Saules bateriju uzlādes kontrolieris: ķēde, darbības princips, savienojuma metodes

Saules enerģija līdz šim ir ierobežota (sadzīves līmenī) ar salīdzinoši zemas jaudas fotoelektrisko paneļu izveidi.Bet neatkarīgi no saules gaismas fotoelektriskā pārveidotāja par strāvu konstrukcijas šī ierīce ir aprīkota ar moduli, ko sauc par saules baterijas uzlādes kontrolieri.

Patiešām, saules fotosintēzes instalācija ietver uzlādējamu akumulatoru - no saules paneļa saņemtās enerģijas uzglabāšanas ierīci. Šo sekundāro enerģijas avotu galvenokārt apkalpo kontrolieris.

Mūsu piedāvātajā rakstā mēs sapratīsim šīs ierīces dizainu un darbības principus, kā arī apsvērsim, kā to savienot.

Saules kontrolieri

Elektroniskais modulis, ko sauc par saules kontrolieri, ir paredzēts vairāku vadības funkciju veikšanai uzlādes/izlādes procesa laikā. saules baterijas akumulators.

Kad saules gaisma nokrīt uz saules paneļa virsmas, kas uzstādīta, piemēram, uz mājas jumta, ierīces fotoelementi pārvērš šo gaismu elektriskā strāvā.

Iegūto enerģiju faktiski varētu piegādāt tieši akumulatora akumulatoram. Tomēr akumulatora uzlādes/izlādes procesam ir savi smalkumi (noteikti strāvas un sprieguma līmeņi). Ja neievērosit šīs smalkumus, akumulators īsā darbības laikā vienkārši neizdosies.

Lai izvairītos no šādām bēdīgām sekām, ir izveidots modulis, ko sauc par saules baterijas uzlādes kontrolieri.

Papildus akumulatora uzlādes līmeņa uzraudzībai modulis uzrauga arī enerģijas patēriņu.Atkarībā no izlādes pakāpes saules bateriju uzlādes kontroliera ķēde regulē un iestata strāvas līmeni, kas nepieciešams sākotnējai un turpmākai uzlādei.

Atkarībā no saules bateriju uzlādes kontrollera jaudas šo ierīču dizainiem var būt ļoti dažādas konfigurācijas

Kopumā, vienkārši izsakoties, modulis nodrošina bezrūpīgu akumulatora “dzīvi”, kas periodiski uzkrājas un izdala enerģiju patērētāju ierīcēm.

Praksē izmantotie veidi

Rūpnieciskā līmenī ir izlaistas un tiek ražotas divu veidu elektroniskās ierīces, kuru dizains ir piemērots uzstādīšanai saules enerģijas sistēmā:

1. PWM sērijas ierīces.
2. MPPT sērijas ierīces.

Pirmo saules bateriju kontroliera veidu var saukt par “vecu cilvēku”. Šādas shēmas tika izstrādātas un nodotas ekspluatācijā saules un vēja enerģijas attīstības rītausmā.

PWM kontrollera shēmas darbības princips ir balstīts uz impulsa platuma modulācijas algoritmiem. Šādu ierīču funkcionalitāte ir nedaudz zemāka par progresīvākajām MPPT sērijas ierīcēm, taču kopumā tās darbojas arī diezgan efektīvi.

Viens no sabiedrībā populāriem saules staciju bateriju uzlādes kontrolieru modeļiem, neskatoties uz to, ka ierīces ķēde veidota, izmantojot PWM tehnoloģiju, kas tiek uzskatīta par novecojušu

Konstrukcijas, kurās tiek izmantota Maximum Power Point Tracking tehnoloģija (maksimālās jaudas ierobežojuma izsekošana), atšķiras ar modernu pieeju ķēdes risinājumiem un nodrošina lielāku funkcionalitāti.

Bet, ja salīdzinām abus kontrolieru veidus un, jo īpaši, ar aizspriedumiem pret sadzīves sfēru, MPPT ierīces neizskatās tajā rožainā gaismā, kādā tās tradicionāli tiek reklamētas.

MPPT tipa kontrolieris:

• ir augstākas izmaksas;
• ir sarežģīts konfigurācijas algoritms;
• dod jaudas pieaugumu tikai liela laukuma paneļiem.

Šāda veida iekārtas ir vairāk piemērotas globālām saules enerģijas sistēmām.

Kontrolieris, kas paredzēts darbībai kā daļa no saules enerģijas iekārtas. Tas ir MPPT ierīču klases pārstāvis – progresīvāks un efektīvāks

Parasta lietotāja vajadzībām no sadzīves vides, kuram parasti ir mazas platības paneļi, ir izdevīgāk iegādāties un darbināt PWM kontrolieri (PWM) ar tādu pašu efektu.

Kontrolieru blokshēmas

PWM un MPPT kontrolleru shematiskās diagrammas, lai tās aplūkotu ar nespeciālistu aci, ir pārāk sarežģīts punkts, kas saistīts ar smalku izpratni par elektroniku. Tāpēc ir loģiski ņemt vērā tikai strukturālās diagrammas. Šī pieeja ir saprotama plašam cilvēku lokam.

Variants #1 — PWM ierīces

Spriegums no saules paneļa virzās pa diviem vadītājiem (pozitīvo un negatīvo) uz stabilizējošu elementu un atdalošo pretestības ķēdi. Sakarā ar šo ķēdes gabalu tiek iegūta ieejas sprieguma potenciāla izlīdzināšana un zināmā mērā tiek organizēta kontroliera ieejas aizsardzība pret ieejas sprieguma robežas pārsniegšanu.

Šeit jāuzsver: katram atsevišķam ierīces modelim ir noteikts ieejas sprieguma ierobežojums (norādīts dokumentācijā).

Apmēram šādi izskatās uz PWM tehnoloģiju bāzes izgatavoto ierīču blokshēma.Darbībai kā daļu no mazām mājsaimniecības stacijām šī ķēdes pieeja nodrošina diezgan pietiekamu efektivitāti

Tālāk spriegumu un strāvu ierobežo jaudas tranzistori līdz vajadzīgajai vērtībai. Šīs ķēdes sastāvdaļas savukārt kontrolē kontrollera mikroshēma, izmantojot draivera mikroshēmu. Rezultātā jaudas tranzistoru pāra izeja nosaka akumulatora sprieguma un strāvas normālo vērtību.

Ķēdē ir arī temperatūras sensors un draiveris, kas kontrolē jaudas tranzistoru, kas regulē slodzes jaudu (aizsardzība pret akumulatora dziļu izlādi). Temperatūras sensors uzrauga svarīgu PWM kontrollera elementu sildīšanas stāvokli.

Parasti temperatūras līmenis korpusa iekšpusē vai uz jaudas tranzistoru radiatoriem. Ja temperatūra pārsniedz iestatījumos noteiktos ierobežojumus, ierīce izslēdz visas aktīvās strāvas līnijas.

Variants #2 — MPPT ierīces

Ķēdes sarežģītība šajā gadījumā ir saistīta ar tās pievienošanu vairākiem elementiem, kas rūpīgāk veido nepieciešamo vadības algoritmu, pamatojoties uz darbības apstākļiem.

Sprieguma un strāvas līmeņus uzrauga un salīdzina salīdzināšanas ķēdes, un, pamatojoties uz salīdzināšanas rezultātiem, tiek noteikta maksimālā izejas jauda.

Shēmas konstrukcija strukturālā formā uzlādes kontrolieriem, kuru pamatā ir MPPT tehnoloģijas. Šeit jau ir atzīmēts sarežģītāks perifērijas ierīču uzraudzības un vadības algoritms.

Galvenā atšķirība starp šāda veida kontrolieriem un PWM ierīcēm ir tā, ka tās spēj noregulēt saules enerģijas moduli uz maksimālo jaudu neatkarīgi no laika apstākļiem.

Šādu ierīču shēma īsteno vairākas kontroles metodes:

• traucējumi un novērojumi;
• palielināt vadītspēju;
• pašreizējā slaucīšana;
• pastāvīgs spriegums.

Un kopējās darbības pēdējā segmentā tiek izmantots arī visu šo metožu salīdzināšanas algoritms.

Kontroliera savienojuma metodes

Ņemot vērā savienojumu tēmu, nekavējoties jāatzīmē: katras atsevišķas ierīces uzstādīšanai raksturīga iezīme ir darbs ar noteiktu saules paneļu sēriju.

Piemēram, ja tiek izmantots kontrolleris, kas paredzēts maksimālajam ieejas spriegumam 100 volti, virknei saules bateriju vajadzētu izvadīt spriegumu, kas nav lielāks par šo vērtību.

Jebkura saules enerģijas iekārta darbojas saskaņā ar pirmās pakāpes izejas un ieejas sprieguma līdzsvarošanas noteikumu. Kontrollera sprieguma augšējai robežai jāatbilst paneļa sprieguma augšējai robežai

Pirms ierīces pievienošanas jums jāizlemj par tās fiziskās uzstādīšanas vietu. Saskaņā ar noteikumiem uzstādīšanas vieta jāizvēlas sausās, labi vēdināmās vietās. Izvairieties no viegli uzliesmojošu materiālu klātbūtnes ierīces tuvumā.

Vibrācijas, siltuma un mitruma avotu klātbūtne ierīces tiešā tuvumā ir nepieņemama. Uzstādīšanas vieta ir jāaizsargā no nokrišņiem un tiešiem saules stariem.

Savienojuma tehnoloģija PWM modeļiem

Gandrīz visi PWM kontrolleru ražotāji pieprasa, lai ierīces būtu savienotas precīzā secībā.

PWM kontrolleru savienošanas ar perifērijas ierīcēm tehnika nav īpaši sarežģīta. Katra plate ir aprīkota ar marķētiem spailēm. Šeit jums vienkārši jāievēro darbību secība

Perifērijas ierīces jāpievieno pilnībā saskaņā ar kontaktu spaiļu apzīmējumiem:

1. Savienojiet akumulatora vadus ar ierīces akumulatora spailēm atbilstoši norādītajai polaritātei.
2. Ieslēdziet drošinātāju tieši pozitīvā vada saskares punktā.
3. Pievienojiet vadus, kas nāk no saules paneļa akumulatora, pie regulatora kontaktiem, kas paredzēti saules baterijai. Ievērojiet polaritāti.
4. Pievienojiet ierīces slodzes spailēm atbilstoša sprieguma (parasti 12/24 V) pārbaudes lampu.

Norādīto secību nedrīkst pārkāpt. Piemēram, vispirms pieslēgt saules paneļus, kad akumulators nav pievienots, ir stingri aizliegts. To darot, lietotājs riskē “sadedzināt” ierīci. IN šo materiālu Sīkāk ir aprakstīta shēma saules paneļu montāžai ar akumulatoru.

Tāpat PWM sērijas kontrolieriem nav pieļaujams pieslēgt sprieguma invertoru kontrollera slodzes spailēm. Invertors jāpievieno tieši akumulatora spailēm.

MPPT ierīču pievienošanas procedūra

Vispārējās fiziskās uzstādīšanas prasības šāda veida ierīcēm neatšķiras no iepriekšējām sistēmām. Taču tehnoloģiskā iestatīšana bieži ir nedaudz atšķirīga, jo MPPT kontrolleri bieži tiek uzskatīti par jaudīgākām ierīcēm.

Kontrolieriem, kas paredzēti lieliem jaudas līmeņiem, strāvas ķēdes savienojumiem ieteicams izmantot liela šķērsgriezuma kabeļus, kas aprīkoti ar metāla gala vāciņiem.

Piemēram, jaudīgām sistēmām šīs prasības tiek papildinātas ar to, ka ražotāji iesaka izmantot kabeli elektropieslēguma līnijām, kas paredzētas strāvas blīvumam vismaz 4 A/mm². Tas ir, piemēram, kontrolierim ar strāvu 60 A ir nepieciešams kabelis, lai izveidotu savienojumu ar akumulatoru, kura šķērsgriezums ir vismaz 20 mm².

Savienojuma kabeļiem jābūt aprīkotiem ar vara izciļņiem, kas ir cieši saspiesti ar īpašu instrumentu. Saules paneļa un akumulatora negatīvajiem spailēm jābūt aprīkotiem ar adapteriem ar drošinātājiem un slēdžiem.

Šāda pieeja novērš enerģijas zudumus un nodrošina iekārtas drošu darbību.

Jaudīga MPPT kontrollera pieslēgšanas blokshēma: 1 – saules panelis; 2 – MPPT kontrolieris; 3 – spaiļu bloks; 4.5 – drošinātāji; 6 – kontrollera barošanas slēdzis; 7.8 – zemes autobuss

Pirms savienojuma izveides saules paneļi Savienojot ar ierīci, pārliecinieties, vai spriegums spailēs atbilst vai ir mazāks par spriegumu, ko var piegādāt kontroliera ieejai.

Perifērijas ierīču pievienošana MTTP ierīcei:

1. Pārslēdziet paneļa un akumulatora slēdžus pozīcijā “izslēgts”.
2. Noņemiet paneļa un akumulatora aizsargdrošinātājus.
3. Savienojiet akumulatora spailes ar kabeli ar akumulatora kontrollera spailēm.
4. Savienojiet saules paneļa spailes ar kabeli ar kontrollera spailēm, kas norādītas ar atbilstošo zīmi.
5. Savienojiet zemējuma spaili ar zemējuma kopni ar kabeli.
6. Uzstādiet temperatūras sensoru uz regulatora saskaņā ar instrukcijām.

Pēc šīm darbībām atkārtoti jāievieto iepriekš izņemtais akumulatora drošinātājs un jāpagriež slēdzis pozīcijā “ieslēgts”. Vadības pults ekrānā parādīsies akumulatora noteikšanas signāls.

Pēc tam pēc īsas pauzes (1-2 minūtes) nomainiet iepriekš izņemto saules paneļa drošinātāju un pagrieziet paneļa slēdzi pozīcijā “ieslēgts”.

Ierīces ekrānā būs redzama saules paneļa sprieguma vērtība. Šis brīdis norāda uz veiksmīgu saules enerģijas instalācijas palaišanu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Nozare ražo ierīces, kas ir daudzšķautņainas shēmas dizaina ziņā. Tāpēc nav iespējams sniegt nepārprotamus ieteikumus par visu instalāciju pieslēgšanu bez izņēmuma.

Tomēr galvenais princips jebkura veida ierīcēm paliek nemainīgs: ja akumulators nav savienots ar kontroliera kopnēm, savienojums ar fotoelementu paneļiem ir nepieņemams. Līdzīgas prasības attiecas uz iekļaušanu shēmā sprieguma invertors. Tas jāuzskata par atsevišķu moduli, kas savienots ar akumulatoru, izmantojot tiešu kontaktu.

Ja jums ir nepieciešamā pieredze vai zināšanas, lūdzu, dalieties tajā ar mūsu lasītājiem. Atstājiet savus komentārus zemāk esošajā blokā. Šeit varat uzdot jautājumu par raksta tēmu.