладает крайне ограниченной функциональностью. Хотя он и предотвращает перегрев и перезарядку батареи, тем не менее, полного заряда не обеспечивает. Ток может достичь максимального значения и это вызовет отключение, однако сам заряд АКБ в этот момент составляет всего лишь 70-90%, то есть является неполным.

Подобное состояние также отрицательно сказывается на общей функциональности батареи и постепенно приводит к снижению эксплуатационного ресурса. В таких ситуациях для полноценной зарядки дополнительно требуется не менее 3-4 часов.

Контроллеры для аккумуляторов типа PWM

Более технологичным и эффективным считаются контроллеры заряда аккумулятора от солнечной батареи типа PWM, сокращенное название которого получилось от Pulse-Width Modulation. В переводе на русский язык данное устройство относится к категории ШИМ, то есть в его работе используется широтно-импульсная модуляция тока.

Основной функцией прибора является устранение проблем, возникающих при неполной зарядке. Полного уровня удается достичь благодаря возможности понижения тока, когда он достигает максимального значения. Зарядка становится более продолжительной, но и эффект от нее значительно выше.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Работа контроллера осуществляется следующим образом. Перед входом в прибор электрический ток попадает в стабилизирующий компонент и резистивную разделительную цепочку. На этом участке потенциалы входного напряжения выравниваются, обеспечивая тем самым защиту самого контроллера. В разных моделях граничное входное напряжение может отличаться.

Далее в работу включаются силовые транзисторы, ограничивающие ток и напряжение до установленных значений. Они находятся под управлением чипа, использующего микросхему драйвера.

После этого выходное напряжение транзисторов приобретает нормальные параметры, подходящие для зарядки аккумулятора. Данная схема дополняется температурным датчиком и драйвером.

Последний компонент воздействует на силовой транзистор, выполняющий регулировку мощности подключенной нагрузки.

Таким образом, АКБ оказывается защищенной от глубокой разрядки. Температурный датчик контролирует степень нагрева наиболее важных деталей контроллера.

В случае повышения температуры более чем это установлено в настройках, происходит автоматическое отключение всех цепочек активного питания.

В результате, батарея поддерживается в хорошем состоянии, а срок ее эксплуатации значительно увеличивается.

Устройства МРРТ

Наиболее эффективными и стабильными считаются контроллеры для солнечной батареи модификации МРРТ – Maximum Power Point Tracking.

Данные устройства осуществляют слежение за мощностью заряда по достижении максимального предела.

В этом процессе используются сложные алгоритмы контроля показаний напряжения и тока, устанавливается наиболее оптимальное соотношение характеристик, обеспечивающих максимальную эффективность солнечной системы.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

В процессе эксплуатации практически установлено, что контроллер для солнечных батарей mppt является более совершенным и существенно отличается от других моделей. По сравнению с приборами PWM, он эффективнее примерно на 35%, соответственно на столько же продуктивнее получается и сама система.

Более высокое качество и надежность таких устройств достигается за счет сложной схемы, дополненной компонентами, обеспечивающими тщательный контроль в соответствии с условиями эксплуатации. Специальные схемы выполняют слежение и сравнение уровней тока и напряжения, после чего определяется максимальная выходная мощность.

Главной особенностью контроллеров МРРТ является способность настройки солнечной панели на максимальную мощность вне зависимости от погоды в данный момент. Таким образом, батарея работает более эффективно и обеспечивает необходимый заряд АКБ.

Порядок подключения контроллеров PWM

Общим условием подключения, обязательным для всех контроллеров, является их соответствие используемым солнечным фотоэлементам. Если прибор должен работать с входным напряжением 100 вольт, то на выходе панели оно не должно превышать этого значения.

Перед подключением контрольной аппаратуры необходимо выбрать место установки. Помещение должно быть сухим, с хорошей вентиляцией, из него нужно заранее убрать все пожароопасные материалы, а также ликвидировать причины влажности, излишней теплоты и вибраций. Обеспечивается защита от прямого ультрафиолетового излучения и негативных воздействий окружающей среды.

Читайте также:  Бесшумный пылесос tefal silence force tw8370: обзор, характеристики, достоинства и недостатки

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

При подключении в общую схему контроллеров PWM необходимо точное соблюдение последовательности операций, а все периферийные устройства соединяются через свои контактные клеммы:

  • Клеммы АКБ соединяются с клеммами прибора с соблюдением полярности.
  • В месте контакта с положительным проводником выполняется установка защитного предохранителя.
  • Далее подключаются солнечные панели так же с соблюдением полярности проводов и клемм.
  • Правильность подключений проверяется контрольной лампой на 12 или 24 В, подключенной к выводам нагрузки.

Порядок действий должен обязательно соблюдаться. Например, ни в коем случае нельзя подключать солнечные панели к контроллеру, не подключенному к аккумулятору. В этом случае напряжение не найдет выхода и прибор может сгореть. Инвертор не должен подключаться к контроллеру через клеммы нагрузки, а соединяться напрямую с клеммами АКБ.

Порядок подключения устройств МРРТ

Подключение контроллеров МРРТ в целом выполняется так же, как и в других устройств. Существуют некоторые отличия в технологии, связанные с повышенной мощностью такой аппаратуры.

В связи с этим потребуется кабель для силового подключения, способный выдерживать плотность тока минимум 4 А/мм2.

Если МРРТ контроллер рассчитан на ток 60 А, то сечение кабеля, подключаемого к АКБ, составит не менее 20 мм2.

На концах соединительных кабелей должны быть установлены медные наконечники, обжатые как можно плотнее. К отрицательным клеммам АКБ и солнечной панели подключаются переходники с выключателями и предохранителями. Это позволит снизить потери электроэнергии и обеспечить безопасность в процессе эксплуатации.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Все подключения к прибору МРРТ осуществляются в следующем порядке:

  • Выключатели в переходниках АКБ и панели устанавливаются в отключенное положение.
  • Далее производится извлечение защитных предохранителей.
  • Клеммы контроллера, предназначенные для АКБ, соединяются кабелем с клеммами аккумулятора.
  • К соответствующим клеммам контроллера подключаются выходные провода от солнечной батареи.
  • Клемма заземления прибора соединяется с заземляющей шиной.
  • В соответствии с инструкцией на контроллере устанавливается датчик температуры.

По завершении всех операций предохранитель АКБ вставляется на свое место, а выключатель переводится во включенное положение. На дисплее контрольного устройства должен появиться сигнал о том, что аккумулятор обнаружен.

Через небольшой промежуток времени те же операции проделываются с предохранителем и выключателем солнечной панели.

На экране прибора появится значение ее напряжения, что означает успешный запуск в работу всей энергетической установки.

Источник: https://electric-220.ru/news/kontroller_zarjada_dlja_solnechnoj_batarei/2019-01-25-1638

Солнечный контроллер

Приведена схема эффективного 12В зарядного устройства (солнечного контроллера), с защитой аккумуляторов от пониженного напряжения.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Характеристики устройства

Низкое потребление мощности в режиме простоя
Схема была разработана для небольших и средних свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и потребляет маленький ток (5 мА) в режиме простоя. Это увеличивает продолжительность жизни аккумуляторных батарей.

Легкодоступные компоненты
В устройстве используются обычные компоненты (не SMD), которые легко можно найти в магазинах. Ничего не требуется прошивать, единственное нужен будет вольтметр и регулируемый источник питания для настройки схемы.

Последняя версия устройства
Это уже третья версия устройства, поэтому в нем исправлены большинство ошибок и недочетов, которые присутствовали в предыдущих версиях зарядника.

Регулировка напряжения
В приборе используется параллельный стабилизатор напряжения, чтобы напряжение аккумулятора не превышало норму, обычно это 13.8 Вольт.

Защита от пониженного напряжения
Контроллер отсоединяет аккумуляторную батарею, если напряжение падает ниже определенной точки (настраивается), обычно это 10.5 Вольт

В большинстве солнечных зарядных устройствах для защиты от утечки тока аккумулятора на солнечную панель, используется диод Шоттки. А шунтирующий стабилизатор напряжения используется когда аккумулятор полностью заряжен.

Одной из проблем такого подхода являются потери на диоде и как следствие его нагрев. К примеру, солнечная панель 100 Ватт, 12В, подает 8А на аккумуляторную батарею, на диоде Шоттки падение напряжение составит 0.4В, т.е. рассеиваемая мощность составит около 3.2 Ватта.

Это во первых потери, а во вторых для диода понадобится радиатор для отвода тепла. Проблема в том, что уменьшить падение напряжения не получится, несколько диодов включенных параллельно, уменьшат ток, но падение напряжения такое и останется.

В представленной ниже схеме, вместо обычных диодов используются мосфеты, следовательно мощность теряется только на активное сопротивление (резистивные потери).

Для сравнения, в 100 Вт панели при использовании мосфетов IRFZ48 (КП741А) потери мощности составляют всего 0.5Ватта (на Q2). А это значит меньший нагрев и больше энергии для аккумуляторов. Еще важным моментов является то, что мосфеты имеют положительный температурный коэффициент и могут быть включены в параллель для уменьшения сопротивления в включенном состоянии.

  • Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи
  • В приведенной выше схеме используется пара нестандартных решений.
  • Зарядка

Между солнечной панелью и нагрузкой не используется диод, вместо него стоит мосфет Q2. Диод в мосфете обеспечивает протекание тока от панели к нагрузке.

Если на Q2 появляется значительное напряжение, то транзистор Q3 открывается, заряжается конденсатор С4, что заставляет ОУ U2c и U3b открыть мосфет Q2. Теперь, падение напряжения вычисляется по закону Ома, т.е. I*R, и оно намного меньше, чем если бы там стоял диод.

Конденсатор С4 периодически разряжается через резистор R7, и Q2 закрывается. Если от панели протекает ток, то ЭДС самоиндукции дросселя L1 сразу же заставляет открыться Q3. Это происходит очень часто (множество раз за секунду).

В случае, когда ток идет на солнечную панель, Q2 закрывается, а Q3 не открывается, т.к. диод D2 ограничивает ЭДС самоиндукции дросселя L1. Диод D2 может быть рассчитан на ток 1А, однако в процессе тестирования выяснилось, что такой ток возникает редко.

Подстроечник VR1 устанавливает максимальное напряжение. Когда напряжение превышает 13.8В, то операционный усилитель U2d открывает мосфет Q1 и выход с панели «закорачивается» на землю. Помимо этого, операционник U3b отключает Q2 и т.о. панель отключается от нагрузки. Это необходимо, поскольку Q1 помимо солнечной панели «коротит» нагрузку и аккумулятор.

Управление N-канальными мосфетами

Для управления мосфетами Q2 и Q4 требуется большее напряжение, чем используемое в схеме. Для этого, ОУ U2 с обвязкой из диодов и конденсаторов создает повышенное напряжение VH. Это напряжение используется для питания U3, на выходе которого будет повышенное напряжение.

Связка U2b и D10 обеспечивают стабильность выходного напряжения на уровне 24 Вольт. При таком напряжении, через затвор-исток транзистора будет напряжение не меньше 10В, поэтому тепловыделение будет маленькое.

Обычно, N-канальные мосфеты имеют намного меньшее сопротивление, чем Р-канальные, поэтому они и были использованы в данной схеме.

Защита от пониженного напряжения

Мосфет Q4, операционник U3a с внешней обвязкой из резисторов и конденсаторов, предназначены для защиты от пониженного напряжения. Здесь Q4 используется нестандартною. Диод мосфета обеспечивает постоянное прохождение тока в аккумулятор.

Когда напряжение выше установленного минимума, то мосфет открыт, допуская небольшое падение напряжения при зарядке аккумулятора, но более важным является то, что он дает возможность прохождения тока от аккумулятора на нагрузку, если солнечная батарея не может обеспечить достаточную выходную мощность.

Предохранитель защищает от возникновения короткого замыкания на стороне нагрузки.

Ниже представлены рисунки расположения элементов и печатных плат.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Настройка устройства

При нормальной использовании устройства, джампер J1 не должен быть вставлен! Светодиод D11 используется для настройки. Для настройки устройства, к выводам «нагрузка» подключите регулируемый блок питания.

Установка защиты от пониженного напряжения
Вставьте джампер J1.
В блоке питание установите выходное напряжение на 10.5В.
Вращайте подстроечный резистор VR2 против часовой стрелки до тех пор, пока не загорится светодиод D11.
Немного поверните VR2 по часовой стрелке, пока светодиод не погаснет.

Выньте джампер J1.

Установка максимального напряжения
В блоке питание установите выходное напряжение на 13.8В.
Вращайте подстроечный резистор VR1 по часовой стрелке до тех пор, пока не погаснет светодиод D9.

Медленно поверните VR1 против часовой стрелки, пока светодиод D9 не загорится.

Контроллер настроен. Не забудьте вынуть джампер J1!

Если мощность всей системы будет небольшая, то мосфеты могут быть заменены на более дешевые IRFZ34. А если система будет мощнее, то мосфеты можно заменить на более мощные IRFZ48.

Обсуждение схемы на форуме

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнотU1

U2

U3

Q1, Q2, Q4

Q3

D1

D2, D4

D3, D5-D8, D10

D9, D11

C1, C3

C2, C4-C7

C9

C8, C10, C12

C11

R1, R9, R11, R16, R19

R2, R10

R3

R4, R12

R5, R8, R13-R15, R18

R6

R7

R17, R20

VR1, VR2

L1

F1

ST1-ST3

J1

ИС источника опорного напряжения LM336-2.5 1 Поиск в Utsource В блокнот
Операционный усилитель LM324 1 Поиск в Utsource В блокнот
Операционный усилитель LM358 1 Поиск в Utsource В блокнот
MOSFET-транзистор IRFZ44 3 КП723А Поиск в Utsource В блокнот
Биполярный транзистор BC327 1 КТ685А Поиск в Utsource В блокнот
Диод Шоттки 1.5КЕ16 1 Поиск в Utsource В блокнот
Диод Шоттки 1N5819 2 КДШ2105В Поиск в Utsource В блокнот
Выпрямительный диод 1N4148 6 КД522А Поиск в Utsource В блокнот
Светодиод 2 Поиск в Utsource В блокнот
Электролитический конденсатор 1000 мкФ 25 В 2 Поиск в Utsource В блокнот
Конденсатор 100 нФ 5 Поиск в Utsource В блокнот
Электролитический конденсатор 100 мкФ 35 В 1 Поиск в Utsource В блокнот
Электролитический конденсатор 10 мкФ 25 В 3 Поиск в Utsource В блокнот
Конденсатор 1 нФ 1 Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 10 кОм 5 Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 56 кОм 2 Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 1 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 2.2 МОм 2 Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 100 кОм 6 Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 4.7 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 1 МОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 2.2 кОм 2 Поиск в Utsource В блокнот
Подстроечный резистор 10 к 2 Поиск в Utsource В блокнот
Дроссель 25 витков провода 1 мм на сердечнике T68-52A 1 Поиск в Utsource В блокнот
Плавкий предохранитель 25 А 1 Поиск в Utsource В блокнот
Клеммы 2 контакта 3 Поиск в Utsource В блокнот
Разъём PLS-2 1 Поиск в Utsource В блокнот
Автомобильный аккумулятор 1 Поиск в Utsource В блокнот
Солнечная панель 1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все
Читайте также:  Топ-10 пылесосов vax: обзор лучших моделей бренда + советы покупателям

Скачать список элементов (PDF)

Оригинал статьи

Прикрепленные файлы:

  • solar_controller.rar (75 Кб)

Источник: https://cxem.net/greentech/greentech17.php

Контроллер солнечной панели — схема подключения своими руками МРРТ, ШИМ

Аккумуляторы, которые используются в комплекте солнечных батарей для накопления заряда, имеют ряд собственных особенностей. Они нуждаются в создании определенных условий в процессе зарядки.

Необходимо своевременно ограничить ток и напряжение, не допустить слишком сильного разряда и исключить перезарядку АКБ.

Обеспечить эти условия может специальное устройство, наблюдающее за блоком батарей и своевременно прекращающее все процессы, когда они достигают критических значений.

Это устройство — контроллер солнечной батареи, обеспечивающий сохранность и долговечность аккумуляторов. Обойтись без этих приборов невозможно, так как бесконтрольный заряд или разрядка всегда заканчиваются выходом АКБ из строя.

Задачи, которые решают контроллеры заряда для солнечных батарей:

  • выполнение диспетчерских функций, определение текущего режим работы и изменение его при возникновении соответствующих условий
  • ограничение величины заряда, предотвращение излишнего поглощения электроэнергии
  • наблюдение за расходованием и своевременный перевод батарей в режим зарядки

Есть контроллеры, совмещающие функции источника питания. К ним подключаются низковольтные потребители, например — осветительные приборы или иная нагрузка подобного типа. Такие системы работают в малом составе и не используются в качестве полноценного источника питания для бытовой или хозяйственной техники.

Применяемые на практике виды

Существует две разновидности контроллеров, применяемых в солнечных системах:

  • PWM (в русскоязычных источниках их иногда именуют ШИМ — широтно-импульсная модуляция)
  • MPPT (аббревиатура с английского Maximum Power Point Tracking — отслеживание максимальной границы мощности)

Контроллеры, созданные на базе ШИМ, считаются устаревшими. Некоторые модели уже сняли с производства, но в продаже еще много образцов таких приборов. Они вполне эффективны и работоспособны, но по функциональным возможностям уступают новым и более совершенным контроллерам MPPT.

Специалисты отмечают, что старые виды контроллеров больше подходят для частных солнечных батарей, рассчитанных на питание сравнительно небольшого количества потребителей. Новые образцы ориентированы на работу с большими количествами панелей, дающих значительное количество энергии.

Их недостатком считают:

  • высокая цена, ограничивающая возможности массового покупателя
  • сложность настройки, требующей участия опытного специалиста

Контроллеры типа MPPT широко рекламируют, но получить заметный выигрыш в производительности и эффективности можно только на больших и мощных солнечных комплексах.

Структурные схемы контроллеров

Разбираться в принципиальных схемах приборов могут не все пользователи. Но это и не обязательно, вполне достаточно понять принцип их работы на уровне блоков или узлов прибора. Рассмотрим структурные схемы двух разновидностей контроллеров:

Устройства PWM

На входе контроллера установлен стабилизатор и токоограничивающий резистор. Этим достигается защита от превышения входного сигнала и нарушения режима работы устройства. Допустимый уровень входного сигнала у каждого прибора свой, он указан в паспортных данных. Значение определяется спецификой контроллера, зависит от особенностей схемы и параметров прибора.

После этого ток проходит через блок из двух силовых транзисторов, где происходит преобразование значений напряжения и тока.

Управление этими процессами производится через микросхему драйвера, при помощи чипа контроллера. Сам драйвер предназначен для коррекции режима работы транзисторов.

Одна из основных задач — регулировка уровня мощности нагрузки, предотвращающая глубокий разряд аккумуляторов.

Помимо этих компонентов в состав схемы входит датчик температуры. Он обеспечивает поддержание заданного температурного режима работы прибора, ограничивая его мощность по необходимости. Перегрев весьма опасен для контроллера, поэтому датчик относят к основным узлам схемы.

Приборы MPPT

Контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи, созданный по схеме MPPT, представляет собой более сложное устройство, чем PWM.

Увеличено количество узлов и деталей, поскольку более тщательное выполнение алгоритмов работы требует определенных ресурсов.

Основная функция устройства заключается в определении максимальной мощности солнечных батарей в текущих условиях и соответствующей перенастройке их работы.

Компараторы производят сопоставление значений напряжения и тока, определяя максимально возможную выходную мощность. По умолчанию сканирование происходит 1 раз в 2 часа, но режим можно перенастроить на более частую проверку.

Производится определение точки максимальной мощности (ТММ), определяющей напряжение, при котором выходные показатели будут максимально высокими. Заряд АКБ происходит в 4 этапа:

  • объемный. Это первый этап после ночного перерыва. Аккумуляторы активно накапливают энергию, используя всю энергию солнечных батарей
  • повышающий. Начинается сразу по достижении максимального заряда аккумуляторов. Напряжение заряда снижается, чтобы исключить нагрев и выделение газов. Этот режим, как правило, длится 1-3 часа, после чего следует переход на следующую стадию зарядки
  • плавающий. Этот этап необходим для поддержания заряда на максимальном уровне и недопущения перегрева или газоотделения, а также снижения количества накопленной энергии. Если нагрузка начинает требовать повышенной отдачи, контроллер переводит систему из плавающего режима в повышающий. Как только мощность на выходе упадет, будет вновь задействован плавающий режим
  • выравнивание. Этап, при котором происходит выравнивание плотности электролита, восстановление состояния электродов, переработка сульфата свинца

Работа контроллеров MPPT зависит от окружающей температуры. В жару выработка энергии падает, при сильном охлаждении процессы в аккумуляторах замедляются, что грозит выходом их из строя. Встроенный датчик температуры постоянно контролирует состояние и дает команду на соответствующую корректировку режима работы.

Использование контроллеров MPPT рекомендовано при мощности системы от 200 В или при нестабильном производстве энергии. Постоянное определение максимальной эффективности улучшает работу комплекса и позволяет обходиться без установки дополнительных модулей.

Способы подключения контроллеров

Перед подключением необходимо убедиться, что напряжение солнечных панелей не превышает номинал контроллера. Если оно больше, надо сменить прибор на более мощный, способный работать с высокими показателями тока и напряжения.

Перед началом работ надо выделить для установки контроллера место с соответствующими условиями — сухое, чистое, отапливаемое. Не должно быть контакта с солнечными лучами, не допускается наличие поблизости механизмов, создающих вибрацию.

PWM

Порядок подключения контроллеров PWM состоит из следующих этапов:

  • присоединение аккумуляторов к соответствующим клеммам прибора. Важно проследить за соблюдением полярности
  • в точке подключения плюсового провода необходимо установить предохранитель
  • к соответствующим контактам подключить провода от солнечных панелей, соблюдая полярность
  • на выход нагрузки включить сигнальную лампу

Важно! Нарушать эту последовательность нельзя. Если сначала подключить солнечные модули, можно вывести контроллер солнечного заряда из строя, поскольку ему будет некуда отдавать полученное напряжение.

Кроме этого, не допускается присоединение на контакты, предназначенные для соединения с нагрузкой, инвертора. Его можно присоединять только к блоку АКБ.

MPPT

Принцип подключения этих контроллеров не отличается от вышеизложенного, но могут потребоваться некоторые дополнения. Например, на мощных системах необходимо использовать кабель, выдерживающий плотность проходящего тока не менее 4 ампер на квадратный миллиметр сечения.

Перед присоединением рекомендуется еще раз выполнить несложный расчет (разделить максимальное значение силы тока на 4 и прибавить около 10-15 % на запас прочности). Это позволит обеспечить штатную работу коммутации, исключить нагрев и опасность возникновения пожара.

Перед началом подключения надо вынуть предохранители из солнечных панелей и блока АКБ. После соединения контроллера с аккумуляторами и солнечными модулями производится подключение заземляющего контура и датчика температуры. Проверяют правильность всех соединений, после чего обратно устанавливают предохранители и включают систему.

Простейшие контроллеры типа Откл/Вкл (или On/Off)

Контроллеры такого типа работают только на запуск или остановку зарядки АКБ при падении или повышении заряда. Они не учитывают дополнительные условия работы, не определяют оптимальный режим, выполняя только функции триггера, настроенного на переключение при достижении минимального и максимального значений.

Такие контроллеры в настоящее время сняты с производства и давно не используются, хотя в некоторых системах их еще можно встретить.

Единственным достоинством можно назвать простоту схемы, делающую работу прибора надежной и устойчивой.

Подключение выполняется путем присоединения входных и выходных проводов к аккумуляторам и солнечным панелям, никакой дополнительной коммутации не имеется.

Что лучше выбрать?

Выбор типа контроллера производится исходя из мощности и производительности системы. Если они невелики, можно ограничиться установкой контроллера PWM. Это дешевле и проще.

Однако, если комплект выдает значительную мощность и обеспечивает питание чувствительных приборов потребления, лучшим решением станет использование контроллера MPPT. Он гораздо дороже, но способен настроить максимально эффективную работу комплекса оборудования. В любом случае, окончательный выбор обусловлен возможностями владельца и особенностями имеющегося солнечного комплекса.

Видео-инструкция по сборке своими руками

Рекомендуемые товары

Источник: https://Energo.house/sol/kontroller-zaryada-solnechnoj-batarei-mrrt-ili-shim-chto-luchshe-vybrat.html

Ссылка на основную публикацию