Навіщо потрібен контролер заряду для сонячної батареї?
Акумулятори, які використовуються в комплекті сонячних батарей для накопичення заряду, мають низку специфічних особливостей. Вони потребують забезпечення певних умов у процесі зарядки. Необхідно своєчасно обмежити струм та напругу, не допустити занадто сильного розряду та виключити перезаряд АКБ. Забезпечити ці умови може спеціальний пристрій, що слідкує за аккумулятором і своєчасно припиняє всі процеси, коли вони досягають критичних значень.
Завдання, які вирішують контролери заряду для сонячних батарей:
- виконання диспетчерських функцій, визначення поточного режиму роботи та зміна його при виникненні відповідних умов
- обмеження величини заряду, запобігання перезаряду аккумулятора
- спостереження за споживанням та своєчасне переведення батарей у режим зарядки
Є контролери, що поєднують функції джерела живлення. До них підключаються низьковольтні споживачі, наприклад - освітлювальні прилади або інше навантаження подібного типу. Такі системи працюють у малому складі і не використовуються як повноцінне джерело живлення для побутової чи господарської техніки.
Різновиди контролерів
Існує два різновиди контролерів, які застосовуються в сонячних системах:
- PWM (в україномовних джерелах їх іноді називають ШІМ — широтно-імпульсна модуляція)
- MPPT (абревіатура з англійської Maximum Power Point Tracking — відстеження максимальної точки потужності)
Принцип роботи контролерів
PWM
На вході контролера встановлений стабілізатор та струмообмежуючий резистор. Цим досягається захист від перевищення вхідного сигналу та порушення режиму роботи пристрою. Допустимий рівень вхідного сигналу у кожного приладу свій, він вказаний у паспортних даних. Значення визначається специфікою контролера, залежить від особливостей схеми та параметрів приладу.
Після цього струм проходить через блок двох силових транзисторів, де відбувається перетворення значень напруги і струму. Управління цими процесами здійснюється через мікросхему драйвера за допомогою чіпа контролера. Сам драйвер призначений для корекції режиму транзисторів. Одне з основних завдань - регулювання рівня потужності навантаження, що запобігає глибокому розряду акумуляторів.
Крім цих компонентів, до складу схеми входить датчик температури. Він забезпечує підтримку заданого температурного режиму роботи приладу, обмежуючи його потужність за потребою. Перегрів дуже небезпечний для контролера, тому датчик відносять до основних вузлів схеми.
MPPT
Контролер заряду акумулятора від сонячної батареї, створений за схемою MPPT, є складнішим пристроєм, ніж PWM. Збільшено кількість вузлів та деталей, оскільки ретельніше виконання алгоритмів роботи потребує певних ресурсів. Основна функція пристрою полягає у визначенні максимальної потужності сонячних батарей у поточних умовах та відповідному перенастроюванні їх роботи.
Компаратори виробляють зіставлення значень напруги та струму, визначаючи максимально можливу вихідну потужність. За замовчуванням сканування відбувається 1 раз на 2 години, але режим можна переналаштувати більш часту перевірку.
Виробляється визначення точки максимальної потужності (ТММ), що визначає напругу, за якої вихідні показники будуть максимально високими. Заряд АКБ відбувається у 4 етапи:
- Об'ємний. Це перший етап після нічної перерви. Акумулятори активно накопичують енергію, використовуючи всю енергію сонячних батарей
- Підвищуючий. Починається відразу після досягнення максимального заряду акумуляторів. Напруга заряду знижується, щоб виключити нагрівання та виділення газів. Цей режим, як правило, триває 1-3 години, після чого слідує перехід на наступну стадію зарядки
- Плаваючий. Цей етап необхідний підтримки заряду максимальному рівні і недопущення перегріву чи газоотделения, і навіть зниження кількості накопиченої енергії. Якщо навантаження починає вимагати підвищеної віддачі, контролер переводить систему з плаваючого режиму на підвищує. Як тільки потужність на виході впаде, буде знову задіяний плаваючий режим
- Вирівнювання. Етап, при якому відбувається вирівнювання густини електроліту, відновлення стану електродів, переробка сульфату свинцю
Робота контролерів MPPT залежить від температури навколишнього середовища. У спеку вироблення енергії падає, при сильному охолодженні процеси в акумуляторах уповільнюються, що загрожує виходом з ладу. Вбудований датчик температури постійно контролює стан та дає команду на відповідне коригування режиму роботи.
Використання контролерів MPPT рекомендовано за потужності системи від 200 Вт або при нестабільній генерації енергії. Постійне визначення максимальної ефективності покращує роботу комплексу та дозволяє обходитися без встановлення додаткових модулів.
Способи підключення контролерів
Перед підключенням необхідно переконатись, що напруга сонячних панелей не перевищує номінал контролера. Перед початком робіт треба виділити для встановлення контролера місце з відповідними умовами - сухе, чисте, опалюване. Не повинно бути контакту із сонячним промінням, не допускається наявність поблизу механізмів, що створюють вібрацію.
PWM
Порядок підключення контролерів PWM складається з наступних етапів:
- Приєднання акумуляторів до відповідних клем приладу. Важливо простежити за дотриманням полярності
- У точці підключення плюсового дроту необхідно встановити запобіжник
- До відповідних контактів підключити дроти від сонячних панелей, дотримуючись полярності
- На вихід навантаження увімкнути сигнальну лампу
Важливо! Порушувати цю послідовність не можна. Якщо спочатку підключити сонячні модулі, можна вивести контролер сонячного заряду з ладу, оскільки йому не буде куди віддавати отриману напругу.
Крім цього, не допускається підключення контактів, призначених для з'єднання з навантаженням інверторів. Цей вихід можна приєднувати лише до блоку АКБ.
MPPT
Принцип підключення цих контролерів не відрізняється від вищевикладеного, але можуть знадобитися деякі доповнення. Наприклад, на потужних системах необхідно використовувати кабель, що витримує струм не менше 4 ампер на квадратний міліметр перерізу.
Перед з'єднанням рекомендується ще раз виконати нескладний розрахунок (розділити максимальне значення сили струму на 4 і додати близько 10-15%). Це дозволить забезпечити штатну роботу комутації, виключити нагрівання та небезпеку виникнення пожежі.
Перед початком підключення треба вийняти запобіжники із сонячних панелей та блоку АКБ. Після з'єднання контролера з акумуляторами та сонячними модулями здійснюється підключення заземлювального контуру та датчика температури. Перевіряють правильність всіх з'єднань, після чого встановлюють запобіжники і включають систему.
Висновок. Що обрати?
Вибір типу контролера проводиться виходячи з потужності та продуктивності системи. Якщо вони невеликі, можна обмежитись установкою контролера PWM. Це дешевше та простіше.
Однак, якщо комплект видає значну потужність та забезпечує живлення чутливих приладів споживання, найкращим рішенням стане використання контролера MPPT. Він набагато дорожчий, але здатний налаштувати максимально ефективну роботу комплексу обладнання. У будь-якому випадку, остаточний вибір обумовлений можливостями власника та особливостями сонячного комплексу.
