Контроллер заряда для солнечной батареи: правила выбора, схема для сборки своими руками

Описание работы контроллера солнечной панели

В настоящее время электроника способна управлять солнечными панелями мощностью до 5-20 Вт. Конечно, можно использовать более слабые солнечные панели, чем 5 Вт, но это уже неэффективно.

Идея заключалась в том, чтобы это зарядное устройство могло заряжать любой смартфон, который нужно заряжать каждые 2 дня. Следовательно, необходимо, чтобы солнечная панель могла заряжать свой аккумулятор 12 В / 2,3 Ач за два солнечных дня. Данная панель мощностью 5 Вт справится с этим без проблем.

Теперь к самому описанию схемы. Солнечная панель подключается плюсом и минусом к клеммам X1.1 и X1.2 соответственно. Аккумулятор подключается плюсом и минусом к клеммам X2.1 и X2.12 соответственно.

Итак, сначала давайте посмотрим на схему со стороны солнечной панели. С выходных клемм панели напряжение поступает на делитель напряжения, состоящий из резистора R2, подстроечного резистора R1 и резистора R3. Далее напряжение подается на управляющий вывод (опорного напряжения) TL431. Если напряжение ниже 2,5В, то в принципе ничего не происходит. Однако, как только напряжение достигает 2,5 В (после делителя напряжения), TL431 открывается и, таким образом, также открывает транзисторы Q1 и Q2.

Транзистор Q1 открывает нам транзистор Q3, который подает напряжение на разъем JP2. Разъем JP2 используется для подключения вентилятора в случае использования панели большой мощности (более 10 Вт).

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

При открытии транзистора Q2 происходит управляемое короткое замыкание солнечной панели. Это контролируемое короткое замыкание фактически стабилизирует напряжение солнечной панели до значения, подходящего для зарядки аккумулятора.

Если аккумулятор разряжен, то вся энергия от солнечной панели через диод D2 (1N5908) поступает в аккумулятор. Таким образом, обеспечиваются минимальные потери солнечной энергии.

В процессе зарядки аккумулятора его напряжение повышается, что также увеличивает напряжение на солнечной панели. В результате этого возникает управляемое короткое замыкание, и излишняя энергия выделяется на транзисторе Q2, установленного на радиаторе. Для более мощных панелей необходимо добавить принудительное охлаждение в виде вентилятора.

Вторая часть схемы уже использует энергию от аккумулятора или избыточную энергию от самой солнечной панели для питания подключенного устройства (телефона или чего-либо еще с напряжением 5 В).

Однако, поскольку нам необходимо обеспечить бережное обращение с энергией аккумулятора солнечной панели и защитить его от глубокого разряда, в схему контроллера добавлено реле K1, которое в состоянии простоя обеспечивает отключение инвертора и, следовательно, подключенного внешнего устройства.

Если нам нужно активировать питание подключенного устройства, мы просто нажимаем кнопку S1. В результате этого поступает напряжение на катушку реле, она замыкается через свой собственный контакт, а диоды D3, D4 (1N4148) и стабилитрон D5 (5,6В) начинают удерживать сам контакт.

Если затем мы хотим отключить нагрузку, то нажимаем кнопку S2, которая размыкает цепь питания реле и, таким образом, отключает нагрузку. В то же время стабилитрон D3 и диоды D4, D5 гарантируют, что, если напряжение батареи опуститься до значения около 9,5-10 В, стабилитрон D3 перестанет проводить и обесточит реле, тем самым защитив аккумулятор от глубокого разряда.

И последняя часть данного устройства — это источник стабилизированного напряжения, состоящий из микросхемы DA1. Здесь хочу отметить, что на принципиальной схеме нарисован классический линейный стабилизатор. Его можно использовать, но он должен быть с минимальными потерями и иметь достаточный теплоотвод.

Однако гораздо эффективнее использовать переключаемый стабилизатор, который имеет такую же распиновку выводов. Я использовал стабилизатор R-785.0-1.0 с выходным напряжением 5В и током 1А. Заявленный КПД данного стабилизатора составляет более 90%, что является оптимальным для нашего случая.

Перемычка JP1 используется вместе с мобильными телефонами. Ее необходимо установить, чтобы телефон определил подключение к зарядному устройству, а не к ПК. Если он посчитает, что подключен к компьютеру, то зарядка будет идти не максимальным током, а только наполовину, что удвоит время зарядки.

Все устройство собрано на односторонней печатной плате размером 100х50 мм.

Параметры выбора

Критериев выбора всего два:

1. Первый и очень важный момент – это входящее напряжение. Максимум данного показателя должен быть выше примерно на 20% от напряжения холостого хода солнечной батареи.
2. Вторым критерием является номинальный ток. Если выбирается типаж PWN, то его номинальный ток должен быть выше, чем ток короткого замыкания у батареи примерно на 10%. Если выбирается МРРТ, то его основная характеристика – это мощность. Этот параметр должен быть больше, чем напряжение всей системы, умноженной на номинальный ток системы. Для расчетов берется напряжение при разряженных аккумуляторах.

Как сделать своими руками

Если нет возможности приобрести уже готовый продукт, то его можно создать своими руками. Но если разобраться в том, как работает контроллер заряда солнечной батареи довольно просто, то вот создать его будет уже сложнее. При создании стоит понимать, что такой прибор будет хуже аналога, произведенного на заводе.

Это простейшая схема контроллера солнечной батареи, которую создать будет проще всего. Приведенный пример пригоден для создания контроллера для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора с напряжением в 12 В и подключением маломощной солнечной батареей.

Если заменить номинальные показатели на некоторых ключевых элементах, то можно применять эту схему и для более мощных систем с аккумуляторами. Суть работы такого самодельного контроллера будет заключаться в том, что при напряжении ниже, чем 11 В нагрузка будет выключена, а при 12,5 В будет подана на аккумулятор.

Стоит сказать о том, что в простой схеме используется полевой транзистор, вместо защитного диода. Однако если есть некоторые знания в электрических схемах, можно создать контроллер более продвинутый.

Данная схема считается продвинутой, так как ее создание намного сложнее. Но контроллер с таким устройством вполне способен на стабильную работу не только с подключением к солнечной батарее, а еще и к ветрогенератору.  

Контроллеры

Известный факт, что полное разряжение, как и чрезмерная зарядка, влияют на дальнейшую работу аккумуляторных батарей. Особо чувствительными являются свинцово-кислотные аккумуляторные панели. Для предохранения батарей от этих нагрузок и служит регулятор. При максимальной зарядке АКБ (аккумуляторной батареи) с помощью контроллеров уровень тока будет понижен, при понижении заряда до критических значений подача энергии будет остановлена.

Типы контроллеров

Существует несколько типов регуляторов: On/Off, ШИМ и МРРТ.

Перед подбором устройства необходимо ответить на два основных вопроса:

Какое напряжение на входе?

Какой номинальный ток?

Автоматический контроллер заряда с регулятором MPPT для солнечных батарей

Как и у большинства устройств, обязательно наличие прочностного запаса. Максимальное напряжение контроллера должно превышать общее напряжение на 20 процентов. Для определения запаса номинального тока нужно к величине тока короткого замыкания солнечных батарей прибавить 10–20 процентов, также данное значение зависит от типа регулятора. Эти данные можно найти в технических паспортах контроллеров. Например, для контроллера солнечных батарей SOL4UCN2 (ШИМ) выходное напряжение тока принимает значения 3 вольта, 6 вольт, 12 вольт. Также возможно подобрать контроллеры с выходным напряжением 36 или 48 вольт. К тому же необходимо предусмотреть инвертор для преобразования тока.

Контроллеры On/Off

В линейке контроллеров являются простейшими и, соответственно, недорогими. Когда заряд аккумулятора достигает предельного значения, контроллер разрывает соединение между солнечной панелью и батареей посредством реле. В действительности батарея не полностью заряжена, что оказывает влияние на дальнейшую работоспособность аккумулятора. Поэтому несмотря на низкую стоимость, лучше не использовать регулятор данного типа.

Контроллер On/Off для солнечных батарей

ШИМ (PWM) – контроллеры

Для этого типа контроллера применена технология широтно-импульсной модуляции. Преимуществом является прекращение заряда аккумуляторной батареи без отсоединения солнечных модулей, что позволяет продолжить зарядку АКБ до максимального уровня. Рекомендованная область применения – системы с небольшой мощностью (до 48 вольт).

МРРТ – контроллеры

Maximum power point tracker контроллер появился 80-х годах. Самым эффективным по праву считается именно этот тип контроллера. Он отслеживает максимальный энергетический пик и понижает напряжение, но увеличивает силу тока, не изменяя мощность. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия МРРТ – контроллеры сокращают срок окупаемости солнечных станций. Выходные напряжения варьируются от 12 до 48 вольт.

Самодельные контроллеры

Безусловно, можно сделать контроллер своими руками. Прототипом служит . В его схеме с помощью реле коммутируется сигнал, полученный с ветрогенераторов или солнечных батарей. Реле управляется посредством пороговой схемы и полевого транзисторного ключа. Подстроечные резисторы регулируют пороги переключения режима.

Схема для создания контроллера своими руками

В данной схеме использовано 8 резисторов в качестве нагрузки для утилизации энергии. Эта схема является первоначальной, ее можно упростить самостоятельно, а можно прибегнуть к помощи достоверных источников. Несмотря на очевидную простоту конструкции, не рекомендуется использовать контроллеры, созданные своими руками, во избежание неблагоприятных последствий, таких как порча АКБ, например (при напряжениях 36–48 вольт).

Гибриды

Гибридным контроллером считается контроллер, использующий энергию ветра и солнца. Его преимуществом является возможность использование двух источников тока (ветрогенератора или солнечной батареи) совместно или попеременно. Незаменим для автономных производств.

Дополнительные функции аккумуляторных батарей

Прогресс не стоит на месте и благодаря ему можно подобрать контроллер с нужными характеристиками для каждого потребителя индивидуально. Модель контроллера может включать в себя дисплей с выводом информации о батарее, реле, солнечных панелях, количестве заряда, напряжении (вольт), токе. Также может присутствовать система оповещения при приближении разрядки и таймер для активации ночного режима. Существуют контроллеры с возможностью подключения к компьютеру.

Контроллер с возможностью подключения к компьютеру I-Panda SMART 2

Способы подключения контроллеров

Рассматривая тему подключений, сразу нужно отметить: для установки каждого отдельно взятого аппарата характерной чертой является работа с конкретной серией солнечных панелей.

Так, например, если используется контроллер, рассчитанный на максимум  входного напряжения 100 вольт, серия солнечных панелей должна выдавать на выходе напряжение не больше этого значения.

Любая солнечная энергетическая установка действует по правилу баланса выходного и входного напряжений первой ступени. Верхняя граница напряжения контроллера должна соответствовать верхней границе напряжения панели

Прежде чем подключать аппарат, необходимо определиться с местом его физической установки. Согласно правилам, местом установки следует выбирать сухие, хорошо проветриваемые помещения. Исключается присутствие рядом с устройством легковоспламеняющихся материалов.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители PWM-контроллеров требуют соблюдать точную последовательность подключения приборов.

Техника соединения контроллеров PWM с периферийными устройствами особыми сложностями не выделяется. Каждая плата оснащена маркированными клеммами. Здесь попросту требуется соблюдать последовательность действий

Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:

1. Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
2. Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
3. На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
4. Подключить к выводам нагрузки прибора контрольную лампу соответствующего напряжения (обычно 12/24В).

Указанная последовательность не должна нарушаться. К примеру, подключать солнечные панели в первую очередь при неподключенном аккумуляторе категорически запрещается. Такими действиями пользователь рискует «сжечь» прибор. В этом материале более подробно описана схема сборки солнечных батарей с аккумулятором.

Также для контроллеров серии PWM недопустимо подключение инвертора напряжения на клеммы нагрузки контроллера. Инвертор следует соединять непосредственно с клеммами АКБ.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие требования по физической инсталляции для этого вида аппаратов не отличаются от предыдущих систем. Но технологическая установка зачастую несколько иная, так как контроллеры MPPT зачастую рассматриваются аппаратами более мощными.

Для контроллеров, рассчитанных под высокие уровни мощностей, на соединениях силовых цепей рекомендуется применять кабели больших сечений, оснащённые металлическими концевиками

Например, для мощных систем эти требования дополняются тем, что производители рекомендуют брать кабель для линий силовых подключений, рассчитанный на плотность тока не менее чем 4 А/мм2. То есть, например, для контроллера на ток 60 А нужен кабель для подключения к АКБ сечением не меньше 20 мм2.

Соединительные кабели обязательно оснащаются медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора необходимо оснастить переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход исключает энергетические потери и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Структурная схема подключения мощного контроллера MPPT: 1 – солнечная панель; 2 – контроллер MPPT; 3 – клеммник; 4,5 – предохранители плавкие; 6 – выключатель питания контроллера; 7,8 – земляная шина

Перед подключением солнечных панелей к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.

Подключение периферии к аппарату MTTP:

1. Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
2. Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
3. Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
4. Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
5. Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
6. Установить температурный датчик на контроллере согласно инструкции.

После этих действий необходимо вставить на место ранее извлечённый предохранитель АКБ и перевести выключатель в положение «включено». На экране контроллера появится сигнал обнаружения аккумулятора.

Далее, после непродолжительной паузы (1-2 мин), поставить на место ранее извлечённый предохранитель солнечной панели и перевести выключатель панели в положение «включено».

Первый способ решения проблемы: STEP-UP DC-DC и буферная АКБ 18В

Здесь в качестве блока повышения напряжения был использован популярный китайский повышающий DC-DC преобразователь “400W” совместно с буферной Li-ion АКБ 18В 7.8Ач 5S2P 21700 (собственной сборки):

В процессе экспериментов было обнаружено, что при мощностях более 100Вт его желательно оснастить принудительным охлаждением, что легко реализуется за счет установки кулера 40х40 или 50х50 непосредственно на радиаторы сверху.

Ссылка на магазин.Выяснилось, что преобразователь довольно “дуракоустойчив”: есть защита от КЗ (предохранитель), при перегреве сгорает только силовой ключ MOSFET (не цепляя других SMD-компонентов), силовой ключ может быть заменен на любую модель, удовлетворяющую следующим характеристикам:

• напряжение сток-исток: более 75В;

• макс.ток стока: более 50А;

• макс.сопротивление открытого канала: 23 мОм;

• макс. входная емкость: 5000 пФ.

(Хорошо проявили себя IRF4115, IRF3710).Также, у него неплохая стабилизация выходного тока и напряжения, удовлетворительное, измеренное в ходе тестов, значение КПД 91-93% (в зависимости от мощности). К тому же он достойно проявил себя в походных условиях со скачками температуры и влажности, что и обусловило желание сохранить его в проекте для дальнейшей работы.

С буферной АКБ я проездил более года.

Шаг 5: Выбор инвертора

Солнечные батареи получают солнечные лучи и конвертируют их в электричество, они являются источниками постоянного тока (DC), также как аккумуляторная батарея, а нам для подключения розеток требуется переменный ток с напряжением 220В. Постоянный ток (DC) преобразуется в переменный ток (AC) через устройство под названием инвертор.

Виды волн переменного тока на выходе инвертора:

1. Прямоугольная волна – меандр;
2. Модифицированная синусоида;
3. Чистая синусоида.

Инвертор прямоугольной волны дешевле всех, но подходит не для всех приборов. Инвертор модифицированной синусоиды тоже не предназначен для обеспечения электричеством приборов с электромагнитными или ёмкостными компонентами, типа: микроволновых печей; холодильников; различных типов электродвигателей. Инверторы с модифицированной синусоидой работают с меньшей эффективностью, чем инверторы с чистой синусоидой.

Мы рекомендуем выбирать инверторы с чистой синусоидой.

Параметры инвертора:

• Мощность инвертора должна быть равной или больше, чем мощность всех приборов нагрузки, включенных одновременно;
• Если есть приборы с пусковыми токами (электродвигатели), нельзя чтобы она превышала максимальную мощность инвертора с учетом других электропотребителей;
• Предположим, что у нас будет: телевизор (50Вт) + вентилятор (50Вт) + настольная лампа (10Вт) = 110Вт;
• Чтобы иметь запас по мощности, выбираем инвертор от 150Вт. Так как наша система 12В, мы должны выбрать инвертор постоянного тока 12В в 220В/50Гц переменного тока с чистой синусоидой.

Примечание: Такая техника как стиральная машина, холодильник, фен, пылесос и т.д. имеют начальную потребляемую мощность во много раз больше, чем их нормальная рабочая мощность. Как правило, это вызвано наличием электрических двигателей или конденсаторов в таких приборах

Это должно быть принято во внимание при выборе мощности преобразователя (инвертора). 

Структурные схемы контроллеров

Разбираться в принципиальных схемах приборов могут не все пользователи. Но это и не обязательно, вполне достаточно понять принцип их работы на уровне блоков или узлов прибора. Рассмотрим структурные схемы двух разновидностей контроллеров:

Устройства PWM

После этого ток проходит через блок из двух силовых транзисторов, где происходит преобразование значений напряжения и тока. Управление этими процессами производится через микросхему драйвера, при помощи чипа контроллера. Сам драйвер предназначен для коррекции режима работы транзисторов. Одна из основных задач — регулировка уровня мощности нагрузки, предотвращающая глубокий разряд аккумуляторов.

Помимо этих компонентов в состав схемы входит датчик температуры. Он обеспечивает поддержание заданного температурного режима работы прибора, ограничивая его мощность по необходимости. Перегрев весьма опасен для контроллера, поэтому датчик относят к основным узлам схемы.

Приборы MPPT

Контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи, созданный по схеме MPPT, представляет собой более сложное устройство, чем PWM. Увеличено количество узлов и деталей, поскольку более тщательное выполнение алгоритмов работы требует определенных ресурсов. Основная функция устройства заключается в определении максимальной мощности солнечных батарей в текущих условиях и соответствующей перенастройке их работы.

Производится определение точки максимальной мощности (ТММ), определяющей напряжение, при котором выходные показатели будут максимально высокими. Заряд АКБ происходит в 4 этапа:

• объемный. Это первый этап после ночного перерыва. Аккумуляторы активно накапливают энергию, используя всю энергию солнечных батарей
• повышающий. Начинается сразу по достижении максимального заряда аккумуляторов. Напряжение заряда снижается, чтобы исключить нагрев и выделение газов. Этот режим, как правило, длится 1-3 часа, после чего следует переход на следующую стадию зарядки
• плавающий. Этот этап необходим для поддержания заряда на максимальном уровне и недопущения перегрева или газоотделения, а также снижения количества накопленной энергии. Если нагрузка начинает требовать повышенной отдачи, контроллер переводит систему из плавающего режима в повышающий. Как только мощность на выходе упадет, будет вновь задействован плавающий режим
• выравнивание. Этап, при котором происходит выравнивание плотности электролита, восстановление состояния электродов, переработка сульфата свинца

Работа контроллеров MPPT зависит от окружающей температуры. В жару выработка энергии падает, при сильном охлаждении процессы в аккумуляторах замедляются, что грозит выходом их из строя. Встроенный датчик температуры постоянно контролирует состояние и дает команду на соответствующую корректировку режима работы.

Использование контроллеров MPPT рекомендовано при мощности системы от 200 В или при нестабильном производстве энергии. Постоянное определение максимальной эффективности улучшает работу комплекса и позволяет обходиться без установки дополнительных модулей.

Самодельный контроллер заряда

nik34 прислал:
Приведена простая схема самодельного контроллера заряда свинцового 12В аккумулятора от солнечной батареи. При изменении номиналов элементов может быть адаптирована и для зарядки других аккумуляторов.

Это перевод статьи, взятой .
Эта схема предназначена для зарядки герметичного свинцового аккумулятора на 12В от маломощной солнечной панели, дающей ток до нескольких ампер. Последовательный защитный диод, который обычно ставят на выходе солнечной батареи для предотвращения разряда аккумуляторов в то время, когда солнце отсутствует, здесь заменен полевым транзистором, который управляется компаратором.

Контроллер будет останавливать зарядку, когда предустановленное (температурно компенсированное) напряжение на аккумуляторе достигнет заданного, и восстановит зарядку, когда оно упадёт ниже этого порога. Нагрузка же будет отключаться от аккумулятора, когда напряжение на нём опустится ниже 11В и будет снова подключена когда оно поднимется до 12.5В.

Схема имеет следующие характеристики:

• Напряжение заряда Vbat = 13.8V (настраивается), измеряется при наличии тока зарядки;
• Отключение нагрузки когда Vbat < 11V (настраивается), включение при 12.5V;
• Температурная компенсация напряжения зарядки;
• Малопотребляющий компаратор TLC339 может быть заменён на дешёвый TL393(или 339);
• Ток потребления менее 0.5mA при использовании TLC393;
• Падение напряжение на ключах менее 20mВ при зарядке током 0.5А. (Можно использовать и более качественные полевые транзисторы с меньшим сопротивлением канала в открытом состоянии для получения лучших результатов).

Примечание: Зарядный ток ограничен только возможностями солнечной батареи. Схема никак на него не влияет.

Собственно схема приведена на рисунке ниже.

Эта схема прекрасно работала в течение года.
Разводка платы была сделана в CorelDraw 4 файл платы можно скачать отсюда — .
После изготовления, плата выглядела примерно так.

Примечание: на плате также были расположены три DC/DC-конвертора (на 9, 6 и 3В), поэтому сам контроллер занимает только правую часть на плате. Я не использовал радиаторы дл охлаждения, поэтому кому они понадобятся пусть думает как их примостить на плате самостоятельно.

Накопитель со всеми компонентами (аккумуляторы 2шт по 2.2Ач, DC/DC-конверторами и индикацией) выглядит так.

Подбор контроллера по напряжению и току солнечных батарей и акб

Большинство выпускаемых солнечных батарей имеет номинальное напряжение 12 или 24 вольта. Это сделано для того чтобы можно было заряжать аккумуляторные батареи без дополнительного преобразования напряжения. Аккумуляторные батареи появились значительно раньше солнечных батарей и имеют распространённый стандарт номинального напряжения на 12 или 24 вольта. Соответственно большинство контроллеров для солнечных батарей выпускается с номинальным рабочим напряжением равным 12 или 24 вольта, а также двухдиапазонные на 12 и 24 вольта с автоматическим распознаванием и переключением напряжения.

Номинальное напряжение на 12 и 24 вольта достаточно низкое для мощных систем. Для получения необходимой мощности приходится увеличивать количество солнечных батарей и аккумуляторов, соединяя их в параллельные контуры и значительно увеличивая силу тока. Увеличение силы тока ведет к нагреву кабеля и электрическим потерям. Необходимо увеличивать толщину кабеля, возрастает расход металла. Также необходимы мощные контроллеры, рассчитанные на высокий ток, такие контроллеры получаются очень дорогими.

Чтобы исключить возрастание тока, контроллеры для мощных систем делают для номинально рабочего напряжения на 36, 48 и 60 Вольт. Стоит заметить, что напряжение контроллеров кратно по напряжению 12 вольтам, для того чтобы можно было подключать солнечные батареи и акб в последовательные сборки. Контроллеры с кратным напряжением выпускаются только для технологии зарядки ШИМ.

Как видно ШИМ контроллеры выбираются с напряжением кратным 12 вольтам, причем в них входное номинальное напряжение от солнечных батарей и номинальное напряжение контура подключенных аккумуляторов должно быть одинаковым, т.е. 12В от СБ – 12В к АКБ, 24В на 24, 48В на 48В.

У контроллеров MPPT входное напряжение может быть равным или произвольно выше в несколько раз без кратности 12 Вольтам. Обычно MPPT контроллеры имеют входное напряжение от солнечных батарей от 50 Вольт для простых моделей и до 250 вольт для мощных контроллеров. Но следует учесть, что опять же производители указывают максимальное входное напряжение, и при последовательном подключении солнечных батарей следует складывать их максимальное напряжение, или напряжение холостого хода. Проще говоря: входное максимальное напряжение любое от 50 до 250В, в зависимости от модели, номинальное или минимальное входное при этом будет 12, 24, 36 или 48В. При этом выходное напряжение для заряда АКБ у контроллеров MPPT стандартное, часто с автоматическим определением и поддержкой напряжений на 12, 24, 36 и 48 Вольта, иногда 60 или 96 вольт.

Существуют серийные промышленные очень мощные MPPT контроллеры с входным напряжением от солнечных батарей на 600В, 800В и даже 2000В. Данные контроллеры также можно свободно приобрести у российских поставщиков оборудования.

Окромя выбора контроллера по рабочему напряжению, контроллеры следует выбирать по максимальному входному току от солнечных батарей и максимальному току заряда акб.

Для ШИМ контроллера, максимальный входной ток от солнечных батарей будет переходить в зарядный ток АКБ, т.е. контроллер не будет заряжать большим током, чем выдают подключенные к нему солнечные батареи.

В MPPT контроллере все иначе, входной ток от солнечных батарей и выходной ток для заряда акб – это разные параметры. Эти токи могут быть равными, если номинальное напряжение подключенных солнечных батарей равно номинальному напряжению подключенных акб, но тогда теряется суть преобразования MPPT, и эффективность контроллера уменьшается. В MPPT контроллерах номинальное входное напряжение от солнечных батарей должно быть выше номинального напряжения подключенных АКБ оптимально в 2-3 раза. Если входное напряжение выше ниже чем в 2 раза, к примеру, в 1,5 раза, то будет меньшая эффективность, а выше более чем в 3 раза, то будут большие потери на разницу преобразования напряжения.

Соответственно входной ток всегда будет равен или ниже максимальному выходному току заряда АКБ. Отсюда следует, что MPPT контроллеры необходимо выбирать по максимальному зарядному току АКБ. Но чтобы не превысить данный ток, указывается максимальная мощность подключаемых солнечных батарей, при номинальном напряжении контура подключенных АКБ. Пример для контроллера заряда MPPT на 60 Ампер:

• 800Вт при напряжении АКБ электростанции 12В;
• 1600Вт при напряжении АКБ электростанции 24В;
• 2400Вт при напряжении АКБ электростанции 36В;
• 3200Вт при напряжении АКБ электростанции 48В.

Следует заметить, что данная мощность при 12 вольт указана для зарядного напряжения от солнечных панелей в 13 — 14 Вольт, и кратна для остальных систем с напряжениями на 24, 36 и 48вольт.

Подбор контроллера по типу АКБ

Различные по типу АКБ необходимо заряжать по различным программам зарядки. Это связано с различным химическим составом аккумуляторов. Программы зарядки имеют разные алгоритмы заряда. В соответствии с выбранной программой зарядки акб контроллер заряда регулирует напряжение и силу тока в установленном диапазоне. Современные контроллеры заряжают контроллеры по технологии широтно-импульсной модуляции, такие контроллеры называются ШИМ(PWM) контроллеры. Причем более дорогие контроллеры, которые называются MPPT, использующие технологию поиска точки максимальной мощности от массива солнечных батарей тоже заряжают аккумуляторы по технологии ШИМ. Сначала MPPT контроллер отбирает максимальную мощность, а далее используя ШИМ преобразователь, заряжает акб в соответствии с установленной программой зарядки.

В зависимости от имеющихся аккумуляторов, необходимо выбрать контроллер, имеющий программу заряда именно для вашего типа акб. Рассмотрим основные типы АКБ и условия их заряда:

1) Свинцово-кислотные с жидким электролитом. Заряжаются обычно напряжением не выше 14-15 вольт, можно и выше до 17 вольт, но электролит быстро закипит и начнется процесс его выкипания и разрушения пластин, поэтому придется безотрывно следить за процессом заряда и при начале образования пузырьков, все равно опустить напряжение до 14 вольт, или отключить заряд и дать остыть аккумулятору. Также такие аккумуляторы при заряде выделяют взрывоопасный газ, поэтому их необходимо заряжать с открытыми клапанами и в хорошо вентилируемом помещении.

2) Свинцово-кислотные герметичные с загущенным или абсорбированным электролитом. Это аккумуляторы, изготовленные по технологии GEL и AGM. Данные аккумуляторы необходимо заряжать напряжением не выше 14 вольт. Это связано с тем, что если начнется процесс нагрева, загущенного или абсорбированного электролита, то структура электролита начнет разрушаться, и потеряет свои свойства, причем в отличии от жидко-кислотных, электролит невозможно поменять или восстановить.

3) Щелочные АКБ. Требуют заряд напряжением от 10В до 17В, необходимо следить за процессом заряда.

4) Никелевые

5) Литиевые, имеют в составе специальный блок управления зарядом.

Простые контроллеры заряда имеют одну или две программы зарядки для свинцово-кислотных акб для негерметичных жидкостных и для герметичных GEL или AGM аккумуляторов.

4 Сравнение контроллеров MPPT и PWM (ШИМ)

В солнечных и ветровых установках по производству электрической энергии используются два вида контроллеров, это МРРТ, о которых было написано выше и PWM (ШИМ) котроллеры.

ШИМ аппараты являются более дешевыми устройствами, принцип действия которых основан на использовании широтно-импульсной модуляции. Устройства данного типа подразделяются на шунтовые и последовательные.

Для того, чтобы выбрать наиболее подходящий для конкретной системы, нужно их сравнить, чтобы изучить достоинства и недостатки каждого типа подобных устройств.

4.1 Достоинства устройств разного типа:

1. МРРТ контроллеры.

• Возможность использования в различных системах, различающихся по источнику получения энергии (солнечные, ветровые, комбинированные системы)
• Высокий КПД.
• Создание оптимальных условий работы для аккумуляторных батарей позволяет продлить сроки их эксплуатации.
• Высокое напряжение на входе позволяет уменьшить сечение кабелей и проводов, используемых для соединения элементов системы или увеличить расстояние от источника энергии до контроллера.
• Использование устройств данного типа позволяют увеличить эффективность использования солнечных батарей, что обусловлено возможностью заряда аккумуляторов при низкой освещённости.

1. PWM контроллеры.

• Низкая стоимость.
• Последовательные модели: позволяют использовать одновременно различные источники энергии и создают низкий нагрев во время регулирования;
• Шунтовые модели: незначительные потери мощности в процессе работы, слабые электромагнитные помехи и низкий уровень падения напряжения в ключах.

4.2 Недостатки устройств разного типа:

1. МРРТ контроллеры.

• Высокая стоимость.
• Более сложная технология, в равнении с аналогами.

1. PWM контроллеры.

• Последовательные модели: при полном заряде источник энергии отключается, значительные потери в последовательных ключах, электромагнитные помехи.
• Шунтовые модели: значительный нагрев во время работы, невозможность использования с иными источниками энергии, кроме солнечных панелей.

Виды контроллеров

В настоящее время солнечные электростанции комплектуют контроллерами трех вариантов, это:

On/Off контроллер

Наиболее дешевый аппарат. Отличительная черта данного типа аппарата в том, что при достиженииопределённого максимального показателя напряжения аппарат отсоединяет блок солнечных батарей от аккумуляторов, и зарядка приостанавливается. Контроллер этого типа применяются редко, т. к. при их использовании происходит неполный заряд батарей, что плохо отражается на их состоянии, и в продолжительной перспективе, приводит к полному выходу из строя. Единственный плюс у данного типа – низкая стоимость.

ШИМ (PWM) – контроллер

В основу работы данного типа электронного устройства заложена широтно-импульсная модуляция. В процессе эксплуатации контроллер этого типа, прекратив заряжать аккумуляторную батарею, не отключает солнечные панели, что позволяет полностью зарядить АКБ. Как правило, такие аппараты используются в установках небольшой мощности, до 2,0 кВт.

МРРТ – контроллер

Это наиболее дорогие по стоимости устройства. Работа приборов данного типа основана на управлении пиками, выходящими на максимальный энергетический уровень. Данный тип контроллера более эффективен при использовании и сокращает сроки окупаемости солнечных электрических станций.