Регистрация / Вход
Дата публикации: 13 декабря 2013
Одним из важнейших компонентов солнечной системы является контроллер заряда. Он может поставляться отдельно либо в комплекте с инвертором. Как понятно из названия, это устройство предназначено для контроля заряда АКБ, то есть контроллеры заряда для солнечной батареи следят за уровнем напряжения на аккумуляторе и служат для предотвращения полного разряда или перезаряда батареи.
Век глобальной доступности, когда можно найти абсолютно любой товар и информацию, позволяет не только приобрести контроллеры в любом специализирующемся магазине, но и собрать его своими руками. Для этого Вам понадобится схема устройства, которое Вы планируете изготовить, в нашем случае – это контроллер зарядки, и умение разбираться в электронике. Попытаемся снабдить Вас и тем, и другим.
Контроллеры зарядки для СБ: краткое описание
Существует несколько разновидностей описываемого устройства. Самые простые из них выполняет лишь одну функцию: включает и выключает батареи в зависимости от их заряда. Более «продвинутые» модели снабжены функцией отслеживания точки максимального значения мощности, что обеспечивает более высокий выходной ток по сравнению с током солнечной батареи. А это, в свою очередь, повышает КПД всей установки в целом.
Более усовершенствованные модели – способны понижать напряжение на СБ и поддерживать его на требуемом уровне. Наличие данной функции способствует более полной зарядке АКБ.
Любой контроллер, в том числе и самодельный, должен отвечать определенным требованиям:
- 1,2P ≤ I×U, где P – суммарная мощность солнечных батарей всей системы; I – выходной ток контроллера; U – напряжение системы при разряженных аккумуляторах.
- 1,2Uвх = Uх.х, где Uвх – максимально допустимое входное напряжение, Uх.х – суммарное напряжение холостого хода всех солнечных батарей системы.
Для чего нужны контроллеры заряда аккумуляторов
Если аккумулятор подсоединить напрямую к клеммам солнечных батарей, то заряд его будет происходить непрерывно. В конечном итоге на уже полностью заряженный аккумулятор будет продолжать поступать ток, что вызовет повышение напряжения на несколько вольт. В результате происходит перезаряд АКБ, повышается температура электролита, причем эта температура достигает таких значений, что электролит закипает, происходит резкий выброс паров из банок аккумулятора. Как следствие, может произойти полное испарение электролита и высыхание банок. Естественно, это не добавляет «здоровья» аккумулятору и резко снижает ресурс его работоспособности.
Контроллер в системе солнечного заряда аккумуляторов
Вот, чтобы не допустить подобных явлений, чтобы оптимизировать процессы заряда/разряда, и нужны контроллеры.
Необходимость
При максимальном заряде аккумулятора, контроллер будет регулировать подачу тока на него, уменьшая ее до необходимой величины компенсации саморазряда устройства. Если же аккумулятор полностью разряжается, то контроллер будет отключать любую входящую нагрузку на устройство.
Необходимость этого устройства можно свести к следующим пунктам:
- Зарядка аккумулятора многостадийная;
- Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
- Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
- Подключение зарядки от фотоэлементов в автоматическом режиме.
Контроллер заряда аккумулятора для солнечных устройств важен тем, что выполнение всех его функций в исправном режиме сильно увеличивает срок службы встроенного аккумулятора.
Схема устройства
Эти платы действительно очень сильно нагреваются, поэтому мы будем паять их немного над печатной платой. Для этого мы будем использовать жесткий медный провод, чтобы сделать ножки для печатной платы. У нас будет 4 кусочка медных проводов, чтобы сделать 4 ножки для монтажной платы. Для этого вы также можете использовать — штыревые разъемы вместо медного провода.
Солнечный элемент подключается к клеммам IN + и IN-платы зарядки TP4056 соответственно. Диод вставлен в положительный конец для защиты от обратного напряжения. Затем BAT + и BAT- платы подключаются к + ve и -ve концам батареи. Это все, что нам нужно для зарядки аккумулятора.
Теперь для питания платы Arduino нам нужно увеличить выход до 5В. Итак, мы добавляем усилитель напряжения 5 В к этой схеме. Подключите -ve батареи к IN- усилителя и ve+ к IN+, добавив переключатель между ними. Мы подключили бустерную плату прямо к зарядному устройству, но мы рекомендуем установить там SPDT-переключатель. Поэтому, когда устройство заряжает батарею, она заряжается и не используется.
Солнечные элементы подключены к входу зарядного устройства литиевой батареи (TP4056), выход которого подключен к литиевой батарее 18560. Усилитель напряжения 5 В также подключен к аккумулятору и используется для преобразования от 3,7 В постоянного тока до 5 В постоянного тока.
Напряжение зарядки обычно составляет около 4,2 В. Вход усилителя напряжения варьируется от 0,9 до 5,0 В. Таким образом, он увидит около 3,7 В на его входе, когда батарея разряжается, и 4.2 В, когда она подзаряжается. Выходной сигнал усилителя до остальной части цепи будет поддерживать его значение 5 В.
Этот проект будет очень полезен для питания удаленного регистратора данных. Как известно, источник питания всегда является проблемой для удаленного регистратора, и в большинстве случаев нет доступной розетки.
Подобная ситуация заставляет вас использовать некоторые батареи для питания вашей цепи. Но в конце концов, батарея умрет. Наш недорогой проект солнечного зарядного устройства станет отличным решением для такой ситуации.
Простейший самодельный контроллер
При самостоятельном изготовлении любого контроллера необходимо обязательно соблюдать определенные условия. Во-первых, максимальное напряжение на входе должно быть равным напряжению АКБ без нагрузки. Во-вторых, должно быть выдержано соотношение: 1,2P
Схема простейшего контроллера
Этот аппарат предназначен для работы в составе солнечной электростанции малой мощности. Принцип работы контроллера предельно прост. Когда напряжение на клеммах аккумуляторов достигнет заданного значения, заряд прекращается. В дальнейшем производится только так называемый капельный заряд.
Контроллер, смонтированный на печатной плате
При падении напряжения ниже установленного уровня подача энергии на аккумуляторы возобновляется. Если при работе на нагрузку в отсутствии заряда напряжение АКБ будет ниже 11 вольт, контроллер отключит нагрузку. Тем самым исключается разряд аккумуляторов в период отсутствия солнца.
Схема подключения модуля
Клик для увеличения схемы
После снятия задней стенки можно получить доступ к печатной плате устройства.
В качестве аккумулятора была выбрана батарея 12 В емкостью 1,2 А/ч, потому, что она у автора была. На самом деле в ясный солнечный день панель сможет зарядить 2-3 таких аккумулятора. Для уменьшения опасности короткого замыкания в цепь аккумулятора включен плавкий предохранитель. Для недопущения разряда аккумулятора через солнечную панель при малом освещении последовательно с панель включен диод Шотки типа IN5817. Когда аккумулятор полностью заряжен ток, отбираемый от солнечной батареи, составляет около 50 мА, при напряжении 19 В.
В качестве тестовой нагрузки использована самодельная светодиодная фитолампа на 4-х последовательно включенных фитосветодиода мощностью 1 Вт, последовательно со светодиодами включен резистор типа МЛТ-2, сопротивлением 30 Ом. При напряжении 12,6 В, ток потребляемый лампой составит около 60 мА. Таким образом аккумулятор на 1,2 А*ч позволяет питать эту лампу около 20 часов.
В целом собранная автономная конструкция оказалась вполне работоспособной с технической точки зрения. Но с экономической точки зрения, учитывая стоимость солнечной батареи, аккумулятора и блока управления картина получается безрадостной. Солнечная батарея стоит 2700 р, аккумулятор 12 В 1,2 А/ч стоит около 500 р, блок управления 400 р. Так же автор пробовал использовать два последовательно включенных аккумулятора 6 В 12 А/ч (они будут иметь стоимость около 3000 р), такой аккумулятор у автора заряжается за 3-4 солнечных дня, при этом ток зарядки доходит до 270 мА.
Общая стоимость использованного оборудования в минимальной комплектации 3600 р. Как несложно видеть, данная фитолампа потребляет около 0,8 Вт. При тарифе 3,5 р за 1 кВт/ч, лампа должна работать от сети при КПД источника питания 50%, около 640000 ч или 73 года только для того, что бы можно было оправдать затраты на оборудование. При этом за такой промежуток времени, несомненно, придется несколько раз полностью сменить оборудование, деградацию аккумулятора и фотоэлементов ни кто не отменял.
Что лучше выбрать?
Выбор типа контроллера производится исходя из мощности и производительности системы. Если они невелики, можно ограничиться установкой контроллера PWM. Это дешевле и проще.
Однако, если комплект выдает значительную мощность и обеспечивает питание чувствительных приборов потребления, лучшим решением станет использование контроллера MPPT. Он гораздо дороже, но способен настроить максимально эффективную работу комплекса оборудования. В любом случае, окончательный выбор обусловлен возможностями владельца и особенностями имеющегося солнечного комплекса.
Стоимость
Система электроснабжения от солнечных батарей собирается, прежде всего, для экономии средств, поэтому цена на отдельные детали – очень важный момент. Предлагаемые варианты прошли испытание временем и являются оптимальным по сочетанию цена/качество:
- Solar controller 20a – стоимость 20,75$ — простое управление, яркий ЖК дисплей, понятный интерфейс. Отлично справляется с задачей по заряду АКБ. Технология ШИМ (PWM). Имеется возможность подключения через USB к компьютеру для настройки.
- MPPT Tracer 2210RN Solar Charge Controller Regulator, цена 75$ – MTTP контроллер на 20А – качественный и надежный, сертифицированный, распознает день/ночь. Высокий КПД – 97%
Используемые источники:
sovet-ingenera.com, energo.house, electric-220.ru, alter220.ru, masterclub.online, electricadom.com
Типы
On/Off
Данный тип устройств считается наиболее простым и дешевым. Его единственная и главная задача – это отключение подачи заряда на аккумулятор при достижении максимального напряжения для предотвращения перегрева.
Однако данный тип имеет определенный недостаток, который заключается в слишком раннем отключении. После достижения максимального тока необходимо еще пару часов поддерживать процесс заряда, а этот контроллер сразу его отключит.
В результате зарядка аккумулятора будет в районе 70% от максимальной. Это негативно отражается на аккумуляторе.
PWM
Данный тип является усовершенствованным On/Off. Модернизация заключается в том, что в него встроена система широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Эта функция позволила контроллеру при достижении максимального напряжения не отключать подачу тока, а уменьшать его силу.
Из-за этого появилась возможность практически стопроцентной зарядки устройства.
МРРТ
Данный типаж считается наиболее продвинутым в настоящее время. Суть его работы строится на том, что он способен определить точное значение максимального напряжения для данного аккумулятора. Он непрерывно следит за током и напряжением в системе. Из-за постоянного получения этих параметров процессор способен поддерживать наиболее оптимальные значения тока и напряжения, что позволяет создать максимальную мощность.
Если сравнивать контроллер МРРТ и PWN, то эффективность первого выше примерно на 20-35%.
Лучшие стационарные солнечные панели
Стационарные устройства отличаются крупными габаритами и увеличенной мощностью. Они в большом количестве устанавливаются на крышах зданий и иных свободных площадках. Предназначены для круглогодичного использования.
Sunways ФСМ-370M
4.9
★★★★★ оценка редакции
98% покупателей рекомендуют этот товар
Модель изготовлена по технологии PERC, благодаря чему отличается стабильностью работы в неблагоприятных погодных условиях. Рама из анодированного алюминия не боится резких ударов и деформации. Высокопрочное закаленное стекло с низким поглощением ультрафиолета гарантирует сохранность панели.
Номинальная мощность составляет 370 Вт, напряжение — 24 В. Батарея может функционировать при температуре на улице от -40 до +85 °С. Диодная сборка защищает ее от перегрузок и обратных токов, снижает потери КПД при частичном затенении поверхности.
Достоинства:
- прочная стойкая к коррозии рама;
- толстое защитное стекло;
- стабильная работа в любых условиях;
- долгий срок службы.
Недостатки:
большой вес.
Sunways ФСМ-370M рекомендована для постоянного электроснабжения крупных объектов. Отличный выбор для размещения на крыше жилого дома или офисного здания.
Delta BST 200-24 M
4.9
★★★★★ оценка редакции
96% покупателей рекомендуют этот товар
Особенностью Delta BST является гетерогенная структура монокристаллических модулей. Это улучшило способность панели абсорбировать рассеянное солнечное излучение и гарантирует ее эффективную работу даже в условиях повышенной облачности.
Пиковая мощность батареи — 200 Ватт при габаритах 1580х808х35 мм. Жесткая конструкция не боится сложных условий, а усиленная рама с дренажными отверстиями способствует стабильному функционированию панели во время непогоды. Защитный слой изготовлен из каленого просветленного стекла толщиной 3,2 мм.
Достоинства:
- стабильная работа в сложных погодных условиях;
- усиленная конструкция;
- термостойкость;
- нержавеющая рама.
Недостатки:
сложная установка.
Delta BST служит для стабильного вырабатывания энергии в любое время года и будет надежно вырабатывать электричество в течение многих лет.
Feron PS0301
4.8
★★★★★ оценка редакции
90% покупателей рекомендуют этот товар
Солнечная панель Feron не боится сложных условий и стабильно функционирует при температуре -40..+85 °C. Металлический корпус устойчив к повреждениям и не подвержен коррозии. Мощность батареи составляет 60 Вт, размеры в готовом к работе виде — 35х1680х664 миллиметров.
При необходимости транспортировки конструкцию можно легко сложить. Для удобной и безопасной переноски предусмотрен специальный чехол из прочной синтетики. В комплект также входят две опоры, кабель с зажимами и контроллер, что позволяет сразу ввести панель в эксплуатацию.
Достоинства:
- термостойкость;
- стабильная работа в любых погодных условиях;
- прочный корпус;
- быстрая установка;
- удобная складная конструкция.
Недостатки:
высокая цена.
Feron можно использовать в любую погоду. Хороший выбор для установки в частном доме, но для получения достаточной мощности потребуется несколько таких панелей.
Woodland Sun House 120W
4.7
★★★★★ оценка редакции
85% покупателей рекомендуют этот товар
Модель изготовлена из кремниевых поликристаллических пластин. Фотоэлементы покрыты толстым слоем закаленного стекла, что исключает риск механических повреждений и воздействия внешних факторов. Срок их службы составляет около 25 лет.
Мощность батареи 120 Вт, размеры в готовом к эксплуатации состоянии — 128х4х67 сантиметров. В комплект входит практичная сумка из износостойкого материала, упрощающая хранение и транспортировку панели. Для удобства установки на ровной поверхности предусмотрены специальные ножки.
Достоинства:
- защитное покрытие;
- быстрая установка;
- компактные размеры и удобство переноски;
- долгий срок службы;
- прочная сумка в комплекте.
Недостатки:
рама хлипковата.
Woodland Sun House способна заряжать 12-вольтные аккумуляторы. Прекрасное решение для установки на даче, охотничьей базе и в других местах, удаленных от цивилизации.
