Контроллеры заряда для солнечных батарей

Критерии выбора контроллера

Контроллер процесса зарядки аккумуляторов для солнечных панелей является очень важным элементом системы энергоснабжения. Разнообразный ассортимент моделей может немного озадачить при выборе устройства.

Подобрать подходящую модель проще, если при покупке взять во внимание следующие критерии:

1. Показатель входного напряжения. Данное значение выбранного прибора должно быть выше примерно на 20% показателей напряжения батарей, которые генерируют преобразователи солнечного света в ток.
2. Значение общей мощности батарей. Оно не должно быть выше показателя тока на выходе.

Современные модели имеют ряд дополнительных функций, предназначенных для повышения безопасности при использовании регуляторов процесса зарядки. Устройства управления процессами зарядки-разрядки могут иметь защиту от воздействия погодных условий, излишней нагрузки, коротких замыканий, перегрева, а также от неправильного подключения (это касается несоблюдения полярности). Поэтому выбирать прибор следует не только в зависимости от описанных критериев, но и с учетом функций защиты, которые лучшим образом обеспечат безопасную эксплуатацию устройства.

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.

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.

Порядок действий должен обязательно соблюдаться. Например, ни в коем случае нельзя подключать солнечные панели к контроллеру, не подключенному к аккумулятору. В этом случае напряжение не найдет выхода и прибор может сгореть. Инвертор не должен подключаться к контроллеру через клеммы нагрузки, а соединяться напрямую с клеммами АКБ.

Балансировочная плата для li-ion аккумулятора 18650

Какую функцию выполняет балансир в литийных аккумуляторах? Если последовательно соединять несколько банок, их напряжение складывается в общую сумму, а емкость батареи равняется самой низкой из всех элементов.

Чтобы предотвратить перезаряд самой «ленивой» части, ее отключают от питания, что позволяет оставшимся частям продолжать заряжаться. Балансир контролирует равномерно распределяющийся заряд, поэтому его включают в цепи с последовательным соединением элементов. При параллельном соединении в балансировке нет необходимости: здесь равномерное распределение заряда. Балансировочная плата обычно входит в общий защитный корпус MBS и носит название «балансировочный шлейф».

Контроллеры заряда для гибридных систем Steca Tarom

Контроллер заряда для солнечных батарей (СБ) Steca Tarom специально был разработан для работы в телекоммуникационных системах или в гибридных фотоэлектрических системах.

Многочисленные интеллектуальные функции позволяют настроить контроллер для конкретной фотоэлектрической системы. Tarom   значительно лучше других контроллеров вычислять степень заряженности аккумуляторной батареи (SOC – state of charge), что позволяет обеспечить оптимальные режимы работы АБ и увеличить срок ее службы. Steca Tarom – это лучший выбор для систем мощностью до 2400 Вт. Возможна работа при 3 напряжениях 12/24 и 48В (см. спецификации на конкретную модель контроллера Tarom).

Контроллер имеет опции по подключению дополнительных устройств – температурного датчика, даталоггера, устройства удаленного доступа для контроля и мониторинга системы. Встроенный счетчик ампер-часов дает информацию по энергетическому балансу в фотоэлектрической системе.

На базе контроллеров Tarom и инверторов Steca PI можно строить масштабируемые гибридные системы автономного электроснабжения.

Особенности устройства

• Гибридный контроллер
• Определение SOC с использованием процессора Steca AtonIC
• Широтно-импульсная шунтовая модуляция тока заряда
• Регулирование напряжения АБ
• Многостадийный заряд аккумуляторов
• Ежемесячный режим уравнивающего заряда (maintenance charge)
• Автоматическое подключение и отключение нагрузки в зависимости от степени заряженности АБ
• Автоматическое определение напряжения (12 или 24В)
• Температурная компенсация
• Заземление положительного контакта (или) заземление отрицательного контакта на одном из терминалов
• Встроенный даталоггер
• Функция автоматического ночного света при использовании совместно с Steca PA 15
• Встроенное самотестирование
• Встроенный счетчик энергии

Электронная защита

• Защита от перезаряда и переразряда АБ
• Защита от неправильной полярности подключения СБ и нагрузки электронным предохранителем
• Защита от неправильной полярности дополнительным плавким предохранителем внутри контроллера
• Защита от короткого замыкания (КЗ) на входе (СБ) и в нагрузке
• Защита от перегрева и перегрузки
• Защита от перенапряжения на входе от фотоэлектрического модуля
• Защита от молний варистором
• Низкий уровень электромагнитных излучений
• Защита от обрыва в цепи АБ
• Предотвращение разряда АБ через СБ в ночное время
• Защита от перенапряжения на аккумуляторе

ИндикацияЖидкокристаллический дисплей для отображения рабочих параметров, индикации ошибок и самотестирования.

Программирование кнопками на контроллере, простое меню, ручное включение-выключение нагрузки.

Опции:

• выносной датчик температуры
• контакты для подключения сигнала тревоги/предупреждения
• мониторинг системы через Steca CAB1 Tarcom

Контроллеры имеют все необходимые европейские сертификаты. Может использоваться в тропических условиях. Разработан и произведен в Германии, сертификаты производства ISO 9001 и ISO 14001 

Характеристики контроллеров Steca Tarom

	235	245	440
Номинальное напряжение, В	12/24	12/24	48
Собственное потребление, мА	14
Макс. ток на входе, А	35	45	40
Макс. ток нагрузки, А	35	45	40
Максимальное напряжение холостого хода модуля	47	82
Напряжение форсированного заряда (2 часа), В	14,4/28,8	57,6
Напряжение подзаряда (float), В	13,7/27,4	54,8
Напряжение уравнительного заряда (деактивировано для герметичных АБ)	14,7/29,4	58,8
Точка повторного подключения нагрузки (SOC/В)	>50% / 12.6 (25.2)	>50% / 50.4
Точка защитного отключения при разряде (SOC/В)	<30% / 11,1 (22,2)	<30% / 44.4
Рабочая температура	-10°С…+60°С
Коммуникационный интерефейс	RJ4
Размер терминалов (сечение проводов)	16 /25 мм2
Класс защиты	IP32
Размеры, мм	187*128*49
Вес, г	550

Технические характеристики даны для 25°С

Инструкция по применению

Прежде чем изучить инструкцию по применению контроллера, необходимо запомнить три параметра, которые необходимо соблюдать при эксплуатации данных электронных устройств, это:

1. Входное напряжение устройства должно превышать на 15 – 20% напряжение «холостого хода» солнечной панели.
2. Для ШИМ (PWM) аппаратов — номинальный ток должен превышать на 10% ток короткого замыкания в линиях подключения источников энергии.
3. MPPT — контроллер должен соответствовать мощности системы, плюс 20% от этого значения.

Для успешной эксплуатации прибора необходимо изучить инструкцию по его эксплуатации, которая всегда прилагается к подобным электронным устройствам.

Инструкция информирует потребителя о следующем:

Требования техники безопасности – в данном разделе определяются условия при которых эксплуатация прибора не приведет к поражению потребителя электрическим током и прочим негативным последствиям.

Вот основные из них:

• Перед установкой и настройкой контроллера, необходимо отключить солнечные панели и аккумуляторные батареи от прибора посредством коммутационных аппаратов;
• Исключить попадание воды на электронный прибор;
• Контактные соединения должны быть плотно затянуты, дабы избежать их нагрева в процессе работы.
• Технические характеристики устройства – этот раздел позволяет выбрать прибор по предъявляемым к нему требованиям в конкретной схеме и месте установки.

Как правило, это:

• Виды регулировок и настроек прибора;
• Режимы работы прибора;
• Описываются элементы управления и индикации устройства.
• Способы и место монтажа – каждый контроллер монтируется в соответствии с требованиями завода – изготовителя, что позволяет эксплуатировать устройство продолжительное время и с гарантированным качеством.

Дается информация по:

• Месту и пространственному размещению устройства;
• Указываются габаритные размеры до инженерных сетей и устройств, а также элементов строительных конструкций, по отношению к монтируемому прибору;
• Даются установочные размеры для мест крепления устройства.
• Способы включения в систему – данный раздел объясняет потребителю к какой клемме и как, следует выполнить подключение, для запуска в работу электронного прибора.

Сообщается:

• В какой последовательности следует выполнять включение прибора в рабочую схему;
• Указываются недопустимые действия и мероприятия при включении прибора.
• Настройка прибора – важная операция, от которой зависит работа всей схемы солнечной электростанции, ее надежность.

В данном разделе сообщается о том как:

• Какие индикаторы и как сигнализируют о режиме работы прибора и его неисправностях;
• Дается информация как настроить нужный режим работы устройства по времени суток, режимам нагрузок и иным параметрам.
• Виды защиты – в этом разделе сообщается от каких аварийных режимов защищено устройство.

Как вариант это может быть:

• Защита от короткого замыкания в линии соединяющей прибор с солнечной панелью;
• Защита от перегрузки;
• Защита от короткого замыкания в линии соединяющей прибор с аккумуляторной батареей;
• Неправильное подключение солнечных панелей (обратная полярность);
• Неправильное подключение аккумуляторной батареи (обратная полярность);
• Защита от перегрева устройства;
• Защита от высокого напряжения вызванного грозой или иными атмосферными явлениями.
• Ошибки и неисправности – этот раздел разъясняет как действовать, если по какой-то причине прибор работает неправильно, или вообще не работает.

Рассматривается связь: неисправность – возможная причина неисправности – способ устранения неисправности.

• Поверка и обслуживание – в этом разделе дается информация какие профилактические мероприятия необходимо выполнять, для обеспечения безаварийной работы устройства.
• Гарантийные обязательства – указывается срок, в течение которого прибор может быть отремонтирован за счет производителя устройства, при условии правильной эксплуатации, в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Порядок подключения устройств МРРТ

Подключение контроллеров МРРТ в целом выполняется так же, как и в других устройств. Существуют некоторые отличия в технологии, связанные с повышенной мощностью такой аппаратуры. В связи с этим потребуется кабель для силового подключения, способный выдерживать плотность тока минимум 4 А/мм2. Если МРРТ контроллер рассчитан на ток 60 А, то сечение кабеля, подключаемого к АКБ, составит не менее 20 мм2.

На концах соединительных кабелей должны быть установлены медные наконечники, обжатые как можно плотнее. К отрицательным клеммам АКБ и солнечной панели подключаются переходники с выключателями и предохранителями. Это позволит снизить потери электроэнергии и обеспечить безопасность в процессе эксплуатации.

Все подключения к прибору МРРТ осуществляются в следующем порядке:

• Выключатели в переходниках АКБ и панели устанавливаются в отключенное положение.
• Далее производится извлечение защитных предохранителей.
• Клеммы контроллера, предназначенные для АКБ, соединяются кабелем с клеммами аккумулятора.
• К соответствующим клеммам контроллера подключаются выходные провода от солнечной батареи.
• Клемма заземления прибора соединяется с заземляющей шиной.
• В соответствии с инструкцией на контроллере устанавливается датчик температуры.

По завершении всех операций предохранитель АКБ вставляется на свое место, а выключатель переводится во включенное положение. На дисплее контрольного устройства должен появиться сигнал о том, что аккумулятор обнаружен. Через небольшой промежуток времени те же операции проделываются с предохранителем и выключателем солнечной панели. На экране прибора появится значение ее напряжения, что означает успешный запуск в работу всей энергетической установки.

Установка солнечных батарей

Солнечные батареи для дома

Расчет солнечных батарей

Производство солнечных батарей

Инверторы для солнечных батарей

Аккумуляторы для солнечных батарей

Изготовление платы

Для работы потребуется:

• Стеклотекстолит фольгированный;
• Наждачная бумага (очень мелкозернистая и нулёвка);
• Растворитель для обезжиривания;
• Глянцевая бумага для лазерного принтера (1 лист);
• Утюг;
• Лимонная кислота;
• Перекись водорода;
• Соль пищевая;

Для платы понадобится кусок текстолита размером 4Х6 сантиметра. Обрезать её в нужный размер лучше ножовкой по металлу. Потому что при работе ножницами текстолит может расслоиться и появятся грубые заусенцы.

Обязательно обрабатываем кромку мелкой наждачной шкуркой. Чтобы снять слой оксидной плёнки, очень аккуратно обрабатываем поверхность нулёвкой.

Последний подготовительный этап – обезжиривание. Но это перед тем как приложить распечатанную схему.

На лазерном принтере, перед распечаткой схемы, надо убрать функцию «Экономия тонера», чтобы отпечаток был насыщенным. Использование глянцевой бумаги предпочтительнее потому, что она менее гигроскопичная, и тонер не будет впитываться в структуру материала.

Полученное изображение обрезаем в размер, не касаясь пальцами лицевой стороны снимка.

Расстелите на ровный стол салфетку, совместите снимок с текстолитом и аккуратно уложите этот «бутерброд» на подготовленную подложку.

Максимально разогретым утюгом придавите на 30-40 секунд заготовку. Без всяких движений, чтобы не было смещения, поднимите утюг. Теперь накройте бумажной салфеткой в 3-4 слоя, и ещё раз прижмите утюгом, примерно на 1 минуту.

Затем можно сделать несколько разглаживающих движений. Утюг снимаем, текстолит с пристывшим к нему листом фотобумаги на 2-3 минут опускаем в тёплую воду, чтобы отмокла целлюлозная основа.

Аккуратно снимаем бумагу и ватной палочкой смоченной в спирте удаляем её остатки. На фольгированном стеклотекстолите должен остаться тонер на месте будущих дорожек.

Травление платы контроллера зарядки АКБ

Предлагаемый состав для травления состоит из наиболее доступных реактивов и обладает хорошей химической активностью. Единственный его недостаток перед растворами на основе хлорного железа и медного купороса, это невозможность длительного хранения.

В 100 мл перекиси сначала растворяют 30 гр. лимонной кислоты, затем добавляют поваренную соль и перемешивают до тех пор, пока не останется кристаллов.

Готовый реактив наливаем в пластиковый контейнер и аккуратно опускаем заготовку платы.

Лучше её положить лицевой стороной вверх, потому что образующиеся газовые пузырьки будут изменять скорость реакции на разных участках текстолита.

Рекомендуется чуть шевелить заготовку, касаясь её края зубочисткой или соломинкой. Можно чуть «помочь» травлению кисточкой. При температуре раствора 25-30˚C, процесс занимает 25-35 минут.

Протравленную заготовку промываем под струёй холодной воды, высушиваем и удаляем тонер нулёвкой. Работать абразивной шкуркой надо без нажима и фанатизма. Достаточно нескольких лёгких движений.

ВАЖНО: следите чтобы не удалить слой медной фольги!

Можно сделать несколько движений наждачной бумагой, а потом тщательно протереть поверхность салфеткой смоченной в уайт-спирите.

Финишная подготовка платы

Для сверления отверстий используют сверло 0,8 мм. Стеклотекстолит сверлиться достаточно легко, но всё равно следите, чтобы дрель была направлено строго вертикально, а рука не дрожала.

СОВЕТ: положите плату на деревянный брусок, просверлите два угловых отверстия по диагонали и через них зафиксируйте заготовку тонким сапожным гвоздиком или отточенной скрепкой. Остальные отверстия можно сверлить, удерживая дрель двумя руками.

После сверления нулёвкой надо аккуратно удалить заусенцы.

Для более лёгкого лужения дорожек, рекомендуется приготовить спирто-канифольный флюс. Для этого 5 гр. порошка канифоли, растворяют в 20 мл. спирта. Удобнее это делать в пузырьке от «лака для ногтей».

Спирто-канифольным флюсом покрывают всю поверхность платы, а затем тонким слоем наносят припой на медные дорожки.

По окончании лужения, канифоль необходимо удалить с поверхности платы. Так как канифоль на 90% состоит из дитерпеновых кислот, то её остатки вызывают коррозию металлов. Удаляют канифоль спиртом или ацетоном.

Способы подключения

Подключение завит от типа устройства.

PWM

Специально для пользователей, рядом с клеммами есть обозначения, что к ним подключать. Необходимо учесть строгую последовательность: 1. Подключите аккумулятор. 2. Включите предохранитель на плате, рядом с «+». 3. Вставьте контакты солнечных батарей. 4. Подсоедините контрольную лампу с напряжением 12 или 24 В.

Важно производить подключение в строгой последовательности, учитывая маркировки, нанесенные на клеммы и полярность проводов. 

MPPT

Подключение заметно отличается от ШИМ:

1. Солнечную панель подключают к инвертору.
2. От него плюс заводят в прибор. На минусовой кабель ставят предохранитель.
3. Ко второму плюсу и минусу подключают АКБ с использованием предохранителей.
4. Инвертор и контроллер подключают к заземлению.

Последовательность и тип подключения будет незначительно отличаться:

1. Переведите клеммы в неактивное положение.
2. Достаньте предохранители.
3. Подсоедините батареи.
4. Подключите .
5. Позаботьтесь о заземлении.
6. Добавьте в цепь датчик температуры.
7. Верните предохранители, активируйте клеммы.

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.

Виды приборов

Контроллеры для солнечных батарей представлены в нескольких видах:

• Устройства On/Off.
• PWM контроллеры.
• MPPT контроллеры.
• Устройства гибридного типа.
• Самодельные контроллеры.

Познакомимся с каждым из этих видов. На сегодняшний день самыми популярными считаются PWM контроллер и контроллер MPPT.

Устройства On/Off

Такие контроллеры заряда аккумуляторов являются самыми простыми из всех моделей, которые представлены на современном рынке. Их функциональность весьма ограничена. Устройства этого типа отключают процесс зарядки аккумулятора при достижении максимального значения напряжения. Таким образом, предотвращается перегрев и перезарядка АКБ.

Важно подчеркнуть, что контроллер такого типа не сможет обеспечить 100% уровень заряда АКБ. Этот нюанс объясняется тем, что отключение происходит по достижении максимального значения тока. На момент обесточивания уровень заряда может находиться в пределах от 70 до 90%

Чтобы загрузить аккумуляторную батарею полностью, потребуется еще несколько часов. Неполная зарядка неблагоприятно сказывается на функционировании прибора и уменьшает срок его эксплуатации.

Контроллеры типа PWM

Контроллер уровня заряда PWM (Pulse-Width Modulation) по-другому называется ШИМ. ШИМ контроллер − устройство, принцип действия которого основан на широтно-импульсной модуляции тока. Прибор разработан с целью устранения проблемы неполной зарядки. 100% уровень достигается благодаря тому, что механизм при обнаружении максимального значения тока, понижает его продлевая таким образом зарядку аккумулятора.

Описанное устройство предотвращает перегрев аккумуляторной батареи, способствует повышению принятия заряда. В общем, хорошо сказывается на ее состоянии. Прибор этого типа считается весьма эффективным, но MPPT контроллер, если сравнивать его принцип действия с PWM, является более предпочтительным вариантом по ряду функциональных возможностей.

MPPT контроллеры

МРРТ контроллер (Maximum Power Point Tracking) − устройство, которое отслеживает максимальный предел мощности заряда. С помощью сложного алгоритма устройство этого типа следит за показаниями тока и напряжения системы энергоснабжения, определяя оптимальное соотношение параметров для обеспечения максимальной продуктивности всей солнечной электростанции.

Без преувеличения можно утверждать, что именно MPPT контроллер является наиболее усовершенствованной  и эффективной моделью по сравнению с другими. Для сравнения: MPPT контроллер повышает продуктивность системы энергообеспечения до 35% относительно PWM.

На сегодняшний день MPPT контроллер считается более подходящим для систем, в которых солнечные панели занимают значительные площади. Но высокая стоимость приборов данного типа вводит определенные ограничения при его использовании. Поэтому PWM модель является доступной для эксплуатации в системах энергоснабжения частных домов.

Устройства гибридного типа

Используются в случае энергоснабжения с помощью комбинирования источников энергии, например, ветра и солнца. В основу разработки гибридного прибора положен принцип работы МРРТ и PWM контроллеров. Единственное, чем он отличается от других моделей, − это вольтамперные параметры.

Главная цель моделей гибридного типа состоит в своеобразном выравнивании нагрузки на аккумуляторы. Эта проблема возникает в результате работы ветрогенераторов, которые производят ток непостоянной величины. При этом аккумуляторы работают в усиленном режиме, который значительно уменьшает срок эксплуатации.

Самодельные приборы

В некоторых случаях, при наличии соответствующего опыта и навыков, собирают контроллер аккумуляторов для солнечной панели самостоятельно. Но, скорее всего, такой прибор будет значительно уступать в плане функциональности и эффективности. Устройства подобного типа подходят только для очень маленькой системы энергообеспечения, которая работает с низкой мощностью.

Для изготовления контроллера заряда аккумуляторов вам понадобится его схема. Погрешность работы самодельного контроллера должна позволять фиксировать перепады измеряемых величин с точностью до одной десятой.

Разновидности

На сегодняшний день существует несколько типов контроллеров заряда. Рассмотрим некоторые из них.

MPPT-контроллер

Данная аббревиатура расшифровывается как Maximum Power Point Tracking, то есть мониторинг или отслеживание точки, где мощность максимальна. Такие устройства способны понижать напряжение солнечной батареи до напряжения аккумулятора. При таком раскладе сила тока на солнечной батарее уменьшается, в результате чего можно уменьшить сечение проводов и удешевить конструкцию. Также использование данного контроллера позволяет заряжать аккумулятор, когда солнечного света недостаточно, например, в условиях непогоды или ранним утром и вечером. Является наиболее распространенным из-за своей универсальности. Применяется при порядковом подключении. MPPT-контроллер имеет достаточно большой спектр настройки, благодаря чему обеспечивается наиболее эффективная зарядка.

Характеристики устройства:

• Стоимость таких устройств высокая, однако она окупается при использовании солнечных батарей свыше 1000 Вт.
• Входное суммарное напряжение в контроллер может достигать 200 В, это значит, что к контроллеру могут быть последовательно подключены несколько солнечных панелей, в среднем до 5. В пасмурную погоду общее напряжение последовательно соединенных панелей остается высоким, благодаря чему обеспечивается бесперебойная подача электроэнергии.
• Данный контроллер может работать с нестандартным напряжением, например, 28 В.
• Коэффициент полезного действия MPPT-контроллеров достигает 98%, это означает, что практически вся солнечная энергия преобразуется в электрическую.
• Возможность подключения аккумуляторов различного типа, таких как свинцовые, литий-железо-фосфатные и другие.
• Максимальный ток заряда равен 100 А, при данной величине тока максимальная мощность, выдаваемая контроллером может достигать 11 кВт.
• В основном все модели MPPT-контроллеров способны функционировать при температурах от -40 до 60 градусов.
• Для начала заряда АКБ необходимо минимальное напряжение в 5 В.
• Некоторые модели имеют возможность одновременно работать с гибридным инвертором.

Контроллеры данного типа могут применяться как на коммерческих предприятиях, так и на загородных домах, так как имеются различные модели с отличающимися показателями. Для загородного дома подойдет MPPT-контроллер с максимальной мощностью 3,2 кВт, с наибольшим входным напряжением в 100 В. В больших объемах применяются гораздо более мощные контроллеры.

PWM-контроллер

Технология данного устройства проще, чем у MPPT. Принцип работы такого устройства заключается в том, что, пока аккумуляторное напряжение находится ниже придела в 14,4 В, солнечная батарея подключена к аккумулятору практически напрямую, и заряд происходит достаточно быстро, после того, как значение будет достигнуто, контроллер понизит напряжение аккумулятора до 13,7 В, в результате чего аккумулятор зарядится полностью.

Характеристики устройства:

• Напряжение на входе не более 140 В.
• Работают с солнечными батареями на 12 и 24 В.
• КПД практически равен 100%.
• Возможность работы с множеством аккумуляторов различного типа.
• Максимальное значение тока на входе достигает 60 А.
• Температура функционирования от –25 до 55 ºC.
• Возможность зарядить АКБ с нуля.

Таким образом, PWM-контроллеры применяются чаще всего, когда нагрузка не очень велика и солнечной энергии достаточно. Такие устройства больше подходят собственникам небольших загородных домов, где установлены солнечные панели небольшой мощности.

MPPT-контроллер, как уже было сказано выше, на сегодняшний день наиболее популярен, потому что имеет высокий КПД, способен работать даже в условиях недостатка солнечного света. MPPT-контроллер также способен работать на повышенных мощностях, идеально подойдет для большого загородного дома. Однако, при выборе определенного типа нужно учитывать объем входного и выходного тока, а также степень мощности и показатели напряжения.

Установка MPPT-контроллера на маленьких участках нецелесообразна, так как он не окупится. Если суммарное напряжение солнечной батареи больше 140 В, то следует применять MPPT-контроллер. PWM-контроллеры наиболее доступны, так как их цена начинается от 800 рублей. Есть модели за 10 тысяч, когда стоимость MPPT-контроллера примерно равна 25 тысячам.

Контроллер заряда своими руками

При наличии опыта в работе с электротехническим оборудованием создать контроллер для заряда солнечной батареи можно самостоятельно. На картинке ниже представлена самая простая схема такого устройства.

Рассмотрим принцип работы такой схемы. Фотоэлемент LDR или фоторезистор — прибор, который меняет свое сопротивление при попадании на него света, то есть это солнечная панель. Управляется с помощью транзисторов. Во время облучения солнцем транзисторы закрыты. Ток передается от панели к аккумулятору через диод D2, нужен он здесь для того, чтобы ток не потек в другую сторону. При полной зарядке стабилизатор ZD отсылает сигнал лампе LED red, которая зажигается красным светом, и зарядка прекращается. Когда напряжение на аккумуляторе уменьшается, стабилизатор выключается, и происходит зарядка. Резисторы необходимы для того, чтобы уменьшить силу тока, чтобы элементы не вышли из строя. На схеме также указан трансформатор, от которого тоже может происходить зарядка, принцип тот же. По данной ветке начинает течь ток в темное время суток или в пасмурную погоду.

Контроллеры заряда и схемы защиты — в чем разница?

Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда — это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой

Сейчас поясню в чем разница.

Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV — постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество «заливаемой» в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.

По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.

Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу — при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.

Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (~4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 – устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и  разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий. Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами. Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 – приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

Схемное решение в структурном виде для контроллеров заряда, основанных на технологиях MPPT. Здесь уже отмечается более сложный алгоритм контроля и управления периферийными устройствами

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

• возмущения и наблюдения;
• возрастающей проводимости;
• токовой развёртки;
• постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.