- Для чого потрібні контролери заряду акумуляторів
- Три принципу побудови контролерів заряду
- Найпростіший саморобний контролер
- Аналоговий контролер для малопотужних гелієвих систем
Одним з найважливіших компонентів домашньої сонячної електростанції є контролер заряду акумуляторів. Саме цей пристрій стежить за процесом заряду / розряду акумуляторів, підтримуючи оптимальний режим їх роботи. Існує безліч схем контролерів для сонячних батарей - від найпростіших, виконаних часом кустарним способом, до дуже складних, із застосуванням мікропроцесорів. Причому контролери заряду для сонячних батарей, зроблені своїми руками, часто працюють краще аналогічних промислових пристроїв такого ж типу.
Для чого потрібні контролери заряду акумуляторів
Якщо акумулятор під'єднати безпосередньо до клем сонячних батарей, то заряд його буде відбуватися безперервно. В кінцевому підсумку на вже повністю заряджений акумулятор буде продовжувати надходити струм, що викличе підвищення напруги на декілька вольт. В результаті відбувається перезаряд АКБ, підвищується температура електроліту, причому ця температура досягає таких значень, що електроліт закипає, відбувається різкий викид парів з банок акумулятора. Як наслідок, може статися повне випаровування електроліту і висихання банок. Природно, це не додає «здоров'я» акумулятора і різко знижує ресурс його працездатності.
Контролер в системі сонячного заряду акумуляторів
Ось, щоб не допустити подібних явищ, щоб оптимізувати процеси заряду / розряду, і потрібні контролери.
Три принципу побудови контролерів заряду
За принципом дії розрізняють три типи сонячних контролерів.
Перший, найпростіший тип - це пристрій, виконаний за принципом «On / Off» ( «Вкл. / Викл.»). Схема такого апарату є простим компаратор, який включає або вимикає ланцюг заряду в залежності від значення напруги на клемах акумулятора. Це найпростіший і дешевий тип контролерів, а й спосіб, яким він виробляє заряд, найбільш ненадійний. Справа в тому, що контролер відключає ланцюг заряду після досягнення граничного значення напруги на клемах акумуляторної батареї. Але при цьому не відбувається повного заряду банок. Максимально досягається не більше 90% заряду від номінального значення. Ось такий постійний недобір заряду значно зменшує працездатність акумулятора і термін його роботи.
Вольт-амперна характеристика сонячного модуля
Другий тип контролерів - це пристрої, побудовані за принципом ШІМ (широтно-імпульсної модуляції). Це більш складні апарати, в яких крім дискретних компонентів схеми є вже і елементи мікроелектроніки. Апарати на базі ШІМ (англ. - PWM) здійснюють зарядку акумуляторів східчасто, вибираючи оптимальні режими заряду. Ця вибірка проводиться автоматично і залежить від того, як глибоко розряджені АКБ. Контролер підвищує напругу, одночасно знижуючи силу струму, забезпечуючи тим самим повну зарядку акумуляторної батареї. Великий недолік ШІМ-контролера - помітних втрат в режимі зарядки акумулятора - губляться до 40%.
ШІМ - контролер
Третій тип - це контролери MPPT, тобто працюють за принципом відшукання точки максимальної потужності сонячного модуля. В процесі роботи пристрою цього типу використовують максимально доступну потужність для будь-якого режиму заряду. У порівнянні з іншими, апарати цього типу віддають на заряд акумуляторних батарей приблизно на 25% - 30% більше енергії, ніж інші апарати.
MPPT - контролер
Заряд АКБ проводиться меншою напругою, ніж це роблять контролери інших типів, але більшою силою струму. Коефіцієнт корисної дії апаратів MPPT досягає 90% - 95%.
Найпростіший саморобний контролер
При самостійному виготовленні будь-якого контролера необхідно обов'язково дотримуватись певних умов. По-перше, максимальна напруга на вході має бути рівним напрузі АКБ без навантаження. По-друге, має бути витримано співвідношення: 1,2P
Схема найпростішого контролера
Цей апарат призначений для роботи в складі сонячної електростанції малої потужності. Принцип роботи контролера гранично простий. Коли напруга на клемах акумуляторів досягне заданого значення, заряд припиняється. Надалі проводиться тільки так званий краплинний заряд.
Контролер, змонтований на друкованій платі
При падінні напруги нижче встановленого рівня подача енергії на акумулятори поновлюється. Якщо при роботі на навантаження у відсутності заряду напруга АКБ буде нижче 11 вольт, контролер відключить навантаження. Тим самим виключається розряд акумуляторів в період відсутності сонця.
Аналоговий контролер для малопотужних гелієвих систем
Аналогові пристрої використовуються, в основному, в гелієвих системах, що мають невелику потужність. У потужних системах доцільно застосовувати цифрові послідовні апарати типу MPPT. Ці контролери переривають зарядний струм, коли акумулятор буде повністю заряджений. У запропонованій схемі аналогового контролера використовується паралельне підключення. При такому підключенні сонячний модуль завжди з'єднаний з акумулятором через спеціальний діод. Коли напруга на акумуляторі досягне заданого значення, контролер паралельно сонячного модулю включає ланцюг навантажувального опору, яке приймає на себе надлишок енергії від модуля.
Це пристрій був розроблений і зібрано під конкретну систему, що складається з сонячної панелі з 36 осередками, з вихідним напругою холостого ходу 18 вольт і з током короткого замикання до одного ампера. Ємність акумулятора до 50 ампер-годин, при номінальній напрузі 12 вольт. Перед тим, як включити зібраний апарат в робочу конфігурацію системи, необхідно провести його налаштування. Для швидкого налаштування потрібно взяти попередньо заряджений акумулятор. Сонячну батарею з дотриманням полярності потрібно підключити до клем PV за схемою, а акумулятор - до клем ВАТ. До клем акумулятора необхідно також підключити цифровий вольтметр.
Схема аналогового контролера
Тепер для отримання максимальної віддачі від сонячної батареї, потрібно зорієнтувати її на сонці. Після цього повільно повертати гвинт двадцатіоборотного змінного резистора номіналом в 100 кОм. Обертання гвинта проводиться до тих пір, поки світлодіод не почне блимати. Після того, як почнеться мигання, гвинт слід продовжувати повільно повертати до тих пір, поки вольтметр буде непереливки значення напруги на клемах акумулятора, рівне бажаного. На цьому настройка пристрою завершена.
В процесі експлуатації системи при досягненні напругою на клемах акумулятора граничного значення світлодіод починає видавати короткі світлові імпульси з тривалими проміжками. При продовженні заряду акумулятора тривалість світлових імпульсів збільшується, а інтервал між ними, навпаки, скорочується.
Зрозуміло, при наявності певних знань і навичок можна зібрати і більш складний пристрій, наприклад, MPPT, але якщо мова заходить про покупку дорогого устаткування для домашньої електростанції, то, ймовірно, є сенс все-таки купити промисловий апарат, на який поширюється до того ж і гарантія виробника. І не піддавати акумуляторні батареї ризику пошкодження.
