Jednoduchý ovladač nabíjení baterie. Regulátor nabíjení baterie. Napětí solární baterie

vaření

A k čemu to je?

Proč potřebujete regulátor nabíjení?

Regulátor nabíjení je zařízení, které automaticky reguluje úroveň proudu a napětí ze zdroje (např. solárních panelů), aby zajistilo nabíjení baterií, a tím chrání baterie před poškozením.

Jde to obejít bez regulátoru nabíjení?

Máte-li nějaké zkušenosti s elektrickými spotřebiči, víte, jak používat voltmetr a ampérmetr, pečlivě jste si prostudovali pokyny pro nabíjení a vybíjení baterie, můžete se určitě obejít bez regulátoru nabíjení.

Nabití baterie je určeno napětím mezi svorkami. Nic vám nebrání připojit zdroj (například solární panely) přímo na baterii a přitom ovládat napětí na svorkách a proud ze zdroje (aby nedošlo k poškození baterie). Když napětí na svorkách odpovídá maximálnímu nabití, stačí vypnout zdroj. Tím se baterie nabije na 60-70 % její maximální kapacity. Abyste ji nabili na 100 %, je potřeba baterii stabilizovat – po dosažení maximálního napětí ještě nějakou dobu nabíjet při tomto napětí.

Při tomto způsobu nabíjení akumulátoru je vysoká pravděpodobnost poklesu jmenovité kapacity (v důsledku systematického podbíjení) nebo selhání vlivem vysokého proudu nebo napětí. Proto se používají různé regulátory nabíjení.

Co jsou regulátory nabíjení?

Existují především tři typy regulátorů nabíjení - regulátor zapnutí / vypnutí, regulátor PWM (PWM) a Ovladače MPPT (ТММ). Jaké jsou jejich vlastnosti a jak se liší:

on/off regulátor nabíjení

toto zařízení plní funkci odpojení baterií od zdroje při dosažení určitého napětí. Tento typ regulátoru se dnes prakticky nepoužívá. Toto je nejjednodušší alternativa k ručnímu ovládání baterie, o které jsme hovořili dříve.

PWM (PWM) regulátor

Toto zařízení je již pokročilejší možností nabíjení baterií, protože automaticky řídí úroveň proudu a napětí a také sleduje nástup maximálního napětí. Po dosažení maximálního napětí jej PWM regulátor chvíli podrží, aby se baterie stabilizovala a dosáhla její maximální kapacity. Takové regulátory jsou zpravidla levné a mohou vyhovovat jednoduchým solárním systémům.

O tom, jak takový ovladač vybrat, si můžete přečíst zde -

Ovladače MPPT (ТММ).

Tento regulátor je nejmodernějším řešením pro solární elektrárny. Solární panely vyrábějí výkon při přesně definované hodnotě proudu a napětí (křivka CVC - charakteristika proud-napětí) - tento režim se nazývá Maximum Power Point (TMP). MPPT ovladač umožňuje sledovat tento bod a dokáže co nejefektivněji využít energii solárních panelů, což zase zvyšuje rychlost nabíjení baterií. Takové regulátory dokážou nabíjet baterie (baterie) o 30-40 % efektivněji, proto se pro záložní a autonomní solární elektrárny stává použití právě takových regulátorů nejziskovější, a to i přes jejich vysoké náklady v porovnání s PWM regulátory.

Jaký regulátor nabíjení vybrat?

Při výběru regulátoru pro solární systém musíte nejprve pochopit měřítko samotného systému. Pokud montujete malý solární systém pro zásobování nejnutnějších domácích spotřebičů elektřinou (od 0,3 kW do 2 kW), pak je docela možné vystačit s vhodně zvoleným PWM regulátorem. Pokud mluvíme o samostatném systému, záložním systému nebo třeba systému kompatibilním se síťovou elektřinou, pak je v tomto případě dobrý MPPT regulátor nepostradatelný.

Regulátor nabíjení je velmi důležitou součástí systému, ve kterém je elektrický proud generován solárními panely. Zařízení řídí nabíjení a vybíjení baterií. Díky němu nelze baterie dobíjet a vybíjet natolik, že nebude možné obnovit jejich funkční stav.

Takové ovladače mohou být vyrobeny ručně.

Domácí ovladač: funkce, příslušenství

Zařízení je určeno pouze k provozu, který vytváří proud o síle nepřesahující 4 A. Kapacita baterie, která se nabíjí, je 3 000 Ah.

Pro výrobu regulátoru je třeba připravit následující prvky:

2 čipy: LM385-2.5 a TLC271 (je operační zesilovač);
3 kondenzátory: C1 a C2 jsou nízkovýkonové, mají 100n; C3 má kapacitu 1000u, dimenzováno na 16V;
1 indikační LED (D1);
1 Schottkyho dioda;
1 dioda SB540. Místo toho můžete použít jakoukoli diodu, hlavní věc je, že vydrží maximální proud solární baterie;
3 tranzistory: BUZ11 (Q1), BC548 (Q2), BC556 (Q3);
10 rezistorů (R1 - 1k5, R2 - 100, R3 - 68k, R4 a R5 - 10k, R6 - 220k, R7 - 100k, R8 - 92k, R9 - 10k, R10 - 92k). Všechny mohou být 5 %. Pokud chcete větší přesnost, můžete si vzít 1% odpory.

Co může nahradit některé komponenty

Kterýkoli z těchto prvků lze nahradit. Při instalaci dalších obvodů je třeba přemýšlet změna kapacity kondenzátoru C2 a výběr předpětí tranzistoru Q3.

Místo tranzistoru MOSFET můžete nainstalovat jakýkoli jiný. Prvek musí mít nízký odpor otevřeného kanálu. Schottkyho diodu je lepší nevyměňovat. Můžete nainstalovat konvenční diodu, ale musí být umístěna správně.

Odpory R8, R10 jsou 92 kOhm. Tato hodnota je nestandardní. Z tohoto důvodu je obtížné takové odpory najít. Jejich plnou náhradou mohou být dva odpory s 82 a 10 kOhm. Potřebuji je zapnout sériově.

Přečtěte si také: Vlastnosti solárních fontán

Pokud regulátor nebude používán v agresivním prostředí, můžete nainstalovat ladicí odpor. Umožňuje ovládat napětí. V agresivním prostředí nebude dlouho fungovat.

Pokud potřebujete ovladač použít pro silnější panely, je potřeba vyměnit MOSFET tranzistor a diodu za výkonnější protějšky. Všechny ostatní komponenty není třeba měnit. Pro regulaci 4A nemá smysl instalovat chladič.Instalací MOSFETu na vhodný chladič bude zařízení schopno pracovat s produktivnějším panelem.

Princip činnosti

Pokud ze solární baterie nejde proud, regulátor je v režimu spánku. Nespotřebovává žádný z wattů z baterie. Po dopadu slunečního světla na panel začne do ovladače proudit elektrický proud. Musí se zapnout. Indikační LED se však spolu se 2 slabými tranzistory rozsvítí až při dosažení napětí 10 V.

Po dosažení tohoto napětí proud poteče přes Schottkyho diodu do baterie. Pokud napětí stoupne na 14 V, začne pracovat zesilovač U1, který sepne MOSFET tranzistor. V důsledku toho LED zhasne a dva nevýkonné tranzistory se uzavřou. Baterie se nenabíjí. V tomto okamžiku bude C2 vybitý. V průměru to trvá 3 sekundy. Po vybití kondenzátoru C2 bude překonána hystereze U1, MOSFET se uzavře a baterie se začne nabíjet. Nabíjení bude pokračovat, dokud napětí nestoupne na spínací úroveň.

Nabíjení probíhá přerušovaně. Jeho trvání přitom závisí na tom, jaký je nabíjecí proud baterie a jak výkonná jsou k ní připojená zařízení. Nabíjení pokračuje, dokud napětí nedosáhne 14 V.

Obvod se zapne ve velmi krátké době. Jeho zařazení je ovlivněno dobou nabíjení C2 proudem, který omezuje tranzistor Q3. Proud nesmí být větší než 40 mA.

Často kladené otázky nováčků o tom, jaký ovladač ke konkrétní baterii koupit. A co znamenají zesilovače v charakteristice regulátoru. V tomto vláknu se vám pokusím samostatně říci, o jaký druh zesilovače se jedná. Začněme tím, a možná nejdůležitější věcí, že ampéry, které jsou uvedeny na ovladači, jsou různé koncepce pro různé výrobce ovladačů solárních i větrných turbín. Všichni výrobci interpretují data svým vlastním způsobem, a proto je mnoho lidí při výběru ovladače zmateno a nepochopeno. Níže se pokusím uvést příklady a způsoby, jak se problémům v budoucnu vyhnout.

První věcí, kterou začneme, je:

Regulátor nabíjení je zařízení, které řídí proces nabíjení baterie, jsou rozděleny do dvou populárních kategorií:

1. co je PWM- jedná se o regulátor pulzně šířkové modulace, jehož úkolem je nabíjet baterii pulzy a kontrolovat úroveň napětí baterie: v tomto případě lze řízení nabíjení provádět pevně (jinými slovy údajně v automatickém režimu). Nebo v manuálním režimu, kde si můžete ručně nastavit požadované napětí pro nabíjení baterie. Přečtěte si pokyny k ovladači. Doporučuji zvolit ovladač s manuálním vstupem. A vzácné jsou ovladače s přednastavenými hodnotami. Vzácnost, protože dnes takové ovladače často přicházejí s možností výběru manuálního režimu. Tento regulátor je dobrý, protože pro jeho provoz není potřeba téměř žádná energie a spotřeba takových regulátorů zřídka přesahuje 100 mA.

Jsou méně vázáni na špatné počasí, a pokud je na vstupu proud alespoň 10 mA a napětí překročí napětí baterie, regulátor se nabije. K plusům také připíšu nedávno odhalený efekt rychlého stárnutí panelu vlivem degradace buněk teplotou. S těmito ovladači je výkon odebraný z panelů od 0 do 80 % při nabíjení baterie. Zároveň se solární panely méně zahřívají a prvky netrpí degradací v důsledku přehřívání ani v nejteplejším dni, protože teplota nestoupá nad +60-70 stupňů Celsia. Z plusů lze zaznamenat stabilní provoz za každého počasí!

2. co je MPPT- Toto je ovladač, který má funkci sledování maximálního bodu solárního panelu, v ruštině - to jsou ovladače OMTP. V angličtině to zní jako sledování maximálního výkonu.Úkolem tohoto regulátoru je vytlačit ze solárního panelu veškerou šťávu a zároveň přijímat ze solární elektrárny nebo větrného generátoru podle typu regulátoru veškerý špičkový výkon, kterého je váš systém schopen. Zní to skvěle, ale je to opravdu tak, můžete číst . Existují ovladače, které mohou omezit nabíjecí proud, ale to je vzácné, musíte si přečíst popis ovladače. Jedním z příkladů regulátoru s omezením nabíjecího proudu je solární regulátor nabíjení od Sibkontakt SKZ 40

Jaký je tedy proud, který je indikován na ovladačích. Opět platí, že pro každý regulátor může mít indikovaný proud zcela jinou hodnotu, podívejme se na ty hlavní:

lze specifikovat maximální proud - při kterém ovladač buď selže při dlouhé zátěži, nebo bude fungovat ochrana a baterie se přestane z ovladače nabíjet, dokud nebude restartován, nebo přijde nový den.
proud může být krátkodobý nebo jinými slovy doporučený níže, ale během impulzů bude regulátor nadále fungovat.
proud může být specifikován jako nabíjecí proud baterie, to znamená, že se nedoporučuje připojovat baterie nad tento proud. Jinak ovladač nemusí vydržet
proud může být nominální doporučený, ale ne maximální, lze sem zařadit například staré sledovače, které mají rezervu na zpětný proud, ale regulátor se dobře zahřívá, takže je nutné dodatečné chlazení.

Ve většině moderních regulátorů rozpočtového segmentu je indikován maximální proud, to znamená, že připojené zdroje by jej neměly překročit, a dokonce by některé dosáhly, jinak bude ochrana fungovat.

Princip fungování regulátorů pro nabíjení solárních panelů, zařízení, co zvážit při výběru

V moderních solárních elektrárnách se používají různá schémata připojení proudových zdrojů k přenosu vyrobené elektřiny do pracovních baterií. Používají různé algoritmy, jsou založeny na mikroprocesorových technologiích, nazývají se řadiče.

Jak fungují solární regulátory nabíjení

Elektřinu generovanou solární baterií lze přenést do akumulátorů:

2. prostřednictvím ovladače.

V první metodě půjde elektrický proud ze zdroje do baterií a zvýší napětí na jejich svorkách. Zpočátku dosáhne určité, limitující hodnoty v závislosti na provedení (typu) baterie a okolní teplotě. Poté překoná doporučenou úroveň.

V počáteční fázi nabíjení obvod funguje normálně. Ale pak začnou extrémně nežádoucí procesy: pokračující dodávka nabíjecího proudu způsobí zvýšení napětí nad přípustné hodnoty (řádově 14 V), dojde k přebití s prudkým zvýšením teploty elektrolytu, což vede k jeho varu s intenzivním uvolňováním destilované vodní páry z článků. Někdy až do úplného vyschnutí nádob. Životnost baterie se samozřejmě výrazně sníží.

Proto je problém omezení nabíjecího proudu řešen ovladači nebo ručně. Poslední způsob: neustále sledovat hodnotu napětí na přístrojích a přepínat spínače rukama je tak nevděčné, že existuje pouze teoreticky.

Algoritmy pro provoz solárních regulátorů nabíjení

Podle složitosti způsobu omezení omezovacího napětí jsou zařízení vyráběna podle zásad:

1. Vypnuto / Zapnuto (nebo Zapnuto / Vypnuto), kdy obvod jednoduše přepne baterie do nabíječky podle napětí na svorkách,

2. konverze šířky pulzu (PWM),

3. naskenujte bod maximálního výkonu.

Princip č. 1: Vypnuto/zapnuto obvod

Toto je nejjednodušší, ale nejvíce nespolehlivá metoda. Jeho hlavní nevýhodou je, že při zvýšení napětí na svorkách baterie na mezní hodnotu se kapacita plně nenabije. V tomto případě dosahuje přibližně 90 % nominální hodnoty.

Baterie neustále zažívají pravidelný nedostatek energie, což výrazně snižuje jejich životnost.

Princip č. 2: Obvod regulátoru PWM

Zkratka těchto zařízení v angličtině je PWM. Jsou vyráběny na základě návrhů mikročipů. Jejich úkolem je řídit pohonnou jednotku tak, aby pomocí zpětnovazebních signálů regulovala napětí na jejím vstupu v daném rozsahu.

Regulátory PWM mohou navíc:

vzít v úvahu teplotu elektrolytu pomocí vestavěného nebo vzdáleného senzoru (druhá metoda je přesnější),

vytvořit teplotní kompenzaci pro nabíjecí napětí,

být nakonfigurován pro konkrétní typ baterií (GEL, AGM, tekutá kyselina) s různými indikátory grafů napětí ve stejných bodech.

Nárůst funkcí PWM regulátorů zvyšuje jejich cenu a spolehlivost.

Princip č. 3: Skenování bodu maximálního výkonu

Taková zařízení jsou označena anglickými písmeny MPPT. Fungují také stejným způsobem jako pulzně-šířkové měniče, ale jsou extrémně přesné, protože berou v úvahu nejvyšší množství energie, které jsou solární panely schopny dodat. Tato hodnota je vždy přesně definována a zdokumentována.

Například pro 12 V solární baterie je maximální výstupní bod asi 17,5 V. Běžný PWM regulátor přestane nabíjet baterii při dosažení napětí 14 - 14,5 V a ten využívající technologii MPPT navíc využije zdroje solární baterie do 17,5 AT.

S rostoucí hloubkou vybití baterií rostou energetické ztráty ze zdroje. MPPT regulátory je snižují.

Vzor sledování napětí odpovídající výstupu maximálního výkonu solárního pole 80 wattů ukazuje průměrný graf.

Tímto způsobem regulátory MRPT pomocí transformací šířky pulzu ve všech cyklech nabíjení baterie zvyšují výkon solární baterie. V závislosti na různých faktorech může být úspora 10 – 30 %. V tomto případě výstupní proud z baterie překročí vstupní proud ze solární baterie.

Hlavní parametry solárních regulátorů nabíjení

Při výběru ovladače pro solární baterii byste měli kromě znalosti principů jeho fungování věnovat pozornost podmínkám, pro které je určen.

Hlavní indikátory zařízení jsou:

hodnota vstupního napětí,

hodnota celkového výkonu sluneční energie,

charakter připojené zátěže.

Napětí solární baterie

Regulátor může být napájen jedním nebo více solárními panely zapojenými podle různých schémat. Pro správnou funkci zařízení je důležité, aby celková hodnota do něj dodávaného napětí s přihlédnutím k chodu zdroje naprázdno nepřekročila mezní hodnotu uvedenou výrobcem v technické dokumentaci.

V tomto případě by měla být vytvořena marže (rezerva) ≥ 20 % kvůli řadě faktorů:

Není žádným tajemstvím, že jednotlivé parametry solární baterie mohou být někdy pro reklamní účely mírně nadhodnoceny,

procesy probíhající na Slunci nejsou stabilní a s abnormálně zvýšenými výbuchy aktivity je možný přenos energie, což vytváří napětí naprázdno solární baterie nad vypočítanou mez.

Napájení solární baterií

Je to důležité pro výběr ovladače, protože přístroj musí být schopen jej spolehlivě přenést na fungující baterie. Jinak to prostě vyhoří.

Pro určení výkonu (ve wattech) se výstupní proud z regulátoru (v ampérech) vynásobí napětím (ve voltech) generovaným solární baterií, přičemž se bere v úvahu 20% rezerva, která je pro něj vytvořena.

Povaha připojené zátěže

Je nutné dobře pochopit účel ovladače. Nepoužívejte jej jako univerzální zdroj energie připojením různých domácích zařízení. Některé z nich samozřejmě budou moci fungovat normálně, aniž by vytvářely anomální režimy.

Ale... jak dlouho to vydrží? Zařízení pracuje na bázi pulsně-šířkové konverze, využívá mikroprocesorové a tranzistorové technologie, které byly brány v úvahu pouze jako zátěž, a nikoli náhodné spotřebiče se složitými přechodovými jevy při spínání a měnícím se charakterem spotřeby energie.

Stručný přehled výrobců

Mnoho zemí se zabývá uvolňováním regulátorů pro solární elektrárny. Na ruském trhu jsou oblíbené produkty následujících společností:

Morningstar Corporation (přední americký výrobce),

Beijing Epsolar Technology (pracuje od roku 1990 v Pekingu),

AnHui SunShine New Energy Co (Čína),

Phocos (Německo),

Steca (Německo),

Xantrex (Kanada).

Mezi nimi si můžete vždy vybrat spolehlivý model regulátoru, který je nejvhodnější pro konkrétní provozní podmínky solárních elektráren s určitými technickými vlastnostmi. Chcete-li to provést, jednoduše použijte doporučení tohoto článku.

Obvod regulátoru nabíjení solární baterie je založen na čipu, který je klíčovým prvkem celého zařízení jako celku. Čip je hlavní částí ovladače a samotný ovladač je klíčovým prvkem solárního systému. Toto zařízení hlídá chod celého zařízení jako celku a zvládá i nabíjení baterie ze solárních panelů.

Při maximálním nabití baterie bude regulátor regulovat přívod proudu do ní a sníží jej na požadovanou hodnotu, aby kompenzoval samovybíjení zařízení. Pokud je baterie zcela vybitá, pak ovladač vypne veškerou příchozí zátěž na zařízení.

Potřebu tohoto zařízení lze snížit na následující body:

Nabíjení baterie je vícestupňové;
Nastavení zapnutí / vypnutí baterie při nabíjení / vybíjení zařízení;
Připojení baterie při maximálním nabití;
Připojení nabíjení z fotobuněk v automatickém režimu.

Regulátor nabíjení baterie pro solární zařízení je důležitý, protože výkon všech jeho funkcí v dobrém stavu výrazně prodlužuje životnost vestavěné baterie.

Jak funguje ovladač nabíjení baterie

Při absenci slunečního světla na fotobuňkách konstrukce je v režimu spánku. Poté, co se paprsky objeví na prvcích, je ovladač stále v režimu spánku. Zapne se pouze v případě, že akumulovaná energie ze slunce dosáhne napětí 10 V v elektrickém ekvivalentu.

Jakmile napětí dosáhne tohoto indikátoru, zařízení se zapne a přes Schottkyho diodu začne dodávat proud do baterie. Proces nabíjení baterie v tomto režimu bude pokračovat, dokud napětí přijaté ovladačem nedosáhne 14 V. Pokud k tomu dojde, dojde k určitým změnám v obvodu ovladače pro 35W solární baterii nebo jakoukoli jinou. Zesilovač otevře přístup k tranzistoru MOSFET a zbylé dva, slabší, se uzavře.

Baterie se tak přestane nabíjet. Jakmile napětí klesne, obvod se vrátí do výchozí polohy a nabíjení bude pokračovat. Čas vyhrazený pro tuto operaci ovladači je asi 3 sekundy.

Typy

Tento typ zařízení je považován za nejjednodušší a nejlevnější. Jeho jediným a hlavním úkolem je vypnout nabíjení baterie při dosažení maximálního napětí, aby nedošlo k přehřátí.

Tento typ má však určitou nevýhodu, kterou je příliš brzké vypínání. Po dosažení maximálního proudu je nutné nabíjecí proces ještě pár hodin udržet a tento ovladač jej okamžitě vypne.

Díky tomu bude nabití baterie kolem 70 % maxima. To negativně ovlivňuje baterii.

PWM

Tento typ je pokročilé On/Off. Upgrade spočívá v tom, že má vestavěný systém pulzně šířkové modulace (PWM). Tato funkce umožňovala regulátoru při dosažení maximálního napětí nevypínat přívod proudu, ale snížit jeho sílu.

Z tohoto důvodu bylo možné zařízení téměř úplně nabít.

Tento typ je v současnosti považován za nejpokročilejší. Podstata jeho práce je založena na tom, že je schopen určit přesnou hodnotu maximálního napětí pro danou baterii. Průběžně monitoruje proud a napětí v systému. Díky neustálému získávání těchto parametrů je procesor schopen udržovat nejoptimálnější hodnoty proudu a napětí, což umožňuje vytvořit maximální výkon.

Pokud porovnáme MPPT a PWN regulátor, tak účinnost prvního je o cca 20-35% vyšší.

Možnosti výběru

Existují pouze dvě kritéria výběru:

Prvním a velmi důležitým bodem je vstupní napětí. Maximum tohoto indikátoru by mělo být vyšší asi o 20 % napětí naprázdno solární baterie.
Druhým kritériem je jmenovitý proud. Pokud je zvolen typ PWN, pak by jeho jmenovitý proud měl být vyšší než zkratový proud baterie o cca 10 %. Pokud je zvolen MPRT, pak jeho hlavní charakteristikou je výkon. Tento parametr musí být větší než napětí celého systému vynásobené jmenovitým proudem systému. Pro výpočty se bere napětí, když jsou baterie vybité.

Jak DIY

Pokud není možné zakoupit hotový produkt, můžete si jej vytvořit sami. Ale pokud pochopíte, jak funguje regulátor nabíjení solární baterie, je poměrně jednoduchý, pak bude jeho vytvoření obtížnější. Při vytváření je třeba si uvědomit, že takové zařízení bude horší než analog vyrobený v továrně.

Toto je nejjednodušší obvod solárního regulátoru a bude nejjednodušší ho vytvořit. Výše uvedený příklad je vhodný pro vytvoření regulátoru pro nabíjení olověného akumulátoru s napětím 12 V a propojení se solárním akumulátorem s nízkým výkonem.

Pokud změníte hodnocení některých klíčových prvků, můžete toto schéma použít na výkonnější systémy s bateriemi. Podstatou činnosti takového domácího regulátoru bude to, že při napětí nižším než 11 V se zátěž vypne a při 12,5 V se přivede na baterii.

Stojí za zmínku, že v jednoduchém obvodu je místo ochranné diody použit tranzistor s efektem pole. Pokud však máte nějaké znalosti v elektrických obvodech, můžete vytvořit pokročilejší ovladač.

Toto schéma je považováno za pokročilé, protože jeho vytvoření je mnohem obtížnější. Ale regulátor s takovým zařízením je docela schopný stabilního provozu nejen s připojením k solární baterii, ale také k větrnému generátoru.

Video

Jak správně zapojit ovladač, se dozvíte z našeho videa.