Контроллер заряда солнечной батареи МРРТ или ШИМ — что лучше выбрать?
Для чего нужен контроллер заряда для солнечной батареи?
Аккумуляторы, которые используются в комплекте солнечных батарей для накопления заряда, имеют ряд собственных особенностей. Они нуждаются в создании определенных условий в процессе зарядки. Необходимо своевременно ограничить ток и напряжение, не допустить слишком сильного разряда и исключить перезарядку АКБ. Обеспечить эти условия может специальное устройство, наблюдающее за блоком батарей и своевременно прекращающее все процессы, когда они достигают критических значений.
Это устройство — контроллер солнечной батареи, обеспечивающий сохранность и долговечность аккумуляторов. Обойтись без этих приборов невозможно, так как бесконтрольный заряд или разрядка всегда заканчиваются выходом АКБ из строя.
Задачи, которые решают контроллеры заряда для солнечных батарей:
- выполнение диспетчерских функций, определение текущего режим работы и изменение его при возникновении соответствующих условий
- ограничение величины заряда, предотвращение излишнего поглощения электроэнергии
- наблюдение за расходованием и своевременный перевод батарей в режим зарядки
Есть контроллеры, совмещающие функции источника питания. К ним подключаются низковольтные потребители, например — осветительные приборы или иная нагрузка подобного типа. Такие системы работают в малом составе и не используются в качестве полноценного источника питания для бытовой или хозяйственной техники.
Применяемые на практике виды
Существует две разновидности контроллеров, применяемых в солнечных системах:
- PWM (в русскоязычных источниках их иногда именуют ШИМ — широтно-импульсная модуляция)
- MPPT (аббревиатура с английского Maximum Power Point Tracking — отслеживание максимальной границы мощности)
Контроллеры, созданные на базе ШИМ, считаются устаревшими. Некоторые модели уже сняли с производства, но в продаже еще много образцов таких приборов. Они вполне эффективны и работоспособны, но по функциональным возможностям уступают новым и более совершенным контроллерам MPPT.
Специалисты отмечают, что старые виды контроллеров больше подходят для частных солнечных батарей, рассчитанных на питание сравнительно небольшого количества потребителей. Новые образцы ориентированы на работу с большими количествами панелей, дающих значительное количество энергии.
Их недостатком считают:
- высокая цена, ограничивающая возможности массового покупателя
- сложность настройки, требующей участия опытного специалиста
Контроллеры типа MPPT широко рекламируют, но получить заметный выигрыш в производительности и эффективности можно только на больших и мощных солнечных комплексах.
Структурные схемы контроллеров
Разбираться в принципиальных схемах приборов могут не все пользователи. Но это и не обязательно, вполне достаточно понять принцип их работы на уровне блоков или узлов прибора. Рассмотрим структурные схемы двух разновидностей контроллеров:
Устройства PWM
На входе контроллера установлен стабилизатор и токоограничивающий резистор. Этим достигается защита от превышения входного сигнала и нарушения режима работы устройства. Допустимый уровень входного сигнала у каждого прибора свой, он указан в паспортных данных. Значение определяется спецификой контроллера, зависит от особенностей схемы и параметров прибора.
После этого ток проходит через блок из двух силовых транзисторов, где происходит преобразование значений напряжения и тока. Управление этими процессами производится через микросхему драйвера, при помощи чипа контроллера. Сам драйвер предназначен для коррекции режима работы транзисторов. Одна из основных задач — регулировка уровня мощности нагрузки, предотвращающая глубокий разряд аккумуляторов.
Помимо этих компонентов в состав схемы входит датчик температуры. Он обеспечивает поддержание заданного температурного режима работы прибора, ограничивая его мощность по необходимости. Перегрев весьма опасен для контроллера, поэтому датчик относят к основным узлам схемы.
Приборы MPPT
Контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи, созданный по схеме MPPT, представляет собой более сложное устройство, чем PWM. Увеличено количество узлов и деталей, поскольку более тщательное выполнение алгоритмов работы требует определенных ресурсов. Основная функция устройства заключается в определении максимальной мощности солнечных батарей в текущих условиях и соответствующей перенастройке их работы.
Компараторы производят сопоставление значений напряжения и тока, определяя максимально возможную выходную мощность. По умолчанию сканирование происходит 1 раз в 2 часа, но режим можно перенастроить на более частую проверку.
Производится определение точки максимальной мощности (ТММ), определяющей напряжение, при котором выходные показатели будут максимально высокими. Заряд АКБ происходит в 4 этапа:
- объемный. Это первый этап после ночного перерыва. Аккумуляторы активно накапливают энергию, используя всю энергию солнечных батарей
- повышающий. Начинается сразу по достижении максимального заряда аккумуляторов. Напряжение заряда снижается, чтобы исключить нагрев и выделение газов. Этот режим, как правило, длится 1-3 часа, после чего следует переход на следующую стадию зарядки
- плавающий. Этот этап необходим для поддержания заряда на максимальном уровне и недопущения перегрева или газоотделения, а также снижения количества накопленной энергии. Если нагрузка начинает требовать повышенной отдачи, контроллер переводит систему из плавающего режима в повышающий. Как только мощность на выходе упадет, будет вновь задействован плавающий режим
- выравнивание. Этап, при котором происходит выравнивание плотности электролита, восстановление состояния электродов, переработка сульфата свинца
Работа контроллеров MPPT зависит от окружающей температуры. В жару выработка энергии падает, при сильном охлаждении процессы в аккумуляторах замедляются, что грозит выходом их из строя. Встроенный датчик температуры постоянно контролирует состояние и дает команду на соответствующую корректировку режима работы.
Использование контроллеров MPPT рекомендовано при мощности системы от 200 В или при нестабильном производстве энергии. Постоянное определение максимальной эффективности улучшает работу комплекса и позволяет обходиться без установки дополнительных модулей.
Способы подключения контроллеров
Перед подключением необходимо убедиться, что напряжение солнечных панелей не превышает номинал контроллера. Если оно больше, надо сменить прибор на более мощный, способный работать с высокими показателями тока и напряжения.
Перед началом работ надо выделить для установки контроллера место с соответствующими условиями — сухое, чистое, отапливаемое. Не должно быть контакта с солнечными лучами, не допускается наличие поблизости механизмов, создающих вибрацию.
Порядок подключения контроллеров PWM состоит из следующих этапов:
- присоединение аккумуляторов к соответствующим клеммам прибора. Важно проследить за соблюдением полярности
- в точке подключения плюсового провода необходимо установить предохранитель
- к соответствующим контактам подключить провода от солнечных панелей, соблюдая полярность
- на выход нагрузки включить сигнальную лампу
Важно! Нарушать эту последовательность нельзя. Если сначала подключить солнечные модули, можно вывести контроллер солнечного заряда из строя, поскольку ему будет некуда отдавать полученное напряжение.
Кроме этого, не допускается присоединение на контакты, предназначенные для соединения с нагрузкой, инвертора. Его можно присоединять только к блоку АКБ.
Принцип подключения этих контроллеров не отличается от вышеизложенного, но могут потребоваться некоторые дополнения. Например, на мощных системах необходимо использовать кабель, выдерживающий плотность проходящего тока не менее 4 ампер на квадратный миллиметр сечения.
Перед присоединением рекомендуется еще раз выполнить несложный расчет (разделить максимальное значение силы тока на 4 и прибавить около 10-15 % на запас прочности). Это позволит обеспечить штатную работу коммутации, исключить нагрев и опасность возникновения пожара.
Перед началом подключения надо вынуть предохранители из солнечных панелей и блока АКБ. После соединения контроллера с аккумуляторами и солнечными модулями производится подключение заземляющего контура и датчика температуры. Проверяют правильность всех соединений, после чего обратно устанавливают предохранители и включают систему.
Простейшие контроллеры типа Откл/Вкл (или On/Off)
Контроллеры такого типа работают только на запуск или остановку зарядки АКБ при падении или повышении заряда. Они не учитывают дополнительные условия работы, не определяют оптимальный режим, выполняя только функции триггера, настроенного на переключение при достижении минимального и максимального значений.
Такие контроллеры в настоящее время сняты с производства и давно не используются, хотя в некоторых системах их еще можно встретить. Единственным достоинством можно назвать простоту схемы, делающую работу прибора надежной и устойчивой. Подключение выполняется путем присоединения входных и выходных проводов к аккумуляторам и солнечным панелям, никакой дополнительной коммутации не имеется.
Что лучше выбрать?
Выбор типа контроллера производится исходя из мощности и производительности системы. Если они невелики, можно ограничиться установкой контроллера PWM. Это дешевле и проще.
Однако, если комплект выдает значительную мощность и обеспечивает питание чувствительных приборов потребления, лучшим решением станет использование контроллера MPPT. Он гораздо дороже, но способен настроить максимально эффективную работу комплекса оборудования. В любом случае, окончательный выбор обусловлен возможностями владельца и особенностями имеющегося солнечного комплекса.
Подключение солнечных панелей, схемы соединения
Монтаж солнечной электростанции может стоять до половины стоимости самого оборудования. Но, сделать это вполне можно и самостоятельно. Для этого не нужно иметь никакого специального оборудования, достаточно понимать схему соединения. Их несколько, выбирать нужно в зависимости от параметров тока и напряжения, которые необходимо получить. В этой статье мы разберем все варианты.
Комплект солнечной электростанции
Типичный комплект солнечной электростанции
Данное оборудование применяется в небольших гелиосистемах которые можно использовать для дома или для дачи. К обязательным компонентам относятся:
- Солнечные панели или батареи — могут быть монокристаллические и поликристаллические. Чем отличаются и какие выбрать читайте здесь.
- Инвертор — для чего он и как его выбрать читайте в этой статье.
- Коннекторы для солнечных батарей — предназначены для быстрого подключения провода к панелям. Если бюджет ограничен, можно использовать пайку, но данное соединение намного удобнее.
- Кабель, используется одножильный медный в двойной изоляции, стойкий к любым атмосферным воздействиям, сечение от 1.5 мм.
Опционный комплектующие, которые не обязательно должны быть в системе и устанавливаются при определенных задачах:
- Аккумуляторные батареи — существует несколько вариантов, какой выбрать описано здесь.
- Контроллер заряда аккумуляторов.
- Реверсный электросчетчик, устанавливается если вы хотите продавать электроэнергию. В некоторых странах существует так называемый «зеленый тариф», который позволяет зарабатывать, делая это.
Важные характеристики батарей, которые нужно учитывать
• Номинальное напряжение панелей – 12В или 24В.
• Максимальное напряжение при пиковой мощности Vmp.
• Напряжение холостого хода Voc – напряжение, выдаваемое панелями без нагрузки (важно при выборе контроллера заряда аккумулятора).
• Ток Imp – ток при максимальной мощности панели в А.
Схемы подключения
Существуют 3 возможные схемы подключения солнечных панелей между собой, это: последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение. Теперь о них подробнее.
Последовательное соединение
В данной схеме минусовая клемма первой панели соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и тд. Что дает такое соединение — напряжение всех панелей будет приплюсовываться. Другими словами, если вы хотите получить, например сразу 220В, данная схема поможет это сделать. но используется она крайне редко.
Разберем на примере. Имеем 4 панели с номинальной мощностью по 12В, Voc: 22.48В (это напряжение холостого хода) на выходе получаем 48В. Напряжение холостого хода = 22,48В*4=89,92В. при этом максимальная мощность тока, Imp, останется неизменной.
В данной схеме не рекомендуется использовать панели с разным значением Imp, поскольку эффективность системы будет низкая.
Параллельное соединение
К входам панелей подключаются клеммы одинакового знака, аналогично и к выходам. Удобнее всего это делать с помощью специальных Y коннекторов.
Эта схема позволяет, не поднимая напряжение панелей, увеличить ток. Разберем пример. Имеем 4 панели с номинальной мощностью по 12В, напряжение холостого хода 22.48В, ток в точке максимальной мощности 5.42А. На выходе схемы номинальное напряжение и напряжение холостого хода остается без изменений, но максимальная мощность будет равна 5,42А*4=21,68А.
Последовательно-параллельное соединение
В данной схеме часть панелей соединяется последовательно, часть параллельно. Это дает возможность подобрать оптимальный режим работы электростанции путем регулирования номинальной мощности и силы тока на выходе. Разберем на примере все тех же 4х панелей с характеристиками:
• Номинальное напряжение солнечной батареи: 12В.
• Напряжение холостого хода Voc: 22.48В.
• Ток в точке максимальной мощности Imp: 5.42А.
Соединив 2 солнечные панели последовательно и 2 параллельно на выходе мы получим напряжение 24В, напряжение холостого хода 44,96В, а ток при этом будет равен 5,42А*2=10,84А.
Это дает возможность получить сбалансированную систему и сэкономить на таком оборудовании как контроллера заряда аккумулятора, поскольку эму не нужно будет выдерживать большое напряжение в пике работы. Так же схема дает возможность использовать панели разной мощности, например 2 по 12В, преобразовать в 24В. Наиболее удобный вариант сети для дома.
Как подключить солнечную панель к контроллеру заряда
Это оборудование применяется в системе с аккумуляторами для контроля их уровня зарядки. То есть, сбрасывает излишки электроэнергии на них и предотвращает накопление в случаи полного заряда. Так же дает возможность подключения приборов с низким номинальным напряжением — 12В, 24В, 48В и тд. (в зависимости от того как соединены панели).
Подключение производится следующим образом. Контроллер имеет 3 пары контактов на панели (это стандартный вариант, есть варианты с другим количеством клемм, тогда нужно изучать инструкцию производителя к этому оборудованию):
- 1 пара контактов — подключается сеть панелей.
- 2 пара — подключаются аккумуляторы.
- 3 пара — подключается источник и низким уровнем потребления.
Сначала рекомендуется подключить аккумуляторные батареи что бы проверить оборудование. Затем сами панели, после уже потребитель, если он предусмотрен в схеме.
Схема подключения, которая была в документации к контроллеру. Все достаточно просто и понятно.
Важно. Необходимо соблюдать полярность всей системы, иначе она не будет работать, возможно выйдет из строя сам контроллер. Если вы будете подключать систему к сети, это особенно важно, иначе замыкание выведет из строя все оборудование.
Видео обзор подключения
Подключение к аккумулятору
Как уже писалось выше, аккумуляторные батареи подключаются к контроллеру, который будет контролировать их заряд. С другой стороны они подключаются к инвертору, который преобразует 12В, 24В, 48В в 220В для использования потребителями. Важно так же соблюдать полярность всей схемы и использовать большее сечение провода, рекомендовано в этой части системы сечение 3 мм.
Подключать аккумуляторы можно и напрямую к панелям, без использования контроллера. Однако это делать не желательно по нескольким причинам, самой важной из которых является «перегрев батарей», то есть избыточная бесконтрольная зарядка, которая снизит их срок эксплуатации.
Подключение к инвертору
Данный прибор преобразовывает напряжение, вырабатываемое панелями или отдаваемое аккумуляторными батареями в 220В, после чего его можно использовать в бытовых целях. Есть инверторы, выдающие 380В, однако такие системы в домашних условиях используются крайне редко.
Сам процесс подключение достаточно прост, подсоединяем клеммы, обязательно соблюдая полярность, от аккумуляторов или непосредственно от солнечных панелей, если у вас система без контроллера и АКБ.
Схема подключения солнечных панелей в существующую электросеть такая же, но обязательно нужен гибридный инвертор. Работать он будет по следующему принципу: когда энергии от панелей или аккумуляторов достаточно для потребителя, он будет использовать ее, когда же не достаточно, выросла нагрузка или снизилась выработка, он будет использовать энергию с сети. Так же есть и другие варианты настройки такого оборудования, которые позволят эффективно использовать различные источники электроэнергии. Или настроить зарядку АКБ от сети в случаи нехватки солнечной энергии, например если у вас ночной тариф и ночью электроэнергия дешевле.
Как рассчитать мощность инвертора. Для начала необходимо выяснить напряжение и общую мощность собранной вами системы панелей:
Подключение солнечных панелей: к контроллеру, инвертору, аккумулятору
Для использования солнечной энергии обязательно нужен набор устройств, к которым подключаются фотоэлементы. Сюда входят аккумуляторы, контроллер и инвертор, а вот подключение солнечных панелей к ним и какую последовательность использовать — разберём в этом материале.
Как соединить солнечные батареи между собой
Это очень важный момент, ведь от типа соединения будут зависеть характеристики тока на выходе с панелей. А от этого меняются требования к проводам и прочему оборудованию. О соединении фотоэлементов между собой у нас есть подробный материал.
Внимательно отнеситесь к выбору провода для соединения. Для стандартных домашних электростанций обычно берут сечение не менее 4 мм 2 , а сам кабель должен быть устойчив к ультрафиолету.
Что нужно кроме солнечных батарей
Для сбора полноценной солнечной системы вам понадобятся сами фотоэлектрические модули, которые собирают свет и преобразуют его в электрическую энергию, а также такие устройства, как:
-
. Его задача накапливать, сохранять и отдавать энергию. То есть по сути это временное хранилище избыточной энергии. Обычно одного аккумулятора недостаточно и устанавливается комплект в зависимости от мощности электростанции. . Это устройство собственно контролирует заряд, отслеживая напряжение аккумулятора. При необходимости контроллер может прерывать зарядку, чтобы не допускать перезаряда, что негативно сказывается на сроке службы аккумулятора.
- Инвертор. Он получает постоянный ток от аккумулятора и преобразует в переменный 220В, что необходимо для функционирования электроприборов в доме.
- Предохранители. Между всеми устройствами солнечной системы лучше ставить предохранители для защиты от короткого замыкания.
Рекомендация. При самостоятельной установке лучше приобрести комплект приборов для всей системы, а не по отдельности. Так все устройства будут совместимы по параметрам и смогут обеспечить максимальную эффективность системы.
Последовательность подключения солнечных панелей
Оптимальный вариант — соединять всё в такой последовательности:
- Подключаем контроллер к аккумулятору и убеждаемся, что он считывает данные заряда.
- Соединяем солнечные панели с контроллером. Должен начаться заряд аккумулятора.
- Далее от аккумулятора подключаем инвертор.
- От инвертора ток подаётся в разводку по потребителям.
По итогу, идеальная схема солнечной системы такая:
- От панелей к контроллеру.
- От контроллера к аккумуляторам.
- От аккумулятора к инвертору.
- От инвертора к потребителям.
Но могут быть и другие варианты соединения. Пройдёмся по всем.
Самые необычные электростанции
Подключаем солнечные батареи к контролеру
Чаще всего именно это является началом схемы. Контроллер — связующее звено между солнечными панелями и аккумулятором, при необходимости сбрасывая излишки электроэнергии.
Принцип подключения очень прост. На контроллере 2 пары контактов: к одной подключаются солнечные модули, от другой пары идёт соединения с аккумуляторами. Часто контроллер оборудован и третьей парой контактов для подключения приборов с низким потреблением. Все контакты обозначены: часто это графические изображения устройств, с которыми соединяются каждые контакты.
Как сказано выше, сначала лучше соединить контроллер с аккумуляторами для проверки работоспособности.
Внимание! Во время подключения всех приборов в системе обязательно убеждайтесь в соблюдении полярности.
Можно ли подключить солнечные панели напрямую к аккумуляторам
При стандартном подключении через контроллер сюрпризов быть не должно. Без него, конечно, можно обойтись, но тогда аккумуляторы будут бесконтрольно заряжаться и перегреваться, что очень быстро выведет их из строя.
Если вы уверены, что солнечные батареи будут вырабатывать ровно тот объём энергии или меньше, который могут вместить аккумуляторы, то можно рискнуть обойтись без контроллера. Но мы все же рекомендуем его использовать.
Подключение инвертора
Тоже особых сложностей нет. В комплектации инвертора 2 провода, которые обычно с одной стороны имеют зажимы для подключения к клеммам аккумулятора, с другой — штекеры вставляющиеся в инвертор.
Можно ли использовать солнечные панели без аккумулятора и инвертора
Без аккумулятора система будет работать, но только в дневное время суток и при ясной погоде. Для круглосуточного обеспечения домохозяйства энергией без него уже не обойтись.
Инвертор обязателен, если в доме есть приборы, питающиеся от 220В, что довольно распространено. 12В, поступающих от аккумулятора или напрямую от панелей, будет недостаточно.
Источник https://energo.house/sol/kontroller-zaryada-solnechnoj-batarei-mrrt-ili-shim-chto-luchshe-vybrat.html
Источник https://vremya-stroiki.net/podklyuchenie-solnechnyx-panelej-sxemy-soedineniya/
Источник https://nova-sun.ru/solnechnye-paneli/ustanovka/podklyuchenie-solnechnyh-panelej
