Прост контролер за зареждане на батерията. Контролер за зареждане на батерията. Напрежение на слънчевата батерия

готвене

И за какво е?

Защо ви е необходим контролер за зареждане?

Контролерът за зареждане е устройство, което автоматично регулира нивото на тока и напрежението от източник (като слънчеви панели), за да гарантира, че батериите са заредени, като по този начин предпазва батериите от повреда.

Възможно ли е да се направи без контролер за зареждане?

Имайки известен опит с електрически уреди, знаейки как да използвате волтметър и амперметър, след като сте проучили внимателно инструкциите на батерията за характеристиките на зареждане и разреждане, със сигурност можете да се справите без контролер за зареждане.

Зарядът на батерията се определя от напрежението между клемите. Нищо не пречи да свържете източник (например слънчеви панели) директно към батерията, като същевременно контролирате напрежението на клемите и тока от източника (за да не се повреди батерията). Когато напрежението на клемите съответства на максималния заряд, просто трябва да изключите източника. Това ще зареди батерията до 60-70% от максималния й капацитет. За да го заредите на 100%, батерията трябва да се стабилизира - известно време след достигане на максималното напрежение продължете да зареждате на това напрежение.

При този метод на зареждане на батерията има голяма вероятност от намаляване на номиналния капацитет (поради систематично недозареждане) или повреда поради висок ток или напрежение. Ето защо се използват различни контролери за зареждане.

Какво представляват контролерите за зареждане?

Има основно три вида контролери за зареждане - контролер за включване / изключване, контролер PWM (ШИМ) и MPPT (ТММ) контролери. Какви са техните характеристики и как се различават:

контролер за включване/изключване на заряда

това устройство изпълнява функцията за изключване на батериите от източника при достигане на определено напрежение. Този тип контролер практически не се използва днес. Това е най-простата алтернатива на ръчното управление на батерията, за което говорихме по-рано.

PWM (ШИМ) контролер

Това устройство вече е по-усъвършенствана опция за зареждане на батерии, тъй като автоматично контролира нивото на тока и напрежението, а също така следи началото на максималното напрежение. След достигане на максималното напрежение, PWM контролерът го задържа известно време, за да стабилизира батерията и да достигне максималния си капацитет. По правило такива контролери са евтини и могат да отговарят на прости соларни системи.

Можете да прочетете как да изберете такъв контролер тук -

MPPT (ТММ) контролери

Този контролер е най-модерното решение за соларни централи. Слънчевите панели произвеждат мощност при строго определена стойност на тока и напрежението (CVC крива - характеристика ток-напрежение) - този режим се нарича точка на максимална мощност (TMP). MPPTконтролерът ви позволява да проследите тази точка и може да използвате максимално ефективно енергията на слънчевите панели, което от своя страна увеличава скоростта на зареждане на батериите. Такива контролери могат да зареждат батерии (банка за батерии) с 30-40% по-ефективно, следователно за резервни и автономни слънчеви електроцентрали използването на точно такива контролери става най-изгодно, въпреки високата им цена спрямо PWM контролерите.

Кой контролер за зареждане да избера?

Когато избирате контролер за соларна система, първо трябва да разберете мащаба на самата система. Ако сглобявате малка соларна система, за да осигурите най-необходимите домакински уреди с електричество (от 0,3 kW до 2 kW), тогава е напълно възможно да се справите с правилно подбран PWM контролер. Ако говорим за самостоятелна система, резервна система или може би система, съвместима с електрическата мрежа, тогава в този случай добър MPPT контролер е незаменим.

Контролерът за зареждане е много важна част от системата, в която електрическият ток се генерира от слънчеви панели. Устройството контролира зареждането и разреждането на батериите. Благодарение на него батериите не могат да се презареждат и разреждат толкова много, че ще бъде невъзможно да се възстанови работното им състояние.

Такива контролери могат да бъдат направени на ръка.

Домашен контролер: функции, компоненти

Устройството е предназначено само за работа, която създава ток със сила не по-голяма от 4 A. Капацитетът на батерията, която се зарежда е 3000 Ah.

За производството на контролера трябва да подготвите следните елементи:

2 чипа: LM385-2.5 и TLC271 (е операционен усилвател);
3 кондензатора: C1 и C2 са с ниска мощност, имат 100n; C3 има капацитет от 1000u, номинален за 16V;
1 индикатор LED (D1);
1 диод на Шотки;
1 диод SB540. Вместо това можете да използвате всеки диод, основното е, че той може да издържи на максималния ток на слънчевата батерия;
3 транзистора: BUZ11 (Q1), BC548 (Q2), BC556 (Q3);
10 резистора (R1 - 1k5, R2 - 100, R3 - 68k, R4 и R5 - 10k, R6 - 220k, R7 - 100k, R8 - 92k, R9 - 10k, R10 - 92k). Всички те могат да бъдат 5%. Ако искате по-голяма точност, тогава можете да вземете 1% резистори.

Какво може да замени някои компоненти

Всеки от тези елементи може да бъде заменен. Когато инсталирате други вериги, трябва да помислите промяна в капацитета на кондензатора C2и избиране на отклонението на транзистора Q3.

Вместо MOSFET транзистор можете да инсталирате всеки друг. Елементът трябва да има ниско съпротивление на отворен канал. Диодът на Шотки е по-добре да не се заменя. Можете да инсталирате конвенционален диод, но той трябва да бъде поставен правилно.

Резисторите R8, R10 са 92 kOhm. Тази стойност е нестандартна. Поради това такива резистори са трудни за намиране. Тяхната пълна подмяна може да бъде два резистора с 82 и 10 kOhm. Имам нужда от тях включете последователно.

Прочетете също: Характеристики на слънчеви фонтани

Ако контролерът няма да се използва в агресивна среда, можете да инсталирате резистор за настройка. Позволява ви да контролирате напрежението. В агресивна среда той няма да работи дълго време.

Ако трябва да използвате контролера за по-здрави панели, трябва да замените MOSFET транзистора и диода с по-мощни аналогове. Всички останали компоненти не трябва да се променят. Няма смисъл да инсталирате радиатор за регулиране на 4A.Инсталирайки MOSFET на подходящ радиатор, устройството ще може да работи с по-производителен панел.

Принцип на действие

Ако няма ток от соларната батерия, контролерът е в режим на заспиване. Не използва никакви ватове от батерията. След като слънчевата светлина удари панела, електрическият ток започва да тече към контролера. Той трябва да се включи. Светодиодът на индикатора обаче, заедно с 2 слаби транзистора, се включва само когато напрежението достигне 10 V.

След достигане на това напрежение ток ще тече през диода на Шотки към батерията. Ако напрежението се повиши до 14 V, усилвателят U1 ще започне да работи, което ще включи MOSFET транзистора. В резултат на това светодиодът ще изгасне и два немощни транзистора ще се затворят. Батерията не се зарежда. По това време C2 ще бъде разреден. Средно това отнема 3 секунди. След като кондензаторът C2 се разреди, хистерезисът U1 ще бъде преодолян, MOSFET ще се затвори и батерията ще започне да се зарежда. Зареждането ще продължи, докато напрежението се повиши до нивото на превключване.

Зареждането става периодично. В същото време продължителността му зависи от това какъв е зарядният ток на батерията и колко мощни са свързаните към нея устройства. Зареждането продължава докато напрежението достигне 14 V.

Веригата се включва за много кратко време. Включването му се влияе от времето за зареждане на C2 от тока, който ограничава транзистора Q3. Силата на тока не може да надвишава 40 mA.

Често задавани въпроси от начинаещиза това кой контролер да закупите за определена батерия. И какво означават амперите в характеристиките на контролера. Нека в тази тема ще се опитам да ви кажа отделно за какви усилватели става въпрос. Нека започнем с, и може би най-важното нещо, че амперите, които са посочени на контролера, са различни понятия за различните производители както на слънчеви, така и на контролери за вятърни турбини. Всички производители интерпретират данните по свой собствен начин, поради което много хора се объркват и неразбират при избора на контролер. По-долу ще се опитам да дам примери и начини за избягване на проблеми в бъдеще.

Първото нещо, с което ще започнем е:

Контролерът за зареждане е устройство, което контролира процеса на зареждане на батерията, те са разделени на две популярни категории:

1. какво е ШИМ- това е контролер за широчинно-импулсна модулация, чиято задача е да зарежда батерията с импулси, контролирайки нивото на напрежение на батерията: в този случай контролът на зареждането може да се извършва твърдо (с други думи, уж в автоматичен режим). Или в ръчен режим, където можете ръчно да зададете необходимото напрежение за зареждане на батерията. Прочетете инструкциите за контролера. Препоръчвам да изберете контролер с ръчно въвеждане. И рядко се срещат контролери с предварително зададени стойности. Рядкост, защото в днешно време често такива контролери идват с възможност за избор на ръчен режим. Този контролер е добър, защото почти не се изисква енергия за неговата работа, а консумацията на такива контролери рядко надвишава 100 mA.

Те са по-малко привързани към лошото време, и ако на входа има ток от поне 10 mA и напрежението надвишава напрежението на батерията, контролерът ще зарежда. Също така ще припиша наскоро открития ефект на бързо стареене на панела към плюсовете, поради разграждането на клетките от температурата. При тези контролери мощността, взета от панелите, е от 0 до 80% при зареждане на батерията. В същото време слънчевите панели се нагряват по-малко и елементите не претърпяват разграждане поради прегряване дори в най-горещия ден, тъй като температурата не се повишава над +60-70 градуса по Целзий. От плюсовете може да се отбележи стабилна работа при всякакви метеорологични условия!

2. какво е MPPT- Това е контролер, който има функцията да следи максималната точка на соларния панел, на руски - това са OMTP контролери. На английски звучи като проследяване на максимална мощност.Задачата на този контролер е да изстиска целия сок от слънчевия панел и в същото време да получи от слънчевата електроцентрала или вятърния генератор, в зависимост от вида на контролера, цялата пикова мощност, на която е способна вашата система. Звучи страхотно, но дали наистина е така, можете да прочетете . Има контролери, които могат да ограничат тока на зареждане, но това е рядко, трябва да прочетете описанието на контролера. Един пример за контролер с ограничение на тока на зареждане е соларен контролер за зареждане от Sibkontakt SKZ 40

И така, какъв е токът, който е посочен на контролерите. Отново, за всеки контролер, посоченият ток може да има напълно различна стойност, нека да разгледаме основните:

може да се посочи максималният ток - при който контролерът или ще се повреди при продължително натоварване, или защитата ще работи и батерията ще спре да се зарежда от контролера, докато не се рестартира, или дойде нов ден.
токът може да е краткотраен или с други думи препоръчан по-долу, но по време на изблици контролерът ще продължи да работи.
токът може да бъде определен като ток на зареждане на батерията, т.е. не се препоръчва свързването на батерии над този ток. В противен случай контролерът може да не издържи
токът може да бъде номиналният препоръчителен, но не и максималният, например тук могат да се включат стари тракери, които имат резерв за ток на откат, но контролерът се загрява добре, така че е необходимо допълнително охлаждане.

В повечето съвременни контролери на бюджетния сегмент е посочен максималният ток, т.е. общо свързаните източници не трябва да го пресичат и дори да достигат някои, в противен случай защитата ще работи.

Принципът на работа на контролерите за зареждане на слънчеви панели, устройството, какво да имате предвид при избора

В съвременните слънчеви електроцентрали се използват различни схеми за свързване на източници на ток за пренос на генерираната електроенергия към работещи батерии. Те използват различни алгоритми, базирани са на микропроцесорни технологии, наричат се контролери.

Как работят слънчевите контролери за зареждане

Електричеството, генерирано от слънчевата батерия, може да бъде прехвърлено към акумулаторни батерии:

2. чрез контролера.

При първия метод електрическият ток от източника ще отиде към батериите и ще увеличи напрежението на техните клеми. Първоначално тя ще достигне определена, ограничаваща стойност, в зависимост от дизайна (типа) на батерията и температурата на околната среда. След това ще преодолее препоръчителното ниво.

В началния етап на зареждането веригата работи нормално. Но тогава започват изключително нежелани процеси: продължителното подаване на заряден ток води до повишаване на напрежението над допустимите стойности (от порядъка на 14 V), презареждане възниква при рязко повишаване на температурата на електролита, което води до неговото кипене с интензивно отделяне на дестилирана водна пара от клетките. Понякога, докато контейнерите изсъхнат напълно. Естествено, животът на батерията рязко намалява.

Следователно проблемът с ограничаването на тока на зареждане се решава от контролери или ръчно. Последният начин: постоянно да следите стойността на напрежението на инструментите и да превключвате превключвателите с ръцете си е толкова неблагодарно, че съществува само на теория.

Алгоритми за работа на соларни зарядни контролери

Според сложността на метода за ограничаване на ограничаващото напрежение устройствата се произвеждат съгласно принципите:

1. Off / On (или On / Off), когато веригата просто превключва батериите към зарядното устройство според напрежението на клемите,

2. преобразуване на широчина на импулса (PWM),

3. сканирайте точката на максимална мощност.

Принцип №1: Изключена/включена верига

Това е най-простият, но най-ненадежден метод. Основният му недостатък е, че когато напрежението на клемите на батерията се увеличи до граничната стойност, капацитетът не се зарежда напълно. В този случай тя достига приблизително 90% от номиналната стойност.

Батериите постоянно изпитват редовен недостиг на енергия, което значително намалява живота им.

Принцип #2: Схема на PWM контролер

Съкращението за тези устройства на английски е PWM. Те се произвеждат на базата на микрочипов дизайн. Тяхната задача е да управляват захранващия блок, за да регулират напрежението на входа му в даден диапазон с помощта на сигнали за обратна връзка.

ШИМ контролерите могат допълнително:

вземете предвид температурата на електролита с вграден или дистанционен сензор (последният метод е по-точен),

създаване на температурна компенсация за зареждащи напрежения,

да бъдат конфигурирани за определен тип батерии (GEL, AGM, течна киселина) с различни индикатори на графиките на напрежението в едни и същи точки.

Увеличаването на функциите на PWM контролерите увеличава тяхната цена и надеждност.

Принцип #3: Сканиране на точката на максимална мощност

Такива устройства се обозначават с английските букви MPPT. Те също работят по същия начин като преобразувателите на ширина на импулса, но са изключително точни, защото отчитат най-голямото количество мощност, което слънчевите панели са в състояние да доставят. Тази стойност винаги е точно дефинирана и документирана.

Например, за 12 V слънчеви батерии максималната изходна мощност е около 17,5 V. Обикновен PWM контролер ще спре да зарежда батерията при достигане на напрежение от 14 - 14,5 V, а използващ MPPT технология допълнително ще използва ресурса на слънчеви батерии до 17,5 АТ.

С увеличаване на дълбочината на разреждане на батериите, загубите на енергия от източника се увеличават. MPPT контролерите ги намаляват.

Моделът на проследяване на напрежението, съответстващ на изхода на максималната мощност на слънчевия масив от 80 вата, е демонстриран от средната графика.

По този начин контролерите MRPT, използвайки трансформации на ширината на импулса във всички цикли на зареждане на батерията, увеличават мощността на слънчевата батерия. В зависимост от различни фактори, спестяванията могат да бъдат 10 - 30%. В този случай изходният ток от батерията ще надвиши входния ток от слънчевата батерия.

Основни параметри на слънчеви контролери за зареждане

Когато избирате контролер за слънчева батерия, освен да знаете принципите на нейната работа, трябва да обърнете внимание и на условията, за които е проектирана.

Основните показатели на устройствата са:

стойност на входното напрежение,

стойността на общата мощност на слънчевата енергия,

естеството на свързания товар.

Напрежение на слънчевата батерия

Контролерът може да се захранва от един или повече слънчеви панели, свързани по различни схеми. За правилната работа на устройството е важно общата стойност на подаденото към него напрежение, като се вземе предвид празният ход на източника, да не надвишава граничната стойност, посочена от производителя в техническата документация.

В този случай трябва да се направи марж (резерв) ≥ 20% поради редица фактори:

Не е тайна, че отделните параметри на слънчева батерия понякога могат да бъдат леко надценени за рекламни цели,

процесите, протичащи на Слънцето, не са стабилни и при необичайно повишени изблици на активност е възможен трансфер на енергия, създавайки напрежение на отворена верига на слънчевата батерия над изчислената граница.

Слънчева батерия

Това е важно за избора на контролер, тъй като инструментът трябва да може надеждно да го предава на работещи батерии. В противен случай просто ще изгори.

За да се определи мощността (във ватове), изходният ток от контролера (в ампери) се умножава по напрежението (във волтове), генерирано от слънчевата батерия, като се вземе предвид 20% резерв, създаден за него.

Естеството на свързания товар

Необходимо е да се разбере добре предназначението на контролера. Не го използвайте като универсален източник на енергия, като свързвате към него различни домакински уреди. Разбира се, някои от тях ще могат да работят нормално, без да създават аномални режими.

Но... колко дълго ще продължи? Устройството работи на базата на широчинно-импулсно преобразуване, използва микропроцесорни и транзисторни технологии, които са взети предвид само като товар, а не случайни консуматори със сложни преходни процеси при превключване и променящ се характер на потреблението на енергия.

Кратък преглед на производителите

Много страни се занимават с пускането на контролери за слънчеви електроцентрали. Продуктите на следните компании са популярни на руския пазар:

Morningstar Corporation (водещ производител в САЩ),

Beijing Epsolar Technology (работи от 1990 г. в Пекин),

AnHui SunShine New Energy Co (Китай),

Фокос (Германия),

Steca (Германия),

Xantrex (Канада).

Сред тях винаги можете да изберете надежден модел контролер, който е най-подходящ за специфични условия на работа на слънчеви електроцентрали с определени технически характеристики. За да направите това, просто използвайте препоръките на тази статия.

Схемата на контролера за зареждане на слънчевата батерия се основава на чип, който е ключов елемент на цялото устройство като цяло. Чипът е основната част от контролера, а самият контролер е ключовият елемент на слънчевата система. Това устройство следи работата на цялото устройство като цяло, а също така управлява зареждането на батерията от слънчеви панели.

При максимален заряд на батерията, контролерът ще регулира подаването на ток към нея, като го намалява до необходимото количество, за да компенсира саморазреждането на устройството. Ако батерията е напълно разредена, тогава контролерът ще изключи всяко входящо натоварване на устройството.

Необходимостта от това устройство може да се сведе до следните точки:

Зареждането на батерията е многостепенно;
Регулиране на включване / изключване на батерията при зареждане / разреждане на устройството;
Свързване на батерията при максимално зареждане;
Свързване на зареждане от фотоклетки в автоматичен режим.

Контролерът за зареждане на батерията за соларни устройства е важен, тъй като изпълнението на всичките му функции в добро състояние значително увеличава живота на вградената батерия.

Как работи контролерът за зареждане на батерията

При липса на слънчева светлина върху фотоклетките на конструкцията, тя е в режим на заспиване. След като лъчите се появят върху елементите, контролерът все още е в режим на заспиване. Той се включва само ако натрупаната енергия от слънцето достигне 10 V напрежение в електрически еквивалент.

Веднага щом напрежението достигне този индикатор, устройството ще се включи и чрез диода на Шотки ще започне да подава ток към батерията. Процесът на зареждане на батерията в този режим ще продължи, докато напрежението, получено от контролера, достигне 14 V. Ако това се случи, тогава ще настъпят някои промени в схемата на контролера за 35-ватова слънчева батерия или всяка друга. Усилвателят ще отвори достъп до MOSFET транзистора, а другите два, по-слаби, ще бъдат затворени.

Така батерията ще спре да се зарежда. Веднага щом напрежението спадне, веригата ще се върне в първоначалното си положение и зареждането ще продължи. Времето, определено за тази операция на контролера, е около 3 секунди.

Видове

Този тип устройство се счита за най-простият и евтин. Неговата единствена и основна задача е да изключи заряда на батерията при достигане на максимално напрежение, за да предотврати прегряване.

Този тип обаче има известен недостатък, който е да се изключи твърде рано. След достигане на максималния ток е необходимо да поддържате процеса на зареждане още няколко часа и този контролер веднага ще го изключи.

В резултат на това зарядът на батерията ще бъде около 70% от максимума. Това се отразява негативно на батерията.

ШИМ

Този тип е разширено включване/изключване. Надстройката е, че има вградена система за широчинно-импулсна модулация (PWM). Тази функция позволи на контролера при достигане на максималното напрежение да не изключва захранването, а да намали силата му.

Поради това стана възможно почти пълното зареждане на устройството.

Този тип се счита за най-модерният в момента. Същността на работата му се основава на факта, че той е в състояние да определи точната стойност на максималното напрежение за дадена батерия. Той непрекъснато следи тока и напрежението в системата. Благодарение на постоянното придобиване на тези параметри, процесорът е в състояние да поддържа най-оптималните стойности на тока и напрежението, което ви позволява да създадете максимална мощност.

Ако сравним контролера MPPT и PWN, ефективността на първия е с около 20-35% по-висока.

Опции за избор

Има само два критерия за избор:

Първата и много важна точка е входното напрежение. Максимумът на този показател трябва да бъде по-висок с около 20% от напрежението на отворена верига на слънчевата батерия.
Вторият критерий е номиналният ток. Ако е избран тип PWN, тогава неговият номинален ток трябва да бъде по-висок от тока на късо съединение на батерията с около 10%. Ако бъде избран MPRT, тогава основната му характеристика е мощността. Този параметър трябва да бъде по-голям от напрежението на цялата система, умножено по номиналния ток на системата. За изчисления напрежението се взема, когато батериите са разредени.

Как да си направиш сам

Ако не е възможно да закупите готов продукт, можете да го създадете сами. Но ако разберете как работи контролерът за зареждане на слънчевата батерия е доста проста, тогава създаването му ще бъде по-трудно. При създаването трябва да се разбере, че такова устройство ще бъде по-лошо от аналога, произведен във фабриката.

Това е най-простата схема на соларен контролер и ще бъде най-лесна за създаване. Горният пример е подходящ за създаване на контролер за зареждане на оловно-киселинна батерия с напрежение 12 V и свързване със слънчева батерия с ниска мощност.

Ако промените оценките на някои ключови елементи, тогава можете да приложите тази схема към по-мощни системи с батерии. Същността на работата на такъв домашен контролер ще бъде, че при напрежение, по-ниско от 11 V, товарът ще бъде изключен, а при 12,5 V ще бъде приложен към батерията.

Струва си да се каже, че в проста схема се използва транзистор с полеви ефекти вместо защитен диод. Въпреки това, ако имате известни познания в електрическите вериги, можете да създадете по-усъвършенстван контролер.

Тази схема се счита за напреднала, тъй като създаването й е много по-трудно. Но контролерът с такова устройство е доста способен да работи стабилно не само при свързване към слънчева батерия, но и към вятърен генератор.

Видео

Как да свържете правилно контролера, ще научите от нашето видео.