Контролер заряду сонячної батареї - це пристрій регулювання заряду-розряду акумуляторної батареї (АБ). Його підключають між джерелом енергії (сонячною панеллю) та накопичувачем (акумулятором) для виконання наступних функцій:
- захист від перезаряду - коли сонячна панель генерує занадто багато електроенергії, а АБ вже повністю заряджений, контролери відключають джерело енергії, щоб зменшити струм, що протікає в акумуляторі;
- захист від глибокого розряду - коли є перевитрата енергії, а АБ вже неприпустимо розряджений, контролер відключає деяке або все навантаження;
- блокування зворотних струмів – сонячні панелі пропускають струм через акумулятор в одному напрямку. Вночі панелі можуть пропускати частину цього струму у зворотному напрямку. Це може спричинити невеликий розряд батареї. Контролери заряду запобігають цьому, діючи як клапан;
- захист від перевантаження – якщо через батареї протікає струм набагато вище, ніж вони можуть витримати, це може призвести до перегріву або навіть спалаху в системі. Контролери запобігають виникненню цих перевантажень. У великих системах рекомендується подвійний захист за допомогою автоматичних вимикачів або запобіжників.
Контролери заряду не є додатковим компонентом — вони є абсолютною потребою, яка уможливлює зарядку АБ від енергії сонця. Вони є невід'ємною частиною автономних та гібридних сонячних електростанцій, роблячи їх безпечними та ефективними.
Зміст статті:
Контролер заряду сонячної батареї: типи, особливості роботи та переваги
Основна роль контролера полягає у захисті та автоматизації процесу зарядки акумулятора та функції розрядки при підключеному навантаженні, забезпечуючи тим самим його тривалу та безпечну експлуатацію. Сонячний модуль підключається до контролера через позитивний та негативний виводи, забезпечуючи зарядку лише тоді, коли він підключений до АБ.
Конструктивно та функціонально пристрої можна поділити на три типи:
- прості 1 або 2-ступінчасті - керують напругою в один або два кроки;
- ШИМ-контролери (PWM англ.) та/або 3-ступінчасті - при зарядці використовують широтно-імпульсну модуляцію, двох або триступінчасте регулювання;
- mppt контролер заряду для сонячних батарей або 4-ступінчасті – зі стеженням за точкою максимальної потужності.
Робота простих моделей заснована на реле або шунтируючих транзисторах, для регулювання напруги в один або два кроки. Вони просто відключають фотовольтаїчні модулі при перевищенні допустимого рівня напруги на АБ, а при зниженні знову їх підключають. Максимальний рівень зарядженості при цьому становить 60-70%. Регулярний недозаряд акумуляторної батареї призводить до поломки та різкого скорочення терміну її експлуатації. Єдина перевага цих регуляторів - вони надійні, оскільки мають мало компонентів і там нема чому ламатися.
Принцип роботи та особливості ШІМ-контролера
PWM контролер для сонячної батареї на першому ступені заряджає АБ підвищеною напругою. Після повного заряджання він посилає серію коротких зарядних імпульсів. Пристрій із широтно-імпульсною модуляцією струму заряду постійно перевіряє стан заряду акумулятора. Воно визначає, з якою швидкістю посилати імпульси та наскільки широкими (тривалими) вони мають бути для підтримки 100% зарядки.
У повністю зарядженій батареї без навантаження, PWM може просто вмикатися-вимикатися кожні декілька секунд. У розрядженому акумуляторі імпульси будуть практично безперервними і дуже широкими, або контролер може перейти в режим «повного включення». Пристрій перевіряє стан заряду батареї між імпульсами і щоразу виконує автоматичне налаштування.
На стадії вирівнювання намагається зрівняти напругу всіх елементів АБ та зробити їх однаково зарядженими. У цей період перезаряджання в залитих батареях відбувається перемішування рідини в батареях, викликаючи газоутворення.
Стадія заряду, що підтримує. Після повної зарядки зарядна напруга поступово знижується, щоб уникнути подальшого нагрівання або газоутворення в акумуляторі, і він підтримується в зарядженому стані.
Принцип роботи та особливості МРРТ – контролера
MPPT-контролер заряду акумулятора від сонячної батареї – це найкращий варіант із високою ефективністю в межах від 94% до 98% та з відповідними цінами. Він може заощадити значні гроші у фотоелектричних системах, оскільки забезпечує збільшення виробництва електроенергії до 30%.
Класичний mppt-контролер сканує вольт-амперну характеристику фотоелектричного модуля і знаходить робочу точку в якій максимальна потужність модуля (точка максимальної потужності). Вмонтований обробний пристрій відстежує стадію заряду та автоматично обчислює величину струму для подачі АБ.
Становище робочої точки залежить від наступних факторів:
- ступеня освітленості;
- неоднорідності та робочої температури сонячних модулів;
- стадії зарядженості АБ.
Найбільша додаткова генерація відбувається за низької температури модулів і розряджених АБ.
Тонкощі вибору контролера для заряду сонячної батареї
Контролер заряду сонячної панелі відноситься до основного обладнання гібридної та автономної фотоелектричної системи. Він не потрібен лише в системах із малопотужними панелями від 1 до 5 Вт, які зазвичай використовують для заряджання мобільних пристроїв або живлення джерела світла. У решті випадків він необхідний. Тому до вибору та монтажу цього пристрою потрібно підходити зі знанням специфіки.
Вибираючи пристрій, необхідно знати, що:
- Моделі з функцією PWM ідеально підходять для електростанцій невеликої потужності, краще працюють за сонячної погоди і коли батарея майже повністю заряджена. ШІМ зазвичай є прийнятним варіантом для портативних станцій та для приватних будинків. pwm моделі дешевші, ніж mppt і мають більш тривалий термін служби.
- Моделі з функцією MPPT дуже ефективні і рекомендуються для потужних СЕС, де важлива додаткова генерація електроенергії. Вони добре працюють у холоднішому кліматі та за хмарної погоди. mppt технологія забезпечує відмінну продуктивність та ідеально підходить, коли напруга сонячної панелі вище, ніж напруга батареї. Єдиним реальним недоліком є їхня вища вартість у порівнянні з простими моделями.
На що ще слід звертати увагу:
Вибираючи струм контролера, ви повинні враховувати його тип. Неправильно вибраний пристрій може призвести до втрати до 50% енергії, що виробляється сонячними модулями:
- MPPT моделі обмежують свій вивід, і якщо масив може генерувати 100 ампер, а контролер розрахований на 50 ампер - він буде проводити лише ці 50 А, а система втрачатиме дорогоцінну енергію;
- ШИМ не здатні обмежувати вихідний струм модуля, тому їх необхідно вибирати із запасом 25%. ШИМ-регулятор з великою ймовірністю пошкодиться, якщо його номінальний струм менше струму, що надходить від масиву модулів.
- Всі типи регуляторів мають граничну напругу, за якої вони можуть працювати без пошкоджень. Переконайтеся, що вибрана модель здатна витримувати максимальну напругу, яку видає ваш масив. Враховуйте, що при послідовному з'єднанні панелей їхня напруга підсумовується.
Зверніть увагу на тип батареї. Це свідчить про те, які акумулятори сумісні з контролером заряду.
Особливості монтажу
Найкращим рішенням для монтажу контролера заряду є звернутися до фахівців компанії-установника. Ми можемо дати кілька загальних рекомендацій, на що слід звертати увагу при монтажі:
- контролер завжди слід монтувати поряд з АБ, оскільки точне вимірювання напруги акумулятора є його найважливішою функцією;
- до виходу пристрою слід підключати лише споживачів постійного струму, деякі низьковольтні споживачі можна підключати безпосередньо до АБ;
- встановлюйте кілька пристроїв, якщо одного недостатньо для обробки вихідної потужності масиву і якщо ви плануєте згодом розширювати свою СЕС;
- встановлюйте пристрої одного типу при використанні двох та більше в одному масиві;
- переконайтеся, що вони мають однаковий вхід для налаштування батареї;
- перевірте, чи всі з'єднання виконані якісно і чи правильно підключені дроти.
Обчислення ступеня зарядженості акумуляторної батареї
Деякі просунуті моделі включають у свій набір функцій обчислення ступеня заряду АБ (SOC — state of charge). Стан заряду показує рівень заряду/розряду акумулятора щодо його ємності. Здебільшого це високотехнологічні моделі, оскільки SOC обчислюється за складним алгоритмом виходячи з відстеження параметрів протягом кількох циклів заряду-розряду АБ. Регулювання SOC дозволяє забезпечити оптимальні режими роботи акумулятора, значно збільшуючи термін його експлуатації.
У технічній документації багатьох простих і недорогих пристроїв зазначено, що вони можуть визначити рівень заряду акумулятора. Насправді це зовсім так, оскільки вони відображають приблизну величину зарядженості в % залежно від U (вольт). Необхідно відзначити, що рівень заряду, представлений у відсотковому значенні, не показує реального ступеня заряду.
Всі ці фактори взаємодіють складним чином, тому самостійний вибір і монтаж пристрою скрутний для більшості людей. Однак у інженерів компанії Solar Garden існує чіткий процес визначення того, який контролер заряду підходить для вашої СЕС. Цінуйте свій час та ресурси – користуйтеся послугами професіоналів.
