Получить подробный расчет

СОЛНЕЧНЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ — КАКИЕ ОНИ БЫВАЮТ И ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ

Контроллер заряда солнечных батарей назначение и особенности выбора
24
January

Контроллер заряда солнечной батареи — это устройство для регулирования заряда-разряда аккумуляторной батареи (АБ). Его подключают между источником энергии (солнечной панелью) и накопителем (аккумулятором) для выполнения следующих функций:

  • защита от перезаряда — когда солнечная панель генерирует слишком много электроэнергии, а АБ уже полностью заряжена, контроллеры отключают источник энергии, чтобы уменьшить ток, протекающий в аккумуляторе; 
  • защита от глубокого разряда — когда есть перерасход энергии, а АБ уже недопустимо разряжена, контроллер отключает некоторую или всю нагрузку;
  • блокировка обратных токов — солнечные панели пропускают ток через аккумулятор в одном направлении. Ночью панели могут естественным образом пропускать часть этого тока в обратном направлении. Это может вызвать небольшой разряд батареи. Контроллеры заряда предотвращают это, действуя как клапан;
  • защита от перегрузки — если через батареи протекает ток намного выше, чем они могут выдержать, это может привести к перегреву или даже возгоранию в системе. Контроллеры предотвращают возникновение этих перегрузок. В более крупных системах рекомендуется двойная защита с помощью автоматических выключателей или предохранителей.

Контроллеры заряда не являются дополнительным компонентом — они абсолютная необходимость, которая делает возможной зарядку АБ от энергии солнца. Они являются неотъемлемой частью автономных и гибридных солнечных электростанций, делая их безопасными и эффективными. 

Содержание статьи:

Функции контроллера заряда для солнечных батарей

Контроллер заряда солнечной батареи: типы, особенности работы и преимущества

Основная роль контроллера заключается в защите и автоматизации процесса зарядки аккумулятора и функции разрядки при подключенной нагрузке, обеспечивая тем самым его длительную и безопасную эксплуатацию. Солнечный модуль подключается к контроллеру через положительный и отрицательный выводы, обеспечивая зарядку только тогда, когда он подключен к АБ. 

Конструктивно и функционально устройства можно поделить на три типа:

  • простые 1 или 2-ступенчатые — управляют напряжением в один или два шага;
  • ШИМ-контроллеры (PWM англ.) и/или 3-ступенчатые — при зарядке используют широтно-импульсную модуляцию, двух или трехступенчатое регулирование;
  •  mppt контроллер заряда для солнечных батарей или 4-ступенчатые — со слежением за точкой максимальной мощности.

Работа простых моделей основана на реле или шунтирующих транзисторах для регулирования напряжения в один или два шага. Они просто отключают фотовольтаические модули при превышении допустимого уровня напряжения на АБ, а при снижении — снова их подключают. Максимальная степень заряженности при этом составляет 60−70%. Регулярный недозаряд аккумуляторной батареи приводит к поломке и резкому сокращению срока ее эксплуатации. Единственное преимущество этих регуляторов — они надежны, поскольку имеют мало компонентов и там нечему ломаться.

Принцип работы и особенности ШИМ-контроллера 

PWM контроллер для солнечной батареи на первой ступени заряжает АБ повышенным напряжением. После полной зарядки он посылает серию коротких зарядных импульсов. Устройство с широтно-импульсной модуляцией тока заряда постоянно проверяет состояние заряженности аккумулятора. Оно определяет, с какой скоростью посылать импульсы и насколько широкими (продолжительными) они должны быть для поддержания 100% зарядки. 

В полностью заряженной батарее без нагрузки, PWM может просто включаться-выключаться каждые несколько секунд. В разряженной аккумуляторной батарее импульсы будут практически непрерывными и очень широкими, или контроллер может перейти в режим «полного включения». Устройство проверяет состояние заряда батареи между импульсами и каждый раз выполняет автоматическую настройку.

На стадии выравнивания пытается уравнять напряжение всех элементов АБ и сделать их одинаково заряженными. В этот период перезарядки в залитых батареях происходит перемешивание жидкости в батареях, вызывая газообразование.

Стадия поддерживающего заряда. После полной зарядки, зарядное напряжение постепенно снижается во избежание дальнейшего нагрева или газообразования в аккумуляторе, и он поддерживается в заряженном состоянии.

Принцип работы и особенности МРРТ - контроллера 

MPPT-контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи — это лучший вариант с высокой эффективностью в пределах от 94% до 98% и с соответствующими ценами. Он может сэкономить значительные деньги в фотоэлектрических системах, поскольку обеспечивает увеличение производства электроэнергии до 30%. 

Классический mppt-контроллер сканирует вольт-амперную характеристику фотоэлектрического модуля и находит рабочую точку в которой мощность модуля максимальная (точка максимальной мощности). Вмонтированное обрабатывающее устройство отслеживает стадию заряда и автоматически вычисляет величину тока для подачи в АБ. 

Положение рабочей точки зависит от следующих факторов:

  • степени освещенности;
  • неоднородности и рабочей температуры солнечных модулей;
  • стадии заряженности АБ.

Наибольшая дополнительная генерация происходит при низкой температуре модулей и разряженных АБ.

Тонкости выбора контроллера для заряда солнечной батареи

Контроллер заряда солнечной панели относится к основному оборудованию гибридной и автономной фотоэлектрической системы. Он не нужен лишь в системах с маломощными панелями от 1 до 5 Вт, которые обычно используют для зарядки мобильных устройств или питания источника света. Во всех остальных случаях он необходим. Поэтому к выбору и монтажу этого устройства нужно подходить со знанием специфики.

Выбирая устройство, необходимо знать, что:

  1. Модели с функцией PWM идеально подходят для электростанций небольшой мощности, лучше работают при солнечной погоде и когда батарея почти полностью заряжена. ШИМ обычно являются приемлемым вариантом для портативных станций и для частных домов. pwm модели дешевле, чем mppt и имеют более длительный срок службы. 
  2. Модели с функцией MPPT очень эффективны и настоятельно рекомендуются для мощных СЭС, где важна дополнительная генерация электроэнергии. Они хорошо работают в более холодном климате и при облачной погоде. mppt технология обеспечивает отличную производительность и идеально подходит, когда напряжение солнечной панели выше, чем напряжение батареи. Единственным реальным недостатком является их более высокая стоимость по сравнению с простыми моделями.

На что еще следует обращать внимание: 

  1. Выбирая ток контроллера, вы должны учитывать его тип. Неправильно выбранное устройство может привести к потере до 50% энергии, вырабатываемой солнечными модулями: 
  • MPPT модели ограничивают свой вывод, и если массив может генерировать 100 ампер, а контроллер рассчитан на 50 ампер — он будет проводить только эти 50 А, а система будет терять драгоценную энергию;
  • ШИМ не способны ограничивать выходной ток модуля, поэтому их необходимо выбирать с запасом 25 %. ШИМ-регулятор с большой вероятностью повредится, если его номинальный ток меньше тока, поступающего от массива модулей.
  • Все типы регуляторов имеют предельное напряжение, при котором они могут работать без повреждений. Убедитесь, что выбранная модель способна выдерживать максимальное напряжение, которое выдает ваш массив. Учитывайте, что при последовательном соединении панелей, их напряжение суммируется. 

Обратите внимание на тип батареи. Это говорит нам, какие аккумуляторы совместимы с контроллером заряда.

Особенности монтажа

Лучшим решением для монтажа контроллера заряда — обратиться к специалистам компании-установщика. Мы можем дать несколько общих рекомендаций, на что следует обращать внимание при монтаже:

  • контроллер всегда следует монтировать рядом с АБ, поскольку точное измерение напряжения аккумулятора является его самой важной функцией; 
  • к выходу устройства следует подключать только потребителей постоянного тока, некоторые низковольтные потребители можно подключать непосредственно к АБ;
  • устанавливайте несколько устройств, если одного недостаточно для обработки выходной мощности массива и в случае, если вы планируете впоследствии расширять свою СЭС;
  • устанавливайте устройства одного типа при использовании двух и более в одном массиве;
  • убедитесь, что все они имеют одинаковый вход для настройки батареи;
  • проверьте, все ли соединения выполнены качественно и правильно ли подключены провода;
  • подключены провода

Вычисление степени заряженности аккумуляторной батареи

Некоторые продвинутые модели включают в свой набор функций вычисление степени заряженности АБ (SOC — state of charge). Состояние заряда показывает уровень заряда / разряда аккумулятора относительно его емкости. В основном это высокотехнологичные модели, поскольку SOC вычисляется по сложному алгоритму на основании отслеживания параметров в течение нескольких циклов заряда-разряда АБ. Регулирование по SOC позволяет обеспечить оптимальные режимы работы аккумулятора, значительно увеличивая срок его эксплуатации. 

В технической документации многих простых и недорогих устройств указано, что они могут определить степень заряженности аккумулятора. На самом деле это не совсем так, поскольку они отображают примерную величину заряженности в % в зависимости от U (вольт). Необходимо отметить, что уровень заряда, представленный в процентном значении, не показывает реальную степень заряда.

Все перечисленные факторы взаимодействуют сложным образом, поэтому самостоятельный выбор и монтаж устройства затруднительный для большинства людей. Однако у инженеров компании Solar Garden  существует четкий процесс определения того, какой контроллер заряда подходит для вашей СЭС. Цените свое время и ресурсы — пользуйтесь услугами профессионалов.

Последние новости