Controlador de carga solar: circuito, princípio de operação, métodos de conexão

Até agora, a energia solar é limitada (no nível doméstico) à criação de painéis fotovoltaicos de potência relativamente baixa. Mas, independentemente do projeto do conversor fotoelétrico da luz do sol em corrente, este dispositivo está equipado com um módulo chamado controlador de carga solar.

De fato, um esquema de instalação de fotossíntese de bateria solar inclui uma bateria de armazenamento - um dispositivo de armazenamento de energia recebida de um painel solar. É essa fonte de energia secundária que é atendida principalmente pelo controlador.

No artigo que apresentamos, entenderemos o dispositivo e os princípios de operação deste dispositivo e também consideraremos como conectá-lo.

Controladores solares

O módulo eletrônico, chamado controlador da bateria solar, foi projetado para executar várias funções de controle durante o processo de carga / descarga bateria solar.

Quando a luz solar cai na superfície de um painel solar instalado, por exemplo, no telhado de uma casa, essa luz é convertida em corrente elétrica pelas fotocélulas do dispositivo.

De fato, a energia recebida poderia ser fornecida diretamente à bateria de armazenamento. No entanto, o processo de carregar / descarregar uma bateria tem suas próprias sutilezas (certos níveis de correntes e tensões). Se você negligenciar essas sutilezas, a bateria por um curto período de operação simplesmente falhará.

Para não ter consequências tão tristes, um módulo chamado controlador de carga da bateria solar é projetado.

Além de monitorar o nível da bateria, o módulo também monitora o consumo de energia. Dependendo do grau de descarga, o circuito do controlador de carregamento da bateria da bateria solar regula e define o nível de corrente necessário para a carga inicial e subsequente.

Dependendo da capacidade do controlador de carga da bateria da usina de energia solar, os designs desses dispositivos podem ter uma configuração muito diferente

Em geral, em termos simples, o módulo fornece uma "vida" despreocupada para a bateria, que acumula periodicamente e fornece energia aos dispositivos de consumo.

Tipos Práticos

No nível industrial, dois tipos de dispositivos eletrônicos foram lançados e estão sendo fabricados, cuja execução é adequada para instalação no circuito do sistema de energia solar:

1. Dispositivos da série PWM.
2. Dispositivos da série MPPT.

O primeiro tipo de controlador para uma bateria solar pode ser chamado de "homem velho". Tais esquemas foram desenvolvidos e postos em operação no início da formação da energia solar e eólica.

O princípio de operação do circuito controlador PWM é baseado em algoritmos de modulação por largura de pulso. A funcionalidade desses dispositivos é um pouco inferior aos dispositivos da série MPPT mais avançados, mas em geral eles também funcionam com bastante eficiência.

Um dos modelos mais populares no sistema de carga solar do controlador de carga da bateria da estação solar, apesar de o circuito do dispositivo ser feito usando a tecnologia PWM, considerada obsoleta

Os projetos que usam a tecnologia Maximum Power Point Tracking (rastreamento do limite máximo de potência) são diferenciados por uma abordagem moderna das soluções de circuitos e fornecem mais funcionalidade.

Mas se você comparar os dois tipos de controlador e, principalmente, com uma tendência para a esfera doméstica, os dispositivos MPPT não olharão para a luz brilhante em que são tradicionalmente anunciados.

Controlador do tipo MPPT:

• tem um custo mais alto;
• possui um sofisticado algoritmo de ajuste;
• fornece ganho de potência apenas em painéis de uma área significativa.

Este tipo de equipamento é mais adequado para sistemas globais de energia solar.

O controlador, projetado para operação como parte do projeto de uma usina de energia solar. É um representante da classe de dispositivos MPPT - mais avançado e eficiente

É mais lucrativo comprar e operar o controlador PWM (PWM) com o mesmo efeito para as necessidades de um usuário comum de um ambiente doméstico, que geralmente possui painéis de área pequena.

Diagramas de blocos de controladores

Diagramas esquemáticos dos controladores PWM e MPPT para consideração por sua aparência tacanha - este é um momento muito complicado, juntamente com um entendimento sutil da eletrônica. Portanto, é lógico considerar apenas esquemas estruturais. Essa abordagem é compreensível para uma ampla gama de indivíduos.

Opção # 1 - dispositivos PWM

A tensão do painel solar através de dois condutores (mais e menos) chega ao elemento estabilizador e à cadeia resistiva divisória. Devido a essa parte do circuito, é obtida a equalização potencial da tensão de entrada e, em certa medida, eles organizam a proteção da entrada do controlador de exceder o limite da tensão de entrada.

Deve ser enfatizado aqui: cada modelo individual do dispositivo possui um limite específico para a tensão de entrada (indicada na documentação).

É assim que o diagrama estrutural de dispositivos baseado nas tecnologias PWM se parece. Para operação como parte de pequenas estações domésticas, essa abordagem de circuito fornece ampla eficiência

Além disso, a tensão e a corrente são limitadas ao valor exigido pelos transistores de potência. Esses componentes do circuito, por sua vez, são controlados pelo chip do controlador através do chip do driver. Como resultado, a tensão de saída do par de transistores de potência define o valor normal de tensão e corrente para a bateria.

Também no circuito, há um sensor de temperatura e um driver que controla o transistor de potência, que regula a potência da carga (proteção contra descarga profunda da bateria). O sensor de temperatura monitora o status de aquecimento de elementos importantes do controlador PWM.

Normalmente, o nível de temperatura dentro do gabinete ou nos radiadores dos transistores de potência. Se a temperatura ultrapassar os limites definidos nas configurações, o dispositivo desconecta todas as linhas de energia ativas.

Opção 2 - Instrumentos MPPT

A complexidade do esquema, neste caso, deve-se à adição de vários elementos que constroem o algoritmo de controle necessário com mais cuidado, com base nas condições de trabalho.

Os níveis de tensão e corrente são monitorados e comparados pelos circuitos do comparador, e a potência máxima de saída é determinada a partir dos resultados da comparação.

Diagrama de circuito estrutural para controladores de carga baseados nas tecnologias MPPT. Um algoritmo mais sofisticado para controlar e controlar dispositivos periféricos já é mencionado aqui.

A principal diferença entre esse tipo de controladores e dispositivos PWM é que eles podem ajustar o módulo solar de energia à potência máxima, independentemente das condições climáticas.

O circuito de tais dispositivos implementa vários métodos de controle:

• distúrbios e observações;
• aumento da condutividade;
• varredura atual;
• tensão constante.

E no segmento final da ação geral, também é usado um algoritmo para comparar todos esses métodos.

Maneiras de conectar controladores

Considerando o tópico das conexões, deve-se notar imediatamente: para instalar cada dispositivo individual, uma característica é o trabalho com uma série específica de painéis solares.

Assim, por exemplo, se for utilizado um controlador projetado para uma tensão máxima de entrada de 100 volts, uma série de painéis solares não deverá produzir mais que esse valor na saída.

Qualquer usina de energia solar opera de acordo com a regra do equilíbrio das tensões de saída e entrada do primeiro estágio. O limite superior da tensão do controlador deve corresponder ao limite superior da tensão do painel

Antes de conectar o dispositivo, é necessário determinar o local de sua instalação física. De acordo com as regras, salas secas e bem ventiladas devem ser escolhidas como local de instalação. A presença de materiais inflamáveis ​​perto do dispositivo é excluída.

A presença de fontes de vibração, calor e umidade nas imediações do dispositivo é inaceitável. O local da instalação deve ser protegido contra precipitação e luz solar direta.

Técnica de conexão do modelo PWM

Quase todos os fabricantes de controladores PWM precisam seguir a sequência exata dos dispositivos de conexão.

A técnica de conectar controladores PWM a dispositivos periféricos não é particularmente complexa. Cada placa está equipada com terminais rotulados. Requer apenas que você siga a sequência de ações

Os dispositivos periféricos devem ser conectados em total conformidade com as designações dos terminais de contato:

1. Conecte os fios da bateria nos terminais do dispositivo da bateria de acordo com a polaridade indicada.
2. No ponto de contato do fio positivo, ligue o fusível de proteção.
3. Nos contatos do controlador destinados ao painel solar, fixe os condutores provenientes dos painéis do painel solar. Observe a polaridade.
4. Conecte uma lâmpada de teste da voltagem correspondente (geralmente 12 / 24V) aos terminais da carga do dispositivo.

A sequência especificada não deve ser violada. Por exemplo, é estritamente proibido conectar painéis solares em primeiro lugar com uma bateria desconectada. Com essas ações, o usuário corre o risco de "queimar" o dispositivo. Em essas coisas o diagrama de montagem dos painéis solares com bateria é descrito em mais detalhes.

Também para controladores da série PWM, não é permitido conectar um inversor de tensão aos terminais de carga do controlador. O inversor deve ser conectado diretamente aos terminais da bateria.

Procedimento para conectar dispositivos MPPT

Os requisitos gerais para instalação física para este tipo de aparelho não diferem dos sistemas anteriores. Mas a instalação tecnológica costuma ser um pouco diferente, já que os controladores MPPT são frequentemente considerados dispositivos mais poderosos.

Para controladores projetados para altos níveis de energia, é recomendável usar cabos de seção transversal grandes equipados com terminações metálicas nas conexões do circuito de energia

Por exemplo, para sistemas potentes, esses requisitos são complementados pelo fato de os fabricantes recomendarem um cabo para as linhas de conexão de energia, projetadas para uma densidade de corrente de pelo menos 4 A / mm². Ou seja, por exemplo, para um controlador com corrente de 60 A, é necessário um cabo para conectar à bateria com uma seção transversal de pelo menos 20 mm².

Os cabos de conexão devem estar equipados com terminais de cobre, firmemente cravados com uma ferramenta especial. Os terminais negativos do painel solar e da bateria devem estar equipados com adaptadores com fusíveis e interruptores.

Essa abordagem elimina as perdas de energia e garante a operação segura da instalação.

Diagrama em blocos da conexão de um poderoso controlador MPPT: 1 - painel solar; 2 - controlador MPPT; 3 - bloco de terminais; 4,5 - fusíveis; 6 - interruptor de alimentação do controlador; 7.8 - pneu de solo

Antes de conectar painéis solares ao dispositivo, verifique se a tensão nos terminais corresponde ou é menor que a tensão permitida para aplicar à entrada do controlador.

Conectando periféricos ao dispositivo MTTP:

1. Mude o painel e a bateria para a posição "off".
2. Remova os fusíveis de proteção no painel e na bateria.
3. Conecte os terminais da bateria aos terminais do controlador do cabo da bateria.
4. Conecte o cabo aos terminais do painel solar com os terminais do controlador marcados com o sinal correspondente.
5. Conecte o terminal de terra ao barramento de terra com um cabo.
6. Instale o sensor de temperatura no controlador de acordo com as instruções.

Após essas etapas, é necessário substituir o fusível da bateria removido anteriormente e colocar o interruptor na posição "ligado". Um sinal de detecção de bateria aparecerá na tela do controlador.

Depois de uma breve pausa (1 a 2 minutos), coloque o fusível removido anteriormente do painel solar e coloque a chave do painel na posição "ligado".

A tela do instrumento mostrará o valor da tensão do painel solar. Esse momento indica o sucesso do lançamento de uma usina de energia solar em operação.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

A indústria produz dispositivos multifacetados em termos de soluções de circuitos. Portanto, é impossível fornecer recomendações inequívocas a respeito da conexão de todas as instalações, sem exceção.

No entanto, o princípio principal para todos os tipos de dispositivos permanece o mesmo: sem conectar a bateria aos barramentos do controlador, a conexão aos painéis fotovoltaicos é inaceitável. Requisitos semelhantes se aplicam à inclusão no esquema. inversor de tensão. Deve ser considerado como um módulo separado conectado à bateria por contato direto.

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