1. Що таке контролер заряду і яким він буває?
2. On / Off контролери
3. ШІМ (PWM)
4. MPPT
5. Гібридні види для вітростанцій
6. самостійне виготовлення

Ефективне використання сонячної енергії можливо в комплексних системах, куди входять: контролер заряду сонячних батарей, сонячні панелі, акумулятори (АКБ) і інвертори.

Що таке контролер заряду і яким він буває?

Кожен з елементів наведеної схеми виконує свою роль:

• Сонячний модуль сприймає світлове випромінювання і перетворює його в постійний електричний струм. Сам модуль складається з безлічі напівпровідників (фотоелементів);
• Акумулятор (блок батарей) використовується для накопичення і роздачі енергії, що надходить з модулів;
• Інвертор використовується для перетворення постійного струму в змінний зі зміною вихідних значень частоти і напруги в мережі.

Тут може виникнути закономірне питання: «а навіщо тоді контролер, адже можна безпосередньо з'єднати сонячний модуль і блок акумуляторів?». Якщо цього не зробити, то на клеми АКБ буде постійно надходити зарядний струм, що в свою чергу викличе зростання напруги. Рано чи пізно, в залежності від типу акумулятора, напруга досягне максимального значення в 14,4 В, після чого почнеться процес перезарядження батареї і википання електроліту в ній. А це прямий шлях до скорочення терміну служби АКБ. Можна контролювати цей процес вручну, використовуючи простий вольтметр, і відключати харчування в потрібний момент. Але в цьому випадку людина буде постійно прив'язаний до системи і назвати її автономною вже буде не можна.

Контролер якраз і є тією ланкою в ланцюзі, яке повинно за процесом заряджання і роздачі енергії з АКБ стежити в автоматичному режимі. Крім цього, він виконує ряд інших функцій, перелік яких залежить від конкретної моделі і типу:

• Автоматичне з'єднання АКБ і модулів ланцюгом зарядки;
• Підбір оптимальних режимів накопичення заряду;
• Повний контроль процесу і, при необхідності, відключення або підключення споживачів;
• Підтримка правильної полярності;
• Захист від коротких замикань, припинення подачі енергії (обрив);
• Облік рівнів заряду АКБ;
• Контроль витрати енергії і т.д.

Для існуючих геліосистем необхідно зібрати своїми руками або вибрати один з трьох існуючих видів:

1. On / Off;
2. ШІМ (PWM);
3. MPPT.

On / Off контролери

Це найпростіший з існуючих пристроїв, яке здійснює відключення заряду при досягненні певної напруги (14,4 В). Таким чином, відбувається запобігання перегріву пристрою і подальшого перезарядження. При цьому неможливо забезпечити повний заряд АКБ, оскільки при досягненні максимального струму відбувається відключення, тоді як необхідно підтримувати процес ще кілька годин. В результаті, рівень заряду постійно знаходиться в межах 60-70%, що відбивається на стані пластин і зниженні терміну служби батареї.

По суті, назвати цей модуль контролером можна лише з великою натяжкою - на практиці вони більше називаються автоматами відключення і сьогодні практично не використовуються.

ШІМ (PWM)

Рішення проблеми неповного заряду може бути досягнуто, якщо вибрати керуючі блоки нового покоління, в яких використовується принцип широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) подає струму.

Принцип його роботи базується на зниженні номіналу заряджає струму при досягненні пікової напруги. Це дозволяє досягти рівня заряду 100%, підвищивши при цьому загальну ефективність на 20-30%. Деякі з моделей дозволяють коригувати напруга надходить струму в залежності від температури зовнішнього повітря. Вони запобігають перегріву батареї, підвищують здатність прийняття заряду і здійснюють автономне регулювання процесу.

Орієнтовна схема роботи ШІМ виглядає наступним чином:

MPPT

Найбільш досконалим на сьогодні типом регулює заряд сонячної батареї пристрою, які можна вибрати на ринку, є МРРТ. Він дозволяє підвищити ефективність виробництва електроенергії і її кількість на одному і тому ж блоці сонячних панелей. Принцип дії будь-якого mppt модуля базується на відстеженні так званої «точки максимальної потужності».

Будь-регулятор mppt постійно контролює параметри струму і напруги, на основі яких мікропроцесорний аналітичний блок обчислює їх найбільш оптимальне співвідношення для вироблення повної потужності. Процесор, при виборі номіналів струму і напруги, також враховує стадію зарядного процесу.

При використанні mppt контролерів стає можливим зняття більшої напруги з сонячних панелей, яке потім перетворюється в оптимальне для заряду АКБ (як правило, воно відрізняється від паспортного напруги живлення). Загальна ефективність геліосистеми в порівнянні з ШІМ контролерами збільшується на 15-35%. При цьому МРРТ технологія дозволяє працювати навіть при зниженні освітленості панелі на 40%.

Переваги МРРТ модулів можна відобразити у вигляді такої схеми:

Можливість створення високої напруги на виході mppt контролера дозволяє використовувати дроти меншого перетину і збільшити відстань між самим блоком і сонячними панелями.

Гібридні види для вітростанцій

У Скандинавії, Німеччини, Іспанії, США вітрогенератори покривають пристойну частину загальних потреб держави в електриці. У них також знаходиться місце для такого вузла, як контролер заряду.

А в разі, якщо ЕС є комбінованою (на сонячних панелях і вітряки), використовується так званий гібридний модуль.

Він також може працювати за принципом ШІМ або МРРТ. Головною відмінністю гібридного контролера є використання кілька інших вольтамперних характеристик. Відбувається це тому, що вітрогенератори мають великі скачки вироблення і споживання енергії, а батареї, в свою чергу, значно перевантажуються. Контролер скидає зайву енергію на сторону (наприклад, на блок-тени).

самостійне виготовлення

Якщо у людини є певні пізнання в області електроніки і електротехніки, то можна спробувати зібрати схему контролера для сонячних панелей і вітрогенератора своїми руками. Такий агрегат буде сильно поступатися в функціоналі і ефективності промисловим серійним зразкам, але в малопотужних мережах його може бути цілком достатньо.

Кустарний регулює модуль повинен відповідати основним вимогам:

• 1,2P ≤ I × U. У цьому рівнянні використовуються позначення сумарної потужності всіх джерел (Р), вихідного струму контролера (I), напруги в системі при повністю виряджених АКБ (U);
• Максимальна вхідна напруга контролера має відповідати сумарному напрузі батарей без навантаження.

Найбільш проста схема подібного модуля буде мати наступний вигляд:

Пристрій, зібране своїми руками, працює з такими характеристики:

• Зарядний напруга - 13,8 В (може змінюватися в залежності від номіналу струму);
• Напруга відключення - 11 В (налаштовується);
• Напруга включення - 12,5 В;
• Падіння напруги на ключах - 20 мВ при значенні струму 0,5 А.

Контролери заряду ШІМ або МРРТ типу є однією з невід'ємних частин будь-якої геліосистеми або гібридної системи на сонячних і вітрогенератори. Вони забезпечують нормальний режим заряду акумуляторних батарей, підвищують ефективність і запобігають їх передчасному зносу, до того ж можуть бути цілком зібрані своїми руками.