Ελεγκτής φόρτισης ηλιακής μπαταρίας: κύκλωμα, αρχή λειτουργίας, μέθοδοι σύνδεσης

Η ηλιακή ενέργεια περιορίζεται μέχρι στιγμής (σε επίπεδο νοικοκυριού) στη δημιουργία φωτοβολταϊκών πάνελ σχετικά χαμηλής ισχύος.Αλλά ανεξάρτητα από το σχεδιασμό του φωτοηλεκτρικού μετατροπέα ηλιακού φωτός σε ρεύμα, αυτή η συσκευή είναι εξοπλισμένη με μια μονάδα που ονομάζεται ελεγκτής φόρτισης ηλιακής μπαταρίας.

Πράγματι, η εγκατάσταση ηλιακής φωτοσύνθεσης περιλαμβάνει μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία - μια συσκευή αποθήκευσης για την ενέργεια που λαμβάνεται από το ηλιακό πάνελ. Αυτή η δευτερεύουσα πηγή ενέργειας εξυπηρετείται κυρίως από τον ελεγκτή.

Στο άρθρο που παρουσιάζουμε, θα κατανοήσουμε τις αρχές σχεδιασμού και λειτουργίας αυτής της συσκευής και επίσης θα εξετάσουμε πώς να τη συνδέσουμε.

Ηλιακά Ελεγκτές

Μια ηλεκτρονική μονάδα που ονομάζεται ηλιακός ελεγκτής έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί έναν αριθμό λειτουργιών ελέγχου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης/εκφόρτισης ηλιακή μπαταρία.

Όταν το ηλιακό φως πέφτει στην επιφάνεια ενός ηλιακού πάνελ που είναι εγκατεστημένο, για παράδειγμα, στην οροφή ενός σπιτιού, τα φωτοκύτταρα της συσκευής μετατρέπουν αυτό το φως σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Η προκύπτουσα ενέργεια, στην πραγματικότητα, θα μπορούσε να τροφοδοτηθεί απευθείας στην μπαταρία αποθήκευσης. Ωστόσο, η διαδικασία φόρτισης/εκφόρτισης μιας μπαταρίας έχει τις δικές της λεπτότητες (ορισμένα επίπεδα ρευμάτων και τάσεων). Εάν παραμελήσετε αυτές τις λεπτές αποχρώσεις, η μπαταρία απλά θα αποτύχει σε σύντομο χρονικό διάστημα λειτουργίας.

Για να αποφευχθούν τέτοιες θλιβερές συνέπειες, έχει σχεδιαστεί μια μονάδα που ονομάζεται ελεγκτής φόρτισης για μια ηλιακή μπαταρία.

Εκτός από την παρακολούθηση του επιπέδου φόρτισης της μπαταρίας, η μονάδα παρακολουθεί επίσης την κατανάλωση ενέργειας.Ανάλογα με τον βαθμό εκφόρτισης, το κύκλωμα ελεγκτή φόρτισης μπαταρίας ηλιακής ενέργειας ρυθμίζει και ρυθμίζει το επίπεδο ρεύματος που απαιτείται για την αρχική και την επόμενη φόρτιση.

Ανάλογα με την ισχύ του ελεγκτή φόρτισης της ηλιακής μπαταρίας, τα σχέδια αυτών των συσκευών μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικές διαμορφώσεις

Γενικά, με απλά λόγια, η μονάδα παρέχει μια ξέγνοιαστη «ζωή» για την μπαταρία, η οποία συσσωρεύει περιοδικά και απελευθερώνει ενέργεια στις καταναλωτικές συσκευές.

Τύποι που χρησιμοποιούνται στην πράξη

Σε βιομηχανικό επίπεδο, κυκλοφόρησαν και παράγονται δύο τύποι ηλεκτρονικών συσκευών, ο σχεδιασμός των οποίων είναι κατάλληλος για εγκατάσταση σε σύστημα ηλιακής ενέργειας:

1. Συσκευές της σειράς PWM.
2. Συσκευές σειράς MPPT.

Ο πρώτος τύπος ελεγκτή για μια ηλιακή μπαταρία μπορεί να ονομαστεί "γέρος". Τέτοια σχέδια αναπτύχθηκαν και τέθηκαν σε λειτουργία στην αυγή της ανάπτυξης της ηλιακής και αιολικής ενέργειας.

Η αρχή λειτουργίας του κυκλώματος ελεγκτή PWM βασίζεται σε αλγόριθμους διαμόρφωσης εύρους παλμού. Η λειτουργικότητα τέτοιων συσκευών είναι κάπως κατώτερη από τις πιο προηγμένες συσκευές της σειράς MPPT, αλλά γενικά λειτουργούν επίσης αρκετά αποτελεσματικά.

Ένα από τα δημοφιλή μοντέλα ελεγκτή φόρτισης μπαταρίας ηλιακού σταθμού στην κοινωνία, παρά το γεγονός ότι το κύκλωμα της συσκευής κατασκευάζεται με τεχνολογία PWM, η οποία θεωρείται ξεπερασμένη

Τα σχέδια που χρησιμοποιούν την τεχνολογία Maximum Power Point Tracking (παρακολούθηση του μέγιστου ορίου ισχύος) διακρίνονται από μια σύγχρονη προσέγγιση στις λύσεις κυκλωμάτων και παρέχουν μεγαλύτερη λειτουργικότητα.

Αλλά αν συγκρίνουμε και τους δύο τύπους ελεγκτών και, ειδικά, με μια προκατάληψη προς την οικιακή σφαίρα, οι συσκευές MPPT δεν φαίνονται στο ρόδινο φως στο οποίο παραδοσιακά διαφημίζονται.

Ελεγκτής τύπου MPPT:

• έχει υψηλότερο κόστος?
• έχει έναν πολύπλοκο αλγόριθμο διαμόρφωσης.
• δίνει κέρδος σε ισχύ μόνο σε πάνελ μεγάλης επιφάνειας.

Αυτός ο τύπος εξοπλισμού είναι πιο κατάλληλος για παγκόσμια συστήματα ηλιακής ενέργειας.

Ένας ελεγκτής σχεδιασμένος για λειτουργία ως μέρος εγκατάστασης ηλιακής ενέργειας. Είναι αντιπροσωπευτικό της κατηγορίας συσκευών MPPT - πιο προηγμένες και αποτελεσματικές

Για τις ανάγκες ενός απλού χρήστη από οικιακό περιβάλλον, ο οποίος, κατά κανόνα, έχει πίνακες μικρής περιοχής, είναι πιο κερδοφόρο να αγοράσετε και να λειτουργήσετε έναν ελεγκτή PWM (PWM) με το ίδιο αποτέλεσμα.

Μπλοκ διαγράμματα ελεγκτών

Τα σχηματικά διαγράμματα των ελεγκτών PWM και MPPT για να τα εξετάσουμε με απλό μάτι είναι ένα πολύ περίπλοκο σημείο που σχετίζεται με μια λεπτή κατανόηση των ηλεκτρονικών. Επομένως, είναι λογικό να εξετάζουμε μόνο δομικά διαγράμματα. Αυτή η προσέγγιση είναι κατανοητή σε ένα ευρύ φάσμα ανθρώπων.

Επιλογή #1 - Συσκευές PWM

Η τάση από το ηλιακό πάνελ ταξιδεύει μέσω δύο αγωγών (θετικών και αρνητικών) στο στοιχείο σταθεροποίησης και στο διαχωριστικό κύκλωμα αντίστασης. Λόγω αυτού του κομματιού του κυκλώματος, επιτυγχάνεται εξίσωση δυναμικού της τάσης εισόδου και, σε κάποιο βαθμό, οργανώνουν την προστασία της εισόδου του ελεγκτή από την υπέρβαση του ορίου τάσης εισόδου.

Θα πρέπει να τονιστεί εδώ: κάθε μεμονωμένο μοντέλο συσκευής έχει ένα συγκεκριμένο όριο τάσης εισόδου (που υποδεικνύεται στην τεκμηρίωση).

Έτσι μοιάζει περίπου το μπλοκ διάγραμμα των συσκευών που κατασκευάζονται με βάση τις τεχνολογίες PWM.Για λειτουργία ως μέρος μικρών οικιακών σταθμών, αυτή η προσέγγιση κυκλώματος παρέχει αρκετά επαρκή απόδοση

Στη συνέχεια, η τάση και το ρεύμα περιορίζονται στην απαιτούμενη τιμή από τρανζίστορ ισχύος. Αυτά τα εξαρτήματα κυκλώματος ελέγχονται με τη σειρά τους από το τσιπ ελεγκτή μέσω του τσιπ προγράμματος οδήγησης. Ως αποτέλεσμα, η έξοδος ενός ζεύγους τρανζίστορ ισχύος καθορίζει την κανονική τιμή τάσης και ρεύματος για την μπαταρία.

Το κύκλωμα περιέχει επίσης έναν αισθητήρα θερμοκρασίας και έναν οδηγό που ελέγχει το τρανζίστορ ισχύος, το οποίο ρυθμίζει την ισχύ του φορτίου (προστασία από βαθιά εκφόρτιση της μπαταρίας). Ο αισθητήρας θερμοκρασίας παρακολουθεί την κατάσταση θέρμανσης σημαντικών στοιχείων του ελεγκτή PWM.

Συνήθως το επίπεδο θερμοκρασίας στο εσωτερικό της θήκης ή στις ψύκτρες των τρανζίστορ ισχύος. Εάν η θερμοκρασία υπερβαίνει τα όρια που έχουν οριστεί στις ρυθμίσεις, η συσκευή απενεργοποιεί όλες τις ενεργές γραμμές τροφοδοσίας.

Επιλογή #2 - συσκευές MPPT

Η πολυπλοκότητα του κυκλώματος σε αυτή την περίπτωση οφείλεται στην προσθήκη του σε έναν αριθμό στοιχείων που χτίζουν πιο προσεκτικά τον απαραίτητο αλγόριθμο ελέγχου, με βάση τις συνθήκες λειτουργίας.

Τα επίπεδα τάσης και ρεύματος παρακολουθούνται και συγκρίνονται από κυκλώματα σύγκρισης και με βάση τα αποτελέσματα σύγκρισης προσδιορίζεται η μέγιστη ισχύς εξόδου.

Σχεδιασμός κυκλώματος σε δομική μορφή για ελεγκτές φόρτισης που βασίζονται σε τεχνολογίες MPPT. Ένας πιο σύνθετος αλγόριθμος για την παρακολούθηση και τον έλεγχο περιφερειακών συσκευών σημειώνεται ήδη εδώ.

Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτού του τύπου ελεγκτή και συσκευών PWM είναι ότι μπορούν να ρυθμίσουν τη μονάδα ηλιακής ενέργειας στη μέγιστη ισχύ, ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες.

Το κύκλωμα τέτοιων συσκευών εφαρμόζει διάφορες μεθόδους ελέγχου:

• Διαταραχές και παρατηρήσεις·
• αύξηση της αγωγιμότητας?
• τρέχουσα σάρωση?
• σταθερή τάση.

Και στο τελευταίο τμήμα της συνολικής δράσης, χρησιμοποιείται επίσης ένας αλγόριθμος για τη σύγκριση όλων αυτών των μεθόδων.

Μέθοδοι σύνδεσης ελεγκτή

Λαμβάνοντας υπόψη το θέμα των συνδέσεων, θα πρέπει αμέσως να σημειωθεί: για την εγκατάσταση κάθε μεμονωμένης συσκευής, ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα είναι η εργασία με μια συγκεκριμένη σειρά ηλιακών συλλεκτών.

Έτσι, για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιείται ελεγκτής που έχει σχεδιαστεί για μέγιστη τάση εισόδου 100 βολτ, μια σειρά ηλιακών συλλεκτών θα πρέπει να εξάγει μια τάση όχι μεγαλύτερη από αυτήν την τιμή.

Οποιαδήποτε εγκατάσταση ηλιακής ενέργειας λειτουργεί σύμφωνα με τον κανόνα εξισορρόπησης των τάσεων εξόδου και εισόδου του πρώτου σταδίου. Το ανώτερο όριο της τάσης του ελεγκτή πρέπει να αντιστοιχεί στο ανώτερο όριο της τάσης του πίνακα

Πριν συνδέσετε τη συσκευή, πρέπει να αποφασίσετε για τη θέση της φυσικής εγκατάστασής της. Σύμφωνα με τους κανόνες, η θέση εγκατάστασης πρέπει να επιλέγεται σε ξηρούς, καλά αεριζόμενους χώρους. Αποφύγετε την παρουσία εύφλεκτων υλικών κοντά στη συσκευή.

Η παρουσία πηγών δόνησης, θερμότητας και υγρασίας σε άμεση γειτνίαση με τη συσκευή είναι απαράδεκτη. Ο χώρος εγκατάστασης πρέπει να προστατεύεται από τις βροχοπτώσεις και το άμεσο ηλιακό φως.

Τεχνολογία σύνδεσης για μοντέλα PWM

Σχεδόν όλοι οι κατασκευαστές ελεγκτών PWM απαιτούν οι συσκευές να συνδέονται με την ακριβή σειρά.

Η τεχνική σύνδεσης ελεγκτών PWM με περιφερειακές συσκευές δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Κάθε πλακέτα είναι εξοπλισμένη με τερματικά με ετικέτα. Εδώ πρέπει απλώς να ακολουθήσετε τη σειρά των ενεργειών

Οι περιφερειακές συσκευές πρέπει να συνδέονται πλήρως σύμφωνα με τις ονομασίες των ακροδεκτών επαφής:

1. Συνδέστε τα καλώδια της μπαταρίας στους ακροδέκτες της μπαταρίας της συσκευής σύμφωνα με την υποδεικνυόμενη πολικότητα.
2. Ενεργοποιήστε την προστατευτική ασφάλεια απευθείας στο σημείο επαφής του θετικού καλωδίου.
3. Συνδέστε τους αγωγούς που προέρχονται από την μπαταρία του ηλιακού πάνελ στις επαφές του ελεγκτή που προορίζονται για το ηλιακό πάνελ. Παρατηρήστε την πολικότητα.
4. Συνδέστε μια δοκιμαστική λυχνία της κατάλληλης τάσης (συνήθως 12/24 V) στους ακροδέκτες φορτίου της συσκευής.

Η καθορισμένη σειρά δεν πρέπει να παραβιάζεται. Για παράδειγμα, η πρώτη σύνδεση ηλιακών συλλεκτών όταν η μπαταρία δεν είναι συνδεδεμένη, απαγορεύεται αυστηρά. Με αυτόν τον τρόπο, ο χρήστης διατρέχει τον κίνδυνο να «κάψει» τη συσκευή. ΣΕ αυτό το υλικό Το διάγραμμα για τη συναρμολόγηση ηλιακών συλλεκτών με μπαταρία περιγράφεται λεπτομερέστερα.

Επίσης, για τους ελεγκτές της σειράς PWM, δεν επιτρέπεται η σύνδεση μετατροπέα τάσης στους ακροδέκτες φορτίου του ελεγκτή. Ο μετατροπέας πρέπει να συνδεθεί απευθείας στους ακροδέκτες της μπαταρίας.

Διαδικασία σύνδεσης συσκευών MPPT

Οι γενικές απαιτήσεις φυσικής εγκατάστασης για αυτόν τον τύπο συσκευής δεν διαφέρουν από τα προηγούμενα συστήματα. Αλλά η τεχνολογική εγκατάσταση είναι συχνά κάπως διαφορετική, καθώς οι ελεγκτές MPPT θεωρούνται συχνά πιο ισχυρές συσκευές.

Για ελεγκτές σχεδιασμένους για υψηλά επίπεδα ισχύος, συνιστάται η χρήση καλωδίων μεγάλης διατομής εξοπλισμένα με μεταλλικά ακραία καλύμματα για συνδέσεις κυκλώματος ισχύος.

Για παράδειγμα, για ισχυρά συστήματα, αυτές οι απαιτήσεις συμπληρώνονται από το γεγονός ότι οι κατασκευαστές συνιστούν τη χρήση καλωδίου για γραμμές σύνδεσης ρεύματος σχεδιασμένο για πυκνότητα ρεύματος τουλάχιστον 4 A/mm². Δηλαδή, για παράδειγμα, για έναν ελεγκτή με ρεύμα 60 A, χρειάζεστε ένα καλώδιο για σύνδεση στην μπαταρία με διατομή τουλάχιστον 20 mm².

Τα καλώδια σύνδεσης πρέπει να είναι εξοπλισμένα με χάλκινα ωτία, σφιχτά πτυχωμένα με ειδικό εργαλείο. Οι αρνητικοί ακροδέκτες του ηλιακού πάνελ και της μπαταρίας πρέπει να είναι εξοπλισμένοι με προσαρμογείς με ασφάλειες και διακόπτες.

Αυτή η προσέγγιση εξαλείφει τις απώλειες ενέργειας και διασφαλίζει την ασφαλή λειτουργία της εγκατάστασης.

Μπλοκ διάγραμμα σύνδεσης ισχυρού ελεγκτή MPPT: 1 – ηλιακό πάνελ. 2 – Ελεγκτής MPPT. 3 – μπλοκ ακροδεκτών. 4.5 – ασφάλειες; 6 – διακόπτης ισχύος ελεγκτή. 7.8 – γήινο λεωφορείο

Πριν από τη σύνδεση ηλιακούς συλλέκτες Κατά τη σύνδεση στη συσκευή, βεβαιωθείτε ότι η τάση στους ακροδέκτες αντιστοιχεί ή είναι μικρότερη από την τάση που μπορεί να τροφοδοτηθεί στην είσοδο του ελεγκτή.

Σύνδεση περιφερειακών στη συσκευή MTTP:

1. Θέστε τον πίνακα και τους διακόπτες της μπαταρίας στη θέση "off".
2. Αφαιρέστε τις προστατευτικές ασφάλειες στον πίνακα και την μπαταρία.
3. Συνδέστε τους ακροδέκτες της μπαταρίας με ένα καλώδιο στους ακροδέκτες του ελεγκτή για την μπαταρία.
4. Συνδέστε τους ακροδέκτες του ηλιακού πάνελ με ένα καλώδιο στους ακροδέκτες του ελεγκτή που υποδεικνύονται από την αντίστοιχη πινακίδα.
5. Συνδέστε τον ακροδέκτη γείωσης στο δίαυλο γείωσης με ένα καλώδιο.
6. Εγκαταστήστε τον αισθητήρα θερμοκρασίας στον ελεγκτή σύμφωνα με τις οδηγίες.

Μετά από αυτά τα βήματα, πρέπει να επανατοποθετήσετε την ασφάλεια μπαταρίας που αφαιρέσατε προηγουμένως και να γυρίσετε το διακόπτη στη θέση "on". Στην οθόνη του ελεγκτή θα εμφανιστεί ένα σήμα ανίχνευσης μπαταρίας.

Στη συνέχεια, μετά από μια σύντομη παύση (1-2 λεπτά), αντικαταστήστε την ασφάλεια ηλιακού πάνελ που αφαιρέσατε προηγουμένως και γυρίστε τον διακόπτη του πίνακα στη θέση «on».

Στην οθόνη της συσκευής θα εμφανιστεί η τιμή τάσης του ηλιακού πάνελ. Αυτή η στιγμή υποδηλώνει την επιτυχή εκτόξευση της εγκατάστασης ηλιακής ενέργειας.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Η βιομηχανία παράγει συσκευές που είναι πολύπλευρες όσον αφορά τα σχέδια κυκλωμάτων. Επομένως, είναι αδύνατο να δοθούν σαφείς συστάσεις σχετικά με τη σύνδεση όλων των εγκαταστάσεων χωρίς εξαίρεση.

Ωστόσο, η κύρια αρχή για οποιονδήποτε τύπο συσκευής παραμένει η ίδια: χωρίς τη σύνδεση της μπαταρίας με τα λεωφορεία ελεγκτή, η σύνδεση με φωτοβολταϊκά πάνελ είναι απαράδεκτη. Παρόμοιες απαιτήσεις ισχύουν για ένταξη στο σύστημα μετατροπέας τάσης. Θα πρέπει να θεωρείται ως ξεχωριστή μονάδα που συνδέεται με την μπαταρία μέσω άμεσης επαφής.

Εάν έχετε την απαραίτητη εμπειρία ή γνώση, παρακαλούμε μοιραστείτε τη με τους αναγνώστες μας. Αφήστε τα σχόλιά σας στο παρακάτω μπλοκ. Εδώ μπορείτε να κάνετε μια ερώτηση σχετικά με το θέμα του άρθρου.