Kontroler ładowania baterii słonecznej: obwód, zasada działania, sposoby łączenia

Energia słoneczna ogranicza się dotychczas (na poziomie gospodarstw domowych) do tworzenia paneli fotowoltaicznych o stosunkowo małej mocy.Jednak niezależnie od konstrukcji fotoelektrycznego przetwornika światła słonecznego na prąd, urządzenie to jest wyposażone w moduł zwany kontrolerem ładowania baterii słonecznej.

Rzeczywiście, instalacja do fotosyntezy słonecznej zawiera akumulator - urządzenie magazynujące energię otrzymaną z panelu słonecznego. To właśnie to wtórne źródło energii jest obsługiwane głównie przez sterownik.

W prezentowanym przez nas artykule zrozumiemy budowę i zasadę działania tego urządzenia, a także zastanowimy się, jak je podłączyć.

Kontrolery słoneczne

Moduł elektroniczny zwany kontrolerem słonecznym ma za zadanie realizować szereg funkcji kontrolnych podczas procesu ładowania/rozładowania bateria słoneczna.

Kiedy światło słoneczne pada na powierzchnię panelu fotowoltaicznego zamontowanego np. na dachu domu, fotokomórki urządzenia zamieniają to światło na prąd elektryczny.

Powstała energia mogłaby być dostarczana bezpośrednio do akumulatora. Jednakże proces ładowania/rozładowywania akumulatora ma swoje własne subtelności (pewne poziomy prądów i napięć). Jeśli zaniedbasz te subtelności, bateria po prostu ulegnie awarii w krótkim okresie działania.

Aby uniknąć takich smutnych konsekwencji, zaprojektowano moduł zwany kontrolerem ładowania baterii słonecznej.

Oprócz monitorowania poziomu naładowania akumulatora moduł monitoruje również zużycie energii.W zależności od stopnia rozładowania obwód kontrolera ładowania baterii słonecznej reguluje i ustawia poziom prądu wymagany do pierwszego i kolejnego ładowania.

W zależności od mocy regulatora ładowania baterii słonecznej konstrukcje tych urządzeń mogą mieć bardzo różne konfiguracje

Ogólnie mówiąc, moduł zapewnia beztroskie „życie” akumulatora, który okresowo gromadzi i oddaje energię do urządzeń konsumenckich.

Rodzaje stosowane w praktyce

Na poziomie przemysłowym wprowadzono i produkowane są dwa typy urządzeń elektronicznych, których konstrukcja nadaje się do montażu w systemie energii słonecznej:

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

Pierwszy typ sterownika baterii słonecznej można nazwać „starym człowiekiem”. Schematy takie zostały opracowane i wdrożone u zarania rozwoju energetyki słonecznej i wiatrowej.

Zasada działania obwodu sterownika PWM opiera się na algorytmach modulacji szerokości impulsu. Funkcjonalność takich urządzeń jest nieco gorsza od bardziej zaawansowanych urządzeń z serii MPPT, ale ogólnie działają one również dość skutecznie.

Jeden z najpopularniejszych w społeczeństwie modeli regulatorów ładowania baterii stacji słonecznych, pomimo tego, że obwód urządzenia wykonany jest w technologii PWM, która jest uważana za przestarzałą

Konstrukcje wykorzystujące technologię Maximum Power Point Tracking (śledzenie maksymalnego limitu mocy) wyróżniają się nowoczesnym podejściem do rozwiązań obwodów i zapewniają większą funkcjonalność.

Ale jeśli porównamy oba typy kontrolerów, a zwłaszcza z nastawieniem na sferę domową, urządzenia MPPT nie wyglądają w różowym świetle, w którym są tradycyjnie reklamowane.

Kontroler typu MPPT:

• ma wyższy koszt;
• posiada złożony algorytm konfiguracyjny;
• daje przyrost mocy tylko na panelach o dużej powierzchni.

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

Sterownik przeznaczony do pracy w ramach instalacji fotowoltaicznej. Jest przedstawicielem klasy urządzeń MPPT - bardziej zaawansowanych i wydajnych

Na potrzeby zwykłego użytkownika ze środowiska domowego, który z reguły ma panele o małej powierzchni, bardziej opłaca się kupić i obsługiwać sterownik PWM (PWM) z tym samym efektem.

Schematy blokowe sterowników

Schematy schematyczne sterowników PWM i MPPT, aby rozpatrywać je okiem laika, są zbyt skomplikowaną kwestią związaną z subtelnym rozumieniem elektroniki. Dlatego logiczne jest uwzględnienie tylko schematów strukturalnych. Takie podejście jest zrozumiałe dla szerokiego grona osób.

Opcja nr 1 – urządzenia PWM

Napięcie z panelu słonecznego przepływa dwoma przewodami (dodatnim i ujemnym) do elementu stabilizującego i oddzielającego obwodu rezystancyjnego. Dzięki temu elementowi obwodu uzyskuje się wyrównanie potencjałów napięcia wejściowego i w pewnym stopniu organizują one ochronę wejścia sterownika przed przekroczeniem granicy napięcia wejściowego.

Należy tu podkreślić: każdy indywidualny model urządzenia ma określony limit napięcia wejściowego (wskazany w dokumentacji).

Tak mniej więcej wygląda schemat blokowy urządzeń wykonanych w oparciu o technologie PWM.Do pracy w ramach małych stacji domowych to podejście obwodowe zapewnia wystarczającą wydajność

Następnie napięcie i prąd ograniczane są do wymaganej wartości za pomocą tranzystorów mocy. Te elementy obwodu są z kolei kontrolowane przez układ kontrolera za pośrednictwem układu sterownika. W rezultacie wyjście pary tranzystorów mocy ustala normalną wartość napięcia i prądu dla akumulatora.

W obwodzie znajduje się również czujnik temperatury oraz sterownik sterujący tranzystorem mocy, który reguluje moc obciążenia (zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem akumulatora). Czujnik temperatury monitoruje stan nagrzewania ważnych elementów sterownika PWM.

Zwykle poziom temperatury wewnątrz obudowy lub na radiatorach tranzystorów mocy. Jeżeli temperatura przekroczy limity ustawione w ustawieniach, urządzenie wyłączy wszystkie aktywne linie energetyczne.

Opcja nr 2 – Urządzenia MPPT

Złożoność obwodu w tym przypadku wynika z dodania do niego szeregu elementów, które dokładniej budują niezbędny algorytm sterowania w oparciu o warunki pracy.

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

Projekt obwodów w formie strukturalnej dla kontrolerów ładowania w oparciu o technologie MPPT. Bardziej złożony algorytm monitorowania i sterowania urządzeniami peryferyjnymi został już tutaj opisany.

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

Obwód takich urządzeń realizuje kilka metod sterowania:

• zakłócenia i obserwacje;
• zwiększenie przewodności;
• aktualne przemiatanie;
• stałe napięcie.

W ostatnim segmencie ogólnego działania zastosowano również algorytm porównywania wszystkich tych metod.

Metody podłączenia kontrolera

Rozważając temat połączeń należy od razu zaznaczyć: przy montażu każdego pojedynczego urządzenia charakterystyczną cechą jest współpraca z konkretną serią paneli słonecznych.

Na przykład, jeśli używany jest sterownik zaprojektowany na maksymalne napięcie wejściowe 100 woltów, seria paneli słonecznych powinna generować napięcie nie większe niż ta wartość.

Każda instalacja fotowoltaiczna działa według zasady równoważenia napięć wyjściowych i wejściowych pierwszego stopnia. Górna granica napięcia sterownika musi odpowiadać górnej granicy napięcia panelu

Przed podłączeniem urządzenia należy zdecydować o miejscu jego fizycznej instalacji. Zgodnie z przepisami miejsce montażu należy wybrać w pomieszczeniach suchych i dobrze wentylowanych. Unikaj obecności materiałów łatwopalnych w pobliżu urządzenia.

Niedopuszczalna jest obecność źródeł wibracji, ciepła i wilgoci w bezpośrednim sąsiedztwie urządzenia. Miejsce montażu należy chronić przed opadami atmosferycznymi i bezpośrednim nasłonecznieniem.

Technologia połączeń dla modeli PWM

Prawie wszyscy producenci kontrolerów PWM wymagają, aby urządzenia były podłączane w dokładnej kolejności.

Technika podłączenia sterowników PWM do urządzeń peryferyjnych nie jest szczególnie trudna. Każda tablica wyposażona jest w oznaczone zaciski. Tutaj wystarczy postępować zgodnie z sekwencją działań

Urządzenia peryferyjne należy podłączyć w pełnej zgodności z oznaczeniami zacisków stykowych:

1. Podłącz przewody akumulatora do zacisków akumulatora urządzenia zgodnie ze wskazaną polaryzacją.
2. Włączyć bezpiecznik bezpośrednio w miejscu styku przewodu dodatniego.
3. Podłącz przewody wychodzące z akumulatora panelu słonecznego do styków sterownika przeznaczonych dla panelu słonecznego. Przestrzegaj polaryzacji.
4. Podłącz próbnik o odpowiednim napięciu (zwykle 12/24V) do zacisków obciążenia urządzenia.

Nie wolno naruszać określonej kolejności. Na przykład podłączanie paneli słonecznych w pierwszej kolejności, gdy akumulator nie jest podłączony, jest surowo zabronione. Robiąc to, użytkownik naraża się na ryzyko „spalenia” urządzenia. W ten materiał Schemat montażu paneli słonecznych z akumulatorem opisano bardziej szczegółowo.

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

Procedura podłączania urządzeń MPPT

Ogólne wymagania dotyczące instalacji fizycznej dla tego typu urządzeń nie różnią się od poprzednich systemów. Jednak konfiguracja technologiczna jest często nieco inna, ponieważ kontrolery MPPT są często uważane za urządzenia o większej mocy.

W przypadku sterowników przeznaczonych do dużych mocy zaleca się stosowanie do połączeń obwodów mocy kabli o dużym przekroju, wyposażonych w metalowe zaślepki.

Na przykład w przypadku wydajnych systemów wymagania te uzupełnia fakt, że producenci zalecają stosowanie kabla do linii przyłączeniowych zasilania zaprojektowanych na gęstość prądu co najmniej 4 A/mm². Czyli np. do sterownika o prądzie 60 A potrzebny jest kabel do podłączenia do akumulatora o przekroju co najmniej 20 mm².

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

Takie podejście eliminuje straty energii i zapewnia bezpieczną pracę instalacji.

Schemat blokowy podłączenia wydajnego sterownika MPPT: 1 – panel słoneczny; 2 – kontroler MPPT; 3 – listwa zaciskowa; 4,5 – bezpieczniki; 6 – włącznik zasilania sterownika; 7,8 – szyna ziemna

Przed podłączeniem panele słoneczne Podłączając do urządzenia należy zwrócić uwagę aby napięcie na zaciskach było równe lub mniejsze od napięcia jakie może być podane na wejście sterownika.

Podłączanie urządzeń peryferyjnych do urządzenia MTTP:

1. Przełącz panel i przełączniki akumulatora do pozycji „wyłączone”.
2. Wyjmij bezpieczniki ochronne z panelu i akumulatora.
3. Podłącz zaciski akumulatora za pomocą kabla do zacisków akumulatora w sterowniku.
4. Zaciski panelu słonecznego połączyć przewodem z zaciskami sterownika oznaczonymi odpowiednim znakiem.
5. Podłącz zacisk uziemiający do szyny uziemiającej za pomocą kabla.
6. Zamontuj czujnik temperatury na sterowniku zgodnie z instrukcją.

Po wykonaniu tych czynności należy ponownie włożyć wcześniej wyjęty bezpiecznik akumulatora i ustawić przełącznik w pozycji „włączony”. Na ekranie kontrolera pojawi się sygnał wykrycia baterii.

Następnie po krótkiej przerwie (1-2 minuty) należy wymienić wyjęty wcześniej bezpiecznik panelu słonecznego i ustawić włącznik panelu w pozycji „włączony”.

Na ekranie urządzenia wyświetli się wartość napięcia panelu słonecznego. Moment ten oznacza pomyślne uruchomienie instalacji fotowoltaicznej.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Przemysł produkuje urządzenia różnorodne pod względem konstrukcji obwodów. Dlatego nie można podać jednoznacznych zaleceń dotyczących podłączenia wszystkich instalacji bez wyjątku.

Jednak główna zasada dla każdego typu urządzenia pozostaje ta sama: bez podłączenia akumulatora do magistrali sterownika, podłączenie do paneli fotowoltaicznych jest niedopuszczalne. Podobne wymagania dotyczą włączenia do programu falownik napięcia. Należy go traktować jako osobny moduł podłączany do akumulatora poprzez kontakt bezpośredni.

Jeżeli posiadasz niezbędne doświadczenie lub wiedzę, podziel się nią z naszymi czytelnikami. Zostaw swoje komentarze w bloku poniżej. Tutaj możesz zadać pytanie dotyczące tematu artykułu.