Контроллер для солнечной батареи

Контроллер – электронный прибор, отвечающий за контроль и регулировку заряда аккумуляторной батареи. Различные модели отличаются по конструкции и режиму работы.

Виды контроллеров

В настоящее время солнечные электростанции комплектуют контроллерами трех вариантов, это:

On/Off контроллер

Наиболее дешевый аппарат. Отличительная черта данного типа аппарата в том, что при достиженииопределённого максимального показателя напряжения аппарат отсоединяет блок солнечных батарей от аккумуляторов, и зарядка приостанавливается. Контроллер этого типа применяются редко, т. к. при их использовании происходит неполный заряд батарей, что плохо отражается на их состоянии, и в продолжительной перспективе, приводит к полному выходу из строя. Единственный плюс у данного типа – низкая стоимость.

ШИМ (PWM) – контроллер

В основу работы данного типа электронного устройства заложена широтно-импульсная модуляция. В процессе эксплуатации контроллер этого типа, прекратив заряжать аккумуляторную батарею, не отключает солнечные панели, что позволяет полностью зарядить АКБ. Как правило, такие аппараты используются в установках небольшой мощности, до 2,0 кВт.

МРРТ – контроллер

Это наиболее дорогие по стоимости устройства. Работа приборов данного типа основана на управлении пиками, выходящими на максимальный энергетический уровень. Данный тип контроллера более эффективен при использовании и сокращает сроки окупаемости солнечных электрических станций.

Какие параметры контроллера необходимо учитывать

Чтобы определить критерии при выборе контроллера, необходимо сформулировать функции, которые он выполняет, к ним можно отнести следующие:

• Обеспечение заряда аккумуляторной батареи;
• Отключение аккумуляторной батареи при полном заряде в автоматическом режиме;
• Отключение нагрузок при минимальном заряде в автоматическом режиме;
• Подключение нагрузок при восстановлении заряда;
• Подключение фотоэлементов при заряде аккумуляторной батареи в автоматическом режиме.

Определившись с функциями, за выполнение которых отвечает контроллер, можно сформулировать параметры, которые обязательно учитывают при выборе устройства.

Основных параметров два, это:

1. Напряжение, которое фиксируют на входе. Максимально допустимое напряжение может на 15 — 20% бытьвыше, чем на «холостом ходу» солнечной панели.
2. Показатели номинального тока. Для ШИМ (PWM) контроллера этот количественный показатель должен быть выше на 10% показателя тока при коротком замыкании в работе солнечной панели. MPPT-контроллер выбирают по мощности, которая должна быть выше величины произведения выходного тока регулятора и напряжения всей системы, плюс 20% от полученного значения, для создания запаса мощности в периоды активного солнца.

Современные модели контроллеров оснащены разнообразными защитными механизмами и возможностью работы в разных режимах. Наличие подобных элементов в конструкции того или иного прибора не влияет на основные параметры при его выборе, но дополнительно стимулирует приобретение той или иной модели.

К таким элементам защиты можно отнести:

• Защита от подключения неправильной полярностью;
• Защита на входе от случаев короткого замыкания;
• Защита во время нагрузок от короткого замыкания;
• Защита от перегревов;
• Защита на входе от высоких нагрузок напряжения;
• Защита от ударов молний;
• Схемы предотвращения ночного разряжения аккумуляторных батарей;
• Электронные предохранители.

Как выбрать контроллер для заряда солнечных батарей

Чтобы выбрать необходимый контроллер, необходимо определиться, какие солнечные панели установлены,или планируется установить. Далее необходимо рассчитать их мощность, определить, на какое рабочее напряжение они рассчитаны, уточнить прочие параметры формируемой системы.

Затем изучают параметры, предъявляемые к контроллеру, и увязывают их с характеристиками системы, в которой будет работать устройство. Когда технические величины определены и отвечают предъявляемым к ним требованиям, необходимо выбрать страну и фирму производителя устройства, решить из какого ценового диапазона следует выбрать котроллер. Определиться с местом приобретения и купить выбранный аппарат.

Как сделать контроллер своими руками

При наличии знаний в области электроники и умения обращаться с паяльником, можно изготовить контроллер заряда из подручных материалов самостоятельно. Конечно, это будет простейший из видов контроллеров, так называемый тип «On/Off» контроллеров.

В приведенной внизу схеме с помощью электронных компонентов формируется сигнал, получаемый от солнечных панелей. Транзисторы, установленные в схеме, управляют работой последней, резисторы регулируют параметры переключения режимов работы, а микросхемы выполняют роль операционного усилителя и регулятора параметров.

Хотя из приведенной схемы видно, что изготовить подобный элемент системы несложно, к тому же всегда схему можно дополнить и доработать, но все же несмотря на очевидную простоту, использовать контроллеры, изготовленные подручными средствами самостоятельно не рекомендуется, дабы избежать неблагоприятных последствий, таких как вывод из строя аккумуляторных батарей.

Можно ли обойтись без контроллера для солнечной батареи

Иногда при самостоятельной разработке солнечной электрической станции возникает вопрос, а можно ли обойтись без контроллера? Для ответа на поставленный вопрос необходимо вспомнить о роли данного устройства в системе преобразования солнечной энергии в электрическую. Если сформулировать коротко, то — контроллер управляет процессом заряда аккумуляторных батарей.

При отсутствии данного элемента схемы управления, возможно закипание электролита в АКБ, что в свою очередь приведет к повреждению аккумуляторной батареи, стоимость которой значительно превышает стоимость контроллера. Из этого делаем вывод, что работа солнечной электрической станции в автоматическом режиме без контроллера недопустима.

Единственный случай, когда можно исключить контроллер из схемы управления — это не продолжительное по времени использование солнечных панелей. В этом случае, в цепь зарядки АКБ, устанавливается вольтметр и в моменты, когда заряд достигает пиковых значений, аккумуляторные батареи в ручном режиме отключают. После прохождения пиковых нагрузок, цепь зарядки, опять же в ручном режиме, включается в работу.

В настоящее время изготовлением разнообразных электронных устройств занимается большое количество отечественных и зарубежных компаний. Стоимость контроллеров разнообразных типов колеблется от 5,0 до 10,0 тысяч рублей, поэтому нет необходимости изготавливать такое сложное электронное устройство самому или вообще исключать его из схемы управления солнечной электростанции.

Получив экономию в малом, можно потерять больше при выходе из строя АКБ, к тому же работа в автоматическом режиме, которую осуществляет прибор, изготовленный профессионалами, позволяет экономить время владельца, а в современном мире, когда все быстро течет и происходит, это немаловажный фактор. Однако каждый для себя делает индивидуальный выбор, благо он, это выбор, есть всегда.

Контроллер заряда для солнечной батареи: описание и сфера применения

Контроллер заряда солнечной батареи нужен при сборке электростанции, работающей от света. Если в ветрогенераторе достаточно просто установить мощный диод, который будет предотвращать утечку тока обратно на генератор и плату защиты батареи, то в солнечных панелях потребуется более сложное устройство, способное динамически регулировать нестабильное напряжение.

Базовые понятия о работе солнечной электростанции

Любая солнечная электростанция, применяется ли она на крупном предприятии или на небольшом дачном участке, состоит из четырех основных модулей. Это непосредственно солнечные панели (монокристаллические или поликристаллические), контроллер заряда, аккумулятор и инвертор.

Работает эта схема следующим образом:

1. Находясь под солнцем, солнечные панели вырабатывают напряжение, которое поступает на контроллер заряда. Он повышает (реже – понижает) входное напряжение до необходимых для заряда аккумулятора пределов и одновременно препятствует его разряду. Напряжение с контроллера заряда поступает на емкую аккумуляторную батарею.
2. Использование солнечных панелей без аккумулятора нецелесообразно, так как при небольшом изменении освещенности могут возникать значительные перепады напряжения, которые устройство стабилизировать не в состоянии.

Зарядное устройство при этом продолжает работать и питание будет восстановлено, как только напряжение на аккумуляторе поднимется. При этом параллельно производится подключение инвертора, который преобразует постоянное напряжение в привычный нам переменный ток 220 вольт.

Подключать большие нагрузки к такой схеме не стоит, так как можно вызвать перегрузку инвертора или преждевременный разряд аккумулятора. Накопленный за день заряд подходит для освещения комнат, а также маломощных электроприборов, которым не страшна модифицированная синусоида.

Какие бывают контроллеры заряда

В серийном выпуске имеются два вида контроллеров заряда для солнечных панелей – PWM и MPPT. У обоих типов есть достоинства и недостатки.

Контроллеры PWM

Устройства с широтно-импульсной модуляцией, или PWM контроллеры, уже считаются устаревшими. В их основе лежит простая ШИМ, который удерживает напряжение на выходе посредством изменения скважности генерируемого им сигнала.

Обычно он снимает напряжение с выходного контура DC-DC преобразователя, тем самым поддерживая на выходе некоторое заранее определенное напряжение (чаще всего 12-14 вольт, однако встречаются модели и с другими параметрами). Импульсы поступают на высокочастотные транзисторные ключи, которые управляют питанием дросселя.

В результате на последнем возникают быстрые подъемы и спады напряжения, амплитуда которых зачастую в несколько раз превышает входные параметры. На выходе напряжение стабилизируется диодом и выравнивается конденсатором.

К преимуществам PWM можно отнести:

• их стоимость;
• высокую надежность;
• простоту конструкции.

Контроллеры МРРТ

Принцип работы MPPT практически ничем не отличается от PWM за исключением того, что генерацию импульсов для работы преобразователя выполняет не широтно-импульсный модулятор, а небольшой компьютер, имеющий собственные процессор и память. Он постоянно контролирует напряжение и силу тока как на входе, так и на выходе преобразователя, а также температуру внутренних радиоэлементов.

Благодаря этому достигается максимальная производительность работы солнечных панелей, практически без потерь на рассеивание тепла. Все параметры задаются микропрограммой контроллера.

Аппарат типа МРРТ подходит крупных предприятий и промышленных электростанций, благодаря:

• высокой производительности;
• быстрой окупаемости.

Поиск прибора

Как выбрать контроллер заряда для солнечной батареи для ежедневной эксплуатации? Прежде всего решите, какие источники альтернативной энергии вы будете задействовать. При использовании одновременно как солнечных панелей, так и ветрогенератора, вам понравится гибридный, который позволяет либо задействовать их одновременно, чтобы обеспечить зарядку аккумулятора, либо попеременно.

Подберите себе оптимальное рабочее напряжение для работы вашего оборудования. В качестве накопителя может быть использована свинцово-кислотная аккумуляторная батарея на 12 вольт и 60 ампер-часов из автомобиля. Найти контроллер на это напряжение будет проще всего ввиду их распространенности.

К сожалению, большинство инверторов требует напряжения 24 вольта и выше, что делает невозможным их использование с одним аккумулятором. В этом случае вам придется дополнительно покупать балансир, чтобы обеспечить равномерный износ двух батарей и контроллер подороже, работающий с более высоким напряжением (или два контроллера, запитанных от независимых источников тока, – например, от разных солнечных панелей).

Себе можно приобрести PWM контроллер для солнечной батареи. Он не очень дорогой, а небольшая разница в КПД практически не отразится на скромном хозяйстве. Зато благодаря высокой надежности вы покупаете его раз и навсегда. PWM контроллеры не требуют настройки и дополнительного обслуживания во время эксплуатации.

Где купить

Купить контроллер заряда можно на алиэкспрессе. Там предлагается большой выбор устройств, как PWM, так и MPPT. Также ознакомьтесь с обзорами на ту или иную продукцию от реальных покупателей.

Более дешевые варианты вы можете поискать на радиорынках. Обратите внимание: когда вы покупаете товар с рук, убедитесь, что в комплекте идет инструкция или на приборе наглядно обозначено, как его подключать.

Выбирать его нужно аккуратно, в противном случае существует риск приобрести некачественный прибор.

Покупать подержанные устройства не рекомендуется, особенно МРРТ. Связанно это с тем, что интегральные схемы от постоянной работы постепенно деградируют. В них могут возникать как механические повреждения от перепадов температуры, так и внутрислойные короткие замыкания, из-за чего внешне рабочее устройство будет работать нестабильно.

Контроллер заряда своими руками

Изготовить простой контроллер заряда своими руками можно, использовав минимум радиоэлементов. При изготовлении этого устройства от вас потребуются определенные навыки в работе с паяльником и изготовлении монтажных плат.

В интернете можно найти массу схем. Например, здесь: https://poluchi-teplo.ru/soln/izgotovlenie-kontrollera-dlya-solnechnoy-paneli.html есть несколько интересных идей, о том, как реализовать прибор, который может проверять заряд батареи и при необходимости включать зарядное устройство.

Из-за того, что данный контроллер заряда солнечной батареи прост, схема устройства выполняет только самые базовые функции и не может повышать напряжение для зарядки в условиях низкой освещенности.

Также можно изготовить самодельный балансир, который позволит одновременно задействовать несколько источников альтернативной энергии – например, ветрогенератор и солнечные панели. Сделать его можно так: http://e-veterok.ru/kontroller-dlya-solnehnoy-paneli.php.

Можно изготовить прибор на платформе Ардуин, однако это потребует от вас не только навыков в радиомонтаже, но и умения программировать на ассемблере и машинных кодах.

Если вы не уверены в своих силах, можно прибегнуть к готовой схеме, однако учтите, что она значительно сложнее аналогов и требует изготовления печатной платы для монтажа микроконтроллера. Подробно процесс изготовления описан здесь: http://robocraft.ru/blog/3413.html.

Собрать надежный солнечный генератор просто, если покупать надежные и популярные элементы. Правильно собранное и надежное устройство при домашнем использовании полностью окупится за 2-3 года, а на предприятии – еще быстрее.

Источник https://alter220.ru/solnce/kontroller-dlya-solnechnoj-batarei.html

Источник https://3batareiki.ru/akkumulyatory/kontroller-zaryada-solnechnoj-batarei

Источник