G. Forest Cook
26 вересня 2006 р
Останні доповнення 18 лютого 2008 р
Вступ
Коли акумулятор для зарядки під'єднується до сонячної панелі, зазвичай в ланцюг необхідно включати контролер для попередження перезарядження. Контроль заряду може бути виконаний за різними схемами. Сонячні системи невеликої потужності можуть використовувати аналоговим контролери. Приклад - малюнок в даній статті. У системах високої потужності використовуються контролери з послідовним відключенням заряду, або контролери верхньої точки (maximum power-point - MPPT). Послідовні регулятори керують зарядним струмом, перериваючи його, коли акумулятор заряджається належним чином. У MPPT контролерах використовуються індуктивності для збереження енергії і високочастотні перемикачі для передачі енергії в акумулятор.
Ця схема використовує паралельний спосіб підключення. При цьому способі сонячна панель завжди підключена до акумулятора через послідовний діод. Коли сонячна панель заряджає акумулятор до бажаного максимального напруження, схема паралельно сонячної панелі підключає навантажувальний резистор, щоб поглинати надлишкову потужність з сонячної панелі.
Основною перевагою паралельного способу регулювання сонячної панелі є відсутність постійно розсіює частину потужності переключающего транзистора в силовому ланцюзі між сонячною панеллю і акумулятором. При паралельному способі транзистор не знижує ефективності сонячної панелі, він включається тільки коли з'являється надлишкова енергія.
Інша відмінність між паралельним і послідовним регуляторами - постійне підключення до навантаження. У послідовних регуляторах, коли акумулятор досягає повного заряду, навантаження від сонячної панелі відключається. При використанні паралельного регулятора навантаження до панелі підключена завжди. Ця відмінність дозволяє використовувати паралельні регулятори спільно з вітрогенераторами постійного струму. Вітрогенератори повинні бути завжди підключені до навантаження для того, щоб лопаті вітроколеса не круто занадто швидко при поривах вітру. Занадто швидке обертання лопатей веде до зносу підшипників. При дуже сильних поривах вітру лопаті можуть відірватися.
Специфікація
Сонячна панель. Вихідна напруга в відсутності навантаження 18 В (36 елементів).
Сонячна панель. Максимальний струм короткого замикання 0 ... 1 А.
Акумулятор. Номінальна напруга 12 В.
Акумулятор. Ємність 0.1 ... 50 А · год.
Принципова електрична схема
Сонячна енергія з PV панелі направляється через діод Шотткі 1N5818 в акумулятор. Коли акумулятор досягає повного заряду, включається вихід нижньої половини подвійного операційного підсилювача TLC2272 . Це включає MOSFET IRFD110 і під'єднує до акумулятора навантажувальний резистор 68 Ом / 3 Вт. Підключена навантаження викличе падіння напруги акумулятора і ланцюг компаратора знову вимкнеться. Така генерація продовжиться до тих пір, поки є сонячна енергія. Конденсатор 300 нФ між виходом і плюсовим входом операційного підсилювача знижує частоту генерації до декількох герц. Два резистора 100 кОм задають опорна напруга 4.5 В на вході операційного підсилювача.
Транзистор 2N3906 зі стабілітроном 1N5242 на 12 В ланцюзі бази включає ланцюг компаратора коли напруга з PV панелі перевищить 12 В. Верхня половина операційного підсилювача TCL2272 інвертує керуючий сигнал підключення навантаження. На вихід операційного підсилювача підключений світлодіод підвищеної яскравості. Світлодіод включається коли заряд акумулятора досягне максимуму. Світлодіоди не витрачає корисної енергії, оскільки включається тільки при повному заряді акумулятора.
Мікросхема 78L09 виробляє стабілізовану напругу 9 В для живлення компаратора. Харчування схеми здійснюється тільки з PV панелі, так як вночі PV панель напруги не виробляє.
Ця схема може бути модифікована для більшого струму заряду, для чого треба замінити діод 1N5818, навантажувальний опір 68 Ом і MOSFET IRFD110 більш потужними компонентами. Якщо навантажувальний резистор під'єднати безпосередньо паралельно PV панелі, в середині сонячного дня її вихідна напруга впаде до 12 В або нижче. Для PV панелей більшої потужності потрібно навантажувальний резистор з меншим опором і більшою потужністю, що розсіюється. У холодному кліматі навантажувальний резистор може служити нагрівачем для того, щоб тримати акумулятор в теплі.
Більш потужна версія схеми може працювати з вітрогенератором, хоча автор це твердження не перевіряв. Для версії цієї схеми для струму 20 А транзистор IRFD110 може бути замінений на IRFZ44N, діод Шотткі 1N5818 - на 20L15T. Обидва ці елементи повинні бути встановлені на тепловідвідні радіатори. Навантажувальний резистор повинен мати опір 0.6 Ом і потужність 250 Вт. У цьому випадку ця схема може керувати струмом 20 А при напрузі 12 В.
Налаштування
Підключіть PV панель до клем PV, а акумулятор до клем BAT. Акумулятор для більш простого налаштування повинен бути попередньо заряджений. Зорієнтуйте панель на сонці і вимірюйте напруга на акумуляторі вольтметром. Повертайте гвинт 20-оборотного змінного резистора 100 кОм до тих пір, поки світлодіод не почне блимати, потім повільно продовжуйте обертання до тих пір, поки напруга на клемах акумулятора не досягне бажаного значення.
Використання
Зорієнтуйте панель на сонці. Коли напруга на клемах акумулятора досягне верхньої точки, світлодіод почне блимати короткими імпульсами з довгими проміжками між ними. У міру подальшого заряду акумулятора, мигання світлодіода зміниться. Він буде блимати довгими імпульсами з короткими проміжками.
