Важным критерием выбора контроллера является стоимость контроллера. При возникновении вопроса, какой контроллер купить, дороже или дешевле, в случаях небольших солнечных электростанций возникает решение, купить контроллер проще и дешевле, а на разницу в цене купить еще одну две солнечные батареи.
Если вы хотите установить простую , то стоит выбрать недорогой, но качественный ШИМ контроллер, с запасом по мощности в 20-30%.
Если же вы очень критично относитесь к , вам важно все параметры станции, высокая эффективность, контроль параметров, возможности удаленного управления, а также переключение между электростанцией и электросетью, или автоматическое включение генератора, то стоит приобрести продвинутый, современный, MPPT контроллер, с множеством функций, встроенных защит, возможностью управления внешними устройствами и перераспределением нагрузок.
Выбор производителя
Не маловажным аспектом является выбор производителя контроллеров. При выборе производителя контроллеров следует учитывать следующие факторы:
1) Специализации производителя. Что выпускает данное предприятие. Специализируется ли оно на производстве компонентов автономных электростанций, или контроллер является дополнительно выпускаемым среди прочей разнообразной несерьезной электроники. Бывает еще, что профильное по электрическим и электронным приборам предприятие решило выпускать дополнительно контроллер заряда солнечных батарей, и хотя они имеют серьезный подход, хорошую компонентную базу, но часто их устройства могут быть непродуманными, иметь мало функций. Это связано с тем, что для выпуска контроллера не открывался специальный отдел, который бы занимался проработкой изделия, испытаниями, доработкой, сопровождением и поддержкой контроллера в эксплуатации. Скорее всего, предприятие приобрело патент на изготовление контроллера у сторонней фирмы для загрузки незадействованных мощностей. Причем данный контроллер будет устаревшим, прошлого поколения вряд ли кто будет продавать патент на совершенно новое технологичное перспективное устройство.
2) Страна производства. Если для вас важно, контроллеры можно выбрать по стране производства. Основное разделение идет на:
Европейские. Наиболее качественные продуманные и дорогие.
Американские. Аналогично европейским.
Российские. Рынок наших контроллеров только развивается. Но уже есть достаточно продуманные контроллеры, способные составить конкуренцию европейским контроллерам. Одним из плюсов является возможность гарантийного ремонта или замены в небольшие сроки.
Китайские. Такие контроллеры можно разделить на две категории:
1) От брендовых производителей, специализирующихся на выпуске именно компонентах солнечных электростанций.
2 ) Прочие китайские производители неизвестных марок. Такие контроллеры отличает невысокая цена, некачественное исполнение, отсутствие каких-либо инструкций, гарантий и поддержки производителя.
Приведена схема эффективного 12В зарядного устройства (солнечного контроллера), с защитой аккумуляторов от пониженного напряжения.
Характеристики устройства
Низкое потребление мощности в режиме простоя
Схема была разработана для небольших и средних свинцово-кислотных аккумуляторных батарей и потребляет маленький ток (5 мА) в режиме простоя. Это увеличивает продолжительность жизни аккумуляторных батарей.
Легкодоступные компоненты
В устройстве используются обычные компоненты (не SMD), которые легко можно найти в магазинах. Ничего не требуется прошивать, единственное нужен будет вольтметр и регулируемый источник питания для настройки схемы.
Последняя версия устройства
Это уже третья версия устройства, поэтому в нем исправлены большинство ошибок и недочетов, которые присутствовали в предыдущих версиях зарядника.
Регулировка напряжения
В приборе используется параллельный стабилизатор напряжения, чтобы напряжение аккумулятора не превышало норму, обычно это 13.8 Вольт.
Контроллер отсоединяет аккумуляторную батарею, если напряжение падает ниже определенной точки (настраивается), обычно это 10.5 Вольт
В большинстве солнечных зарядных устройствах для защиты от утечки тока аккумулятора на солнечную панель, используется диод Шоттки. А шунтирующий стабилизатор напряжения используется когда аккумулятор полностью заряжен.
Одной из проблем такого подхода являются потери на диоде и как следствие его нагрев. К примеру, солнечная панель 100 Ватт, 12В, подает 8А на аккумуляторную батарею, на диоде Шоттки падение напряжение составит 0.4В, т.е. рассеиваемая мощность составит около 3.2 Ватта. Это во первых потери, а во вторых для диода понадобится радиатор для отвода тепла. Проблема в том, что уменьшить падение напряжения не получится, несколько диодов включенных параллельно, уменьшат ток, но падение напряжения такое и останется. В представленной ниже схеме, вместо обычных диодов используются мосфеты, следовательно мощность теряется только на активное сопротивление (резистивные потери).
Для сравнения, в 100 Вт панели при использовании мосфетов IRFZ48 (КП741А) потери мощности составляют всего 0.5Ватта (на Q2). А это значит меньший нагрев и больше энергии для аккумуляторов. Еще важным моментов является то, что мосфеты имеют положительный температурный коэффициент и могут быть включены в параллель для уменьшения сопротивления в включенном состоянии.
В приведенной выше схеме используется пара нестандартных решений.
Зарядка
Между солнечной панелью и нагрузкой не используется диод, вместо него стоит мосфет Q2. Диод в мосфете обеспечивает протекание тока от панели к нагрузке. Если на Q2 появляется значительное напряжение, то транзистор Q3 открывается, заряжается конденсатор С4, что заставляет ОУ U2c и U3b открыть мосфет Q2. Теперь, падение напряжения вычисляется по закону Ома, т.е. I*R, и оно намного меньше, чем если бы там стоял диод. Конденсатор С4 периодически разряжается через резистор R7, и Q2 закрывается. Если от панели протекает ток, то ЭДС самоиндукции дросселя L1 сразу же заставляет открыться Q3. Это происходит очень часто (множество раз за секунду). В случае, когда ток идет на солнечную панель, Q2 закрывается, а Q3 не открывается, т.к. диод D2 ограничивает ЭДС самоиндукции дросселя L1. Диод D2 может быть рассчитан на ток 1А, однако в процессе тестирования выяснилось, что такой ток возникает редко.
Подстроечник VR1 устанавливает максимальное напряжение. Когда напряжение превышает 13.8В, то операционный усилитель U2d открывает мосфет Q1 и выход с панели "закорачивается" на землю. Помимо этого, операционник U3b отключает Q2 и т.о. панель отключается от нагрузки. Это необходимо, поскольку Q1 помимо солнечной панели "коротит" нагрузку и аккумулятор.
Управление N-канальными мосфетами
Для управления мосфетами Q2 и Q4 требуется большее напряжение, чем используемое в схеме. Для этого, ОУ U2 с обвязкой из диодов и конденсаторов создает повышенное напряжение VH. Это напряжение используется для питания U3, на выходе которого будет повышенное напряжение. Связка U2b и D10 обеспечивают стабильность выходного напряжения на уровне 24 Вольт. При таком напряжении, через затвор-исток транзистора будет напряжение не меньше 10В, поэтому тепловыделение будет маленькое.
Обычно, N-канальные мосфеты имеют намного меньшее сопротивление, чем Р-канальные, поэтому они и были использованы в данной схеме.
Защита от пониженного напряжения
Мосфет Q4, операционник U3a с внешней обвязкой из резисторов и конденсаторов, предназначены для защиты от пониженного напряжения. Здесь Q4 используется нестандартною. Диод мосфета обеспечивает постоянное прохождение тока в аккумулятор. Когда напряжение выше установленного минимума, то мосфет открыт, допуская небольшое падение напряжения при зарядке аккумулятора, но более важным является то, что он дает возможность прохождения тока от аккумулятора на нагрузку, если солнечная батарея не может обеспечить достаточную выходную мощность. Предохранитель защищает от возникновения короткого замыкания на стороне нагрузки.
Ниже представлены рисунки расположения элементов и печатных плат.
Настройка устройства
При нормальной использовании устройства, джампер J1 не должен быть вставлен! Светодиод D11 используется для настройки. Для настройки устройства, к выводам "нагрузка" подключите регулируемый блок питания.
Установка защиты от пониженного напряжения
Вставьте джампер J1.
В блоке питание установите выходное напряжение на 10.5В.
Вращайте подстроечный резистор VR2 против часовой стрелки до тех пор, пока не загорится светодиод D11.
Немного поверните VR2 по часовой стрелке, пока светодиод не погаснет.
Выньте джампер J1.
Установка максимального напряжения
В блоке питание установите выходное напряжение на 13.8В.
Вращайте подстроечный резистор VR1 по часовой стрелке до тех пор, пока не погаснет светодиод D9.
Медленно поверните VR1 против часовой стрелки, пока светодиод D9 не загорится.
Контроллер настроен. Не забудьте вынуть джампер J1!
Если мощность всей системы будет небольшая, то мосфеты могут быть заменены на более дешевые IRFZ34. А если система будет мощнее, то мосфеты можно заменить на более мощные IRFZ48.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | ИС источника опорного напряжения | LM336-2.5 | 1 | В блокнот | ||
| U2 | Операционный усилитель | LM324 | 1 | В блокнот | ||
| U3 | Операционный усилитель | LM358 | 1 | В блокнот | ||
| Q1, Q2, Q4 | MOSFET-транзистор | IRFZ44 | 3 | КП723А | В блокнот | |
| Q3 | Биполярный транзистор | BC327 | 1 | КТ685А | В блокнот | |
| D1 | Диод Шоттки | 1.5КЕ16 | 1 | В блокнот | ||
| D2, D4 | Диод Шоттки | 1N5819 | 2 | КДШ2105В | В блокнот | |
| D3, D5-D8, D10 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 6 | КД522А | В блокнот | |
| D9, D11 | Светодиод | 2 | В блокнот | |||
| C1, C3 | 1000 мкФ 25 В | 2 | В блокнот | |||
| C2, C4-C7 | Конденсатор | 100 нФ | 5 | В блокнот | ||
| C9 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ 35 В | 1 | В блокнот | ||
| C8, C10, C12 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ 25 В | 3 | В блокнот | ||
| C11 | Конденсатор | 1 нФ | 1 | В блокнот | ||
| R1, R9, R11, R16, R19 | Резистор | 10 кОм | 5 | В блокнот | ||
| R2, R10 | Резистор | 56 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4, R12 | Резистор | 2.2 МОм | 2 | В блокнот | ||
| R5, R8, R13-R15, R18 | Резистор | 100 кОм | 6 | В блокнот | ||
| R6 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R7 | Резистор |
В 21 веке уже ни для кого не секрет, что энергию солнца можно трансформировать в электрический ток. Такое преобразование достигается с помощью специального оборудования – . Но не все знают, каким образом и в каких отраслях могут применяться солнечные батареи.
Сперва следует сказать о том, что данное оборудование может использоваться и в автономных системах, и в сетевых. То есть оно распространено во многих сферах, среди которых:
- сельскохозяйственная отрасль;
- телекоммуникации;
- навигационные системы;
- подсветка автодорожных знаков ночью;
- системы уличного освещения и т.д.
Но использование фотоэлектрических установок может демонстрировать низкую эффективность, если не задействован контроллер заряда, обеспечивающий контроль за процессом . Этот прибор может выступать отдельной единицей или монтироваться в инверторы либо блоки бесперебойного питания. Различают несколько разновидностей контроллеров заряда солнечных батарей – ШИМ и МРРТ.
МРРТ контроллеры
Такие контроллеры наделены важной функциональной особенностью – поиск точки максимальной мощности. Электрическая энергия, которая вырабатывается батареями, должна максимально применяться в нагрузке – один из главных принципов контроллера данного вида.
Чтобы иметь четкое представление о работе МРРТ контроллеров, для начала нужно разобраться, что такое точка максимальной мощности. В данной точке значение напряжения, а также силы тока определяются несколькими аспектами, главными из которых являются яркость света, нагрев батареи и угол падения лучей. Поскольку эти величины непостоянны, точка максимальной мощности тоже будет изменять собственное положение. И чтобы оборудование работало наиболее эффективно, и производило как можно больше электроэнергии от солнца, необходим аккумулятор, подстраивающийся под регулярно меняющиеся параметры. Но даже он не способен точно «ловить» точку максимальной мощности – и тут на помощь приходят контроллеры заряда МРРТ.
Согласно с результатами исследований, данная технология позволяет достичь увеличения эффективности солнечных батарей на целых 25 процентов.
ШИМ контроллеры
Применяющаяся же в ШИМ контроллерах технология, дает возможность достигнуть постоянного напряжения аккумуляторного заряда благодаря коммутации солнечной батареи. Схема действия данных устройств такова: в момент достижения заявленной величины напряжения на аккумуляторной батарее, контроллер выполняет функцию снижения тока заряда и предотвращения перегрева аккумулятора. Также такие контроллеры учитывают «возраст» батарей, понижают степень выработки газа (за исключением AGM и GEL технологий, которые вообще не выделяют газ), повышают способность принятия заряда, и обеспечивают выравнивание качества их отдельных элементов.
Получаемая солнечной батареей энергия применятся наиболее эффективно, если установлен ШИМ контроллер – на 30 процентов больше энергии для аккумуляторов, понижение стоимости системы, расходование электроэнергии с максимальной пользой.
Выбираем контроллер – МРРТ или ШИМ
МРРТ устройства позволяют достигнуть большей эффективности, в сравнении с ШИМ, однако к их минусам относится цена – почти вдвое большая. Исходя из этого, для небольших мощностей, когда применяется 1-2 солнечных модуля, лучше приобрести ШИМ контроллер – на столь маленьких «масштабах» установок, МРРТ будет демонстрировать практически ту же эффективность, что и ШИМ, лишь немногим большую. Если же у вас уже есть небольшая мощность солнечных модулей, но в будущем вы хотите ее нарастить с помощью добавления новых единиц оборудования, то в таком случае рекомендуется купить МРРТ контроллер.
Как вы уже могли понять из приведенных выше материалов, солнечные батареи для высокоэффективной работы обязательно должны быть оборудованы контроллерами заряда. Ведь контроллер является одной из наиболее важных составляющих всей системы, которая выполняет значимые функции – регулировка температуры, режима зарядки и многое другое.
К сожалению не все продавцы данного оборудования, как в наземных магазинах, так и во всемирной сети интернет, хорошо разбираются в реализуемых устройствах. По этой причине перед покупкой лучше собрать о них полную информацию, чтобы сделать правильный выбор. Также желательно покупать в надежных магазинах, которые пользуются доверием покупателей и хорошей репутацией.
Современные контроллеры заряда оборудованы большим количеством различных защит. Если говорить конкретнее, то это защита от перезарядки, перегрева, недопущение коротких замыканий и так далее. За счет этого достигается надежная, качественная и стабильная работа прибора. И перед тем как остановить свой выбор на том или ином контроллере, обязательно выясните, какие конкретно имеет защитные схемы устройство, достаточно ли оно защищено.
Сегодня купить контроллер заряда не проблема – множество магазинов предлагают такую аппаратуру своим покупателям. Но иногда случается так, что потребитель обнаруживает, что контроллер не совсем подходит для солнечной батареи, существует некая «несовместимость», в паре их работа оставляет желать лучшего. Поэтому будьте внимательны при выборе данных приборов и доверяйтесь только надежным продавцам, которые в своем деле считаются профессионалами – в таком случае покупка не разочарует вас и будет служить «верой и правдой» в течение долгого времени.
В настоящее время все большую популярность набирают системы, в которых не требуется подключение к сети электропитания. В состав системы входят: генератор энергии, контроллер (ШИМ, МРРТ, к примеру, фирма Arduino), реле, инвертор (совершает поворот тока) и провода. Ниже представлены различные варианты получения энергии с использованием природных источников и преобразованием их энергии.
Контроллер заряда солнечных батарей с цифровым дисплеем Morningstar
Системы автономного обеспечения энергией
Ветрогенераторы
Востребованы в местности с сильными ветрами, иначе их рентабельность заметно падает. Данные системы просты в эксплуатации и обслуживании.
Принцип действия ветрогенераторов заключается в переводе кинетической энергии ветра в механическую энергию лопастей, соединенных с ротором, а далее – в электрическую.
- Система полностью автономна, топливо не требуется.
- Простая конструкция, не требующая дорогостоящего обслуживания. Ремонт сводится к профилактическому осмотру.
- Для бесперебойной работы не требуется остановка системы. При отсутствии ветра энергия потребителям идет с аккумуляторных батарей.
- Бесшумная работа системы достигнута за счет прогрессивных материалов и конструкций ветрогенераторов.
Для получения оптимальных показателей необходимо чтобы были выполнены следующие условия:
- Устойчивый ветер. Перед установкой нужно предусмотреть отсутствие вблизи лесов и парков, показатели скорости и силы ветряных потоков.
Солнечные панели (батареи)
В сравнении с ветрогенераторами у солнечных батарей более сложный процесс изготовления, в связи с чем их стоимость будет выше. Но такие системы технологичнее по ряду преимуществ:
- Так же, как и ветрогенераторы, солнечные батареи не нуждаются в топливе, работают бесшумно и без перерыва.
- Более долговечны. Время эксплуатации превышает ветрогенераторы на 10 лет.
- Более доступная кинетическая энергия. Солнечный свет более постоянный, чем порывы ветра.
- Область установки. Солнечная энергия намного доступнее ветра.
- Регулировка мощности. У ветрогенераторов мощность фиксированная, а на солнечных батареях есть возможность устанавливать нужную в зависимости от потребностей.
Единственным недостатком солнечных панелей является продолжительность дня в зависимости от часового пояса. Например, в Мурманской области в декабре-январе солнечные батареи будут непригодны в связи с наступлением полярной ночи и отсутствием солнечного света.
Солнечные батареи, установленные на крыше жилого дома
Гибридные системы
Объединив ветрогенераторы и солнечные батареи, мы получим систему, в которой будут компенсированы недостатки получения энергии. Основным источником является ветрогенератор, он требует меньше затрат на установку и проще в обслуживании. В качестве дополнительного источника энергии применяют солнечные фотовольтаические панели. В случае штиля они возьмут на себя функцию производства электроэнергии.
Контроллеры
Одним из важнейших составляющих являются контроллеры заряда. Они служат для контроля и регулирования заряда аккумуляторных панелей.
Известный факт, что полное разряжение, как и чрезмерная зарядка, влияют на дальнейшую работу аккумуляторных батарей. Особо чувствительными являются свинцово-кислотные аккумуляторные панели. Для предохранения батарей от этих нагрузок и служит регулятор. При максимальной зарядке АКБ (аккумуляторной батареи) с помощью контроллеров уровень тока будет понижен, при понижении заряда до критических значений подача энергии будет остановлена.
Типы контроллеров
Существует несколько типов регуляторов: On/Off, ШИМ и МРРТ.
Перед подбором устройства необходимо ответить на два основных вопроса:
- Какое напряжение на входе?
Автоматический контроллер заряда с регулятором MPPT для солнечных батарей
Как и у большинства устройств, обязательно наличие прочностного запаса. Максимальное напряжение контроллера должно превышать общее напряжение на 20 процентов. Для определения запаса номинального тока нужно к величине тока короткого замыкания солнечных батарей прибавить 10–20 процентов, также данное значение зависит от типа регулятора. Эти данные можно найти в технических паспортах контроллеров. Например, для контроллера солнечных батарей SOL4UCN2 (ШИМ) выходное напряжение тока принимает значения 3 вольта, 6 вольт, 12 вольт. Также возможно подобрать контроллеры с выходным напряжением 36 или 48 вольт. К тому же необходимо предусмотреть инвертор для преобразования тока.
Контроллеры On/Off
В линейке контроллеров являются простейшими и, соответственно, недорогими. Когда заряд аккумулятора достигает предельного значения, контроллер разрывает соединение между солнечной панелью и батареей посредством реле. В действительности батарея не полностью заряжена, что оказывает влияние на дальнейшую работоспособность аккумулятора. Поэтому несмотря на низкую стоимость, лучше не использовать регулятор данного типа.
Контроллер On/Off для солнечных батарей
ШИМ (PWM) – контроллеры
Для этого типа контроллера применена технология широтно-импульсной модуляции. Преимуществом является прекращение заряда аккумуляторной батареи без отсоединения солнечных модулей, что позволяет продолжить зарядку АКБ до максимального уровня. Рекомендованная область применения – системы с небольшой мощностью (до 48 вольт).
МРРТ – контроллеры
Maximum power point tracker контроллер появился 80-х годах. Самым эффективным по праву считается именно этот тип контроллера. Он отслеживает максимальный энергетический пик и понижает напряжение, но увеличивает силу тока, не изменяя мощность. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия МРРТ – контроллеры сокращают срок окупаемости солнечных станций. Выходные напряжения варьируются от 12 до 48 вольт.
Самодельные контроллеры
Безусловно, можно сделать контроллер своими руками. Прототипом служит. В его схеме с помощью реле коммутируется сигнал, полученный с ветрогенераторов или солнечных батарей. Реле управляется посредством пороговой схемы и полевого транзисторного ключа. Подстроечные резисторы регулируют пороги переключения режима.
Схема для создания контроллера своими руками
В данной схеме использовано 8 резисторов в качестве нагрузки для утилизации энергии. Эта схема является первоначальной, ее можно упростить самостоятельно, а можно прибегнуть к помощи достоверных источников. Несмотря на очевидную простоту конструкции, не рекомендуется использовать контроллеры, созданные своими руками, во избежание неблагоприятных последствий, таких как порча АКБ, например (при напряжениях 36–48 вольт).
Гибридным контроллером считается контроллер, использующий энергию ветра и солнца. Его преимуществом является возможность использование двух источников тока (ветрогенератора или солнечной батареи) совместно или попеременно. Незаменим для автономных производств.
Дополнительные функции аккумуляторных батарей
Прогресс не стоит на месте и благодаря ему можно подобрать контроллер с нужными характеристиками для каждого потребителя индивидуально. Модель контроллера может включать в себя дисплей с выводом информации о батарее, реле, солнечных панелях, количестве заряда, напряжении (вольт), токе. Также может присутствовать система оповещения при приближении разрядки и таймер для активации ночного режима. Существуют контроллеры с возможностью подключения к компьютеру.
Контроллер с возможностью подключения к компьютеру I-Panda SMART 2
Платформа контроллера
Одним из оптимальных вариантов служит платформа фирмы Arduino (Ардуино). Плюсов достаточно много. Основным преимуществом является доступность, ведь программная оболочка бесплатна. Печатные платы есть в свободном доступе. Благодаря открытой архитектуре системы проблем с дополнением линейки не возникнет. Данные контроллеры поддерживают двигатели с напряжением до 12 вольт, можно подключить реле. Также Arduino выпускают и другие аппаратно-программные средства. Например, микроконтроллеры, для подпитки которых требуется 5 вольт или 3,3 вольта. К тому же программистам доступны специальные возможности портов (ШИМ, АЦП).
Многие усовершенствования можно выполнить своими руками. Но в 2008 году фирма разделилась на две части, которые оставили одно и то же название, но разные сайты (arduino.cc и arduino.org). При выборе продукции необходимо обращать внимание на это, ведь несмотря на общее прошлое, сейчас продукция Arduino отличается.
Устройство, помогающее сигналу совершить поворот на 1800, преобразовывающее постоянный ток в переменный. При этом частота и/или напряжение меняется. Схем инверторов достаточно большое количество, самыми часто встречающимися являются три типа.
Схема мостового инвертора без трансформатора
Первый тип – это мостовые инверторы без трансформатора, применяются для установок с высокими напряжениями (от 220 до 360 вольт). Ко второму типу относят инверторы с нулевым выводом трансформатора, используют в системах с низким напряжением (12–24 вольт). И третьим типом являются мостовые инверторы с трансформатором. Их применяют для обширных диапазонов напряжений мощности (48 вольт).
Страны-производители
На рынке представлено множество контроллеров заряда с различными модификациями, отличающихся как по цене, так и по качеству. Среди контроллеров российского производства наилучшими вариантами являются производители: Эмикон, Автоматика-с, Овен. Данные фирмы на рынке контроллеров находятся уже много лет и вполне зарекомендовали себя. Среди контроллеров зарубежного производства лидерами считаются Allen-Bradley, MicroLogix (дочернее производство Allen Bradley) и SLC 500. Главным критерием выбора именно этих производителей является большая область применения, т. е. контроллеры данных фирм можно использовать в разных сферах и для разных целей.
Контроллеры зарубежного производства MicroLogix
Расчет системы
Затем оценивают примерную производительность. Для этого нужно рассчитать минимальную и максимальную солнечную активность для годичного цикла. Эти значения также будут зависеть от географического расположения.
Аккумуляторные батареи подбираются по рабочей емкости и току в зависимости от нужд потребителя. Соединение аккумуляторов возможно как последовательно, так и параллельно. Для большей надежности рекомендуется, чтобы АКБ были одной мощности, в идеале выпущены одной партией. В основном используются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, но в последнее время из-за снижения цен конкурентоспособными становятся литийионные АКБ. Их отличие состоит в большей удельной емкости, но для литийионных аккумуляторов требуется специальное зарядное устройство, многие регуляторы им просто-напросто не подойдут.
Контроллер заряда солнечных батарей МРРТ Tracer 1215RN
При использовании МРРТ-контроллеров необходимо учитывать максимальный выходной ток контроллера, а не первичного источника. У ШИМ-контроллеров такой особенности нет.
Еще одним аспектом, требующим внимания, является выбор реле и проводов. Их длина должна быть минимальной, чтобы избежать дополнительных потерь. Само собой, провода нужно подбирать в зависимости от потребностей, ведь их характеристики зависят от поперечного сечения провода и материала, из которого они изготовлены. Провода должны выдерживать указанное напряжение от 12 до 48 вольт. Также не стоит пренебрегать изоляционным материалом, он напрямую влияет на теплопроводность проводов.
Независимо от типа регулятора (ШИМ, МРРТ или изготовленный своими руками), необходимо учитывать параметры всей системы для более продуктивной работы (в том числе напряжение от 12 до 48 вольт). Сейчас выбор моделей на рынке неограничен, но не стоит брать первый попавшийся, нужно тщательно ознакомиться с характеристиками, ведь от этого зависит долговечность и надежность остальных компонентов.
Принцип работы контроллера заряда солнечных батарей
При правильном подборе составляющих частей системы, углов поворота солнечных панелей и их географического расположения можно создать экономичную систему получения энергии без дополнительных источников питания. Причем многое можно сделать своими руками, покупая только основные части (например, платформу Arduino), не требуя дополнительных расходов.
Контроллер ветрогенератора и солнечной батареи своими руками
Контроллер ветрогенератора и солнечной батареи своими руками В настоящее время все большую популярность набирают системы, в которых не требуется подключение к сети электропитания. В
Дешёвая энергия: солнечная батарея своими руками
Солнечная энергетика быстро набирает популярность в обществе. Процент интереса к солнечным панелям стремительно увеличивается за счёт владельцев загородных домов, коттеджей, вилл. Не остаются в стороне и владельцы дачных хозяйств, для кого дешёвая энергия солнца также необходима.
Вариант солнечной батареи обещает существенное снижение расходов на содержание любой недвижимости. Счета на оплату за потребление электрической энергии традиционно входят в книгу рекордов Гиннеса. А тут - электрический ток практически даром.
Определение солнечной батареи
Конструктивно солнечная батарея представляет собой схему преобразователя одного вида энергии в другой. В частности, энергия света преобразуется в электрическую энергию. Причём результатом преобразования становится электрический ток постоянной величины.
Активными элементами конструкции солнечной панели выступают полупроводники, обладающие свойствами фотохимического синтеза. Например, кремний (Si), применением которого были отмечены самые первые исследования в области получения электричества солнца.
Простейший набор из солнечной панели и автомобильного аккумулятора уже составляет конструкцию настоящей домашней энергетической установки
На текущий момент кремний уже не рассматривается безальтернативным химическим элементом, опираясь на который есть смысл сооружать солнечные батареи из панелей, в том числе своими руками.
Более перспективными и эффективными теперь видятся другие представители таблицы Менделеева (в скобках цифры энергетической отдачи):
- Арсенид галлия GaAs (кристаллический 25,1).
- Фосфит индия InP (21,9).
- Фосфат индия с галлием + Арсенид галлия + Германий GaInP + GaAs + Ge (32).
Рассматривать солнечную панель глазами обывателя следует как пластину полупроводника (кремния и т.п.), каждая из сторон которой является положительным и отрицательным электродом.
Под влиянием света солнца, в результате химического фотосинтеза, на электродах панели образуются электрические потенциалы. Казалось бы, всё просто. Остаётся только подключить провода к нагрузке и пользоваться электричеством. Но на деле всё несколько иначе.
Эффективность солнечных батарей
Достичь высокой степени эффективности от использования солнечной батареи крайне проблематично. Тем более, когда солнечная батарея изготавливается своими руками, и делаются попытки получить энергию под бытовые нужды целого дома или хозяйственные нужды дачного участки.
Такая промышленная бытовая установка генерирует 150 ватт мощности при напряжении сети 12 вольт. Правда, заявленная мощность гарантируется при полностью открытом солнечном небосводе
Чтобы получать максимальную эффективность от солнечного генератора энергии, необходимо постоянно определять и точно согласовывать сопротивление нагрузки.
Здесь без привлечения технологичных электронных устройств – контроллеров управления, не обойтись никак. А сделать подобный контроллер своими руками – задача сложная.
Фотоэлементам, на основе которых выстраивается структура солнечных панелей, присуща температурная нестабильность. Практика применения указывает на значительное падение производительности фотоэлементов в результате повышения температуры их поверхности.
Так появляется ещё одна, не менее трудная задача. Её решение требует использования солнечного света, лишённого тепла. Сделать нечто подобное в кустарных условиях видится бесперспективной идеей.
И ещё недостатки альтернативной энергетики:
- потребность в значительных площадях под размещение панелей батареи;
- бездействие установки в тёмное время суток;
- наличие в составе компонентов батареи ядовитых веществ (свинца, галлия, мышьяка и т.п.);
- значительные эксплуатационные издержки.
Тем не менее, профессиональное изготовление солнечных генераторов энергии стабильно наращивается. Существует уже как минимум пять компаний, готовых предложить к установке современные конструкции, в том числе предназначенные для объектов жилой недвижимости:
Солнечная энергия в доме своими руками
Самостоятельное изготовление батареи на базе солнечных панелей, пригодной для нужд частного хозяйства, видится реальным делом только в рамках скромных проектов.
К примеру, изготовление солнечной батареи своими руками для подзарядки небольшого аккумулятора, энергия которого используется для питания двух-трёх маломощных (6 – 12 вольтовых) фонарей.
По таким проектам делаются установки, вырабатывающие напряжение не выше 20 вольт при токе не более 1 А. Рассмотрим один из возможных вариантов создания солнечной батареи с похожими рабочими характеристиками.
Для реализации проекта потребуются:
- Пластины кремниевых фотоэлементов.
- Паяльник электрический.
- Олово паяльное.
- Этиловый спирт.
- Канифоль сосновая для пайки.
- Инструмент электро-монтажника.
- Вспомогательные электронные компоненты и модули.
Подготовленные детали под сборку домашней (дачной) солнечной панели. Каждый из элементов является индивидуальным источником энергии. Их нужно объединить
Пластины фотоэлементов (кремниевых) проще всего приобрести уже готовые, к примеру, на Aliexpress. Там вполне пригодные конструкции разных размеров продают по доступной цене.
Инструмент электро-монтажника, у человека знакомого с электроникой, как правило, имеется по умолчанию. Из вспомогательной аппаратуры потребуется регулятор заряда аккумулятора, инвертор.
Сборка солнечной батареи: пошаговая инструкция
Пошаговая сборка генератора на солнечных панелях выглядит примерно следующим образом:
- Пайка отдельных пластин с фотоэлементами в единую солнечную батарею.
- Проверка работы собранной батареи измерительным прибором.
- Укладка панелей внутрь защитной конструкции.
- Подключение собранной батареи через контроллер заряда к АКБ.
- Преобразование энергии АКБ в требуемое напряжение.
Спайка отдельных панелей в единую батарею – работа кропотливая, требующая навыков пайки и внимания. Сложность действий для сборщика обусловлена здесь хрупкой конструкцией кремниевых пластин.
Пайку на пластинах выполняют аккуратно паяльником подходящей мощности, предварительно заточив жало под угол 45 градусов, используя качественный припой
Места пайки следует предварительно обрабатывать этиловым спиртом. Паять рекомендуется с минимальным использованием канифоли и олова.
Завершив спайку, нужно проверить конструкцию на работоспособность. Делается эта процедура обычным образом, с помощью измерительного прибора – тестера (стрелочного, электронного).
Проверка работоспособности солнечной батареи, сделанной своими руками с помощью обычного цифрового прибора для измерения напряжения, тока, сопротивления
На выходных проводниках замеряют выходное напряжение и ток в условиях максимальной и минимальной освещённости полотна. При качественной спайке всех пластин и без наличия дефектов, результат получается, как правило, положительный.
Контроллер заряда аккумулятора
Энергетическая солнечная установка станет надёжнее и безопаснее, если в состав её схемы включить контроллер заряда (разряда) аккумулятора. Этот прибор можно купить уже в готовом виде.
Но если имеются способности в области электроники и желания к совершенству, контроллер заряда нетрудно сделать своими руками. Для справки можно уточнить: разработаны два вида таких приборов:
- PWM (Pulse Width Modulation).
- MPPT (Maximum Power Point Tracking).
Если перевести на русский язык, первый вид устройств действует на принципах широтно-импульсной модуляции. Второй вид приборов создан под вычисление так называемой максимальной точки мощности.
В любом случае, обе схемы собраны на классической элементной базе, с той лишь разницей, что вторые устройства отличаются более сложными схемными решениями. В систему контроллеры заряда включаются так:
Классическая структурная схема включения контроллера заряда: 1 - солнечная панель; 2 - контроллер заряда/разряда АКБ; 3 - аккумулятор; 4 - инвертор напряжения 12/220В; 5 - нагрузочная лампа
Главная задача контроллера заряда АКБ энергетической солнечной установки – отслеживание уровня напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Недопущение выхода напряжения за границы, когда нарушаются условия эксплуатации АКБ.
Благодаря присутствию контроллера, остаётся стабильным срок службы аккумуляторной батареи. Конечно же, помимо этого прибор контролирует температурные и другие параметры, обеспечивая безопасность работы АКБ и всей системы.
Для сборки контроллера MPPT своими руками можно взять массу схемных решений. В поиске схемотехники проблем нет, стоит только сделать соответствующий запрос в поисковой системе.
Например, собрать контроллер можно на основе такой вот, несложной на первый взгляд, структурной схемы:
На основе этой структурной схемы собирается достаточно эффективное и надёжное устройство контроля заряда АКБ по типу MPPT технологии
Однако для бытовых целей вполне достаточно простейшего ШИМ-контроллера, так как в составе бытовых энергоустановок, как правило, не используются массивные солнечные панели. Для контроллеров же типа MPPT, характерной особенностью является именно работа с панелями большой мощности.
На малых мощностях они не оправдывают их схемной сложности. Для пользователя приобретение таких приборов оборачивается лишними расходами. Поэтому логично рекомендовать для дома простой PWM аппарат, собранный своими руками, к примеру, по этой схеме:
Принципиальная схема простого ШИМ-контроллера для домашней солнечной установки. Работает с выходным напряжением панели 17 вольт и обычным автомобильным аккумулятором
Солнечная батарея: схема инвертора
Полученную от солнца энергию аккумулируют. В домашних условиях для накопления энергии обычно используется стандартная автомобильная батарея (или несколько батарей).
Напряжения и силы тока аккумулятора вполне достаточно для питания маломощных бытовых приборов, рассчитанных под напряжение 12 (24) вольт. Однако этот вариант устраивает далеко не всегда.
Поэтому дополнительно к собранной конструкции подключают инвертор – устройство, преобразующее напряжение аккумулятора в переменное напряжение 127/220 вольт, пригодное для питания бытовых приборов или хозяйственной техники.
Найти подходящую схему инвертора несложно. Есть множество идей на этот счёт. Традиционно схема инвертора включает следующие компоненты:
- полупроводниковую солнечную панель,
- интегральную микросхему типа SG3524 (регулятор заряда),
- аккумуляторную батарею,
- интегральную микросхему управления МОП-транзисторами,
- силовые МОП-транзисторы,
- трансформатор.
Структурная схема регулятора в паре с инвертором выглядит примерно так:
Структурная схема регулятора напряжения аккумуляторной батареи в ассоциации с инвертором-преобразователем напряжения для солнечной энергетической установки
Защитная конструкция солнечной панели
Собранную из хрупких кремниевых пластин солнечную батарею необходимо дополнительно защитить от внешнего воздействия. Защитный корпус делают на основе прозрачного материала, который легко поддаётся чистке.
Полиуретановые или алюминиевые уголки каркаса и прозрачное органическое стекло подойдут в самый раз. Разъяснять тонкости сборки защитного корпуса не имеет смысла. Это простейшая сборка, собранная своими руками при помощи набора бытовых инструментов.
На мой взгляд, за солнечными батареями будущее, но на данный момент они еще недостаточно «готовы» к массовому использованию, это как первые компьютеры которые занимали много места и были не настолько эффективны как эффективен сейчас любой, самый недорогой смартфон. Поэтому нужно время для того чтобы «подогнать» эту систему электропитания под массовое производство, чтобы оно не занимало столько места и работало даже ночью.
Неплохая идея использования альтернативной энергии, наряду с ветрогенераторами и генераторами, использующими термоэлектрические явления. Это экологически безопасно. Окупается такая электростанция через 1-2 года. Когда отключают электричество, вполне можно найти замену в виде вот такого устройства.
За альтернативной энергией будущее как не крути углеводы скоро кончаться на планете, и не будет не каких нефтяных компаний и так далее, так что уже пора начинать переходить на альтернативную энергию хоть ещё и дорого но в итоге сэкономишь всё равно со временем!
В Европе, использование энергии Солнца, для производства электрической энергии, известно несколько десятилетий. Наиболее известным примером является Израиль, где действует государственная программа. Государство поставляет всем желающим солнечные батареи, энергия которых используется не только для личных нужд, но и продается государству. Стоимость оборудования и установочных работ высчитывается равными платежами или погашается поставленной энергией.
В статье не хватает одного важного момента, а именно финансовых расчетов. Во сколько обойдется эта установка?
В свое время просчитывала стоимость «солнечной электростанции» со всем необходимым оборудованием: инвертором (преобразование постоянного тока в переменный, на котором работает большинство бытовых приборов), достаточным количеством аккумуляторных батарей, и т.д. Все комплектующие исключительно отечественного производства (другие в разы дороже).
Так вот, проект не окупается. От слова совсем. Срок службы батарей около 10 лет. За покупку и установку оборудования придется заплатить столько же, сколько за 15 (!) лет пользования электричеством (даже если учитывать увеличение стоимости кВт*часа на 15% каждые полгода).
Дешёвая энергия: солнечная батарея своими руками
Солнечная батарея под нужды частного дома или дачного хозяйства. Изготовление солнечной батареи своими руками – реальные и неральные проекты
Как выбрать контроллер для солнечных батарей? Контроллер для солнечной батареи своими руками
Переход на альтернативные источники энергии продолжается уже довольно много лет, охватывая разные сферы. Несмотря на привлекательность концепции получения бесплатной энергии, на практике ее реализовать непросто. Возникают и технические, и финансовые сложности. Тем не менее в случае небольших по объему проектов альтернативное энергоснабжение себя оправдывает. Например, контроллер для солнечной батареи позволяет использовать бесплатное питание для электроприборов даже в домашних условиях. Данный компонент регулирует работу аккумулятора, позволяя оптимально расходовать генерируемый заряд.
Какие параметры контроллера нужно учитывать?
В первую очередь следует исходить из суммарной мощности и входного напряжения системы, под которую подбирается контроллер. То есть именно мощность батареи или комплекса элементов питания не должна превышать произведения напряжения системы на величину выходного тока управляющего устройства. Причем контроллер для солнечной батареи подбирается из расчета напряжения в разряженном аккумуляторе. К тому же следует предусмотреть и 20-процентный запас для напряжения на случай повышенной солнечной активности.
Также контроллер рассчитывается в показателе соответствия входному напряжению. Эта величина строго регламентируется на те же случаи аномальной активности излучения. На рынке контроллер для солнечной батареи представлен в разных видах, каждый из которых предполагает свою специфику оценки описанных характеристик.
Особенности выбора контроллеров PWM
Выбор данного типа управляющего устройства отличается простым подходом – будущему пользователю нужно определиться только с оптимальными показателями тока короткого замыкания в используемом модуле. Также следует предусматривать некоторый запас. Например, если ток солнечного генератора мощностью 100 Вт стабильно функционирует при показателе тока короткого замыкания в 6,7 А, то контроллер должен располагать номинальным значением тока порядка 7,5 А.
Иногда берется в расчет и ток разряда. Особенно его важно учитывать при эксплуатации контроллеров с функцией управления нагрузкой. В данном случае выбор контроллера для солнечной батареи делается с таким расчетом, чтобы ток разряда не превышал аналогичное номинальное значение в управляющем устройстве.
Особенности выбора контроллеров MPPT
Данный тип контроллеров подбирается по критерию мощности. Так, если максимальный ток устройства составляет 50 А и система оптимально функционирует с напряжением 48 В, то пиковая мощность контроллера составит около 2900 Вт с учетом добавки страхующего потенциала. И здесь важен еще один аспект. Дело в том, что напряжение солнечных генераторов может понижаться в случаях их разряда. Соответственно, и мощность может упасть на существенную долю процента. Но это не значит, что можно делать скидку и на показатели самого контроллера – его мощностный потенциал должен охватывать именно предельные значения.
Кроме того, в вопросе о том, как выбрать контроллер для солнечных батарей типа MPPT, следует учитывать и особенности излучаемой радиации. На поверхности земли интенсивность солнечного света добавляет еще 20% к мощности аккумуляторной инфраструктуры. Такие явления нельзя назвать правилом, но даже как случайность они должны предусматриваться в расчете мощности контроллера.
Как сделать котроллер самостоятельно?
Типовой вариант самодельного контроллера предполагает использование скромного набора элементов. Среди них будет транзистор, выдерживающий ток до 49 А, реле-регулятор от автомобиля, резистор на 120 кОм и диодный элемент. Далее реле подключается к аккумулятору, а затем провод по резистору проходит к затвору транзистора. В процессе работы реле-регулятора плюсовой сигнал должен отпирать затвор, и ток от модуля солнечного света будет проходить через лапки транзистора в аккумулятор.
Если делается универсальный контроллер для солнечной батареи своими руками с расчетом на исключение самопроизвольного потребления накапливаемой энергии, то интеграция в систему диода будет обязательной. В ночное время он создаст для солнечной панели подсветку, исключая дополнительное потребление энергии модулем.
Можно ли обойтись без контроллера для солнечной батареи?
Перед тем как дать ответ на этот вопрос, нужно вспомнить, какова вообще функция контроллера в составе солнечного модуля. С его помощью владелец может автономно управлять процессом заряда аккумуляторного блока за счет энергии света. Если контроллера не будет, то процесс наполнения энергией может происходить вплоть до момента выкипания электролита. То есть совсем без средства управления взаимодействием солнечной панели и аккумулятора обойтись нельзя. Другое дело, что контроллер для солнечной батареи может быть заменен вольтметром. При обнаружении пиковых значений заряда и напряжения пользователь самостоятельно может остановить процесс путем отключения блока АКБ. Такой подход, конечно, неудобен по сравнению с автоматическим контролем, но в случае редкого использования системы и он себя может оправдать.
Заключение
Изготовлением солнечных контроллеров и других комплектующих для подобного рода модулей сегодня занимаются многие компании. Этот сегмент уже не рассматривается обособленным и специфическим. На рынке такие компоненты можно приобрести за 10-15 тыс. рублей, причем хорошего качества. Конечно, самодельный контроллер для солнечной батареи с применением бюджетных резисторов и деталей автомобильной электротехники обойдется в разы дешевле, но он едва ли сможет гарантировать должный уровень надежности. А момент стабильности работы и безопасности особенно важен в эксплуатации солнечных панелей, не говоря об аккумуляторе. В случае успешного оснащения солнечного модуля качественным контроллером владелец сможет рассчитывать на автоматическое накопление электроэнергии без необходимости вмешательства в процесс генерации.
Как выбрать контроллер для солнечных батарей? Контроллер для солнечной батареи своими руками
Статья посвящена контроллерам для солнечных батарей. Рассмотрены нюансы выбора данного устройства, а также рекомендации по его самостоятельному изготовлению.
Контроллер заряда на солнечную батарею своими руками
Для накопления энергии, полученной от ветрогенераторов и солнечных батарей, используются аккумуляторные батареи (чаще всего на 12В). Когда аккумулятор заряжен, контроллер заряда переключает источник электроэнергии с аккумулятора на нагрузочный балласт. Весь представленный ниже материал является свободным переводом англоязычной страницы Майка Дэвиса (Mike Davis) о новом улучшенном контроллере заряда, спроектированном на таймере 555 серии. Этот проект занял первое место в конкурсе Utility (категория 555 Design Contest)!
контроллер заряда на солнечную батарею своими руками
Майк Дэвис рассказывает.
Новая схема контроллера заряда аккумуляторной батареи
Контроллер заряда аккумуляторной батареи является неотъемлемой частью любой ветрогенерующей или солнечной системы. Он контролирует напряжение на батарее, переключает батареи от заряда, когда они полностью заряжены, (заряд идет на эквивалент нагрузки – балласт) и подсоединяет их, когда они достигают предварительно заданного уровня разряда. Это новая, улучшенная реализация контроллера заряда на базе цифровой микросхемы 555 серии.
Начальная реализация контроллера заряда много лет использовалась в полевых условиях, многие люди во всем мире ее повторили (этот вариант контроллера можно найти на странице самодельного ветрогенератора).
Проблема в том, что людям без опыта работы с электроникой трудно его изготовить и заставить работать (схема достаточно сложна и запутана для начинающих в электронике, кроме того были проблемы с поиском необходимых деталей). Поэтому я поставил перед собой цель значительно упростить схему контроллера заряда, сделать его, если это возможно, на одной микросхеме и уменьшить количество других компонентов. Один из моих друзей предложил мне заменить все аналоговые схемы микроконтроллером. Однако это было бы слишком сложно для желающих изготовить такой контроллер заряда.
Вот моя оригинальная схема контроллера заряда (схема 100%). Сердце схемы контроллера заряда состоит из делителя напряжения, двух компараторов и SR флип-флоп. Сначала я хотел перепроектировать его с помощью микросхемы компаратора LM339 Quad. Я некоторое время пытался эту идею реализовать, и даже сделал несколько пробных вариантов, однако возникли некоторые проблемы, вследствии чего я отложил проект на некоторое время и работал над другими вещами.
Блок-схема таймера NE555. В это время я работал над ШИМ – контроллером двигателя насоса, в котором регулятор скорости использует микросхему таймера 555 серии. Глядя на рисунок внутренней структуры микросхемы 555 серии, я был поражен тем, насколько сильно она напоминает мою оригинальную схему контроллера заряда. Вдруг я понял, что, использовав чип 555 серии, смогу перестроить схему контроллера заряда, значительно упростить ее и уменьшить количество деталей.
Моя оригинальная схема контроллера заряда с выделенными секциями.
Блок-схема чипа таймера NE555.
Сравните эти диаграммы, и вы также увидите сходство между моей оригинальной схемой контроллера заряда и структурной схемой таймера NE555. Цветные прямоугольники представляют подобные секции. Таймер 555 серии может заменить 7 компонентов в исходной схеме и намного упростить ее. Это очень нетрадиционное использование чипа 555, ведь я его не буду использовать как таймер вообще.
Для продолжения щелкните на кнопке с цифрой 2
Изготовление и тестирование обновленного контроллера заряда аккумуляторной батареи
Я приступил к работе и за очень короткое время изготовил рабочий макет. Он заработал с первой попытки, что является редкостью для меня (я почти всегда допускаюсь ошибок при реализации).
Вот показана схема нового контроллера заряда (полноразмерная схема).
Я использовал только распространенные компоненты. NE555 – это, вероятно, самая популярная микросхема в истории радиоэлектроники. Миллиарды их производились ежегодно. Транзистор может быть 2N2222, NTE123, 2N3904, или другой подобный общего назначения (небольшой NPN транзистор). MOSFET является IRF540 или аналогичный. У меня остались от других проектов много IRF540s, поэтому я использовал один из них, а не покупал то еще. Используйте то, что вы можете найти.
Все резисторы 1/8 Вт. Резисторы 1/4 Вт или выше их могут заменить, если у вас нет 1/8 Ватт резисторов. Два регулируемых резисторы, R1 и R2 (10K точные переменные резисторы), я использовал потому что уже имел их под рукой. Любые номиналы между 10K и 100K должны работать нормально, 10% допуск достаточен для всех пассивных компонентов. Схема не требует прецизионных деталей.
Обновление . Я изменил выше приведенную схему, добавив дополнительные резисторы R8 и R9. Эти 330 Ом резисторы не нужны для работы схемы, но они помогут защитить ее от случайных коротких замыканий (например, когда Кнопки нажимаются). Начальная схема была намеренно минималистичной.
Реле. Я использовал автомобильные реле, рассчитанные на 40 Ампер. Их очень легко найти. Я включил реле для удобства подключения. 40 Ампер могут показаться лишними, но они позволят расшириться в будущем. Вы можете начать с одной небольшой солнечной панели, а затем добавить несколько, позже ветряк и больший банк батарей. Все остальные части указаны ниже.
Перечень деталей контроллера заряда
IC1 – 7805 – регулятор напряжения 5 Вольт
R3, R4, R5 – 1K Ом 1/8 Вт 10%
IC2 – NE555 – таймер
R6 – 330 Ом 1/8 Вт 10%
PB1, PB2 – контактные Кнопки без фиксации
R7 – 100 Ом 1/8 Вт 10%
LED1 – зеленый светодиод
Q1 – 2N2222 или похожий NPN транзистор
LED2 – желтый светодиод
Q2 – IRF540 или похожий Power MOSFET
RLY1 – 40 Amp SPDT автомобильные реле
C1 – 0.33uF 35V 10%
D1 – 1N4001 или аналогичный
С2 – 0,1 мкФ 35В 10%
R1, R2 – 10K – многооборотные потенциометры
R8 -R9 – дополнительные 330 Ом 1/2 W резисторы (см. текст)
Рабочий макет. Макет для испытания в полевых условиях заработал с первого раза.
Обратите внимание, я решил использовать 78L05 версию регулятора 5 Вольт в крошечном TO-92 корпусе, такого же размера, как транзистор 2N2222. Это небольшой черный прямоугольник в верхнем левом углу платы. Такое решение экономит много места на плате, позволяет обрабатывать только 100 мА, но этого достаточно для питания этой схемы. Если вы не можете найти 78L05, можно использовать в корпусе TO-220 версию 7805, которая является гораздо более распространенной (это немного увеличит плату).
Если у вас схема изготовлена, пришло время ее настраивать. Я использую 11.9V и 14.9V как нижнюю и верхнюю границу напряжения для контроллера. Это точки, где он переходит от заряда батарей к демпингу на эквивалент нагрузки, и наоборот (эквивалент нагрузки нужен в том случае, если вы используете ветряк, при работе только с солнечными батареями, линия эквивалента нагрузки может остаться открытой).
Наверное, лучший способ настроить схему – подсоединить источник питания постоянного тока к клеммам аккумулятора. Установите электропитания 11.9V. Измерьте напряжение на испытательной точке 1. Отрегулируйте R1 напряжение на контрольной точке, сделайте ее как можно ближе к 1.667V. Теперь устанавливаем 14.9V и измеряем напряжение на испытательной точке 2, регулируем R2, пока напряжение на контрольной точке будет как можно ближе к 3.333V.
Проверьте работу контроллера заряда, подав на вход напряжение несколько большее и меньшее (между 11,7 и 15,1 Вольт). Вы должны услышать, как реле закрывается около 14,9 вольт и открывается примерно в 11,9 Вольт. Кнопки PB1, PB2 могут быть использованы для изменения состояния контроллера, когда входное напряжение находится между двумя заданными точками.
Готовый контроллер заряда. После того, как контроллер был настроен, я установил его в полу-всепогодный корпус. Реле находится на левой стороне. Для проводки я использовал провод для сильно-токовых соединений (он разработан для переключения до 40 ампер). Я также включил предохранитель на входную линию с солнечной батареи / ветряка.
Вот еще одно фото контроллера заряда с крышкой. В нем мне нравится то, что я вижу светодиоды сквозь полупрозрачную крышку и с первого взгляда понятно, в каком состоянии контроллер заряда находится (удобно при тестировании).
На этой фотографии показаны все соединения с внешней стороны контроллера: есть соединение для плюса батареи, положительный вход от солнечной панели или ветрогенератора, плюс дополнительного эквивалента нагрузки (балласта) и три соединения на землю.
При подключении контроллера заряда, аккумулятор должен присоединяться первым (таким образом электроника сможет отдавать получаемую энергию). Если солнечные панели или ветрогенератор присоединить первыми, контроллер будет находиться в нестабильном состоянии.
Я должен сказать об эквиваленте нагрузки (балласте): когда контроллер заряда чувствует, что батареи (аккумулятор) полностью заряжены, он переключается на эквивалент нагрузки (просто большой внешний банк резисторов с высокой номинальной мощностью), чтобы выбрать выходную мощность ветрогенератора и держать его под нагрузкой. Если вы используете коммерчески изготовленный ветряк со встроенной защитой, или используете только солнечные батареи, то эквивалент нагрузки не нужен, и вы можете оставить эту линию не подключенной. Вы можете узнать больше о эквиваленте нагрузки (балласте) на моей странице ветряных турбин.
Вот еще один вид сбоку: кнопки зарядки и балласта. Контроллер заряда автоматически переключается между зарядом и балластом, когда напряжение батареи достигает низкого и высокого предела. Эти кнопки позволяют мне вручную переключать контроллер заряда между двумя состояниями.
Вот фото испытания нового контроллера заряда. Одна из моих самодельных 60-ваттных солнечных панелей была установлена за пределами моей мастерской и использована для зарядки в батареи глубокого цикла с помощью нового контроллера заряда. Все сработало отлично. Контроллер заряда, когда батарея была полностью заряжена, переключил на балласт.
Вот фото тестирования крупным планом. Вольтметр показывает 12,64 вольт на батарее, которая по сути является полностью заряженной. Понадобился лишь короткое время для завершения заряда солнечной батареи, и контроллер заряда переключил на балласт. Единственная проблема, которую я имел во время тестирования – трудно было увидеть в ярком солнечном свете, который из светодиодов горит.
Схема типичной системы солнечных батарей и ветрогенераторов (полноразмерная схема). Несколько солнечных панелей и / или ветровые турбины могут быть подключены одновременно. Источники тока могут быть соединены параллельно. Каждая солнечная панель или ветрогенератор должны иметь свой собственный блокирующий диод. Здесь представлена схема типичной системы с ветровой турбиной и двумя панелями солнечных батарей, питающих контроллер заряда. Обычно преобразователь переменного тока входит в систему для питания нагрузки от переменного тока.
Люди пишут мне и спрашивают, зачем нужен контроллер заряда и аккумулятор. Почему просто не подключать солнечные панели или ветряк непосредственно к преобразователю и использовать ток, который они производят? Ну, дело в том, что солнце не всегда светит, а ветер не всегда дует, а людям энергия нужна в любое время. Батареи сохраняют ее доступной для использования, когда это необходимо.
Обновление . Мой друг Джейсон Маркхэм (Jason Markham) создал макет печатной платы для этого проекта.
Обновление . Люди спрашивают меня, может ли этот контроллер заряда использоваться с системами на 24 Вольта, и какие изменения для этого будут необходимы. Схема должна работать нормально в 24-вольтовых системах. Реле нужно будет заменить для 24В напряжения катушки, и нужно будет повторно откалибровать контроллер для новых высоких и низких пределов для более высокого напряжения батареи. Регулятор 7805 напряжения рассчитан на работу в режимах до 35 Вольт входного напряжения, поэтому в других изменениях в схеме нет необходимости.
Обновление . Стремясь создать компактную, аккуратную и портативную солнечную энергосистему, я установил контроллер заряда на верху батарейного блока. Я также установил инвертор тока на коробку – аккумуляторный ящик промышленной мощности.
Вот еще одно фото установки. Здесь включен прикуриватель для питания 12V нагрузки. Это полная солнечная электрическая система в одном небольшом (но тяжелом) пакете, нужно лишь подключить солнечную батарею.
Контроллер заряда установлен на новый батарейный блок. Мой старый банк батарей я получил почти бесплатно, но он был очень тяжелым и громоздким. Наконец я купил одну большую батарею примерно такого же размера и веса, как автомобильный аккумулятор (это дизайн глубокого цикла), она идеально подходит для солнечных / ветряных систем. Она имеет примерно такую же мощность как мой старый банк батарей, но намного меньше и легче. Это стоило около $ 200, но моя спина будет постоянно благодарить за это, ведь не нужно будет больше поднимать старый банк 14 батарей.
Обновление . Этот проект контроллера заряда на основе микросхемы 555 серии занял первое место в конкурсе Utility, категория 555 Design Contest. Yahooooo!
Контроллер заряда на солнечную батарею своими руками
Контроллер заряда на солнечную батарею своими руками Для накопления энергии, полученной от ветрогенераторов и солнечных батарей, используются аккумуляторные батареи (чаще всего на 12В). Когда
Эффективное использование солнечной энергии возможно в комплексных системах, куда входят: контроллер заряда солнечных батарей, солнечные панели, аккумуляторы (АКБ) и инверторы.
- ШИМ (PWM)
- MPPT
- Самостоятельное изготовление
Что такое контроллер заряда и каким он бывает?
Каждый из элементов приведенной схемы выполняет свою роль:
- Солнечный модуль воспринимает световое излучение и преобразует его в постоянный электрический ток. Сам модуль состоит из множества полупроводников (фотоэлементов);
- Аккумулятор (блок батарей) используется для накопления и раздачи энергии, поступающей с модулей;
- Инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный с изменением выходных значений частоты и напряжения в сети.
Здесь может возникнуть закономерный вопрос: «а зачем тогда контроллер, ведь можно напрямую соединить солнечный модуль и блок аккумуляторов?». Если этого не сделать, то на клеммы АКБ будет постоянно поступать зарядный ток, что в свою очередь вызовет рост напряжения. Рано или поздно, в зависимости от типа аккумулятора, напряжение достигнет максимального значения в 14,4 В, после чего начнется процесс перезаряда батареи и выкипания электролита в ней.
А это прямой путь к сокращению срока службы АКБ. Можно контролировать этот процесс вручную, используя простой вольтметр, и отключать питание в нужный момент. Но в этом случае человек будет постоянно привязан к системе и назвать ее автономной уже будет нельзя.
Контроллер как раз и является тем звеном в цепи, которое должно за процессом заряжания и раздачи энергии с АКБ следить в автоматическом режиме. Кроме этого, он выполняет ряд других функций, перечень которых зависит от конкретной модели и типа:
- Автоматическое соединение АКБ и модулей цепью зарядки;
- Подбор оптимальных режимов накопления заряда;
- Полный контроль процесса и, при необходимости, отключение или подключение потребителей;
- Поддержка правильной полярности;
- Защита от коротких замыканий, прекращения подачи энергии (обрыв);
- Учет уровней заряда АКБ;
- Контроль расхода энергии и т.д.
Для существующих гелиосистем необходимо собрать своими руками или выбрать один из трех существующих видов:
- On/Off;
- ШИМ (PWM);
- MPPT.
Это самый простой из существующих устройств, которое осуществляет отключение заряда при достижении определенного напряжения (14,4 В). Таким образом, происходит предотвращение перегрева устройства и последующего перезаряда. При этом невозможно обеспечить полный заряд АКБ, поскольку при достижении максимального тока происходит отключение, тогда как необходимо поддерживать процесс еще несколько часов. В результате, уровень заряда постоянно находится в пределах 60-70 %, что отражается на состоянии пластин и снижении срока службы батареи.
По сути, назвать этот модуль контроллером можно только с большой натяжкой – на практике они больше называются автоматами отключения и сегодня практически не используются.
ШИМ (PWM)
Решение проблемы неполного заряда может быть достигнуто, если выбрать управляющие блоки нового поколения, в которых используется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) подающего тока.
Принцип его работы базируется на снижении номинала заряжающего тока при достижении пикового напряжения. Это позволяет достичь уровня заряда 100 %, повысив при этом общую эффективность на 20-30 %. Некоторые из моделей позволяют корректировать напряжение поступающего тока в зависимости от температуры наружного воздуха. Они предотвращают перегрев батареи, повышают способность принятия заряда и осуществляют автономное регулирование процесса.
Примерная схема работы ШИМ выглядит следующим образом:
Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют "Экономитель энергии Electricity Saving Box". Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.
MPPT
Наиболее совершенным на сегодня типом регулирующего заряд солнечной батареи устройства, которые можно выбрать на рынке, является МРРТ. Он позволяет повысить эффективность выработки электроэнергии и ее количество на одном и том же блоке солнечных панелей. Принцип действия любого mppt модуля базируется на отслеживании так называемой «точки максимальной мощности».
Любой регулятор mppt постоянно контролирует параметры тока и напряжения, на основе которых микропроцессорный аналитический блок вычисляет их наиболее оптимальное соотношение для выработки полной мощности. Процессор, при выборе номиналов тока и напряжения, также учитывает стадию зарядного процесса.
При использовании mppt контроллеров становится возможным снятие большего напряжения с солнечных панелей, которое затем преображается в оптимальное для заряда АКБ (как правило, оно отличается от паспортного напряжения питания). Общая эффективность гелиосистемы в сравнении с ШИМ контроллерами увеличивается на 15-35%. При этом МРРТ технология позволяет работать даже при снижении освещенности панели на 40%.
Преимущества МРРТ модулей можно отобразить в виде следующей схемы:
Возможность создания высокого напряжения на выходе mppt контроллера позволяет использовать провода меньшего сечения и увеличить расстояние между самим блоком и солнечными панелями.
Гибридные виды для ветростанций
В Скандинавии, Германии, Испании, США ветрогенераторы покрывают приличную часть общих потребностей государства в электричестве. В них также находится место для такого узла, как контроллер заряда.
А в случае, если ЭС является комбинированной (на солнечных панелях и ветряках), используется так называемый гибридный модуль.
Он также может работать по принципу ШИМ или МРРТ. Главным отличием гибридного контроллера является использование несколько других вольтамперных характеристик. Происходит это потому, что ветрогенераторы имеют большие скачки выработки и потребления энергии, а батареи, в свою очередь, значительно перегружаются. Контроллер сбрасывает лишнюю энергию на сторону (например, на блок-тэны).
Самостоятельное изготовление
Если у человека имеются определенные познания в области электроники и электротехники, то можно попробовать собрать схему контроллера для солнечных панелей и ветрогенератора своими руками. Такой агрегат будет сильно уступать в функционале и эффективности промышленным серийным образцам, но в маломощных сетях его может быть вполне достаточно.
Кустарный регулирующий модуль должен отвечать основным условиям:
- 1,2P ≤ I × U. В этом уравнении используются обозначения суммарной мощности всех источников (Р), выходного тока контроллера (I), напряжения в системе при полностью разряженных АКБ (U);
- Максимальное входное напряжение контроллера должно отвечать суммарному напряжению батарей без нагрузки.
Наиболее простая схема подобного модуля будет иметь следующий вид:
Устройство, собранное своими руками, работает с такими характеристики:
- Зарядное напряжение – 13,8 В (может меняться в зависимости от номинала тока);
- Напряжение отключения – 11 В (настраивается);
- Напряжение включения – 12,5 В;
- Падение напряжения на ключах – 20 мВ при значении тока 0,5А.
Контроллеры заряда ШИМ или МРРТ типа являются одной из неотъемлемых частей любой гелиосистемы или гибридной системы на солнечных и ветрогенераторах. Они обеспечивают нормальный режим заряда аккумуляторных батарей, повышают эффективность и предотвращают их преждевременный износ, к тому же могут быть вполне собраны своими руками.
Loading...