Regulator ładowania słonecznego: obwód, zasada działania, metody połączeń

Energia słoneczna jak dotąd ogranicza się (na poziomie gospodarstwa domowego) do tworzenia paneli fotowoltaicznych o stosunkowo niskiej mocy. Ale niezależnie od konstrukcji fotoelektrycznego konwertera światła słonecznego na prąd, urządzenie to jest wyposażone w moduł zwany kontrolerem ładowania słonecznego.

Rzeczywiście, schemat instalacji fotosyntezy baterii słonecznej obejmuje baterię akumulatorową - urządzenie magazynujące energię odbieraną z panelu słonecznego. Jest to to wtórne źródło energii, które jest obsługiwane głównie przez kontroler.

W prezentowanym artykule zrozumiemy urządzenie i zasady działania tego urządzenia, a także zastanowimy się, jak je podłączyć.

Kontrolery słoneczne

Moduł elektroniczny, zwany sterownikiem baterii słonecznej, jest przeznaczony do wykonywania szeregu funkcji kontrolnych podczas procesu ładowania / rozładowania bateria słoneczna.

Kiedy światło słoneczne pada na powierzchnię panelu słonecznego zainstalowanego na przykład na dachu domu, światło to jest przekształcane w prąd elektryczny przez fotokomórki urządzenia.

W rzeczywistości otrzymana energia może być dostarczona bezpośrednio do akumulatora. Proces ładowania / rozładowywania akumulatora ma jednak swoje własne subtelności (pewne poziomy prądów i napięć). Jeśli zaniedbujesz te subtelności, bateria na krótki okres działania po prostu zawiedzie.

Aby nie mieć tak smutnych konsekwencji, zaprojektowano moduł o nazwie kontroler ładowania baterii słonecznej.

Oprócz monitorowania poziomu baterii moduł monitoruje również zużycie energii. W zależności od stopnia rozładowania obwód kontrolera ładowania akumulatora z akumulatora słonecznego reguluje i ustawia poziom prądu niezbędny do początkowego i kolejnego ładowania.

W zależności od pojemności kontrolera ładowania akumulatora elektrowni słonecznej konstrukcje tych urządzeń mogą mieć bardzo różną konfigurację

Zasadniczo, w prostych słowach, moduł zapewnia beztroski „żywotność” baterii, która okresowo akumuluje się i dostarcza energię do urządzeń konsumenckich.

Praktyczne typy

Na poziomie przemysłowym uruchomiono i produkuje się dwa rodzaje urządzeń elektronicznych, których wykonanie nadaje się do instalacji w obwodzie systemu energii słonecznej:

1. Urządzenia z serii PWM.
2. Urządzenia z serii MPPT.

Pierwszy typ kontrolera baterii słonecznej można nazwać „starcem”. Takie schematy opracowano i uruchomiono u zarania powstawania energii słonecznej i wiatrowej.

Zasada działania obwodu kontrolera PWM oparta jest na algorytmach modulacji szerokości impulsu. Funkcjonalność takich urządzeń jest nieco gorsza niż bardziej zaawansowane urządzenia z serii MPPT, ale ogólnie działają one również dość wydajnie.

Jeden z najpopularniejszych modeli w układzie ładowania słonecznego do kontrolera ładowania akumulatora stacji solarnej, mimo że obwód urządzenia wykonany jest w technologii PWM, która jest uważana za przestarzałą

Projekty wykorzystujące technologię śledzenia maksymalnego punktu mocy (śledzenie limitu maksymalnej mocy) wyróżniają się nowoczesnym podejściem do rozwiązań obwodów i zapewniają większą funkcjonalność.

Ale jeśli porównasz oba rodzaje kontrolerów, a zwłaszcza nastawienie na sferę domową, urządzenia MPPT nie będą patrzeć w jasne światło, w którym są tradycyjnie reklamowane.

Kontroler typu MPPT:

• ma wyższy koszt;
• ma wyrafinowany algorytm strojenia;
• daje wzrost mocy tylko na panelach o znacznej powierzchni.

Ten rodzaj sprzętu jest bardziej odpowiedni dla globalnych systemów energii słonecznej.

Sterownik przeznaczony do pracy w ramach projektu elektrowni słonecznej. Jest przedstawicielem klasy urządzeń MPPT - bardziej zaawansowanej i wydajnej

Bardziej opłaca się zakup i obsługa kontrolera PWM (PWM) z takim samym efektem dla potrzeb zwykłego użytkownika ze środowiska domowego, które zwykle ma panele o małej powierzchni.

Schematy blokowe sterowników

Schematyczne schematy kontrolerów PWM i MPPT do rozważenia ze względu na ich wąski umysł - jest to moment zbyt skomplikowany, w połączeniu z subtelnym zrozumieniem elektroniki. Dlatego logiczne jest rozważanie tylko schematów strukturalnych. To podejście jest zrozumiałe dla wielu osób.

Opcja nr 1 - urządzenia PWM

Napięcie z panelu słonecznego przez dwa przewodniki (plus i minus) dochodzi do elementu stabilizującego i dzielącego łańcucha rezystancyjnego. Dzięki temu elementowi obwodu uzyskuje się wyrównanie potencjału napięcia wejściowego i do pewnego stopnia organizują one ochronę wejścia kontrolera przed przekroczeniem granicy napięcia wejściowego.

Należy tu podkreślić: każdy model urządzenia ma określoną granicę napięcia wejściowego (wskazaną w dokumentacji).

Tak wygląda schemat strukturalny urządzeń opartych na technologiach PWM. W przypadku pracy w ramach małych stacji domowych takie podejście obwodowe zapewnia dużą wydajność

Ponadto napięcie i prąd są ograniczone do wymaganej wartości przez tranzystory mocy. Te elementy obwodu z kolei są kontrolowane przez układ kontrolera poprzez układ sterownika. W rezultacie napięcie wyjściowe pary tranzystorów mocy ustala normalną wartość napięcia i prądu dla akumulatora.

Również w obwodzie znajduje się czujnik temperatury i sterownik, który steruje tranzystorem mocy, który reguluje moc obciążenia (ochrona przed głębokim rozładowaniem akumulatora). Czujnik temperatury monitoruje stan ogrzewania ważnych elementów sterownika PWM.

Zwykle poziom temperatury w obudowie lub na grzejnikach tranzystorów mocy. Jeśli temperatura przekroczy limity określone w ustawieniach, urządzenie rozłącza wszystkie aktywne linie zasilania.

Opcja nr 2 - Instrumenty MPPT

Złożoność schematu w tym przypadku wynika z jego dodania do szeregu elementów, które budują niezbędny algorytm sterowania ostrożniej, w oparciu o warunki pracy.

Poziomy napięcia i prądu są monitorowane i porównywane przez obwody komparatora, a maksymalna moc wyjściowa jest określana na podstawie wyników porównania.

Schemat strukturalny obwodów kontrolerów ładowania opartych na technologiach MPPT. Bardziej wyrafinowany algorytm sterowania i sterowania urządzeniami peryferyjnymi został już tutaj odnotowany.

Główną różnicą między tego typu sterownikami a urządzeniami PWM jest to, że są w stanie dostosować moduł energii słonecznej do maksymalnej mocy, niezależnie od warunków pogodowych.

Obwód takich urządzeń realizuje kilka metod sterowania:

• zakłócenia i obserwacje;
• zwiększenie przewodności;
• aktualny przebieg;
• stałe napięcie.

W ostatnim segmencie akcji ogólnej wykorzystywany jest również algorytm do porównywania wszystkich tych metod.

Sposoby łączenia kontrolerów

Biorąc pod uwagę temat połączeń, należy od razu zauważyć: aby zainstalować każde indywidualne urządzenie, charakterystyczną cechą jest praca z określoną serią paneli słonecznych.

Tak więc, na przykład, jeśli używany jest kontroler zaprojektowany dla maksymalnego napięcia wejściowego 100 woltów, seria paneli słonecznych powinna wytwarzać nie więcej niż tę wartość na wyjściu.

Każda elektrownia słoneczna działa zgodnie z zasadą równowagi napięć wyjściowych i wejściowych pierwszego stopnia. Górna granica napięcia sterownika musi odpowiadać górnej granicy napięcia panelu

Przed podłączeniem urządzenia należy określić miejsce jego fizycznej instalacji. Zgodnie z zasadami jako miejsce instalacji należy wybrać suche, dobrze wentylowane pomieszczenia. Obecność łatwopalnych materiałów w pobliżu urządzenia jest wykluczona.

Obecność źródeł wibracji, ciepła i wilgoci w bezpośrednim sąsiedztwie urządzenia jest niedopuszczalna. Miejsce instalacji musi być chronione przed opadami i bezpośrednim działaniem promieni słonecznych.

Technika połączeń modelu PWM

Prawie wszyscy producenci sterowników PWM muszą przestrzegać dokładnej kolejności podłączania urządzeń.

Technika łączenia sterowników PWM z urządzeniami peryferyjnymi nie jest szczególnie skomplikowana. Każda płytka jest wyposażona w oznaczone zaciski. Wymaga jedynie przestrzegania sekwencji działań

Urządzenia peryferyjne muszą być podłączone w pełni zgodnie z oznaczeniami zacisków stykowych:

1. Podłącz przewody akumulatora do zacisków urządzenia akumulatorowego zgodnie ze wskazaną biegunowością.
2. W punkcie styku przewodu dodatniego włącz bezpiecznik.
3. Na stykach kontrolera przeznaczonych do panelu słonecznego przymocuj przewody pochodzące z paneli słonecznych. Obserwuj biegunowość.
4. Podłączyć próbnik o odpowiednim napięciu (zwykle 12/24 V) do zacisków obciążenia urządzenia.

Podanej sekwencji nie można naruszać. Na przykład surowo zabrania się podłączania paneli słonecznych przede wszystkim z niepodłączonym akumulatorem. Dzięki takim działaniom użytkownik ryzykuje „spaleniem” urządzenia. W te rzeczy schemat montażu paneli słonecznych z baterią opisano bardziej szczegółowo.

Również w przypadku sterowników serii PWM podłączenie falownika napięcia do zacisków obciążenia sterownika jest niedopuszczalne. Falownik należy podłączyć bezpośrednio do zacisków akumulatora.

Procedura podłączania urządzeń MPPT

Ogólne wymagania dotyczące fizycznej instalacji dla tego typu aparatów nie różnią się od poprzednich systemów. Ale instalacja technologiczna jest często nieco inna, ponieważ kontrolery MPPT są często uważane za bardziej wydajne urządzenia.

W przypadku kontrolerów zaprojektowanych dla wysokich poziomów mocy zaleca się stosowanie kabli o dużym przekroju, wyposażonych w metalowe zakończenia na połączeniach obwodu mocy

Na przykład w przypadku systemów o dużej mocy wymagania te są uzupełniane przez fakt, że producenci zalecają wzięcie kabla do linii przyłączeniowych zasilania, zaprojektowanego dla gęstości prądu co najmniej 4 A / mm². Na przykład w przypadku kontrolera na prąd o natężeniu 60 A potrzebny jest kabel do podłączenia do akumulatora o przekroju co najmniej 20 mm².

Kable połączeniowe muszą być wyposażone w miedziane końcówki, mocno zaciśnięte specjalnym narzędziem. Zaciski ujemne panelu słonecznego i akumulatora muszą być wyposażone w adaptery z bezpiecznikami i przełącznikami.

Takie podejście eliminuje straty energii i zapewnia bezpieczną eksploatację instalacji.

Schemat blokowy podłączenia potężnego kontrolera MPPT: 1 - panel słoneczny; 2 - kontroler MPPT; 3 - blok zacisków; 4,5 - bezpieczniki; 6 - wyłącznik zasilania kontrolera; 7,8 - opona mielona

Przed podłączeniem panele słoneczne do urządzenia, upewnij się, że napięcie na zaciskach odpowiada lub jest niższe niż napięcie, które jest dopuszczalne, aby przyłożyć do wejścia kontrolera.

Podłączanie urządzeń peryferyjnych do urządzenia MTTP:

1. Przełącz przełączniki panelu i akumulatora w położenie „wyłączone”.
2. Wyjmij bezpieczniki ochronne z panelu i akumulatora.
3. Podłącz zaciski akumulatora do zacisków sterownika dla kabla akumulatora.
4. Podłącz kabel do zacisków panelu słonecznego, zaciskami sterownika oznaczonymi odpowiednim znakiem.
5. Podłącz zacisk uziemienia do szyny uziemienia za pomocą kabla.
6. Zainstaluj czujnik temperatury na sterowniku zgodnie z instrukcją.

Po wykonaniu tych czynności należy wymienić wcześniej wyjęty bezpiecznik akumulatora i ustawić przełącznik w pozycji „włączony”. Sygnał wykrycia baterii pojawia się na ekranie kontrolera.

Następnie, po krótkiej przerwie (1-2 minuty), włóż wcześniej wyjęty bezpiecznik panelu słonecznego na miejsce i ustaw przełącznik paneli w pozycji „wł.”.

Ekran przyrządu pokaże wartość napięcia panelu słonecznego. Ten moment oznacza pomyślne uruchomienie działającej elektrowni słonecznej.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Przemysł produkuje różnorodne urządzenia pod względem rozwiązań obwodów. Dlatego niemożliwe jest jednoznaczne zalecenie dotyczące podłączenia wszystkich instalacji bez wyjątku.

Jednak główna zasada dla wszystkich typów urządzeń pozostaje taka sama: bez podłączenia akumulatora do magistrali kontrolera połączenie z panelami fotowoltaicznymi jest niedopuszczalne. Podobne wymagania dotyczą włączenia do programu. falownik napięcia. Należy to traktować jako osobny moduł podłączony do akumulatora przez bezpośredni kontakt.

Jeśli masz niezbędne doświadczenie lub wiedzę, podziel się nią z naszymi czytelnikami. Zostaw swój komentarz w polu poniżej. Tutaj możesz zadać pytanie dotyczące tematu tego artykułu.