Контроллёр заряда для солнечной батареи

Гелиосистемы на солнечных батареях — альтернативные источники энергии, приобретающие все большую популярность. Это экологическая чистота, практичность и экономия финансов. Монтаж устройства преобразования света в ток не так уж прост. Солнечная батарея функционирует в системе, состоящей из панелей, аккумуляторов, инверторов, проводов и контроллера заряда. Благодаря этому комплексу энергия солнца используется более эффективно. Наиболее популярные системы работают автономно. Это возможно потому, что ключевым элементом является регулятор или контроллер заряда солнечных батарей.

Расположение контроллера в цепи

Элементы цепи гелиосистемы и их функция

Каждый элемент в схеме солнечной батареи отвечает за выполнение определенной функции.

Солнечная панель, состоящая из фотоэлементов, преобразует энергию излучения солнца в ток.
Аккумулятор накапливает энергию и выдает ее при потреблении.
Инвертор создает переменный ток из постоянного, а также изменяет выходную частоту, напряжение.

Роль контроллера в схеме системы

Возможно ли соединить солнечную панель с блоком аккумуляторов (АКБ) напрямую, не используя контроллер заряда? При такой схеме на батарею аккумуляторов зарядный ток поступает постоянно, что приводит к росту напряжения. При максимальном значении 14, 4 В электролит начнет в ней выкипать, что сократит срок службы. Когда именно подобный процесс, свойственный аккумуляторам, начнется, зависит от типа АКБ. Контроллер солнечных батарей следит за значением напряжения, хотя тоже не очень благоприятен для долговечности зарядного устройства. Но он делает систему автономной, освобождая человека от ручного контролирования. Однако, можно было бы применить вольтметр для контрольных измерений. А в критический момент отключать питание вручную.

Итак, контроллер следит в автоматическом режиме за процессами получения аккумулятором энергии и выдачи ее на потребляющие устройства — нагрузку. Это не единственная его функция. Также различные типы могут выполнять следующие важные роли в цепи солнечных батарей.

  • Автоматически соединяет аккумулятор с солнечными модулями для зарядки.
  • Выбирает оптимальный режим для накопления заряда.
  • Полный контроль за процессом, а также включение и отключение потребляющих устройств.
  • Поддерживает нужную полярность.
  • Предохраняет от короткого замыкания или перебоя в подаче энергии.
  • Учитывает уровень мощности.
  • Контролирует расход энергии.

Виды:

Для конкретной системы солнечных панелей подойдет один из трех типов контроллеров, имеющихся в продаже. Хотя их так же возможно изготовить своими руками. Как можно выбрать контроллер заряда для солнечной батареи, подскажет следующее описание каждого вида.

On/Off

On/Off — простейший контроллер, отключающий подачу напряжения при максимуме 14,4 В. Аккумулятор защищается от перегрева и перезарядки. Но полный заряд АКБ при этом не обеспечивается. Ведь когда максимальное значение напряжения достигается, процесс должен длится еще некоторое время, но он производит отключение. Поэтому уровень заряда бывает не более 70 %. Это уменьшает срок службы аккумуляторов, ухудшает состояние его пластин.

Такие устройства сейчас почти не используются. Да и контроллерами их не всегда называют. Чаще это автомат отключения.

ШИМ (PWM)

ШИМ (PWM) — контроллер, решающий проблему неполного заряда. Это управляющее устройство нового поколения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) поступающего тока. Когда напряжение приходит к максимуму, номинал заряжающего тока уменьшается. Уровень заряда в таком процессе достигает 100%, а эффективность работы системы повышается до 30%. Отдельные модели ШИМ регуляторов корректно изменяют напряжение входящего тока по отношению к температуре окружающей среды. Батарея при этом защищена от перегрева, а способность принимать напряжение увеличивается при автономно регулирующемся процессе.

ШИМ(PWM) Контроллер

MPPT

MPPT контроллер — самое совершенное устройство, применяющееся для регуляции заряда от солнечной батареи. С его применением повышается эффективность вырабатывания электроэнергии, а также ее количество. Устройство отслеживает точку максимальной мощности, так как непрерывно контролирует параметры. Аналитический блок на микропроцессоре рассчитывает соотношение тока и напряжения, оптимальное для получения полной мощности. При этом учитывается стадия зарядки.

Устройство MPPT снимает большое напряжение с панелей, которое преобразовывается в оптимальное для заряда аккумулятора. Оно не совпадает с напряжением питания, указанным в паспорте АКБ. Эффективность работы системы может увеличиться на 35 % по сравнению со схемой на других типах контроллеров. Регуляторы MPPT заставляют работать систему при пониженной на 40% освещенности. На выходе тоже создается значительное напряжение. Сечение проводов при этом можно применить меньшее, а расстояние от аккумуляторов до модуля увеличить.

MPPT контроллер

Характеристики выбора

Выбирая контроллер для солнечных батарей, рекомендуется обращать внимание на следующие параметры.

Напряжение при входе, указанное в тех. паспорте устройства. Максимальное значение должно быть на 20% больше напряжения «холостого хода» солнечной батареи.
Контроллеры заряда PWM должны иметь номинальный ток на 10% более высокий по значению, чем такой же параметр при коротком замыкании батареи.
Контроллёр заряда солнечной батареи типа MPPT нужно выбирать по мощности. Она должна быть не менее величины напряжения солнечной батареи (для разряженных аккумуляторов), умноженной на выходной ток. Для интенсивного солнца к значению прибавляют 20 % запаса.

Как сделать своими руками

Контроллеры для солнечных панелей можно сделать своими руками. Особенно это уместно при самостоятельной сборке конструкции гелиосистемы. Конечно, подобные устройства уступают по возможностям и характеристикам заводским моделям, что не исключает достаточности для небольшой установки, например, из единственной солнечной панели. В наше время разработано множество схем. Чтобы сделать самодельный контроллер — регулятор заряда для солнечных батарей, можно воспользоваться данной схемой:

Схема как сделать контроллер для солнечной батареи своими руками

Также можете просмотреть видео:

Главное следует придерживаться следующих параметров:

Напряжение зарядки — 13,8 В;
Отключение производится при 8 В;
Включение заряда при 12,5 В.

Обобщение функций

Применение контроллеров заряда не ограничивается тем, что они укомплектовывают конструкцию солнечных батарей. В США и некоторых странах Европы распространенным источником электроэнергии являются ветрогенераторы. В их схемы тоже входят контроллеры заряда. Если ветряной генератор совмещен с модулями солнечной батареи, контроллер применяется гибридного типа. Его конструкция основывается на МРРТ или PWM регуляторах, но с другими характеристиками по току и напряжению.

Данное электронное устройство предотвращает полную разрядку аккумулятора или его чрезмерный заряд. Можно перечислить следующие обобщенные функции.

Заряжает аккумулятор по стадиям.
При максимальном заряде или разряде отключает поступление тока или потребляющие электричество приборы.
Вновь включают нагрузку при восстановлении заряда.
Автоматически включает зарядку аккумулятора.
В заключение можно сказать: регулятор заряда — это важный узел гелиосистемы. Благодаря тому, что зарядка и разрядка аккумуляторов управляемая, последние не подвергнутся такому режиму, вследствие которого невозможно будет восстановить их функцию.