Regulátor nabíjení solární baterie: obvod, princip činnosti, způsoby připojení

Solární energie je zatím omezena (na úrovni domácností) na vytváření fotovoltaických panelů s relativně malým výkonem.Ale bez ohledu na konstrukci fotoelektrického měniče slunečního světla na proud je toto zařízení vybaveno modulem zvaným regulátor nabíjení solární baterie.

Instalace solární fotosyntézy skutečně obsahuje dobíjecí baterii - úložiště energie přijaté ze solárního panelu. Právě tento sekundární zdroj energie je primárně obsluhován regulátorem.

V článku, který uvádíme, pochopíme konstrukci a principy fungování tohoto zařízení a také zvážíme, jak jej připojit.

Solární ovladače

Elektronický modul nazývaný solární regulátor je navržen tak, aby během procesu nabíjení/vybíjení vykonával řadu řídicích funkcí solární baterie.

Když sluneční světlo dopadá na povrch solárního panelu instalovaného například na střeše domu, fotobuňky zařízení toto světlo přemění na elektrický proud.

Výsledná energie by ve skutečnosti mohla být dodávána přímo do akumulátoru. Proces nabíjení/vybíjení baterie má však své vlastní jemnosti (určité úrovně proudů a napětí). Pokud tyto jemnosti zanedbáte, baterie v krátké době provozu jednoduše selže.

Aby se předešlo takovým smutným následkům, je navržen modul nazývaný regulátor nabíjení pro solární baterii.

Kromě sledování úrovně nabití baterie modul sleduje také spotřebu energie.V závislosti na stupni vybití obvod regulátoru nabíjení solární baterie reguluje a nastavuje úroveň proudu potřebnou pro počáteční a následné nabití.

V závislosti na výkonu solárního regulátoru nabíjení baterie mohou mít konstrukce těchto zařízení velmi odlišné konfigurace

Obecně, zjednodušeně řečeno, modul poskytuje bezstarostný „život“ pro baterii, která se periodicky akumuluje a uvolňuje energii do spotřebitelských zařízení.

Typy používané v praxi

Na průmyslové úrovni byly uvedeny a vyráběny dva typy elektronických zařízení, jejichž design je vhodný pro instalaci do solárního energetického systému:

1. Zařízení řady PWM.
2. Zařízení řady MPPT.

První typ regulátoru pro solární baterii lze nazvat „starý muž“. Takové systémy byly vyvinuty a uvedeny do provozu na úsvitu rozvoje solární a větrné energie.

Princip činnosti obvodu regulátoru PWM je založen na algoritmech pulzně šířkové modulace. Funkčnost takových zařízení je poněkud nižší než u pokročilejších zařízení řady MPPT, ale obecně fungují také docela efektivně.

Jeden z populárních modelů regulátoru nabíjení baterie solárních stanic ve společnosti, a to navzdory skutečnosti, že obvod zařízení je vyroben pomocí technologie PWM, která je považována za zastaralou

Konstrukce využívající technologii Maximum Power Point Tracking (sledování limitu maximálního výkonu) se vyznačují moderním přístupem k obvodovým řešením a poskytují větší funkčnost.

Srovnáme-li však oba typy regulátorů a zejména se zaujatostí vůči domácí sféře, nevypadají zařízení MPPT v růžovém světle, ve kterém jsou tradičně inzerovány.

Ovladač typu MPPT:

• má vyšší náklady;
• má složitý konfigurační algoritmus;
• dává výkon pouze na panelech velké plochy.

Tento typ zařízení je vhodnější pro globální solární energetické systémy.

Regulátor určený pro provoz jako součást solární elektrárny. Jedná se o zástupce třídy MPPT zařízení - pokročilejších a výkonnějších

Pro potřeby běžného uživatele z domácího prostředí, který má zpravidla maloplošné panely, je výhodnější pořídit a provozovat PWM regulátor (PWM) se stejným efektem.

Bloková schémata regulátorů

Schématická schémata regulátorů PWM a MPPT na to, abychom je mohli zvážit laickým okem, jsou příliš složitým bodem spojeným s jemným pochopením elektroniky. Proto je logické uvažovat pouze strukturální diagramy. Tento přístup je srozumitelný širokému okruhu lidí.

Možnost #1 - PWM zařízení

Napětí ze solárního panelu prochází dvěma vodiči (kladný a záporný) do stabilizačního prvku a oddělovacího odporového obvodu. Díky této části obvodu je dosaženo vyrovnání potenciálu vstupního napětí a do určité míry organizují ochranu vstupu regulátoru před překročením meze vstupního napětí.

Zde je třeba zdůraznit: každý jednotlivý model zařízení má specifický limit vstupního napětí (uveden v dokumentaci).

Přibližně takto vypadá blokové schéma zařízení vyrobených na bázi PWM technologií.Pro provoz jako součást malých domácích stanic poskytuje tento okruhový přístup zcela dostatečnou účinnost

Dále je napětí a proud omezeno na požadovanou hodnotu výkonovými tranzistory. Tyto součásti obvodu jsou zase řízeny řídicím čipem přes čip ovladače. Výsledkem je, že výstup dvojice výkonových tranzistorů nastavuje normální hodnotu napětí a proudu pro baterii.

Obvod dále obsahuje teplotní čidlo a driver, který ovládá výkonový tranzistor, který reguluje výkon zátěže (ochrana proti hlubokému vybití baterie). Teplotní senzor sleduje stav ohřevu důležitých prvků PWM regulátoru.

Obvykle úroveň teploty uvnitř skříně nebo na chladičích výkonových tranzistorů. Pokud teplota překročí limity nastavené v nastavení, zařízení vypne všechna aktivní napájecí vedení.

Možnost #2 - zařízení MPPT

Složitost obvodu je v tomto případě způsobena jeho přidáním k řadě prvků, které pečlivěji sestavují potřebný řídicí algoritmus na základě provozních podmínek.

Úrovně napětí a proudu jsou sledovány a porovnávány komparačními obvody a na základě výsledků porovnání je určen maximální výstupní výkon.

Konstrukční návrh obvodů pro regulátory nabíjení založené na technologiích MPPT. Složitější algoritmus pro monitorování a ovládání periferních zařízení je zde již zmíněn.

Hlavní rozdíl mezi tímto typem regulátoru a PWM zařízeními je v tom, že jsou schopny upravit modul solární energie na maximální výkon bez ohledu na povětrnostní podmínky.

Obvody takových zařízení implementují několik způsobů ovládání:

• poruchy a pozorování;
• zvýšení vodivosti;
• proudové rozmítání;
• konstantní napětí.

A v závěrečném segmentu celkové akce je také použit algoritmus pro porovnání všech těchto metod.

Způsoby připojení regulátoru

Vzhledem k tématu připojení je třeba okamžitě poznamenat: pro instalaci každého jednotlivého zařízení je charakteristickým rysem práce se specifickou řadou solárních panelů.

Pokud je tedy například použit regulátor, který je navržen pro maximální vstupní napětí 100 voltů, řada solárních panelů by neměla mít na výstupu napětí větší než tato hodnota.

Jakákoli solární elektrárna funguje podle pravidla vyrovnávání výstupního a vstupního napětí prvního stupně. Horní mez napětí regulátoru musí odpovídat horní hranici napětí panelu

Před připojením zařízení se musíte rozhodnout o umístění jeho fyzické instalace. Podle pravidel by místo instalace mělo být zvoleno v suchých, dobře větraných prostorách. Vyvarujte se přítomnosti hořlavých materiálů v blízkosti zařízení.

Přítomnost zdrojů vibrací, tepla a vlhkosti v bezprostřední blízkosti zařízení je nepřijatelná. Místo instalace musí být chráněno před srážkami a přímým slunečním zářením.

Technologie připojení pro PWM modely

Téměř všichni výrobci PWM regulátorů vyžadují připojení zařízení v přesném pořadí.

Technika připojení PWM regulátorů k periferním zařízením není nijak zvlášť obtížná. Každá deska je vybavena označenými svorkami. Zde musíte jednoduše dodržet sled akcí

Periferní zařízení musí být připojena v plném souladu s označením kontaktních svorek:

1. Připojte vodiče baterie ke svorkám baterie zařízení v souladu s vyznačenou polaritou.
2. Ochrannou pojistku zapněte přímo v místě kontaktu kladného vodiče.
3. Připojte vodiče vycházející z baterie solárního panelu na kontakty ovladače určené pro solární panel. Dodržujte polaritu.
4. Připojte zkušební svítilnu příslušného napětí (obvykle 12/24V) na zátěžové svorky zařízení.

Zadaná sekvence nesmí být porušena. Například první připojení solárních panelů, když není připojena baterie, je přísně zakázáno. Uživatel se tak vystavuje riziku „spálení“ zařízení. V tento materiál Podrobněji je popsáno schéma sestavení solárních panelů s baterií.

Rovněž u regulátorů řady PWM není přípustné připojit napěťový měnič k zátěžovým svorkám regulátoru. Střídač by měl být připojen přímo ke svorkám baterie.

Postup připojení zařízení MPPT

Obecné požadavky na fyzickou instalaci pro tento typ zařízení se neliší od předchozích systémů. Ale technologické nastavení je často poněkud odlišné, protože MPPT regulátory jsou často považovány za výkonnější zařízení.

Pro regulátory určené pro vysoké úrovně výkonu se doporučuje použít kabely velkého průřezu vybavené kovovými koncovkami pro připojení silových obvodů.

Například u výkonných systémů jsou tyto požadavky doplněny tím, že výrobci doporučují použít kabel pro připojení silových vedení dimenzovaný na proudovou hustotu minimálně 4 A/mm². Tzn., že např. pro regulátor s proudem 60 A potřebujete kabel pro připojení k baterii o průřezu minimálně 20 mm².

Připojovací kabely musí být opatřeny měděnými oky, pevně zalisovanými speciálním nástrojem. Záporné póly solárního panelu a baterie musí být vybaveny adaptéry s pojistkami a spínači.

Tento přístup eliminuje energetické ztráty a zajišťuje bezpečný provoz zařízení.

Blokové schéma zapojení výkonného MPPT regulátoru: 1 – solární panel; 2 – MPPT regulátor; 3 – svorkovnice; 4,5 – pojistky; 6 – vypínač napájení regulátoru; 7.8 – zemní sběrnice

Před připojením solární panely Při připojování k zařízení se ujistěte, že napětí na svorkách odpovídá nebo je menší než napětí, které lze přivést na vstup regulátoru.

Připojení periferií k zařízení MTTP:

1. Přepněte panel a přepínače baterie do polohy „vypnuto“.
2. Odstraňte ochranné pojistky na panelu a baterii.
3. Připojte svorky baterie kabelem ke svorkám ovladače baterie.
4. Připojte svorky solárního panelu kabelem ke svorkám regulátoru označeným příslušným znakem.
5. Připojte zemnicí svorku k zemnicí sběrnici pomocí kabelu.
6. Nainstalujte teplotní čidlo na regulátor podle návodu.

Po těchto krocích musíte znovu vložit dříve vyjmutou pojistku baterie a přepnout spínač do polohy „on“. Na obrazovce ovladače se objeví signál detekce baterie.

Poté po krátké pauze (1-2 minuty) vyměňte dříve vyjmutou pojistku solárního panelu a otočte přepínač panelu do polohy „on“.

Na obrazovce zařízení se zobrazí hodnota napětí solárního panelu. Tento okamžik naznačuje úspěšné spuštění solárního zařízení.

Závěry a užitečné video k tématu

Průmysl vyrábí zařízení, která jsou mnohostranná, pokud jde o návrhy obvodů. Proto není možné dát jednoznačná doporučení týkající se připojení všech instalací bez výjimky.

Hlavní princip pro jakýkoli typ zařízení však zůstává stejný: bez připojení baterie ke sběrnicím regulátoru je připojení k fotovoltaickým panelům nepřijatelné. Podobné požadavky platí pro zahrnutí do systému střídač napětí. Měl by být považován za samostatný modul připojený k baterii přes přímý kontakt.

Pokud máte potřebné zkušenosti nebo znalosti, podělte se o ně s našimi čtenáři. Zanechte své komentáře v bloku níže. Zde můžete položit otázku k tématu článku.