Как сделать контроллер заряда аккумулятора своими руками

Содержание

Как сделать контроллер заряда аккумулятора своими руками

Контроллер заряда солнечных батарей — обязательный элемент энергосистемы на солнечных панелях, кроме аккумуляторов и самих панелей. За что он отвечает и как его сделать самому?

Когда нужен контроллер

Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея – накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

Далее мы разберемся в устройстве и принципах работы этого прибора, а также расскажем о способах его подключения.

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:

  1. Зарядка аккумулятора многостадийная;
  2. Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
  3. Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
  4. 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.

Как подключить контроллер заряда для солнечных батарей?

Этот прибор может находится внутри инвертора, а также может быть, как отдельным инструментом.

Задумываясь о подключении следует учитывать характеристики всех составляющих электростанции. К примеру, U не должно быть выше того с которым может работать контроллер.

Установку нужно выполнять в то место где не будет влаги. Дальше приведем варианты подключения двух распространенных типов контроллеров для солнечной батареи.

Подключение МРРТ

Это достаточно мощное устройство и подключается определенным образом. На концах проводов с помощью которых он подсоединяется имеются медные наконечники с зажимами. Минусовые клеймы прицепляемые к контроллеру нужно снабдить переходниками предохранителями и выключателями. Подобное решение не даст потерять энергию и сделает солнечную электростанцию более безопасней. Напряжение на солнечных панелях должно соответствовать напряжению контроллера.

Перед тем как включить устройство mppt в цепь переключите выключатели на контактах в положение «Выкл» и вытащите предохранители. Все это делается по такому алгоритму:

  1. Выполнить сцепление клеймов АКБ и контроллера.
  2. Прицепить солнечные панели к контроллеру.
  3. Обеспечить заземление.
  4. Поставить на контролирующий прибор датчик отслеживающий уровень температуры.

Выполняя данную процедуру следить за правильностью полярности контактов. Когда все будет выполнено переведите выключатель в положение «ВКЛ» и вставьте предохранители. Правильность работы будет заметна если на табло контроллера высветится информация о заряде.

Подключение солнечной батареи к контроллеру PWM

Чтобы это сделать выполните простой алгоритм соединения:

  1. Кабеля АКБ сцепите с клеймами контроллера pwm.
  2. У провода с полярностью «+» нужно включить предохранитель для защиты.
  3. Соедините провода от СБ контроллером заряда солнечной батареи.
  4. Присоедините лампочку на 12 вольт к выводам нагрузки контроллера.

Подключение PWM

В момент подключения соблюдайте маркировку. В противном случае приборы могут поломаться. Не следует соединять инвертор с контактами контролирующего устройства. Он должен цепляться к контактам АКБ.

Функции контроллера для солнечных батарей

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда аккумулятора солнечной батареи.


Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.


В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Контроллеры для аккумуляторов типа PWM

Более технологичным и эффективным считаются контроллеры заряда аккумулятора от солнечной батареи типа PWM, сокращенное название которого получилось от Pulse-Width Modulation. В переводе на русский язык данное устройство относится к категории ШИМ, то есть в его работе используется широтно-импульсная модуляция тока.

Основной функцией прибора является устранение проблем, возникающих при неполной зарядке. Полного уровня удается достичь благодаря возможности понижения тока, когда он достигает максимального значения. Зарядка становится более продолжительной, но и эффект от нее значительно выше.

Контроллер заряда для солнечной батареи

Работа контроллера осуществляется следующим образом. Перед входом в прибор электрический ток попадает в стабилизирующий компонент и резистивную разделительную цепочку. На этом участке потенциалы входного напряжения выравниваются, обеспечивая тем самым защиту самого контроллера. В разных моделях граничное входное напряжение может отличаться.

Далее в работу включаются силовые транзисторы, ограничивающие ток и напряжение до установленных значений. Они находятся под управлением чипа, использующего микросхему драйвера. После этого выходное напряжение транзисторов приобретает нормальные параметры, подходящие для зарядки аккумулятора. Данная схема дополняется температурным датчиком и драйвером. Последний компонент воздействует на силовой транзистор, выполняющий регулировку мощности подключенной нагрузки.

Как работает контроллер зарядки аккумулятора

В отсутствие солнечных лучей на фотоэлементах конструкции он находится в спящем режиме. После появления лучей на элементах контроллер все еще находится в спящем режиме. Он включается лишь в том случае, если накопленная энергия от солнца достигает 10 В напряжения в электрическом эквиваленте.

Как только напряжение достигнет такого показателя, устройство включится и через диод Шоттки начнет подавать ток к аккумулятору. Процесс зарядки аккумулятора в таком режиме будет продолжаться до тех пор, пока напряжение, получаемое контроллером, не достигнет 14 В. Если это произойдет, то в схеме контроллера для солнечной батареи 35 ватт или любого другого будут происходить некоторые изменения. Усилитель откроет доступ к транзистору MOSFET, а два других, более слабых, будут закрыты.

Таким образом, заряд аккумулятора прекратится. Как только напряжение упадет, схема вернется в начальное положение и зарядка продолжится. Время, отведенное на выполнение этой операции контроллеру около 3 секунд.

Подбор контроллера заряда по необходимым функциям

В современном мире в стремлении увеличения эффективности, автономности и оперативности информационного контроля к контроллерам заряда от солнечных батарей также применяются требования к обеспечению различными функциями, в зависимости от места применения контроллера.

Наиболее востребованными функциями необходимыми в контроллере заряда являются:

  • Автоопределение номинального напряжения солнечных батарей и акб 12В/24В/36В/48В и др.
  • Наличие дисплея для отображения показаний и удобства настройки;
  • Возможность вручную устанавливать параметры работы контроллера;
  • Наличие коммуникационных портов для подключения внешнего дисплея или компьютера, с учетом удаленного доступа. Такие порты, как RS232, USB, Ethernet интерфейсы для связи с другими устройствами;
  • Поддержка различных типов аккумуляторов;
  • Встроенные защиты: перегрузка, перезаряд, короткое замыкание;
  • Комплексная самодиагностика и электронная защита может предотвратить ущерб от неправильной установки или системных ошибок;
  • Внешние датчики температуры, тока и др.;
  • Реле управления другими устройствами;
  • Встроенные таймеры на отключения нагрузки;
  • Электронный журнал параметров работы контроллера.

Солнечный контроллер заряда необходимо выбирать с учетом требуемых функций.

6. Выбор контроллера по типу регулировки напряжения и тока. ШИМ и MPPT.

По регулировке тока и напряжения современные контроллеры можно разделить на два основных типа ШИМ и MPPT.

1) ШИМ контроллеры.

2) MPPT контроллеры.

Подробное описание технологии лучше всего смотреть в статьях ШИМ контроллеры, MPPT контроллеры, в чем отличие ШИМ и MPPT контроллера.

Характеристики устройства

Низкое потребление мощности в режиме простоя. Схема была разработана для небольших и средних свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и потребляет маленький ток (5 мА) в режиме простоя. Это увеличивает продолжительность жизни аккумуляторных батарей.

Легкодоступные компоненты. В устройстве используются обычные компоненты (не SMD), которые легко можно найти в магазинах. Ничего не требуется прошивать, единственное нужен будет вольтметр и регулируемый источник питания для настройки схемы.

Последняя версия устройства. Это уже третья версия устройства, поэтому в нем исправлены большинство ошибок и недочетов, которые присутствовали в предыдущих версиях зарядника.

Регулировка напряжения. В приборе используется параллельный стабилизатор напряжения, чтобы напряжение аккумулятора не превышало норму, обычно это 13.8 Вольт.

Защита от пониженного напряжения. В большинстве солнечных зарядных устройствах для защиты от утечки тока аккумулятора на солнечную панель, используется диод Шоттки. А шунтирующий стабилизатор напряжения используется когда аккумулятор полностью заряжен. Одной из проблем такого подхода являются потери на диоде и как следствие его нагрев. К примеру, солнечная панель 100 Ватт, 12В, подает 8А на аккумуляторную батарею, на диоде Шоттки падение напряжение составит 0.4В, т.е. рассеиваемая мощность составит около 3.2 Ватта. Это во первых потери, а во вторых для диода понадобится радиатор для отвода тепла. Проблема в том, что уменьшить падение напряжения не получится, несколько диодов включенных параллельно, уменьшат ток, но падение напряжения такое и останется. В представленной ниже схеме, вместо обычных диодов используются мосфеты, следовательно мощность теряется только на активное сопротивление (резистивные потери).

Для сравнения, в 100 Вт панели при использовании мосфетов IRFZ48 (КП741А) потери мощности составляют всего 0.5Ватта (на Q2). А это значит меньший нагрев и больше энергии для аккумуляторов. Еще важным моментов является то, что мосфеты имеют положительный температурный коэффициент и могут быть включены в параллель для уменьшения сопротивления в включенном состоянии.

В приведенной выше схеме используется пара нестандартных решений.

Зарядка. Между солнечной панелью и нагрузкой не используется диод, вместо него стоит мосфет Q2. Диод в мосфете обеспечивает протекание тока от панели к нагрузке. Если на Q2 появляется значительное напряжение, то транзистор Q3 открывается, заряжается конденсатор С4, что заставляет ОУ U2c и U3b открыть мосфет Q2. Теперь, падение напряжения вычисляется по закону Ома, т.е. I*R, и оно намного меньше, чем если бы там стоял диод. Конденсатор С4 периодически разряжается через резистор R7, и Q2 закрывается. Если от панели протекает ток, то ЭДС самоиндукции дросселя L1 сразу же заставляет открыться Q3. Это происходит очень часто (множество раз за секунду). В случае, когда ток идет на солнечную панель, Q2 закрывается, а Q3 не открывается, т.к. диод D2 ограничивает ЭДС самоиндукции дросселя L1. Диод D2 может быть рассчитан на ток 1А, однако в процессе тестирования выяснилось, что такой ток возникает редко.

Подстроечник VR1 устанавливает максимальное напряжение. Когда напряжение превышает 13.8В, то операционный усилитель U2d открывает мосфет Q1 и выход с панели «закорачивается» на землю. Помимо этого, операционник U3b отключает Q2 и т.о. панель отключается от нагрузки. Это необходимо, поскольку Q1 помимо солнечной панели «коротит» нагрузку и аккумулятор.

Управление N-канальными мосфетами. Для управления мосфетами Q2 и Q4 требуется большее напряжение, чем используемое в схеме. Для этого, ОУ U2 с обвязкой из диодов и конденсаторов создает повышенное напряжение VH. Это напряжение используется для питания U3, на выходе которого будет повышенное напряжение. Связка U2b и D10 обеспечивают стабильность выходного напряжения на уровне 24 Вольт. При таком напряжении, через затвор-исток транзистора будет напряжение не меньше 10В, поэтому тепловыделение будет маленькое. Обычно, N-канальные мосфеты имеют намного меньшее сопротивление, чем Р-канальные, поэтому они и были использованы в данной схеме.

Защита от пониженного напряжения. Мосфет Q4, операционник U3a с внешней обвязкой из резисторов и конденсаторов, предназначены для защиты от пониженного напряжения. Здесь Q4 используется нестандартною. Диод мосфета обеспечивает постоянное прохождение тока в аккумулятор. Когда напряжение выше установленного минимума, то мосфет открыт, допуская небольшое падение напряжения при зарядке аккумулятора, но более важным является то, что он дает возможность прохождения тока от аккумулятора на нагрузку, если солнечная батарея не может обеспечить достаточную выходную мощность. Предохранитель защищает от возникновения короткого замыкания на стороне нагрузки.

Ниже представлены рисунки расположения элементов и печатных плат.

Настройка устройства. При нормальной использовании устройства, джампер J1 не должен быть вставлен! Светодиод D11 используется для настройки. Для настройки устройства, к выводам «нагрузка» подключите регулируемый блок питания.

Установка защиты от пониженного напряжения Вставьте джампер J1. В блоке питание установите выходное напряжение на 10.5В. Вращайте подстроечный резистор VR2 против часовой стрелки до тех пор, пока не загорится светодиод D11. Немного поверните VR2 по часовой стрелке, пока светодиод не погаснет. Выньте джампер J1.

Установка максимального напряжения В блоке питание установите выходное напряжение на 13.8В. Вращайте подстроечный резистор VR1 по часовой стрелке до тех пор, пока не погаснет светодиод D9. Медленно поверните VR1 против часовой стрелки, пока светодиод D9 не загорится.

Контроллер настроен. Не забудьте вынуть джампер J1!

Если мощность всей системы будет небольшая, то мосфеты могут быть заменены на более дешевые IRFZ34. А если система будет мощнее, то мосфеты можно заменить на более мощные IRFZ48.

Тестирование

С разрядом проблем ожидаемо не было. Заряда батареи хватило чтобы зарядить планшет, также горела светодиодная лента, и при пороговом напряжении в 10В, лента погасла — контроллер отключил нагрузку, чтобы не разряжать батарею ниже заданного порога.
А вот с зарядом все пошло не совсем так. Вначале все было хорошо, и максимальная мощность по ваттметру составила около 50Вт, что вполне неплохо. Но ближе к концу заряда подключенная в качестве нагрузки лента стала сильно мерцать. Причина ясна и без осциллографа — две BMS не очень дружат между собой. Как только напряжение на одной из ячеек достигает порога, BMS отключает батарею, из-за чего отключается и нагрузка и контроллер, затем процесс повторяется. Да и учитывая что пороговые напряжения уже заданы в контроллере, вторая плата защиты по сути и не нужна.

Пришлось вернуться к плану «Б» — поставить на батарею только плату балансировки, оставив контроллеру управление зарядом. Плата 3S balance board выглядит так:

Бонус этого балансира еще и в том, что он в 2 раза дешевле.

Конструкция получилась даже проще и красивее — балансир занял свое «законное» место на балансировочном разъеме батареи, к контроллеру батарея подключена через силовой разъем. Все вместе выглядит примерно так:

Больше никаких неожиданностей не было. Когда напряжение на батарее поднялось до 12.5В, потребляемая от панелей мощность упала практически до нуля а напряжение увеличилось до максимума «холостого хода» (22В), т.е. заряд больше не идет.

Напряжение на 3х ячейках батареи в конце заряда составило 4.16В, 4.16В и 4.16В, что дает в сумме 12.48В, к контролю заряда, как и к балансиру претензий нет.

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.

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.

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%.

Три принципа построения контроллеров заряда

По принципу действия различают три типа солнечных контроллеров. Первый, самый простой тип – это устройство, выполненное по принципу «On/Off» («Вкл./Выкл.»). Схема такого аппарата представляет собой простейший компаратор, который включает или выключает цепь заряда в зависимости от значения напряжения на клеммах аккумулятора. Это самый простой и дешевый тип контроллеров, но и способ, которым он производит заряд, самый ненадежный. Дело в том, что контроллер отключает цепь заряда по достижении предельного значения напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Но при этом не происходит полного заряда банок. Максимально достигается не более 90% заряда от номинального значения. Вот такой постоянный недобор заряда значительно уменьшает работоспособность аккумулятора и срок его работы.


Вольт-амперная характеристика солнечного модуля

Второй тип контроллеров – это устройства, построенные по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Это более сложные аппараты, в которых кроме дискретных компонентов схемы имеются уже и элементы микроэлектроники. Аппараты на базе ШИМ (англ. – PWM) осуществляют зарядку аккумуляторов ступенчато, выбирая оптимальные режимы заряда. Эта выборка производится автоматически и зависит от того, как глубоко разряжены АКБ. Контроллер повышает напряжение, одновременно понижая силу тока, обеспечивая тем самым полную зарядку аккумуляторной батареи. Большой недостаток ШИМ-контроллера – заметные потери в режиме зарядки аккумулятора – теряются до 40%.


ШИМ – контроллер

Третий тип – это контроллеры MPPT, то есть работающие по принципу отыскания точки максимальной мощности солнечного модуля. В процессе работы устройства этого типа используют максимально доступную мощность для любого режима заряда. По сравнению с другими, аппараты этого типа отдают на заряд аккумуляторных батарей примерно на 25% — 30% больше энергии, чем другие аппараты.


MPPT — контроллер

Заряд АКБ производится меньшим напряжением, чем это делают контроллеры других типов, но большей силой тока. Коэффициент полезного действия аппаратов MPPT достигает 90% — 95%.

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.

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.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

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».

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Порядок подключения контроллеров PWM

Общим условием подключения, обязательным для всех контроллеров, является их соответствие используемым солнечным фотоэлементам. Если прибор должен работать с входным напряжением 100 вольт, то на выходе панели оно не должно превышать этого значения.

Перед подключением контрольной аппаратуры необходимо выбрать место установки. Помещение должно быть сухим, с хорошей вентиляцией, из него нужно заранее убрать все пожароопасные материалы, а также ликвидировать причины влажности, излишней теплоты и вибраций. Обеспечивается защита от прямого ультрафиолетового излучения и негативных воздействий окружающей среды.

Контроллер заряда для солнечной батареи

При подключении в общую схему контроллеров PWM необходимо точное соблюдение последовательности операций, а все периферийные устройства соединяются через свои контактные клеммы:

  • Клеммы АКБ соединяются с клеммами прибора с соблюдением полярности.
  • В месте контакта с положительным проводником выполняется установка защитного предохранителя.
  • Далее подключаются солнечные панели так же с соблюдением полярности проводов и клемм.
  • Правильность подключений проверяется контрольной лампой на 12 или 24 В, подключенной к выводам нагрузки.

Самодельный контроллер: особенности, комплектующие

Устройство предназначено для работы только с одной солнечной панелью, которая создает ток с силой, не более 4 А. Емкость аккумулятора, зарядкой которого управляет контроллер, является 3 000 А*ч.

Для изготовления контроллера нужно подготовить следующие элементы:

  • 2 микросхемы: LM385-2.5 и TLC271 (является операционным усилителем);
  • 3 конденсатора: С1 и С2 являются маломощными, имеют 100n; С3 имеет емкость 1000u, рассчитан на 16 V;
  • 1 индикаторный светодиод (D1);
  • 1 диод Шоттки;
  • 1 диод SB540. Вместо него можно использовать любой диод, главное, чтобы он мог выдержать максимальный ток солнечной батареи;
  • 3 транзистора: BUZ11 (Q1), BC548 (Q2), BC556 (Q3);
  • 10 резисторов (R1 – 1k5, R2 – 100, R3 – 68k, R4 и R5 – 10k, R6 – 220k, R7 – 100k, R8 – 92k, R9 – 10k, R10 – 92k). Все они могут быть 5%. Если хочется большей точности, то можно взять резисторы 1%.

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.

Чем можно заменить некоторые комплектующие

Любой из этих элементов можно заменять. При установке других схем нужно подумать об изменении емкости конденсатора С2 и подборе смещения транзистора Q3.

Вместо транзистора MOSFET можно установить любой другой. Элемент должен иметь низкое сопротивление открытого канала. Диод Шоттки лучше не заменять. Можно установить обычный диод, но его нужно правильно разместить.

Вам будет интересно  Лучший Power bank на солнечных батареях

Резисторы R8, R10 равны 92 кОм. Такое значение нестандартное. Из-за этого такие резисторы найти сложно. Их полноценной заменой может быть два резистора с 82 и 10 кОм. Их нужно включать последовательно.

Если контроллер не будет использоваться в агрессивной среде, можно провести установку подстроечного резистора. Он дает возможность управлять напряжением. В агрессивной среде он долго не поработает.

При необходимости использовать контроллер для более сильных панелей нужно провести замену транзистора MOSFET и диода более мощными аналогами. Все остальные компоненты менять не нужно. Нет смысла устанавливать радиатор для регулирования 4 А. При установке MOSFET на подходящем теплоотводе устройство сможет работать с более продуктивной панелью.

Принцип работы

При отсутствии тока с солнечной батареи контроллер находится в спящем режиме. Он не использует ни одного вата из аккумулятора. После попадания солнечных лучей на панель электрический ток начинает поступать к контроллеру. Он должен включиться. Однако индикаторный светодиод вместе с 2 слабыми транзисторами включается только тогда, когда напряжение тока достигнет 10 В.

После достижения такого напряжения ток будет проходить через диод Шоттки к аккумулятору. Если напряжение поднимется до 14 В, начнет работать усилитель U1, который откроет транзистор MOSFET. В результате светодиод погаснет, и состоится закрытие двух не мощных транзисторов. Аккумулятор заряжаться не будет. В это время будет разряжаться С2. В среднем на это уходит 3 секунды. После разрядки конденсатора С2 гистерезис U1 будет преодолен, MOSFET закроется, аккумулятор начнет заряжаться. Зарядка будет происходить до момента, когда напряжение поднимется до уровня переключения.

Зарядка происходит периодически. При этом ее продолжительность зависит от того, каким является зарядный ток аккумуляторной батареи, и насколько мощные подключенные к ней устройства. Зарядка длится до тех пор, пока напряжение не станет равным 14 В.

Схема включается за очень короткое время. На ее включение влияет время зарядки С2 током, который ограничивает транзистор Q3. Ток не может быть больше 40 мА.

Как подобрать контроллер заряда для солнечных батарей

Контроллер заряда солнечных батарей — обязательный элемент энергосистемы на солнечных панелях, кроме аккумуляторов и самих панелей. За что он отвечает и как его сделать самому?

Когда нужен контроллер

Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея – накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

Далее мы разберемся в устройстве и принципах работы этого прибора, а также расскажем о способах его подключения.

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:

  1. Зарядка аккумулятора многостадийная;
  2. Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
  3. Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
  4. 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.



Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему инвертора напряжения. Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно по теме статьи.

Функции контроллера для солнечных батарей

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда аккумулятора солнечной батареи.


Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.


В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Основное назначение

Контроллер заряда аккумуляторной батареи (АКБ) от солнечной батареи предназначен для поддержания уровня заряда аккумуляторов, который также не допускает их полную разрядку или перезарядку. К таким устройствам обычно подключают свинцовые аккумуляторы из-за своей распространенности, однако, возможно подключение других разновидностей. Контроллер для солнечных батарей выполняет большое количество функций, благодаря которым обеспечивается надежная и эффективная работа. Основными из них являются:

  • выбор наиболее эффективной системы заряда аккумулятора;
  • мониторинг заряженности батареи;
  • автоматическое включение и выключение;
  • грамотное распределение энергии;
  • защита от перенапряжения и разрыва цепи.

Как работает контроллер зарядки аккумулятора

В отсутствие солнечных лучей на фотоэлементах конструкции он находится в спящем режиме. После появления лучей на элементах контроллер все еще находится в спящем режиме. Он включается лишь в том случае, если накопленная энергия от солнца достигает 10 В напряжения в электрическом эквиваленте.

Как только напряжение достигнет такого показателя, устройство включится и через диод Шоттки начнет подавать ток к аккумулятору. Процесс зарядки аккумулятора в таком режиме будет продолжаться до тех пор, пока напряжение, получаемое контроллером, не достигнет 14 В. Если это произойдет, то в схеме контроллера для солнечной батареи 35 ватт или любого другого будут происходить некоторые изменения. Усилитель откроет доступ к транзистору MOSFET, а два других, более слабых, будут закрыты.

Таким образом, заряд аккумулятора прекратится. Как только напряжение упадет, схема вернется в начальное положение и зарядка продолжится. Время, отведенное на выполнение этой операции контроллеру около 3 секунд.

Почему следует контролировать заряд и как работает котроллер заряда солнечной батареи?

Основные причины:

  1. Даст возможность проработать аккумулятору дольше! Перезаряд может спровоцировать взрыв.
  2. Каждый АКБ работает с определенным напряжением. Контроллер позволяет подобрать нужное U.

Так же котроллер заряда отключает батарею от приборов потребления если она сильно села. Кроме этого он производит отсоединение АКБ от солнечного элемента если тот полностью заряжен.

Таким образом происходит страховка и работа системы становится более безопасней.

Принцип работы чрезвычайно прост. Прибор способствует поддержанию баланса и не позволяет напряжение сильно падать или подниматься.

Виды контроллеров для заряда солнечной батареи

  1. Самодельные.
  2. МРРТ.
  3. On/Of.
  4. Гибриды.
  5. PWM типы.

Ниже кратко охарактеризуем эти варианты устройств литиевых и других АКБ

Контроллеры сделанные своими руками

Когда есть опыт и навыки в радиоэлектронике данный прибор можно смастерить самостоятельно. Но вряд ли такой прибор будет иметь высокую эффективность. Самодельное устройство скорее всего подойдет в том случае если ваша станция имеет малую мощность.

Чтобы соорудить данный прибор заряда придется отыскать его схему. Но учтите, что погрешность должна быть 0,1.

Приводим простую схемку.

Схема контроллера солнечной панели

Способно выполнять отслеживание самого большого предела мощности подзарядки. Внутри программного обеспечения находится алгоритм позволяющим отслеживать уровень напряжения и тока. Оно находит некий баланс, при котором вся установка будет работать с максимальным КПД.

Прибор mppt считается одним из лучших и совершенных на сегодняшний день. В отличие от PMW он увеличивает эффективность системы на 35%. Такое устройство подойдет, когда у вас много солнечных батарей.

Прибор по типу ON/OF

Он является самым простым что есть в продаже. У него не так уж и много функций, как у других. Прибор выключает подзарядку АКБ, как только напряжение поднимется до максимума.

К сожалению данный тип контроллера заряда для солнечных батарей неспособен выполнить заряд до 100%. Как только ток прыгнет до максимума происходит отключение. В итоге неполный заряд снижает его срок пользования.

Гибриды

Применяются данные прибору, когда имеется два типа источника тока, например, солнце и ветер. Их конструирование основано на PWM и МРРТ. Основное его отличие от подобных устройств заключается характеристиках тока и напряжения.

Гибридный К

Его цель: выровнять нагрузку, идущую на АКБ. Такое происходит из-за неравномерно поступления тока с ветра генераторов. Из-за этого может существенно снижаться срок накопителей энергии.

PWM или ШИМ

В основе работы лежит широтно импульсная модуляция тока. Позволяет решить проблему неполной зарядки. Он понижает ток и тем самым доводит подзарядку до 100%.

В результате работы pwm, не наблюдается перегрев АКБ. В итоге данный блок управления солнечными батареями считается очень эффективным.

Характеристики устройства

Низкое потребление мощности в режиме простоя. Схема была разработана для небольших и средних свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и потребляет маленький ток (5 мА) в режиме простоя. Это увеличивает продолжительность жизни аккумуляторных батарей.

Легкодоступные компоненты. В устройстве используются обычные компоненты (не SMD), которые легко можно найти в магазинах. Ничего не требуется прошивать, единственное нужен будет вольтметр и регулируемый источник питания для настройки схемы.

Последняя версия устройства. Это уже третья версия устройства, поэтому в нем исправлены большинство ошибок и недочетов, которые присутствовали в предыдущих версиях зарядника.

Регулировка напряжения. В приборе используется параллельный стабилизатор напряжения, чтобы напряжение аккумулятора не превышало норму, обычно это 13.8 Вольт.

Защита от пониженного напряжения. В большинстве солнечных зарядных устройствах для защиты от утечки тока аккумулятора на солнечную панель, используется диод Шоттки. А шунтирующий стабилизатор напряжения используется когда аккумулятор полностью заряжен. Одной из проблем такого подхода являются потери на диоде и как следствие его нагрев. К примеру, солнечная панель 100 Ватт, 12В, подает 8А на аккумуляторную батарею, на диоде Шоттки падение напряжение составит 0.4В, т.е. рассеиваемая мощность составит около 3.2 Ватта. Это во первых потери, а во вторых для диода понадобится радиатор для отвода тепла. Проблема в том, что уменьшить падение напряжения не получится, несколько диодов включенных параллельно, уменьшат ток, но падение напряжения такое и останется. В представленной ниже схеме, вместо обычных диодов используются мосфеты, следовательно мощность теряется только на активное сопротивление (резистивные потери).

Для сравнения, в 100 Вт панели при использовании мосфетов IRFZ48 (КП741А) потери мощности составляют всего 0.5Ватта (на Q2). А это значит меньший нагрев и больше энергии для аккумуляторов. Еще важным моментов является то, что мосфеты имеют положительный температурный коэффициент и могут быть включены в параллель для уменьшения сопротивления в включенном состоянии.

В приведенной выше схеме используется пара нестандартных решений.

Зарядка. Между солнечной панелью и нагрузкой не используется диод, вместо него стоит мосфет Q2. Диод в мосфете обеспечивает протекание тока от панели к нагрузке. Если на Q2 появляется значительное напряжение, то транзистор Q3 открывается, заряжается конденсатор С4, что заставляет ОУ U2c и U3b открыть мосфет Q2. Теперь, падение напряжения вычисляется по закону Ома, т.е. I*R, и оно намного меньше, чем если бы там стоял диод. Конденсатор С4 периодически разряжается через резистор R7, и Q2 закрывается. Если от панели протекает ток, то ЭДС самоиндукции дросселя L1 сразу же заставляет открыться Q3. Это происходит очень часто (множество раз за секунду). В случае, когда ток идет на солнечную панель, Q2 закрывается, а Q3 не открывается, т.к. диод D2 ограничивает ЭДС самоиндукции дросселя L1. Диод D2 может быть рассчитан на ток 1А, однако в процессе тестирования выяснилось, что такой ток возникает редко.

Подстроечник VR1 устанавливает максимальное напряжение. Когда напряжение превышает 13.8В, то операционный усилитель U2d открывает мосфет Q1 и выход с панели «закорачивается» на землю. Помимо этого, операционник U3b отключает Q2 и т.о. панель отключается от нагрузки. Это необходимо, поскольку Q1 помимо солнечной панели «коротит» нагрузку и аккумулятор.

Управление N-канальными мосфетами. Для управления мосфетами Q2 и Q4 требуется большее напряжение, чем используемое в схеме. Для этого, ОУ U2 с обвязкой из диодов и конденсаторов создает повышенное напряжение VH. Это напряжение используется для питания U3, на выходе которого будет повышенное напряжение. Связка U2b и D10 обеспечивают стабильность выходного напряжения на уровне 24 Вольт. При таком напряжении, через затвор-исток транзистора будет напряжение не меньше 10В, поэтому тепловыделение будет маленькое. Обычно, N-канальные мосфеты имеют намного меньшее сопротивление, чем Р-канальные, поэтому они и были использованы в данной схеме.

Защита от пониженного напряжения. Мосфет Q4, операционник U3a с внешней обвязкой из резисторов и конденсаторов, предназначены для защиты от пониженного напряжения. Здесь Q4 используется нестандартною. Диод мосфета обеспечивает постоянное прохождение тока в аккумулятор. Когда напряжение выше установленного минимума, то мосфет открыт, допуская небольшое падение напряжения при зарядке аккумулятора, но более важным является то, что он дает возможность прохождения тока от аккумулятора на нагрузку, если солнечная батарея не может обеспечить достаточную выходную мощность. Предохранитель защищает от возникновения короткого замыкания на стороне нагрузки.

Ниже представлены рисунки расположения элементов и печатных плат.

Настройка устройства. При нормальной использовании устройства, джампер J1 не должен быть вставлен! Светодиод D11 используется для настройки. Для настройки устройства, к выводам «нагрузка» подключите регулируемый блок питания.

Установка защиты от пониженного напряжения Вставьте джампер J1. В блоке питание установите выходное напряжение на 10.5В. Вращайте подстроечный резистор VR2 против часовой стрелки до тех пор, пока не загорится светодиод D11. Немного поверните VR2 по часовой стрелке, пока светодиод не погаснет. Выньте джампер J1.

Установка максимального напряжения В блоке питание установите выходное напряжение на 13.8В. Вращайте подстроечный резистор VR1 по часовой стрелке до тех пор, пока не погаснет светодиод D9. Медленно поверните VR1 против часовой стрелки, пока светодиод D9 не загорится.

Контроллер настроен. Не забудьте вынуть джампер J1!

Если мощность всей системы будет небольшая, то мосфеты могут быть заменены на более дешевые IRFZ34. А если система будет мощнее, то мосфеты можно заменить на более мощные IRFZ48.

Солнечный контроллер

Приведена схема эффективного 12В зарядного устройства (солнечного контроллера), с защитой аккумуляторов от пониженного напряжения.

Солнечный контроллер

Характеристики устройства

Низкое потребление мощности в режиме простоя Схема была разработана для небольших и средних свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и потребляет маленький ток (5 мА) в режиме простоя. Это увеличивает продолжительность жизни аккумуляторных батарей.

Легкодоступные компоненты В устройстве используются обычные компоненты (не SMD), которые легко можно найти в магазинах. Ничего не требуется прошивать, единственное нужен будет вольтметр и регулируемый источник питания для настройки схемы.

Последняя версия устройства Это уже третья версия устройства, поэтому в нем исправлены большинство ошибок и недочетов, которые присутствовали в предыдущих версиях зарядника.

Регулировка напряжения В приборе используется параллельный стабилизатор напряжения, чтобы напряжение аккумулятора не превышало норму, обычно это 13.8 Вольт.

Защита от пониженного напряжения Контроллер отсоединяет аккумуляторную батарею, если напряжение падает ниже определенной точки (настраивается), обычно это 10.5 Вольт

В большинстве солнечных зарядных устройствах для защиты от утечки тока аккумулятора на солнечную панель, используется диод Шоттки. А шунтирующий стабилизатор напряжения используется когда аккумулятор полностью заряжен. Одной из проблем такого подхода являются потери на диоде и как следствие его нагрев. К примеру, солнечная панель 100 Ватт, 12В, подает 8А на аккумуляторную батарею, на диоде Шоттки падение напряжение составит 0.4В, т.е. рассеиваемая мощность составит около 3.2 Ватта. Это во первых потери, а во вторых для диода понадобится радиатор для отвода тепла. Проблема в том, что уменьшить падение напряжения не получится, несколько диодов включенных параллельно, уменьшат ток, но падение напряжения такое и останется. В представленной ниже схеме, вместо обычных диодов используются мосфеты, следовательно мощность теряется только на активное сопротивление (резистивные потери). Для сравнения, в 100 Вт панели при использовании мосфетов IRFZ48 (КП741А) потери мощности составляют всего 0.5Ватта (на Q2). А это значит меньший нагрев и больше энергии для аккумуляторов. Еще важным моментов является то, что мосфеты имеют положительный температурный коэффициент и могут быть включены в параллель для уменьшения сопротивления в включенном состоянии.

В приведенной выше схеме используется пара нестандартных решений.

Зарядка

Между солнечной панелью и нагрузкой не используется диод, вместо него стоит мосфет Q2. Диод в мосфете обеспечивает протекание тока от панели к нагрузке. Если на Q2 появляется значительное напряжение, то транзистор Q3 открывается, заряжается конденсатор С4, что заставляет ОУ U2c и U3b открыть мосфет Q2. Теперь, падение напряжения вычисляется по закону Ома, т.е. I*R, и оно намного меньше, чем если бы там стоял диод. Конденсатор С4 периодически разряжается через резистор R7, и Q2 закрывается. Если от панели протекает ток, то ЭДС самоиндукции дросселя L1 сразу же заставляет открыться Q3. Это происходит очень часто (множество раз за секунду). В случае, когда ток идет на солнечную панель, Q2 закрывается, а Q3 не открывается, т.к. диод D2 ограничивает ЭДС самоиндукции дросселя L1. Диод D2 может быть рассчитан на ток 1А, однако в процессе тестирования выяснилось, что такой ток возникает редко.

Подстроечник VR1 устанавливает максимальное напряжение. Когда напряжение превышает 13.8В, то операционный усилитель U2d открывает мосфет Q1 и выход с панели «закорачивается» на землю. Помимо этого, операционник U3b отключает Q2 и т.о. панель отключается от нагрузки. Это необходимо, поскольку Q1 помимо солнечной панели «коротит» нагрузку и аккумулятор.

Управление N-канальными мосфетами

Для управления мосфетами Q2 и Q4 требуется большее напряжение, чем используемое в схеме. Для этого, ОУ U2 с обвязкой из диодов и конденсаторов создает повышенное напряжение VH. Это напряжение используется для питания U3, на выходе которого будет повышенное напряжение. Связка U2b и D10 обеспечивают стабильность выходного напряжения на уровне 24 Вольт. При таком напряжении, через затвор-исток транзистора будет напряжение не меньше 10В, поэтому тепловыделение будет маленькое. Обычно, N-канальные мосфеты имеют намного меньшее сопротивление, чем Р-канальные, поэтому они и были использованы в данной схеме.

Защита от пониженного напряжения

Мосфет Q4, операционник U3a с внешней обвязкой из резисторов и конденсаторов, предназначены для защиты от пониженного напряжения. Здесь Q4 используется нестандартною. Диод мосфета обеспечивает постоянное прохождение тока в аккумулятор. Когда напряжение выше установленного минимума, то мосфет открыт, допуская небольшое падение напряжения при зарядке аккумулятора, но более важным является то, что он дает возможность прохождения тока от аккумулятора на нагрузку, если солнечная батарея не может обеспечить достаточную выходную мощность. Предохранитель защищает от возникновения короткого замыкания на стороне нагрузки.

Ниже представлены рисунки расположения элементов и печатных плат.

Настройка устройства

При нормальной использовании устройства, джампер J1 не должен быть вставлен! Светодиод D11 используется для настройки. Для настройки устройства, к выводам «нагрузка» подключите регулируемый блок питания.

Установка защиты от пониженного напряжения Вставьте джампер J1. В блоке питание установите выходное напряжение на 10.5В. Вращайте подстроечный резистор VR2 против часовой стрелки до тех пор, пока не загорится светодиод D11. Немного поверните VR2 по часовой стрелке, пока светодиод не погаснет. Выньте джампер J1.

Установка максимального напряжения В блоке питание установите выходное напряжение на 13.8В. Вращайте подстроечный резистор VR1 по часовой стрелке до тех пор, пока не погаснет светодиод D9. Медленно поверните VR1 против часовой стрелки, пока светодиод D9 не загорится.

Контроллер настроен. Не забудьте вынуть джампер J1!

Если мощность всей системы будет небольшая, то мосфеты могут быть заменены на более дешевые IRFZ34. А если система будет мощнее, то мосфеты можно заменить на более мощные IRFZ48.

Обсуждение схемы на форуме

Список радиоэлементов

ОбозначениеТипНоминалКоличествоПримечаниеМагазинМой блокнот
U1ИС источника опорного напряженияLM336-2.51Поиск в AliexpressВ блокнот
U2Операционный усилительLM3241Поиск в AliexpressВ блокнот
U3Операционный усилительLM3581Поиск в AliexpressВ блокнот
Q1, Q2, Q4MOSFET-транзисторIRFZ443КП723АПоиск в AliexpressВ блокнот
Q3Биполярный транзисторBC3271КТ685АПоиск в AliexpressВ блокнот
D1Диод Шоттки1.5КЕ161Поиск в AliexpressВ блокнот
D2, D4Диод Шоттки1N58192КДШ2105ВПоиск в AliexpressВ блокнот
D3, D5-D8, D10Выпрямительный диод1N41486КД522АПоиск в AliexpressВ блокнот
D9, D11Светодиод2Поиск в AliexpressВ блокнот
C1, C3Электролитический конденсатор1000 мкФ 25 В2Поиск в AliexpressВ блокнот
C2, C4-C7Конденсатор100 нФ5Поиск в AliexpressВ блокнот
C9Электролитический конденсатор100 мкФ 35 В1Поиск в AliexpressВ блокнот
C8, C10, C12Электролитический конденсатор10 мкФ 25 В3Поиск в AliexpressВ блокнот
C11Конденсатор1 нФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
R1, R9, R11, R16, R19Резистор10 кОм5Поиск в AliexpressВ блокнот
R2, R10Резистор56 кОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
R3Резистор1 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R4, R12Резистор2.2 МОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
R5, R8, R13-R15, R18Резистор100 кОм6Поиск в AliexpressВ блокнот
R6Резистор4.7 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R7Резистор1 МОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R17, R20Резистор2.2 кОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
VR1, VR2Подстроечный резистор10 к2Поиск в AliexpressВ блокнот
L1Дроссель25 витков провода 1 мм на сердечнике T68-52A1Поиск в AliexpressВ блокнот
F1Плавкий предохранитель25 А1Поиск в AliexpressВ блокнот
ST1-ST3Клеммы2 контакта3Поиск в AliexpressВ блокнот
J1РазъёмPLS-21Поиск в AliexpressВ блокнот
Автомобильный аккумулятор1Поиск в AliexpressВ блокнот
Солнечная панель1Поиск в AliexpressВ блокнот
Добавить все

Прикрепленные файлы:

  • solar_controller.rar (75 Кб)
  • Зарядное устройство
  • Перевод

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.

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.

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%.

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:

  1. Зарядка аккумулятора многостадийная;
  2. Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
  3. Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
  4. 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.

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 выбрать контроллер для солнечной батареи?

Это очень важное устройство, которое достаточно сложно правильно подобрать среди великого многообразия. Чтобы взять то что действительно нужно придерживайтесь следующих данных:

  • Мощность батареи. На выходе общая мощность не должна быть больше показателя тока.
  • Уровень входящего напряжения. Он должен быть больше на 20% чем U АКБ, которое производится преобразователями света в ток.

Контроллер заряда солнечной батареи на данный момент выпускается всех мастей. Он может обладать защитой от плохих погодных условий, больших нагрузок, замыканий, перегреваний и даже от неправильного включения. Например, такое может случится, когда путаете полярность. В результате брать нужно такое устройство, которое будет иметь несколько уровней защиты.

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.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

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

Вам будет интересно  Как своими руками сделать солнечное зарядное устройство для телефона

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».

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Как подключить контроллер заряда для солнечных батарей?

Этот прибор может находится внутри инвертора, а также может быть, как отдельным инструментом.

Задумываясь о подключении следует учитывать характеристики всех составляющих электростанции. К примеру, U не должно быть выше того с которым может работать контроллер.

Установку нужно выполнять в то место где не будет влаги. Дальше приведем варианты подключения двух распространенных типов контроллеров для солнечной батареи.

Подключение МРРТ

Это достаточно мощное устройство и подключается определенным образом. На концах проводов с помощью которых он подсоединяется имеются медные наконечники с зажимами. Минусовые клеймы прицепляемые к контроллеру нужно снабдить переходниками предохранителями и выключателями. Подобное решение не даст потерять энергию и сделает солнечную электростанцию более безопасней. Напряжение на солнечных панелях должно соответствовать напряжению контроллера.

Подключение

Перед тем как включить устройство mppt в цепь переключите выключатели на контактах в положение «Выкл» и вытащите предохранители. Все это делается по такому алгоритму:

  1. Выполнить сцепление клеймов АКБ и контроллера.
  2. Прицепить солнечные панели к контроллеру.
  3. Обеспечить заземление.
  4. Поставить на контролирующий прибор датчик отслеживающий уровень температуры.

Выполняя данную процедуру следить за правильностью полярности контактов. Когда все будет выполнено переведите выключатель в положение «ВКЛ» и вставьте предохранители. Правильность работы будет заметна если на табло контроллера высветится информация о заряде.

Подключение солнечной батареи к контроллеру PWM

Чтобы это сделать выполните простой алгоритм соединения:

  1. Кабеля АКБ сцепите с клеймами контроллера pwm.
  2. У провода с полярностью «+» нужно включить предохранитель для защиты.
  3. Соедините провода от СБ контроллером заряда солнечной батареи.
  4. Присоедините лампочку на 12 вольт к выводам нагрузки контроллера.

Подключение PWM

В момент подключения соблюдайте маркировку. В противном случае приборы могут поломаться. Не следует соединять инвертор с контактами контролирующего устройства. Он должен цепляться к контактам АКБ.

Самодельный контроллер: особенности, комплектующие

Устройство предназначено для работы только с одной солнечной панелью, которая создает ток с силой, не более 4 А. Емкость аккумулятора, зарядкой которого управляет контроллер, является 3 000 А*ч.

Для изготовления контроллера нужно подготовить следующие элементы:

  • 2 микросхемы: LM385-2.5 и TLC271 (является операционным усилителем);
  • 3 конденсатора: С1 и С2 являются маломощными, имеют 100n; С3 имеет емкость 1000u, рассчитан на 16 V;
  • 1 индикаторный светодиод (D1);
  • 1 диод Шоттки;
  • 1 диод SB540. Вместо него можно использовать любой диод, главное, чтобы он мог выдержать максимальный ток солнечной батареи;
  • 3 транзистора: BUZ11 (Q1), BC548 (Q2), BC556 (Q3);
  • 10 резисторов (R1 – 1k5, R2 – 100, R3 – 68k, R4 и R5 – 10k, R6 – 220k, R7 – 100k, R8 – 92k, R9 – 10k, R10 – 92k). Все они могут быть 5%. Если хочется большей точности, то можно взять резисторы 1%.

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.

Чем можно заменить некоторые комплектующие

Любой из этих элементов можно заменять. При установке других схем нужно подумать об изменении емкости конденсатора С2 и подборе смещения транзистора Q3.

Вместо транзистора MOSFET можно установить любой другой. Элемент должен иметь низкое сопротивление открытого канала. Диод Шоттки лучше не заменять. Можно установить обычный диод, но его нужно правильно разместить.

Резисторы R8, R10 равны 92 кОм. Такое значение нестандартное. Из-за этого такие резисторы найти сложно. Их полноценной заменой может быть два резистора с 82 и 10 кОм. Их нужно включать последовательно.

Если контроллер не будет использоваться в агрессивной среде, можно провести установку подстроечного резистора. Он дает возможность управлять напряжением. В агрессивной среде он долго не поработает.

При необходимости использовать контроллер для более сильных панелей нужно провести замену транзистора MOSFET и диода более мощными аналогами. Все остальные компоненты менять не нужно. Нет смысла устанавливать радиатор для регулирования 4 А. При установке MOSFET на подходящем теплоотводе устройство сможет работать с более продуктивной панелью.

Контроллер заряда солнечной батареи своими руками

В специализированных компаниях, а также торговых сетях занимающихся электронным оборудованием можно приобрести контроллеры заряда, выпускаемые различными компаниями производителями, как отечественными, так и зарубежными.

Подобное оборудование стоит достаточно дорого, поэтому для снижения стоимости гелио установки и сокращения сроков ее окупаемости, подобное устройство можно собрать своими руками.

В этом случае, конечно же, необходимо уметь пользоваться паяльником и иметь хотя бы начальные знания касающиеся электронных устройств и способах их монтажа.

О том, как сделать контроллер заряда для солнечной батареи своими руками мы расскажем в настоящей статье нашего проекта.

Схема контроллера заряда

Существует множество схем подобного оборудования, различающихся по степени сложности изготовления и техническим возможностям готового изделия после его сборки.

Конкретную схему каждый пользователь выбирает для себя сам, ориентируясь на свой опыт работы с электронными изделиями и умением их собирать самостоятельно.

На ниже следующем рисунке приведена схема контроллера, о сборке которого будет рассказано далее.


Конструктивная схема контроллера заряда аккумуляторной батареи на основе двух микросхем

Комплектующие для самодельного контроллера управления работой солнечной батареи

Для сборки контроллера по выше приведенной схеме потребуются следующие комплектующие, а именно:

  • Микросхемы — LM385-2.5 (2 шт.);
  • Конденсаторы – емкостью 100 пф (2 штуки) и 1000 пф (1 штука);
  • Диоды — SB540 (1 штука) или аналогичный с рабочим током равным максимальному току, вырабатываемому солнечной батареей, а также диод Шотки;
  • Транзисторы — BUZ11, BC548, BC556;
  • Резисторы — R1 – 1k5, R2 – 100k, R3 – 68k, R4 и R5 – 10k, R6 – 220k, R7 – 100k, R8 – 92k, R9 – 10k, R10 – 92k.
  • Светодиодный индикатор – 1 штука.


Принципиальная схема контроллера заряда на основе двух микросхем типа LM385-2.5

Важно! Данная схема рассчитана на работу с одной солнечной батареей, способной вырабатывать максимальный ток 4,0 Ампера и аккумулятором, емкость которого составляет 3000 А/час.

При необходимости комплектующие можно заменить, а также усовершенствовать данную схему, если появиться такая необходимость.

Вот некоторые советы по замене комплектующих:

  1. Если заменить микросхемы, то следует менять и конденсатор С2 (его емкость должна соответствовать новым характеристикам микросхем).
  2. При невозможности приобрести резисторы сопротивлением 92К (R8 и R10 на схеме), их следует заменить на два подключаемых последовательно, сопротивлениями 82 и 10 К.

К сведению! При использовании солнечных панелей, максимальный ток которых более 4,0 А, необходимо использовать более мощные транзисторы и диоды, чем указанных в рассматриваемой схеме.

Принцип работы собираемой схемы

В темное время суток, когда солнечная батарея не вырабатывает электрический ток, контроллер находиться в режиме ожидания (спящий режим).

При попадании солнечных лучей на фотоэлектрические элементы гелио установки, начинается вырабатываться электрический ток, и при достижении напряжения, равного 10,0 В контроллер включается в работу (электрический ток подается на клеммы аккумулятора).

Когда напряжение станет равным 14,0 В, включается в работу усилитель U1 и зарядка прекращается (в это время разряжается конденсатор С2).

После разрядки конденсатора напряжение падает и закрывается мощный транзистор (VT3 на схеме) и зарядка АКБ возобновляется.


Разнообразие моделей готовых контроллеров заряда позволяет выбрать нужную по техническим характеристикам и в заданном ценовом диапазоне

Сборка контроллера заряда аккумулятора

Для того, чтобы было удобно использовать собираемую конструкцию, необходимо подобрать корпус, в котором будет размещена плата с установленными на нее электронными составляющими и изготовить саму эту плату.

В магазинах группы «Сделай САМ» можно приобрести специальные заготовки для изготовления печатных плат, представляющие собой диэлектрик (стеклотекстолит) в виде пластины, на который нанесен слой меди или иного токопроводящего материала.

Изготовление печатной платы осуществляется в следующей последовательности:

  1. На бумаге рисуется шаблон, соответствующий схеме, предполагаемой к размещению на печатной плате. На шаблоне прорисовываются дорожки между элементами схемы, а также места установки этих элементов.
  2. Подбирается заготовка печатной платы нужного размера (если необходимо, то излишки обрезаются при помощи ножовки по металлу).
  3. Шаблон приклеивается при помощи клея «Момент» на подготовленную заготовку.
  4. В местах крепления элементов схемы просверливаются отверстия (сверло диаметром 0,7 – 0,8 мм).
  5. Шаблон удаляется, а на заготовке платы, между просверленными отверстиями, прорисовываются дорожки связи (для этого используется краска стойкая к водным растворам).
  6. Когда дорожки и места пайки электронных составляющих прорисованы, можно приступать к травлению платы.

Важно! Перед нанесением краски на поверхность печатной платы ее следует обезжирить при помощи бензина, ацетона или простого моющего средства.


Вариант прорисовки шаблона печатной платы с нанесением комплектующих и электрических дорожек

К сведению! Травление, в домашних условиях, можно выполнить с помощью перекиси водорода или раствором хлорного железа.

Травление осуществляется следующим образом, а именно:

  • В специальную емкость, стойкую к воздействиям химических веществ (стекло, эмалированная посуда и т.д.) наливается подготовленный раствор;
  • Затем в раствор погружается печатная плата с нанесенным на него рисунком.
  • Когда токопроводящий слой, в местах, где отсутствует краска, раствориться, плата достается из раствора, после чего обливается проточной водой;
  • После этого заготовка вытирается насухо и с ее поверхности удаляется краска, обозначающая электрические дорожки (используется наждачная бумага).

Когда краска будет удалена, печатная плата готова к размещению электронных элементов схемы.


Внешняя печатная плата изготовленная своими руками

В соответствии с выбранной схемой и шаблоном размещения комплектующих, выполняется впаивание элементов конструкции, в местах где просверлены монтажные отверстия.

Готовая плата помещается в подготовленный корпус, на котором монтируются места вывода контактов к источнику электрического тока (солнечная батарея) и накопительному элементу гелио системы (аккумуляторная батарея).

Проверятся работоспособность собранной схемы, и выполняется установка собранного контроллера в выбранном месте размещения.

Принцип работы

При отсутствии тока с солнечной батареи контроллер находится в спящем режиме. Он не использует ни одного вата из аккумулятора. После попадания солнечных лучей на панель электрический ток начинает поступать к контроллеру. Он должен включиться. Однако индикаторный светодиод вместе с 2 слабыми транзисторами включается только тогда, когда напряжение тока достигнет 10 В.

После достижения такого напряжения ток будет проходить через диод Шоттки к аккумулятору. Если напряжение поднимется до 14 В, начнет работать усилитель U1, который откроет транзистор MOSFET. В результате светодиод погаснет, и состоится закрытие двух не мощных транзисторов. Аккумулятор заряжаться не будет. В это время будет разряжаться С2. В среднем на это уходит 3 секунды. После разрядки конденсатора С2 гистерезис U1 будет преодолен, MOSFET закроется, аккумулятор начнет заряжаться. Зарядка будет происходить до момента, когда напряжение поднимется до уровня переключения.

Зарядка происходит периодически. При этом ее продолжительность зависит от того, каким является зарядный ток аккумуляторной батареи, и насколько мощные подключенные к ней устройства. Зарядка длится до тех пор, пока напряжение не станет равным 14 В.

Схема включается за очень короткое время. На ее включение влияет время зарядки С2 током, который ограничивает транзистор Q3. Ток не может быть больше 40 мА.

Описание работы контроллера заряда солнечной батареи

Напряжение от солнечной батареи сначала проходит через диод D6 (желательно диод Шоттки), который препятствует разрядку аккумулятора обратно через панель, когда солнце не светит. После диода D6 идет классической линейный регулятор на основе LM317. Выходное напряжение регулятора определяется соотношением сопротивлений резисторов R20 и R1.


Напряжение на выходе LM317 должно быть в районе 13,6…13,8 вольт. Точное значение можно выставить подбором сопротивления R19, значение которого определяется опытным путем. Конкретно в данном случае его сопротивление (R19) равнялось 390K, так что это значение можно взять за отправную точку.

Диод D5 является защитным. После стабилизатора LM317 следует цепь световой индикации состоящей из трех светодиодов (D2, D3, D4). Свечение светодиода D2 указывает на то, что аккумулятор полностью заряжен (напряжение 13 вольт).

Светодиод D3 используется для указания напряжение на солнечной батареи (15,5 вольт). Последний светодиод D4 указывает на процесс заряда аккумулятора. Для срабатывания индикации выбрано пороговое значение 50 мА.

Для работы светодиода D3 применен компаратор на операционном усилителе LM339, который сравнивает напряжение с выхода солнечной панели с опорным напряжением, полученным с помощью стабилитрона D1. Для экономии энергии аккумулятора светодиоды питаются непосредственно от солнечной панели через стабилизатор 78L12.

Можно ли обойтись без контроллера?

Контроллер заряда солнечной батареи выполняет всего одну, но очень важную функцию – управляет уровнем заряда АКБ. Если его не устанавливать, будет невозможно контролировать процесс заряда-разряда, он будет длиться без остановки, что неизбежно приведет к закипанию электролита и выходу аккумулятора из строя.

Есть вариант, который используют некоторые умельцы, – заменяют контроллер вольтметром. Это не удобно и мало эффективно, поскольку приходится самостоятельно управлять процессом, что не исключает человеческий фактор.

предлагает купить солнечный контроллер во Владивостоке – по лучшей цене в регионе, с доставкой и гарантиями безупречной функциональности.

Передовые решения в области автономного и резервного электроснабжения – наша специализация. Покупая у нас, вы не только экономите свой бюджет за счет наших доступных цен, но и получаете консультацию и помощь первоклассных профессионалов с высшим техническим образованием. Ответим на все вопросы, поможем с выбором оптимального по параметрам оборудования.

Задачи, которые решает контроллер заряда солнечной батареи

  • Отключает АКБ, как только она полностью зарядится;
  • Регулирует напряжение и ток заряда в зависимости от уровня заряда АКБ и нагрузки;
  • Отключает потребителей, когда заряд снижается до критического минимума;
  • Повторно подключает потребителей, когда уровень заряда восстановится;
  • Осуществляет автоматический контроль за ходом зарядки;
  • Подключает фотоэлементы для зарядки в авто-режиме.

Использование этого простого прибора позволяет существенно увеличить эксплуатационный ресурс аккумулятора , а так же получить от солнечных батарей их максимум.

Виды контроллеров

Контроллеры On/Off

Эти модели являются самыми простыми из всего класса контроллеров заряда для солнечных батарей.

Контроллер заряда On/Off для гелиосистем

Модели типа On/Off предназначены для того, чтобы отключать заряд аккумулятора, когда достигается верхний предел напряжения. Обычно это 14,4 вольта. В результате предотвращается перегрев и излишний заряд.

С помощью контроллеров On/Off не получится обеспечить полную зарядку аккумуляторной батареи. Ведь здесь отключение происходит в том момент, когда достигнут максимальный ток. А процесс зарядки до полной ёмкости ещё необходимо поддерживать несколько часов. Уровень заряда в момент отключения находится где-то 70 процентов от номинальной ёмкости. Естественно, что это негативно отражается на состоянии аккумулятора и снижает срок его эксплуатации.

Контроллеры PWM

В поисках решения неполной зарядки аккумулятора в системе с устройствами On/Off были разработаны блоки управления, основанные на принципе широтно-импульсной модуляции (сокращённо ШИМ) заряжающего тока. Смысл работы такого контроллера заключается в том, что он понижает заряжающий ток, когда достигается предельное значение напряжения. При таком подходе заряд аккумулятора доходит практически до 100 процентов. Эффективность процесса увеличивается до 30 процентов.

Контроллер заряда PWM
Есть модели PWM, которые умеют в зависимости от температуры ОС регулировать ток. Это хорошо сказывается на состоянии аккумулятора, уменьшается нагрев, лучше принимается заряд. Процесс становится регулируемым в автоматическом режиме.
ШИМ контроллеры заряда для солнечных батарей специалисты рекомендуют применять в тех регионах, где наблюдается высокая активность солнечных лучей. Их часто можно встретить в гелиосистемах маленькой мощности (менее двух киловатт). Как правило, в них работают аккумуляторные батареи небольшой ёмкости.

Регуляторы типа MPPT

Контроллеры заряда МРРТ сегодня являются самыми совершенными устройствами для регулирования процесса заряда аккумуляторной батареи в гелиосистемах. Эти модели увеличивают эффективность генерации электричества на одних и тех же солнечных батареях. Принцип работы устройств MPPT основан на определении точки максимального значения мощности.

Контроллер заряда MPPT

MPPT в постоянном режиме следит за током и напряжением в системе. На основании этих данных микропроцессор подсчитывает оптимальное отношение параметров для того, чтобы достигнуть максимальной выработки по мощности. При регулировке напряжения и учитывается даже этап процесса зарядки. MPPT контроллеры солнечных батарей даже позволяют снимать большое напряжение с модулей, затем преобразовывая его в оптимальное. Под оптимальным понимается то, которое обеспечивает полную зарядку АКБ.

Если оценивать работу MPPT по сравнению с PWM, то эффективность функционирования гелиосистемы возрастёт от 20 до 35 процентов. К плюсам также стоит отнести возможность работы при затенении солнечной панели до 40 процентов. Благодаря возможности поддержания высокого значения напряжения на выходе контроллера можно использовать проводку небольшого сечения. А также можно поставить солнечные панели и блок на большее расстояние, чем в случае с PWM.

Гибридные контроллеры заряда

В некоторых странах, например, США, Германии, Швеции, Дании значительную часть электроэнергии вырабатывают ветрогенераторы. В некоторых маленьких странах альтернативная энергетика занимает большую долю в энергосетях этих государств. В составе ветряных систем также работают устройства для управления процессом заряда. Если же электростанция представляет собой комбинированный вариант из ветрогенератора и солнечных батарей, то применяют гибридные контроллеры.

Гибридный контроллер
Эти устройства могут быть построены схеме МРРТ или PWM. Основное отличие заключается в том, что в них используются другие вольтамперные характеристики. В процессе работы ветряные генераторы дают очень неравномерную выработку электроэнергии. В результате на аккумуляторные батареи поступает неравномерная нагрузка, и они работают в стрессовом режиме. Задача гибридного контроллера заключается в сбросе избыточной энергии. Для этого, как правило, используются специальные тэны.

Самодельные контроллеры

Люди, которые разбираются в электротехнике, часто сами собирают контроллеры заряда для ветрогенераторов и солнечных батарей. Функциональность подобных моделей часто уступает по эффективности и набору функций фабричным устройствам. Однако в небольших установках маленькой мощности самодельного контроллера вполне достаточно.

Самодельный контроллер заряда для гелиосистем

При создании контроллера заряда своими руками следует помнить о том, что суммарная мощность должна удовлетворять следующему условию: 1,2P ≤ I*U. I – это выходной ток контроллера, U – это напряжение при разряженной батарее.

Схем самодельных контроллеров существует довольно много. Их можно поискать на соответствующих форумах в сети. Здесь следует сказать лишь о некоторых общих требованиях к такому устройству:

Контроллеры заряда аккумуляторов для ветрогенератора и солнечных батарей

Использование энергии ветра имеет важное преимущество перед другими способами выработки электрического тока. Источник достается бесплатно, имеет неиссякаемую энергию, способен обеспечить большое количество потребителей. Проблема возникает на стадии приема и обработки энергии — ветер имеет крайне нестабильную природу, особенно в условиях России.

Огромные возможности источника сильно распылены в пространстве, собрать их в одной точке весьма сложно. Для этого требуется использовать целый комплекс оборудования и аппаратуры, позволяющей принимать, преобразовывать и накапливать энергию на случай отсутствия ветра. Необходимость использования множества приборов и устройств является причиной дороговизны ветрогенераторов и заставляет задумываться об изменении технологии обработки энергии.

Чаще всего звучат предложения отказаться от использования аккумуляторов и отдавать полученную энергию прямо в сеть. Срок службы АКБ невелик, возможность перезаряда снижает его еще больше. На Западе практика поставок энергии от частных ветряков в сеть практикуется уже достаточно долгое время.

Полностью зарядив батареи, ветряк переключается на режим передачи энергии в сеть, за что владелец получает некоторую оплату. Но полностью никто от использования накопителей не отказывается, поскольку отсутствие ветра вынудит обходиться без энергии до его появления.

Ветряк или солнечная энергия без аккумуляторов

Полный отказ от использования аккумуляторов возможен только для простых систем, обеспечивающих энергией отдельные, нетребовательные потребляющие устройства. Возможные скачки напряжения или его временное исчезновение им не должны угрожать выходом из строя. К ним можно отнести простые светильники, насосы для водоснабжения.

Подключение потребителей напрямую к генератору создает неравномерный режим питания, зависящий от скорости ветра в данный момент. Для большинства бытовых или промышленных приборов такой режим неприемлем и грозит выходом из строя.

Солнечные батареи находятся в похожих условиях. Периодичность появления источника, зависимость от погоды и состояния атмосферы также вынуждают запасать энергию в аккумуляторах. Исключением могут служить солнечные нагреватели, обеспечивающие отопление домов в зимний период.

Технологии подключения частных генераторов к сети в России не используются. Это объясняется ничтожным количеством таких устройств и нерентабельностью установки оборудования для этого. В данном случае причина состоит в нецелесообразности, а не в отсутствии способа реализации.

Есть простые разработки, предлагающие использование энергии с генератора через трансформаторы, но они не решают основной проблемы — отсутствия питания в безветренную погоду. Кроме того, для качественного питания потребуются стабилизаторы тока и прочие устройства, что в конечном счете образует комплекс, не меньший по объему оборудования, чем состав с аккумуляторами.

Полноценное пользование ветряком, подключенным к сети и функционирующим в двух режимах, требует наличия централизованной системы, рассчитанной на большое количество подобных абонентов. Отдельные единичные источники во внимание приниматься не станут, поскольку полученная энергия от них не оправдает затраты на модификацию оборудования.

Аккумуляторы для ветрогенератора: типы, технологии, назначение

В связке с ветрогенераторами используют разные типы аккумуляторов. В их число входят:

  • стартерные АКБ для автомобилей. Простые и распространенные устройства. Существуют негерметизированные образцы, выдерживающие до 100 циклов разряда и ежегодно нуждающиеся в обновлении электролита и дистиллированной воды. Герметизированные модели — одноразовые, выдерживают до 200 циклов разряда, после чего подлежат утилизации
  • батареи AGM. Герметизированные кислотные накопители, способные выдержать до 400 циклов разрядки. Не переносят перезарядки. При изготовлении этих батарей используются абсорбированный электролит, которым пропитывается стекловолоконный заполнитель отсеков. В режиме подзарядки способны выдерживать до 10-12 лет работы
  • гелевые АКБ . В составе электролита имеется силикагель, способствующий загустению. Вследствие такого состояния батареи не выделяют вредных паров, не вытекают при нарушении герметичности корпуса. Чувствительны к перезарядке, но на разрядку реагируют достаточно спокойно. Способны служить около 10 лет
  • панцирные АКБ. Герметизированные необслуживаемые устройства нового поколения. Благодаря конструктивным особенностям способны выдерживать до 1500 циклов. Пластины покрыты кислотопроницаемым полимерным слоем, защищающим их от осыпания и разрушения, отсюда такая долговечность батареи

Специфика кислотных АКБ состоит в способности электролита выкипать при перезаряде. Большинство устройств нового поколения необслуживаемое, т.е. их конструкция не предусматривает возможность пополнить объем электролита, поэтому необходимо следить за уровнем заряда и содержать контроллер (устройство, автоматически отключающее АКБ от генератора при достижении критических значений) в исправности.

Кроме того, учитывая падение емкости АКБ при понижении температуры, следует обеспечить условия для хранения, позволяющие работать в оптимальном режиме.

Для чего контроллер аккумулятора

Несмотря на то, что емкость современных АКБ, как и их функциональные возможности, существенно увеличилась, алгоритм их зарядки остался практически неизменным. Когда батарея разряжается, к ней подключают специальное оборудование, которое за счет стимулирования химических реакций в аккумуляторе производит пополнение его емкости.

Важно! Если своевременно не прекратить зарядку, то АКБ может перегреться, и даже произойти взрыв. В ситуации, когда тока для восполнения заряда недостаточно, батарея не может восстановить свою емкость, нахождение длительное время в разряженном состоянии может существенно сократить срок эксплуатации.

Чтобы все процессы происходили корректно, а встроенный в мобильный прибор элемент питания работал как можно дольше, необходим контроллер заряда аккумулятора. В его основе, как правило, находятся два резистора, которые контролируют верхний и нижний пределы напряжения. В самом начале восполнения энергии они пропускают через себя максимальный ток, затем его постепенно сокращают, предохраняя АКБ от перезарядки. Если напряжение ниже минимально необходимого, резистор дополняет его до требуемого уровня за счет ранее накопленной энергии.

Контроллер заряда АКБ в обязательном порядке присутствует в ноутбуках, мобильных телефонах, переносных кассовых аппаратах, планшетах и так далее. Устанавливают его и в возобновляемые источники энергии, поскольку принцип их работы заключается в том, чтобы накопить энергию в специальную батарею в период солнечной или ветряной активности, а затем передавать ее потребителю. Чтобы контролировать данные процедуры, нужен в данном оборудовании описываемый элемент.

Функции устройств

Описываемые приборы требуются для решения следующих задач:

  • Оптимизировать систему питания, обеспечить ее стабильность и максимальную продолжительность работоспособности.
  • Сохранять ресурсы АКБ, увеличить срок ее службы.
  • Предотвращать фатальные поломки аккумулятора, обеспечивать безопасность использования.

Базой для решения этих задач является контроль процесса разряда и восполнения емкости батареи. В частности, необходимо отслеживать, чтобы ток был меньше максимально допустимого уровня, но и не ниже тока саморазряда АКБ. Поскольку описываемая деятельность происходят в аккумуляторе в результате химической реакции, необходимо контролировать все ее этапы, не допуская перегревания элемента питания и других побочных эффектов.

Дополнительная информация. В ноутбуках и мобильных телефонах описываемые элементы выполняют дополнительную функцию: управляют потоками энергии при пополнении емкости при одновременной работе оборудования, что требует внесения дополнительных элементов в схему. В возобновляемых источниках энергии, в которых используется несколько банок АКБ, устройства необходимы, чтобы заряжать только пустые батареи.

Большинство современного мобильного оборудования обладает встроенными контроллерами, поэтому делать приспособление для отслеживания зарядки аккумулятора своими руками, как правило, нет необходимости. Вместе с тем некоторые радиолюбители самостоятельно изготавливают различные приборы с АКБ, в такой ситуации возникает вопрос, как сделать прибор для отслеживания пополнения емкости своими руками, чтобы обеспечить безопасность функционирования оборудования и долговечность батареи.

Для этого необходимо использовать специальную микросхему, на которой должны быть установлены транзисторы для управления соответствующими процессами, а также датчики уровня тока и напряжения. Затем прибор подключается к батарее и электрической сети, пользователь может видеть уровень напряжения и быть уверенным в том, что пополнение емкости вовремя прекратится.

Алгоритм функционирования

На большинстве микросхем, имеющих 6 или 8 выводов (источников поступления и передачи сигналов о состоянии батареи) устанавливается два полевых транзистора. Один из них отвечает за подключение или отключение нагрузки (различных элементов мобильного устройства, потребляющих энергию). Второй – производит аналогичные действия, но с источником тока.

Результат работы такой схемы следующий:

  • При достижении величины тока максимального уровня транзистор, отвечающий за пополнение емкости, отключает соответствующее устройство и накапливает энергию внутри себя, одновременно выделяя ее в виде тепла (поэтому при длительной зарядке телефона можно обнаружить, что он становится горячим), защищая таким способом АКБ от перезаряда.
  • Если достигнуто минимальное напряжение, то транзистор, отвечающий за подключение нагрузки, отключает все элементы, и мобильное оборудование принудительно переводится в режим сна. Затем, когда оно подключается к источнику тока, его работа возобновляется.

Обратите внимание! Функционирование возобновляется только при достижении определенного уровня тока, поэтому часто, подключая, например, разряженный телефон к электрической сети, необходимо подождать некоторое время прежде, чем он включится.

Итак, описываемые элементы схем (как заводские, так и сделанные самостоятельно) требуются для управления пополнением емкости и разрядки батарей. Это позволяет обеспечить безопасность работы мобильного оборудования и увеличить его срок службы. Кроме того, такие элементы необходимы и в возобновляемых источниках энергии, где также требуются управление накоплением энергии и ее последующая передача потребителям.

Контроллер заряда солнечной батареи своими руками

В специализированных компаниях, а также торговых сетях занимающихся электронным оборудованием можно приобрести контроллеры заряда, выпускаемые различными компаниями производителями, как отечественными, так и зарубежными.

Вам будет интересно  Зарядные устройства на солнечных батареях для автомобиля и смартфона

Подобное оборудование стоит достаточно дорого, поэтому для снижения стоимости гелио установки и сокращения сроков ее окупаемости, подобное устройство можно собрать своими руками.

В этом случае, конечно же, необходимо уметь пользоваться паяльником и иметь хотя бы начальные знания касающиеся электронных устройств и способах их монтажа.

Схема контроллера заряда

Существует множество схем подобного оборудования, различающихся по степени сложности изготовления и техническим возможностям готового изделия после его сборки.

Конкретную схему каждый пользователь выбирает для себя сам, ориентируясь на свой опыт работы с электронными изделиями и умением их собирать самостоятельно.

На ниже следующем рисунке приведена схема контроллера, о сборке которого будет рассказано далее.

Конструктивная схема контроллера заряда аккумуляторной батареи на основе двух микросхем

Комплектующие для самодельного контроллера управления работой солнечной батареи

Для сборки контроллера по выше приведенной схеме потребуются следующие комплектующие, а именно:

  • Микросхемы — LM385-2.5 (2 шт.);
  • Конденсаторы – емкостью 100 пф (2 штуки) и 1000 пф (1 штука);
  • Диоды — SB540 (1 штука) или аналогичный с рабочим током равным максимальному току, вырабатываемому солнечной батареей, а также диод Шотки;
  • Транзисторы — BUZ11, BC548, BC556;
  • Резисторы — R1 – 1k5, R2 – 100k, R3 – 68k, R4 и R5 – 10k, R6 – 220k, R7 – 100k, R8 – 92k, R9 – 10k, R10 – 92k.
  • Светодиодный индикатор – 1 штука.

Важно! Данная схема рассчитана на работу с одной солнечной батареей, способной вырабатывать максимальный ток 4,0 Ампера и аккумулятором, емкость которого составляет 3000 А/час.

При необходимости комплектующие можно заменить, а также усовершенствовать данную схему, если появиться такая необходимость.

Вот некоторые советы по замене комплектующих:

  1. Если заменить микросхемы, то следует менять и конденсатор С2 (его емкость должна соответствовать новым характеристикам микросхем).
  2. При невозможности приобрести резисторы сопротивлением 92К (R8 и R10 на схеме), их следует заменить на два подключаемых последовательно, сопротивлениями 82 и 10 К.

К сведению! При использовании солнечных панелей, максимальный ток которых более 4,0 А, необходимо использовать более мощные транзисторы и диоды, чем указанных в рассматриваемой схеме.

Принцип работы собираемой схемы

В темное время суток, когда солнечная батарея не вырабатывает электрический ток, контроллер находиться в режиме ожидания (спящий режим).

При попадании солнечных лучей на фотоэлектрические элементы гелио установки, начинается вырабатываться электрический ток, и при достижении напряжения, равного 10,0 В контроллер включается в работу (электрический ток подается на клеммы аккумулятора).

Когда напряжение станет равным 14,0 В, включается в работу усилитель U1 и зарядка прекращается (в это время разряжается конденсатор С2).

После разрядки конденсатора напряжение падает и закрывается мощный транзистор (VT3 на схеме) и зарядка АКБ возобновляется.

Разнообразие моделей готовых контроллеров заряда позволяет выбрать нужную по техническим характеристикам и в заданном ценовом диапазоне

Сборка контроллера заряда аккумулятора

Для того, чтобы было удобно использовать собираемую конструкцию, необходимо подобрать корпус, в котором будет размещена плата с установленными на нее электронными составляющими и изготовить саму эту плату.

В магазинах группы «Сделай САМ» можно приобрести специальные заготовки для изготовления печатных плат, представляющие собой диэлектрик (стеклотекстолит) в виде пластины, на который нанесен слой меди или иного токопроводящего материала.

Изготовление печатной платы осуществляется в следующей последовательности:

  1. На бумаге рисуется шаблон, соответствующий схеме, предполагаемой к размещению на печатной плате. На шаблоне прорисовываются дорожки между элементами схемы, а также места установки этих элементов.
  2. Подбирается заготовка печатной платы нужного размера (если необходимо, то излишки обрезаются при помощи ножовки по металлу).
  3. Шаблон приклеивается при помощи клея «Момент» на подготовленную заготовку.
  4. В местах крепления элементов схемы просверливаются отверстия (сверло диаметром 0,7 – 0,8 мм).
  5. Шаблон удаляется, а на заготовке платы, между просверленными отверстиями, прорисовываются дорожки связи (для этого используется краска стойкая к водным растворам).
  6. Когда дорожки и места пайки электронных составляющих прорисованы, можно приступать к травлению платы.

Важно! Перед нанесением краски на поверхность печатной платы ее следует обезжирить при помощи бензина, ацетона или простого моющего средства.

Вариант прорисовки шаблона печатной платы с нанесением комплектующих и электрических дорожек

К сведению! Травление, в домашних условиях, можно выполнить с помощью перекиси водорода или раствором хлорного железа.

Травление осуществляется следующим образом, а именно:

  • В специальную емкость, стойкую к воздействиям химических веществ (стекло, эмалированная посуда и т.д.) наливается подготовленный раствор;
  • Затем в раствор погружается печатная плата с нанесенным на него рисунком.
  • Когда токопроводящий слой, в местах, где отсутствует краска, раствориться, плата достается из раствора, после чего обливается проточной водой;
  • После этого заготовка вытирается насухо и с ее поверхности удаляется краска, обозначающая электрические дорожки (используется наждачная бумага).

Когда краска будет удалена, печатная плата готова к размещению электронных элементов схемы.

Внешняя печатная плата изготовленная своими руками

В соответствии с выбранной схемой и шаблоном размещения комплектующих, выполняется впаивание элементов конструкции, в местах где просверлены монтажные отверстия.

Готовая плата помещается в подготовленный корпус, на котором монтируются места вывода контактов к источнику электрического тока (солнечная батарея) и накопительному элементу гелио системы (аккумуляторная батарея).

Проверятся работоспособность собранной схемы, и выполняется установка собранного контроллера в выбранном месте размещения.

Обзор лучших моделей контролеров заряда аккумулятора на Алиэкспресс

Ниже представлено описание моделей контроллеров , характеристики которых были по достоинству оценены многочисленными покупателями:

  • TZT DC 6-60 в 30A

Предназначена для свинцово-кислотных аккумуляторов. Диапазон напряжения – от 6 до 60В. Модель оснащена ЖК-дисплеем XY-L30A. На мониторе отображаются напряжение, процент и продолжительность заряда. На базе устройства реализована опция автоматического контроля заряда. Также имеется функция установки времени заряда, формат – 24 часа, максимальная продолжительность – 100 часов.

  • CORE SET XY-L10A

Данный контроллер заряда аккумулятора с Алиэкспресс адаптирован для работы со свинцово-кислотными аккумуляторами. Рабочие параметры и время зарядки отображаются на ЖК дисплее. В числе предлагаемых функций: автоматический контроль, установка времени, управление с мобильных устройств и ПК через последовательное подключение.

  • Diymore XH-M604

Рассчитан на входное напряжение в пределах 6-60В. Модель отличается высокой точностью отображения и управления – 0,1В. Уровень заряда отображается на ЖК-мониторе. Допускает установку уровней начального и конечного напряжения. Имеет компактные размеры 81*54*18 мм.

  • EASUN POWER ICharger PWM 10A 20A 30A

Встроенный промышленный микроконтроллер, на базе которой реализована 4-х ступенчатая функция широтно-импульсного преобразования PWM. Работает со свинцово-кислотными и гелиевыми аккумуляторными батареями. Рассчитан на напряжение 12-24В и силу тока 10A, 20A, 30A в зависимости от модификации. Все рабочие параметры отображаются на ЖК-дисплее. Также в числе достоинств модели – встроенная защита от короткого замыкания, обратная защита, защита от перегрузки. В процессе работы отмечен низкий уровень нагревания устройства.

  • SLAR MG 60A/50A/40A/30A/20A/10A

Контроллер с PWM-функцией. На LED-индикаторе отображается входное и выходное напряжение, а также – уровень заряда батареи в реальном времени. Может подключаться и управляться с компьютера через USB-порт. Возможен выбор одного из трех режимов заряда – быстрый, стабильный и поддерживающий с опцией контроля заряда. Встроена защита от перезаряда, перегрузки и от короткого замыкания.

  • Y-SOLAR Z10/Z20/Z30

Модель контроллера заряда аккумулятора с Алиэкспресс с PWM-функцией в нескольких вариантах исполнения, в зависимости от силы тока 30A, 20A, 10A напряжением 12-24В и мощностью от 120 до 360Вт. Подходит для различных типов свинцово-кислотных батарей с таймером нагрузки. Установлен двойной светодиодный дисплей. Возможно подключение и управление через USB-порт. На базе контроллера реализована 4-ступенчатая зарядка Boost, ABS, Equalization, Float благодаря использованию промышленного микропроцессора STM 8. Имеется опция таймера и запоминания ранее настроенных параметров. Встроена защита от перегрева, обратного тока, короткого замыкания, разрядки и перегрузки. На устройство предоставляется гарантия производителя 12 месяцев.

Где устанавливается

Подключается контроллер между аккумулятором и панелью солнечных батарей. Однако, в схему подключения обязательно должен входить инвертор для солнечной батареи. Инвертор используется для преобразования постоянного 12 В тока, который идет от солнечной батареи, в переменный 220 В, текущий в любой розетке в доме, монтируется после аккумуляторной батареи.

Также важно наличие предохранителя, который выполняет защитную функцию от различных перегрузок и замыканий. Поэтому, для того чтобы обезопасить свой дом, необходимо произвести монтаж предохранителя. При наличии большого количества солнечных панелей желательна установка предохранителей между каждым элементом схемы.

На рисунке ниже показано, как выглядит инвертор (черная коробка):

Стандартная схема подключения выглядит примерно так, как представлена на рисунке ниже.

Схема показывает, что солнечные панели соединены с контроллером, электрическая энергия поступает в контроллер, а затем накапливается в аккумуляторе. Из аккумулятора она снова идет в контроллер, а после поступает в инвертор. А уже после инвертора идет распределение на потребление.

Как осуществить подключение самостоятельно

Подключить контроллер заряда MPPT для солнечных батарей достаточно просто. Для этого следует понимать принципиальную схему подключения, уметь в ней разбираться и ориентироваться, а также соединить все провода и элементы с полным соблюдением полярности, то есть «плюс» соединить с «плюсом», а «минус» с «минусом».

На рисунке ниже можно увидеть специальные отверстия с «плюсом» и минусом», собственно следует правильно засунуть в них нужные провода.

Более подробная схема представлена ниже.

Схема подключения довольно-таки проста, важно соединить все элементы, соблюдая полярность, а также необходимо учесть, чтобы они безопасно располагались в доме и не угрожали жизни. Справиться с такой задачей сможет каждый.

Возможно подключение нескольких аккумуляторов, однако здесь присоединять необходимо смешанным способом, а именно: группа аккумуляторных батарей подключается между собой параллельно, а к контроллеру последовательно. Подобную схему можно увидеть на рисунке ниже.

Как видно из схемы, количество аккумуляторов не ограничено. Однако, следует понимать, что при таком числе необходимо приобрести соответствующий инвертор, который будет способен справиться с такой большой нагрузкой.

Что будет, если не производить установку

Если не установить контроллеры MPPT или PWM для солнечных батарей, то потребуется самостоятельный контроль за уровнем напряжения на батареях. Осуществить это можно с помощью вольтметра, как показано на рисунке ниже.

Однако, при таком подключении уровень заряда аккумулятора не будет фиксироваться, в результате чего он может перегореть и выйти из строя. Данный способ подключения возможен при подключении небольших солнечных панелей для питания устройств мощностью не более 0,1 кВт. Для панелей, которые будут питать целый дом, монтаж без контроллера не рекомендуется, так как оборудование выйдет из строя намного раньше. Также из-за перезарядки аккумулятора могут выйти из строя: инвертор, так как он не будет справляться с таким напряжением, может от этого сгореть проводка и так далее. Поэтому следует проводить правильный монтаж, учитывать все факторы.

Самый простой контроллер для RGB-ленты на трех транзисторах

Для создания эффекта поочередного изменения RGB светодиодов ленты предлагается собрать несложную электронную схему управления. Напряжение с каждого из трех выходов автоколебательного кольцевого мультивибратора поочередно поступает на вход R, G или B полосы светодиодов. В определенный момент времени горит только красный, зеленый либо синий цвет. Длительность переключения задается параметрами задающей время цепи из резистора и конденсатора.

Необходимые детали, инструменты

Для изготовления нужно по 3 радиоэлектронных элемента:

  • Полевой n-канальный МОП-транзистор типа IRFZ44. Применяется в регулируемых источниках тока, стабилизированных преобразователях, системах управления, контроля электронных узлов и блоков.
  • Алюминиевый электролитический конденсатор емкостью 2,2 микрофарады с рабочим напряжением не менее 25 вольт. Номинальные параметры указаны на корпусе.
  • Постоянный резистор с мощностью рассеивания тепла не меньше 0,125 ватт и активным сопротивлением 1 мегомов.

Узел подключается к светодиодной трехцветной ленте типа SMD5050 или аналогичной с 12-вольтным питанием. На полосе размещены модули, каждый из которых содержит 3 трехцветных диода. Соответствующие клеммы цвета и питания, соединяясь параллельно, выведены на точки подключения на полотне. Управляющие сигналы каждого свечения поданы на светодиоды через персональный токоограничивающий резистор. Параллельно соединенные модули размещены на ленте длиной до 5 метров.
Для надежного соединения радиодеталей подойдет любой паяльник. Придать выводам удобную для работы форму, выгнуть их и отрезать до нужной длины помогут плоскогубцы, кусачки или нож. Узел работает от постоянного источника тока 12 вольт.

Сборка схемы контроллера

Деталей мало, поэтому удобно сделать монтаж навесным способом, когда элементы припаивают непосредственно друг к другу без промежуточных контактов, опор или сборочных плат.

Кристалл транзистора размещен внутри пластмассового корпуса. Расположенный по центру «Сток» соединен также с большим металлическим теплоотводом. Обычно он используется для крепления к стенке электронного блока. Металл радиатора легко лудить, поэтому удобно использовать его как контактную площадку для припаивания сопротивления.
Второй его конец соединяется с выводом «Затвор» следующего элемента.
Аналогично подключается третий транзистор, но его «Сток» соединятся через резистор с электродом «Затвор» первого каскада, образуя кольцо.

Конденсатор включается между электродами «Затвор» и «Исток» каждого транзистора. Предварительно необходимо правильно определить полярность компонента по маркировке на корпусе. Обычно отмечен отрицательный электрод, который паяем на «Исток».

Отрезком провода соединяются между собой «Исток» всех транзисторов, создавая шину подключения клеммы «минус» блока питания. Жесткие электроды транзисторов легко раздвинуть и придать устойчивую форму, чтобы избежать случайных коротких замыканий.

На светодиодном полотне обозначены точки включения «R», «G» и «B». Отрезками изолированного провода каждая из них подключается к «Сток» одного из транзисторов.

«Плюс» источника тока соединяется с клеммой «+» ленты, «минус» припаивается к шине «Исток» транзисторов.
Собранный из исправных деталей при полном соответствии монтажа принципиальной схеме контроллер начинает работать после включения без необходимости предварительной настройки или подбора параметров элементов. Частота переключения уменьшится при увеличении номинала емкости и наоборот.

Что собой представляет управляющий контроллер?

Данное устройство отвечает за работу каждого потребителя, а также руководит работой электроприборов, входящих в умный дом. Контроллер позволяет отправить сигнал владельцу о текущем состоянии разных модулей. Изделие программируется в соответствии с пожеланиями владельца, для выполнения заданных действий. Для большего удобства можно настроить определенный рабочий график. Устройство может действовать в автономном режиме, когда владельца нет в квартире. Для осуществления корректной работы используют:

  • смартфоны;
  • радиопередатчики;
  • компьютерные сети.

покупка контроллеров происходит в соответствии с выбранной архитектурой центра управления.

Принцип работы устройства

Популярные системы для управления электроприборами обязательно должны иметь собственный контроллер. Именно он отвечает за выполнение сценариев в автоматическом режиме. Настройка выполняется путем активации различных механизмов, призванных облегчить жизнь человека. С помощью устройства удается контролировать выполнение задач, которые были предустановлены для умного дома, либо установлены самим владельцем. Поэтому важным пунктом остается наличие обратной связи. Контроллер отвечает за датчики, установленные в помещении, которые связаны с ним аппаратно. Пользователю остается выбрать подходящий режим работы.

Польза сведений, передаваемых устройством, зависит от потребностей владельца. Некоторым обывателям часть опций просто не нужна, но более продвинутые пользователи обязательно оценят обширный функционал. В процессе настройки оборудования важно также решить вопрос о том, насколько автоматизированным будет сценарий работы. Далеко не всегда есть необходимость уточнить текущее давление воды или напряжение.

Входы и выходы контроллера

Каждое устройство оснащается функциональными разъемами. Так вход выступает в качестве шлюза для подключения различных модулей, отвечающих за отправку информации На него. Выходы выступают разъемами, позволяющими передавать сигналы С контроллера, чтобы выбранный модуль изменил свои текущие показатели. Эти разъемы могут относиться к дискретным или аналоговым. Первые отличаются двумя возможными положениями:

  • сигнал;
  • нет сигнала.

В логическом эквиваленте это выглядит как 0 или 1. От объемных сенсоров поступает импульс на вход контроллера именно так, ведь движение либо есть, либо нет. После этого устройство генерирует обратный импульс в соответствии с заданным режимом работы.

Аналоговый тип входа позволяет различать не только текущий тип импульса, но и определяет значение. Поэтому такие разъемы используются для сенсоров влажности. Выход аналогового типа передает сигналы лампочкам, обеспечивая изменение освещенности в помещении.

Типы связи контроллеров

Контроллер позволяет построить оборудование для домашней автоматизации работы электроприборов. Для этого устройство принимает сигналы и транслирует импульсы на выбранные модули. Осуществить связь можно разными способами:

  • Удаленно;
  • Локально.

Также различие заключается в том, какой метод передачи используется – беспроводной или проводной. В первом случае локальная связь обеспечивается посредством:

  • Радиопередатчика;
  • Wi-Fi;

Настраивать текущее положение системы можно из любого помещения, а также находясь за пределами здания. В помещениях, где используются экранирующие элементы, дополнительно устанавливают радиоточки.

Удаленно поддерживать связь в беспроводном режиме удается при помощи подключения к интернету, а также посредством использования устройств расширения связи. Это позволяет гарантировать стабильный доступ к контроллеру. С этой целью применяются:

  • GSM/GPRS;
  • Мобильный интернет;

Даже в случае отсутствия подключения к глобальной сити, у пользователя сохраняется возможность отправить или получить сообщения на смартфон. Кроме последнего, для осуществления связи используют планшеты и ноутбуки.

Локальная связь проводного типа считается устаревшим способом, поэтому встречается редко. Такой вариант обладает превосходной надежностью. Для связи потребуется установленный кабель или проложенная ранее проводка. Такое подключение подходит для центральных и региональных элементов управления. Расширить функции удается путём включения коммутатора, создающего дополнительные ответвления.

Удаленная связь проводного типа сегодня остается дорогим методом, так как для установки потребуется проложить большой объем кабеля. Стоимость связи будет расти в зависимости от удаления блока управления от его контроллера. Метод используют государственные структуры, которые нуждаются в надежном управлении близлежащими территориями. В домашних условиях связь этого типа не используют.

Варианты конфигураций

Повышение производительности работы электроприборов и их автоматизации ведет к тому, что человек разрабатывает более совершенные механизмы, отвечающие за подобную функцию. Стремление связано с желанием уменьшить массу и размеры каждого устройства. Но функциональность контроллеров не должна от этого страдать. К устройствам управления современного типа устанавливают ряд требований:

  • Высокая автоматизация;
  • Самоконтроль за выполнением текущих задач;
  • Простота управления и четкое следование сценарию.

Внедрение инновационного оборудования значительно упрощает многие процессы бытового уровня. Контроллеры принимают в этом непосредственное влияние. К ним можно подключить широкий диапазон модулей, среди которых:

  • Климатическое оборудование;
  • Регулировка освещения;
  • Сигнализация и безопасность;
  • Медиасистемы;
  • Водоснабжение и отопление.

Для обеспечения управления домом потребуется распределенная или центральная система. Первую еще называют шинной. Такое оборудование отличается широким применением. Изначально устройство изготавливалось для использования в умном доме. Известные производители:

  • BTicino;
  • Jung;

Среди преимуществ распределенного комплекта стоит отметить:

  • Расширяемость. Пользователю достаточно приобрести различные модули, которые включаются в шину и настраиваются без лишних усилий, чтобы повысить функциональность умного дома;
  • Рынок переполнен производителями и качественной продукцией, которая хорошо соотносится между собой;
  • Оборудование обладает высоким качеством, поэтому и система будет надежной. В случае отключения одного из элементов, остальное оборудование продолжит свою эксплуатацию.

Альтернативой выступает центральная система. Она отвечает за управление с помощью центрального контроллера. Поэтому все модули должны быть подключены к единому центру управления. Каждый сенсор подключается к контроллеру, поэтому от них должны исходить соответствующие провода.

Достоинства такой конфигурации в следующем:

  • Можно воспользоваться любыми выключателями и датчиками, что снижает стоимость умного дома;
  • Наличие минимальных навыков программирования позволит владельцу системы лично настроить ее работу. Поэтому нет необходимости приобретать новое ПО;
  • Для интеграции можно пользоваться различной техникой.

Создаем контроллер умного дома самостоятельно

Создание сети домашних электроприборов не требует особых умений и познаний. Поэтому пользуясь простой инструкцией можно будет подготовить рабочий контроллер, отвечающий за выполнение выбранного сценария. Рассмотрим создание на примере контроллера Z-5R.

Для работы потребуется использовать:

  • Замок;
  • Блок питания;
  • Считыватели;
  • Кнопка выхода.

Ток блока питания определяется от модели замка, которую планируется использовать. Так в случае с электромагнитными устройствами достаточно 1А, а для электромеханики не обойтись без блока на 3-4А. Уточнить уровень расхода энергии позволяет уточнить паспорт изделия, который должен идти в комплекте с любым качественным замком.

Для работы контроллера можно использовать нормальнооткрытые или нормальнозакрытые замки. Для соответствующего устройства потребуется и джампер, который крепится на плату контроллера.

В процессе работы применяются диоды 1N5400, 1N5408 или схожие представленным. Расположить диоды можно на контактах, но чем ближе к замку они находятся, тем более высоким будет уровень защиты.

Контроллер должен иметь и кнопку выхода. Умный дом vera предполагает использование любой кнопки с Normally Open контактом. Продолжительность открывания замка не ограничивается. При использовании устройств SOKOL-ZS и LC у пользователя также будет возможность ограничивать сроки открывания с помощью программирования.

Считыватели подключаются к контроллеру при помощи витой пары. В данном случае выбор следует останавливать на устройствах с Dallas Touch Memory, так как именно этот протокол будет использоваться в процессе работы контроллера.

Контроллер для ветрогенератора: зачем нужен и как работает

Без контроллера ветровая установка не будет адекватно функционировать. Устройство выполняет такие задачи:

  • контроль вращающихся лопастей ветряка (регулировка энергии);
  • контроль заряда АКБ, которые накапливают собираемую ветряком энергию;
  • преобразование переменного тока в постоянный, чтобы питать аккумуляторы;
  • распределение электричества (отталкиваясь от уровня заряда аккумуляторов и количества полученной энергии).

Ветровые установки бывают большой и малой мощности. Для высокомощных ветрогенераторов в комплект к контроллеру идет балластное сопротивление (трубчатые электронагреватели и другие виды резисторов с высоким уровнем сопротивления). Плюс, при превышении мощности в АКБ до 15В прибор перенаправляет заряд с аккумуляторов на балласт.

Для маломощных ветровых генераторов контроллер служит своеобразной страховкой от перенапряжения. При полном заряде аккумуляторов он тормозит вращение лопастей ветрогенератора, чтобы прекратить активную выработку энергии. Так АКБ не пострадают от перегрузок, а электричество будет распределено равномерно. Это увеличит срок службы электроприборов, в том числе и аккумуляторных батарей.

Технические характеристики

При покупке контроллера заряда для ветрогенератора необходимо внимательно изучить его техпаспорт. При выборе важны характеристики:

    мощность — должна соответствовать мощности ветровой установки Для различных типов ветровых генераторов используют различные виды и конструкции контроллеров, но основные принципы работы подобных устройств, можно разделить на два типа, это:

  1. Для ветровых установок относительно не большой мощности: при достижении напряжения на клеммах аккумуляторных батарей выше 15,0 В, контроллер перемыкает обмотки генератора, что приводит к остановке вращения лопастей ветровой установки. При снижении напряжения до 13,5 В, контроллер дает команду на разблокировку обмоток, и установка начинает работать в нормальном режиме.
  2. Для мощных ветровых установок – в комплекте с электронным блоком контроллера монтируется балластный резистор с большим сопротивлением. При достижении напряжения на клеммах аккумуляторов в 14,0 – 15,0 В, контроллер не отключает ветровую установку, а «лишнюю» энергию сжигает на балластном сопротивлении. В качестве балласта могут быть использованы нагревательные элементы (ТЭНы), служащие для нагрева воды в системах горячего водоснабжения или отопления зданий и сооружений.

Основные характеристики

При выборе контроллера, используемого в схемах ветровых генераторов, необходимо изучить технические характеристики данного электронного устройства.

Основными характеристиками, которые указывает производитель, служащими критериями выбора подобных устройств, являются:

  • Номинальное напряжение, измеряемое в Вольтах;
  • Рабочая мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальная мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальный ток, измеряемый в Амперах;
  • Сброс балластной энергии (что может быть использовано);
  • Условия эксплуатации (рабочая температура, влажность, высота над уровнем моря);
  • Способность к дистанционной передаче данных о работе ветровой установки;
  • Габаритные размеры;
  • Вес устройства.

В настоящее время отечественные и зарубежные компании, специализирующиеся на производстве альтернативных источников энергии, а также их комплектующих, выпускают несколько видов контроллеров, успешно работающих в ветровых установках, это:

  • PWM (ШИМ) контроллеры – устройства с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В аппаратах данного вида осуществляется процесс управления мощностью, путём изменения импульсов, при постоянной частоте.

Достоинствами данного вида являются:

  • Относительно не большие габаритные размеры, в сравнении с аналогами;
  • Способность к быстродействию в процессе работы;
  • Надежность конструкции.
  • МРРТ контроллеры – как правило используются в солнечных установках, но могут применяться и в комплекте с ветровыми генераторами. Основой работы устройств данного вида является способность определять точку максимальной мощности, которая характеризуется напряжением и силой тока в конкретный момент времени.

Достоинствами данного вида являются:

  • Являются наиболее эффективными устройствами, в сравнении с аналогами.

Основной недостаток – более высокая стоимость.

Контроллер для ветрогенератора и солнечных панелей

Для работы с ветровым генератором можно использовать контроллер, изначально предназначенный для работы с солнечной электростанцией, главным условием для этого, является наличие возможности, у конкретной модели, выполнить настройку «выхода» (load).

Ветровой генератор подключается на вход используемого контроллера, единственное, что необходимо сделать, это установить диодный мост, для преобразования переменного напряжения, вырабатываемого генератором в постоянное, на котором осуществляется работа аккумуляторных батарей.

В контроллерах, используемых в солнечных электростанциях, отсутствует диодный мост на входной группе, т.к. солнечные батареи производят постоянный электрический ток.

Аккумуляторные батареи подключаются в соответствие со схемой используемого контроллера, а на «выход» подключается балластное сопротивление, в качестве которого может быть использована любая нагрузка, единственное условие при этом – мощность нагрузки должна соответствовать мощности генератора.

После того, как контроллер включен по выше обозначенной схеме, необходимо выполнить настройки режимов работы, задающие пороги отключения и включения балласта.

Расчет контроллера

Этот момент довольно сложен и зачастую выполняется не столько именно путем расчетов, сколько подгонкой параметров балластного регулятора к имеющимся характеристикам ветрогенератора. Дело в том, что каждое устройство имеет собственные рабочие показатели, несоответствие которым не позволит контроллеру качественно выполнять свои функции. Например, если для устройства потребуется 12 вольт для начала зарядки, а контроллер собран на 24, то такая система попросту не сможет работать.

Для расчета контроллера надо снять все рабочие характеристики с генератора, т.е. проверить ветряк с установленным генератором на производительность в разных режимах работы — на слабых , средних и сильных ветрах . Учесть преобладающую скорость потока, при которой устройство будет работать практически все время. На основании этих данных выбирается напряжение, при котором открывается транзистор, переключающий устройство с одного режима на другой и наоборот.

Контроллер своими руками (схема)

Зная основы электротехники и умея работать паяльников, можно изготовить контроллер ветровой установки самостоятельно.

В настоящее время есть возможность найти различные схемы подобных устройств различных видов, мощности и прочих технических характеристик, для этого достаточно зайти в сеть интернет и обраться к поиску по требуемому заданию или найти техническую литературу в специализированных магазинах и издательствах.

Один из вариантов схемы контроллера и включение его в схему работы ветрогенератора, приведен ниже:

Данная схема отличается простотой, но способна обеспечить работу ветровой установки в автоматическом режиме.

Схемы балластного регулятора

Существует несколько базовых схем контроллеров, имеющих собственную специфику:

Прерывание по минусовому контакту

Нагрузка через транзистор подается на реле. Оно пропускает ток до достижения максимального заряда, но как только нужное значение будет достигнуто (автомобильное ВАЗовское реле отсекает 14,5 В), то реле отключает минус, а транзистор открывается и пропускает ток на балласт. Как только напряжение упадет, транзистор закрывается, а реле вновь соединяет минус и начинается зарядка АКБ. В качестве балластного потребителя обычно используется обычная лампочка.

Прерывание по плюсу

Эта схема намного проще, но действует не менее эффективно. При использовании плюсового контакта в качестве управляющего транзисторы обычно заменяют твердотельным реле типа GTH6048ZA2 или подобного. Соединение генератора и АКБ получается прямым, как и контроллер. При превышении заряда устройство автоматически подключает нагрузку к аккумулятору, обеспечивая расход излишнего заряда. При достижении критического напряжения 14,5 В реле-регулятор включает твердотельное реле, подключающее нагрузку. Схема проста и поэтому она весьма надежна.

Усложнённый вариант схемы контроллера

Этот вариант применяется для трехфазных генераторов. Схема намного сложнее, так как в ней используются микросхемы и дополнительные элементы, обеспечивающие их работу. В качестве балласта используется нихромовый резистор, намотанный на керамике.

Принцип действия устройства состоит в выпрямлении полученного от генератора трехфазного тока, который через реле поступает на микросхему. При понижении напряжения триггер переключает схему в режим загрузки, при повышении — включается балласт, отбирающий лишний заряд. Можно собрать схему как для 12, так и для 24-вольтовых устройств.

Внимание! В настоящее время на рынок поступило множество китайских контроллеров, вполне доступных по цене и способных работать с разными устройствами от 12 до 30 В. Они вполне функциональны и способны избавить от самостоятельной сборки с неясным результатом.

Источник https://aniko-gas.ru/radiatory/kontroller-dlya-solnechnoj-batarei-svoimi-rukami.html

Источник https://xn—-7sbajn0ckaocjdfi.xn--p1ai/radiatory/solnechnyj-kontroller-zaryada-svoimi-rukami.html

Источник https://tehsistemy.ru/kontrollery-zaryada-akkumulyatorov-dlya-vetrogeneratora-i-solnechnyh-batarej/