Будь-яка автономна система електропостачання, що містить в своєму складі акумуляторні батареї, повинна містити в собі засоби контролю заряду і розряду акумуляторів.
Особливо це відноситься до систем зі свинцево-кислотними акумуляторами. Справа в тому, що ці акумулятори бояться як глибокого розряду, так і перезарядження. У разі переразряда, різко скорочується термін служби акумуляторної батареї або навіть вона може вийти з ладу. Якщо ж акумулятор заряджений, але через нього продовжує протікати зарядний струм, то це може привести до закипання електроліту і бурхливому газовиділення (у випадку з заливними батареями) або до здуття і навіть вибуху герметичних акумуляторних батарей.
Лужні батареї хоча і не бояться глибокого розряду, але також не терплять перезарядження.
Тому в систему автономного електропостачання вводяться пристрої, які відключають навантаження від акумуляторних батарей якщо вони неприпустимо розряджені, а також відключають джерело енергії (фотоелектричні батарею, вітротурбіну і т.п.) якщо акумулятори заряджені.
Сонячні контролери заряду можуть бути вбудовані в інвертори або блоки безперебійного живлення. У ББЖ зазвичай вбудовуються і зарядні пристрої. Див., Наприклад, ББП Prosolar Combi і інвертори Studer AJ-S
Напруги відключення навантаження для свинцево-кислотних батарей зазвичай лежать в межах від 10,5 до 11,5 В. Для 12 В акумуляторних батарей при більш ніж 10-годинному розряді це означає використання від 100% до 20% номінальної ємності. При більш швидких розрядах кількість відібраної ємності зменшується.
Напруга відключення джерела енергії зазвичай одно 14-14,3 В. Це запобігає газовиділення при заряді акумуляторних батарей. Існують контролери заряду, в яких передбачений режим «вирівнювання». Такий режим необхідний періодично для заливних батарей, напруга заряду при цьому має бути близько 15 В. Для герметичних батарей такий режим заборонений.
Часто напруги відключення можна регулювати при виготовленні або налаштування. Але, в основному, контролери заряду продаються з уже встановленими «типовими» рівнями напруг відключення.
Ми не рекомендуємо економити на хорошому контролері заряду для сонячної енергосистеми. Типовий розподіл вартості елементів енергосистеми наступне:
Як бачимо, вартість сонячного контролера становить малу частину від загальної вартості енергосистеми. Однак, технології заряду дуже сильно впливають як на ефективність використання сонячної енергії, так і на термін служби однієї з найдорожчих частин системи автономного електропостачання - акумуляторних батарей.
Типи контролерів заряду-розряду для фотоелектричних систем.
Контролери заряду відрізняються за алгоритмом заряду на останній стадії заряду при досягненні напруги зарядженого акумулятора, по способам регулювання струму (шунтові і послідовні), по можливості стеження за точкою максимальної потужності (СТММ) сонячного модуля.
- Найпростіші контролери просто відключають джерело енергії (сонячну батарею) при досягненні напруги на акумуляторної батареї приблизно 14,4 В (для АБ номінальною напругою 12В). При зниженні напруги на АБ до приблизно 12,5-13 В знову підключається сонячна батарея і заряд поновлюється. При цьому максимальний рівень зарядженості АБ при цьому становить 60-70%. При регулярному недозаряд відбувається сульфатация пластин і різке скорочення терміну служби АБ. Такі контролери вже серійно практично не випускаються, і з основному з таким типом контролерів можна зустрітися у різних «самоделкиних», які або не мають можливості купити сучасний контролер, або намагаються «заощадити» (економії, в кінцевому рахунку, ніякий не буде - см. про переваги контролерів з ШІМ і CTMM)
- Більш просунуті контролери на завершальній стадії заряду використовують так звану широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ) струму заряду - англійською PWM (pulse-width modulation). ШІМ контролери забезпечують 100% заряд акумуляторів. Більш докладно про контролерах з ШІМ тут ...
- Найбільш складні контролери вміють стежити за точкою максимальної потужності фотоелектричних батарей. Такі контролери називаються MPPT контролерами (Maximum Power Point Tracking - Стеження за Точкою Максимальної Потужності). Причому MPPT контролери також використовують ШІМ для регулювання струму заряду акумуляторів.
ШІМ контролери також діляться на шунтові і послідовні.
У шунтових контролерах сонячна батарея замикається накоротко; таким чином, струм від сонячної батареї тече через шунт і не потрапляє в акумулятор. Такий принцип роботи не дозволяє підключати до входу контролера інші джерела енергії, крім фотоелектричних батарей.
У послідовних контролерах джерело енергії відключається від акумулятора і навантаження. Напруга на джерелі енергії піднімається до значення напруги холостого ходу.
Кожен тип регулювання має свої переваги і недоліки.
Обчислення ступеня зарядженості акумуляторної батареї
Контролери також відрізняються за алгоритмом регулювання. Більшість контролерів забезпечує регулювання по напруженням, або за ступенем зарядженості акумулятора (SOC - state of charge). SOC можуть вважати тільки просунуті контролери. Багато недорогі контролери, які відображають ступінь зарядженості АБ в%, насправді не можуть обчислювати SOC і дають приблизну цифру в залежності від напруги на АБ і, в кращому випадку, швидкості його зміни.
Вважається, що регулювання по SOC забезпечує найкращі режими роботи акумуляторів і продовжує термін їх служби.
По-справжньому SOC можуть обчислювати наступні моделі контролерів за умови, що контролер враховує весь струм заряду і розряду акумулятора (може знадобитися вимірювальний шунт на акумуляторі):
- Steca серій PR і Tarom
- Prosolar SunStar MPPT (C додатковим шунтом)
- Outback FlexMax (З додатковим шунтом і системою контролю FlexNet DC)
Додаткова інформація також міститься в розділі «Основи відновлюваної енергетики», підрозділ Фотоелектрика , А також в розділі « бібліотека «.
Настійно рекомендуємо також ознайомитися з відповідями на типові запитання по контролерам заряду .
