Контроллер заряда для солнечной батареи: описание и сфера применения

Контроллер заряда солнечной батареи нужен при сборке электростанции, работающей от света. Если в ветрогенераторе достаточно просто установить мощный диод, который будет предотвращать утечку тока обратно на генератор и плату защиты батареи, то в солнечных панелях потребуется более сложное устройство, способное динамически регулировать нестабильное напряжение.

Базовые понятия о работе солнечной электростанции

Любая солнечная электростанция, применяется ли она на крупном предприятии или на небольшом дачном участке, состоит из четырех основных модулей. Это непосредственно солнечные панели (монокристаллические или поликристаллические), контроллер заряда, аккумулятор и инвертор.

Схема солнечной электростанции
Схема солнечной электростанции

Работает эта схема следующим образом:

  1. Находясь под солнцем, солнечные панели вырабатывают напряжение, которое поступает на контроллер заряда. Он повышает (реже – понижает) входное напряжение до необходимых для заряда аккумулятора пределов и одновременно препятствует его разряду. Напряжение с контроллера заряда поступает на емкую аккумуляторную батарею.
  2. Использование солнечных панелей без аккумулятора нецелесообразно, так как при небольшом изменении освещенности могут возникать значительные перепады напряжения, которые устройство стабилизировать не в состоянии.
Также контроллер заряда препятствует чрезмерному разряду или перезаряду аккумулятора, что может привести к его повреждению. Если напряжение на нем упадет до критически низких значений, выход контроллера будет отключен, чтобы предотвратить глубокий разряд.

Зарядное устройство при этом продолжает работать и питание будет восстановлено, как только напряжение на аккумуляторе поднимется. При этом параллельно производится подключение инвертора, который преобразует постоянное напряжение в привычный нам переменный ток 220 вольт.

Подключать большие нагрузки к такой схеме не стоит, так как можно вызвать перегрузку инвертора или преждевременный разряд аккумулятора. Накопленный за день заряд подходит для освещения комнат, а также маломощных электроприборов, которым не страшна модифицированная синусоида.

Какие бывают контроллеры заряда

В серийном выпуске имеются два вида контроллеров заряда для солнечных панелей – PWM и MPPT. У обоих типов есть достоинства и недостатки.

Контроллеры PWM

Устройства с широтно-импульсной модуляцией, или PWM контроллеры, уже считаются устаревшими. В их основе лежит простая ШИМ, который удерживает напряжение на выходе посредством изменения скважности генерируемого им сигнала.

Обычно он снимает напряжение с выходного контура DC-DC преобразователя, тем самым поддерживая на выходе некоторое заранее определенное напряжение (чаще всего 12-14 вольт, однако встречаются модели и с другими параметрами). Импульсы поступают на высокочастотные транзисторные ключи, которые управляют питанием дросселя.

Контроллер заряда PWM
Контроллер заряда PWM

В результате на последнем возникают быстрые подъемы и спады напряжения, амплитуда которых зачастую в несколько раз превышает входные параметры. На выходе напряжение стабилизируется диодом и выравнивается конденсатором.

К преимуществам PWM можно отнести:

  • их стоимость;
  • высокую надежность;
  • простоту конструкции.
К сожалению, при их работе часть мощности рассеивается, что снижает КПД.

Контроллеры МРРТ

Принцип работы MPPT практически ничем не отличается от PWM за исключением того, что генерацию импульсов для работы преобразователя выполняет не широтно-импульсный модулятор, а небольшой компьютер, имеющий собственные процессор и память. Он постоянно контролирует напряжение и силу тока как на входе, так и на выходе преобразователя, а также температуру внутренних радиоэлементов.

Благодаря этому достигается максимальная производительность работы солнечных панелей, практически без потерь на рассеивание тепла. Все параметры задаются микропрограммой контроллера.

Аппарат типа МРРТ подходит крупных предприятий и промышленных электростанций, благодаря:

  • высокой производительности;
  • быстрой окупаемости.
Однако его стоимость значительно превышает цену аналогов с ШИМ.

Поиск прибора

Как выбрать контроллер заряда для солнечной батареи для ежедневной эксплуатации? Прежде всего решите, какие источники альтернативной энергии вы будете задействовать. При использовании одновременно как солнечных панелей, так и ветрогенератора, вам понравится гибридный, который позволяет либо задействовать их одновременно, чтобы обеспечить зарядку аккумулятора, либо попеременно.

Подберите себе оптимальное рабочее напряжение для работы вашего оборудования. В качестве накопителя может быть использована свинцово-кислотная аккумуляторная батарея на 12 вольт и 60 ампер-часов из автомобиля. Найти контроллер на это напряжение будет проще всего ввиду их распространенности.

контроллеры заряда для солнечных батарей

К сожалению, большинство инверторов требует напряжения 24 вольта и выше, что делает невозможным их использование с одним аккумулятором. В этом случае вам придется дополнительно покупать балансир, чтобы обеспечить равномерный износ двух батарей и контроллер подороже, работающий с более высоким напряжением (или два контроллера, запитанных от независимых источников тока, – например, от разных солнечных панелей).

Себе можно приобрести PWM контроллер для солнечной батареи. Он не очень дорогой, а небольшая разница в КПД практически не отразится на скромном хозяйстве. Зато благодаря высокой надежности вы покупаете его раз и навсегда. PWM контроллеры не требуют настройки и дополнительного обслуживания во время эксплуатации.

Где купить

Купить контроллер заряда можно на алиэкспрессе. Там предлагается большой выбор устройств, как PWM, так и MPPT. Также ознакомьтесь с обзорами на ту или иную продукцию от реальных покупателей.

Цена популярных контроллеров заряда на алиэкспрессе начинается от 1000 рублей.

Более дешевые варианты вы можете поискать на радиорынках. Обратите внимание: когда вы покупаете товар с рук, убедитесь, что в комплекте идет инструкция или на приборе наглядно обозначено, как его подключать.

Выбирать его нужно аккуратно, в противном случае существует риск приобрести некачественный прибор.

Покупать подержанные устройства не рекомендуется, особенно МРРТ. Связанно это с тем, что интегральные схемы от постоянной работы постепенно деградируют. В них могут возникать как механические повреждения от перепадов температуры, так и внутрислойные короткие замыкания, из-за чего внешне рабочее устройство будет работать нестабильно.

Контроллер заряда своими руками

Изготовить простой контроллер заряда своими руками можно, использовав минимум радиоэлементов. При изготовлении этого устройства от вас потребуются определенные навыки в работе с паяльником и изготовлении монтажных плат.

В интернете можно найти массу схем. Например, здесь: https://poluchi-teplo.ru/soln/izgotovlenie-kontrollera-dlya-solnechnoy-paneli.html есть несколько интересных идей, о том, как реализовать прибор, который может проверять заряд батареи и при необходимости включать зарядное устройство.

схема контроллера Майкла Дэвиса
Схема контроллера Майкла Дэвиса

Из-за того, что данный контроллер заряда солнечной батареи прост, схема устройства выполняет только самые базовые функции и не может повышать напряжение для зарядки в условиях низкой освещенности.

Также можно изготовить самодельный балансир, который позволит одновременно задействовать несколько источников альтернативной энергии – например, ветрогенератор и солнечные панели. Сделать его можно так: http://e-veterok.ru/kontroller-dlya-solnehnoy-paneli.php.

балластный регулятор

Можно изготовить прибор на платформе Ардуин, однако это потребует от вас не только навыков в радиомонтаже, но и умения программировать на ассемблере и машинных кодах.

Если вы не уверены в своих силах, можно прибегнуть к готовой схеме, однако учтите, что она значительно сложнее аналогов и требует изготовления печатной платы для монтажа микроконтроллера. Подробно процесс изготовления описан здесь: http://robocraft.ru/blog/3413.html.

схема контроллера заряда от солнечной батареи
Схема контроллера заряда от солнечной батареи

Собрать надежный солнечный генератор просто, если покупать надежные и популярные элементы. Правильно собранное и надежное устройство при домашнем использовании полностью окупится за 2-3 года, а на предприятии – еще быстрее.

Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации