Контроллер заряда для солнечной батареи для аккумулятора 12в

Как подобрать контроллер заряда для солнечных батарей

Статья посвящена выбору характеристик контроллера заряда аккумуляторов для солнечной электростанции

Как подобрать контроллер заряда

Вопрос – как выбрать контроллер заряда для солнечной электростанции является одним из главных при расчете солнечной системы. При всей кажущейся сложности этого вопроса, его можно существенно упростить. Это мы и попытаемся сделать в этой статье.

Выбор контроллера заряда является четвертым этапом при расчете солнечной системы. После выбора требуемого инвертора (ссылка), расчета требуемой емкости аккумуляторов и определения требуемой суммарной мощности солнечных панелей можно приступить к выбору контроллера заряда.

О том какие контроллеры бывают и какой тип контроллера выбрать вы можете прочитать тут – http://oporasolar.ru/a171898-chto-takoe-kontroller.html

Поэтому останавливаться на этом мы не будем, а приведем способы расчета для двух типов контроллеров PWM ( ШИМ) и MPPT.

При подборе контроллера данного типа мы будем прежде всего опираться на 2 основных характеристики это допустимая сила тока (5А, 10А, 20А, 50А) и рабочее напряжение (12В, 24В, 48В).

Немного подробнее об этих характеристиках:

Допустимая сила тока определяет максимальный ток от солнечных панелей который будет выдерживать контроллер.

Рабочее напряжение – это режимы в которых контроллер может функционировать. В зависимости от схемы соединения солнечных панелей и аккумуляторов – мы можем выбрать режим работы – рабочее напряжение.

О том какие варианты соединения Аккумуляторов и Солнечных панелей могут быть, а также как будут определяться рабочие токи и напряжения – вы можете прочитать тут – http://oporasolar.ru/a171380-varianty-podklyucheniya-akkmulyatorov.html

И тут – http://oporasolar.ru/a171460-kak-podklyuchit-solnechnye.html

Номинальная сила тока одной панели определяется как Номинальная Мощность делить на Номинальное Напряжение

для 100 ватной панели на 12 вольт мы получим 100/12=8.33А ― для одной такой панели контроллера заряда на 10А и 12В будет достаточно, но при этом надо убедиться, что банк аккумуляторов (если их несколько) собран на 12В.

Включая 2 таких панели последовательно мы получаем номинальное напряжение равное 12В *2=24 В и в данном случае потребуется уже контроллер заряда который может работать в режиме 24В, при этом допустимая номинальная сила тока по прежнему остается 10А, поскольку при последовательном включении солнечных панелей, номинальный ток будет равен току одной панели – 8.33А.

Если мы включим 2 солнечных панели параллельно, то напряжение останется равным 12 В но при этом ток будет суммироваться. В нашем случае 8.33А *2 =16.66А а значит контроллера заряда 20А будет достаточно.

При выборе режима включения PWM контроллера очень важно, чтобы вся система была собрана на одно номинальное напряжение – т.е. если мы включаем аккумуляторы на 24В, то и панели и контроллер и инвертор должны быть включены на 24В.

Для того чтобы определить какое максимальное количество панелей можно включить в PWM контроллер при различных режимах включения нужно умножить ток на напряжение режима включения.

Для примера определим какие панели можно включить в контроллер 30А 12/24/48В:

Итак – при включении контроллера в режиме 12 В мы имеем максимальную мощность панелей равную 12В * 30А=360Вт – это может быть одна панель на 360Вт с номинальным напряжением 12В, 2 панели по 180Вт с номинальным напряжением 12В включенные параллельно, 4 панели по 90Вт с номинальным напряжением 12В включенные параллельно и так далее

При включении контроллера в режиме 24В ― имеем 24В *30 А=720Вт – можно включить 6 панелей по 120Вт с номинальным напряжением 12В при этом соединив по 2 панели последовательно и затем 3 таких цепи параллельно, или другие различные варианты как в предыдущем режиме

Мы также можем включить этот контроллер в режиме 48В и тогда получим максимальную мощность панелей 48В * 30А=1440Вт.

Другим важным ограничением при выборе PWM контроллера заряда считается Емкость банка аккумуляторов. Считается, что ток заряда аккумуляторов должен быть не менее 10 % от значения емкости банка аккумуляторов, т.е. для аккумулятора на 100Ач нужен ток контроллера не менее 10А. При последовательном включении аккумуляторов номинальное напряжение остается неизменным, а вот емкость суммируется соответственно для двух 100Ач АКБ включенных последовательно, ток нужен уже 20А. Поэтому старайтесь выбирать режим работы контроллера так, чтобы ток заряда банка аккумуляторов не был больше номинального тока контроллера.

В случае выбора такого контроллера ситуация обстоит немного проще. Такие контроллеры преобразовывают любое напряжение панелей на входе в контроллер в требуемое номинальное для зарядки аккумуляторов.

У таких контроллеров важна еще одна характеристика – максимальное напряжение холостого хода солнечных панелей и в данном случае она определяет количество панелей и схему включения.

Напряжение холостого хода любой панели указано в инструкции к солнечной панели или на самой панели с обратной стороны называется Uoc (U open circuit) . Например для панели 150Вт (Моно) 12В напряжение холостого хода составляет порядка 23В.

Что касается подбора контроллера по току – ситуация аналогичная PWM контроллерам.

Например в контроллер MPPT на 60А и 150В Напряжение холостого хода можно включить последовательно 6 моно панелей по 150 Вт с напряжением холостого хода 23В (23В * 6=138В меньше 150В). При этом включить параллельно эти же 6 панелей мы не сможем, поскольку для каждой панели номинальный ток будет равен 150Вт/12В=12,5А. А это значит что включив параллельно 4 таких панели мы получим ток уже 50А. Поэтому в данном случае очень важно определить схему включения панелей так, чтобы получить максимальную суммарную мощность.

При использовании данных панелей мы можем подключить до 24 таких панелей – по 6 панелей последовательно и далее 4 цепочки параллельно.

На этом все сложности выбора контроллеров заряда заканчиваются.

Есть более научные способы расчета требуемых характеристик контроллеров, но в целом результаты таких расчетов не будут существенно отличаться от предложенного нами способа. Если Вам интересны такие способы расчета ― следите за появлением новых статей ― мы будем стараться подробно разбирать все нюансы.

Если у вас возникли сложности при расчетах – звоните +7-903-008-34-37 и мы с радостью поможем вам разобраться. Кроме того мы сделаем для вас расчет системы любой сложности абсолютно бесплатно!

Источник

Контроллер заряда солнечной батареи: основные типы и нужен ли он?

Контроллер заряда для солнечной батареи

Альтернативные источники энергии с каждым годом становятся популярными, проникая во все сферы нашей жизни. Однако при кажущейся простоте внедрения инновационных способов получения недорогой энергии, реализация любого проекта потребует немалых сил. Проекты, разработанные для внедрения альтернативных методов обеспечения энергией жилых домов, оправданны, и уже очень скоро после начала работы начинают приносить результаты.

Такое устройство, как контроллер для солнечной батареи позволяет без особых усилий использовать для обеспечения электрических приспособлений бесплатные ресурсы Солнца. Оно контролирует зарядку аккумулятора (АКБ), назначением которой является генерация энергии геопанелей, с целью организовать рациональное использование генерируемого тока.

Функции контроллера

Чип, отслеживающий работу прибора, отвечающий за процесс зарядки АКБ, остается главным его компонентом. Основные функции заключается в следующем:

· если заряд достигает наибольшего значения, аппарат ограничивает в автоматическом режиме подачу тока, обеспечивая ее необходимым количеством энергии;

· если же аккумулятор разряжен, контроллер в автоматическом режиме ограничивает все входящие нагрузки.

Функции данного агрегата можно разделить на несколько пунктов:

· автоматическая регулировка процесса включения и отключения батареи в режиме зарядки/разряда аккумулятора;

· автоматическое подключение фотоэлементов для зарядки;

Контроллер играет важную роль, его функции позволяют существенно увеличить сроки службы аккумулятора, генерирующего энергию солнечных панелей.

Если Солнце отсутствует, приспособление находится в «спящем режиме». С появлением первых лучей оно продолжает оставаться в состоянии покоя. Лишь достигнув заряда в 10В, контроллер включается автоматически. Напряжение, достигнув этого показателя, после включения начинает передавать электрический ток к аккумуляторной батарее, пока уровень зарядки не достигнет значения в 14V. Достигнув этой отметки, в схеме работы происходят изменения, что прекращает подачу тока для заряда АКБ. Как только она разряжается, схема в течение трех секунд переходит в рабочий режим.

Параметры контроллера

Важным фактором, который обязательно нужно учитывать, планируя строительство системы солнечных панелей, является показатель суммарной мощности. Это означает, что мощность панелей не должна быть выше, чем показатель, определяемый путем умножения коэффициента напряжения системы на размер входного тока. Здесь обязательно нужно помнить, что контроллер солнечных панелей должен подбираться с учетом данных полностью разряженной АКБ. Не менее важно предусмотреть случаи повышенной энергии Солнца и заложить в расчеты запас для напряжения не менее 20 процентов.

Основные типы

Для обеспечения надежной защиты солнечных панелей от перезаряда используются контроллеры. Сегодня эти устройства выпускаются нескольких видов.

1. Приборы «On-Off». Они простые и обходятся пользователям относительно недорого. Главной задачей, которую выполняют такие устройства, является автоматическое прекращение подачи тока и защита аккумуляторной батареи от перегрева при полной зарядке.

2. PWM-контроллеры. Эти приборы представляют более совершенные модели типа «On-Off». Модернизация заключается в использовании более современной ШИМ-функции, которая позволяет в случае, когда достигнут максимальный показатель напряжения, не отключать полностью подачу тока, а только снизить его силу. Это позволило добиться стопроцентной зарядки аккумулятора. Однако его отличает упрощенный подход к процессу управления. Пользователю перед покупкой контроллера заряда АКБ нужно определиться, каким должен быть оптимальный показатель тока, а также позаботиться о том, чтобы устройство имело определенный запас.

3. Прибор МРРТ на сегодня является наиболее продвинутым. Его работа построена на определении точного значения максимальной величины напряжения для конкретной модели аккумулятора. Он обеспечивает непрерывный контроль тока и напряжения в системе. Получая данные и обрабатывая их, агрегат поддерживает постоянные значения, которые являются оптимальными для создания максимальной мощности системы. Эффективность такого прибора, в среднем, на 20-30 процентов выше, в сравнении с другими моделями.

Способы подключения

Для каждого конкретного аппарата важно выбирать контроллер, показатели которого рассчитаны на работу с серией устройств. Перед подключением аппарата важно определить его место установки. Тут учитываются следующие правила:

· помещение должно быть сухим и хорошо проветриваемым, с невысоким уровнем влажности;

· запрещено размещать прибор в непосредственной близости от легковоспламеняющихся предметов, материалов;

· агрегат должен быть защищен от попадания прямых солнечных лучей, атмосферных осадков.

Подключения моделей PWM

Для установки всех видов PWM-контроллеров важно соблюдать определенную последовательность:

· подключение периферийных приборов производится в строгом соответствии с теми обозначениями, которые нанесены производителем на клеммы;

· при соединении проводов аккумулятора с клеммами контроллера также соблюдается полярность;

· включается защитный предохранитель, установленный в точке контакта положительного провода;

· проводники, выходящие из солнечной батареи, крепятся на контакторах прибора с соблюдением полярности;

· подключается контрольная лампа, напряжение которой составляет 12-24В.

Указанную последовательность нарушать нельзя.

Можно ли использовать солнечные панели без установки контроллера

Главной функцией этого устройства является управление уровнем заряда, аккумулирующего энергию, поступающую от солнечных панелей. Если прибор для контроля заряда АКБ не устанавливать, пользователь не сможет контролировать этот процесс, который будет длиться без остановки, вплоть до закипания электролита. Поэтому обойтись без него нельзя.

Однако контроллер для солнечной батареи можно заменить таким устройством, как вольтметр. Пользователь сможет при обнаружении максимальных значений напряжения и заряда АКБ самостоятельно управлять процессом, отключая ее блок. В сравнении с использованием контроллеров, такой способ неудобен, поскольку за работой системы приходится постоянно следить, рассчитывать на автоматический контроль не приходится.

Советы профессионала

С вопросом, какой контроллер выбрать , сталкиваются многие пользователи, выбирающие альтернативные источники энергии. Сегодня на рынке представлены панели, номинальный коэффициент напряжения которых составляет 12 или 24 Вольт. Такие показатели позволяют выполнять зарядку аккумуляторов, отказавшись от дополнительного преобразования напряжения. АКБ, которые используются намного дольше, чем солнечные батареи, также имеют показатель номинального напряжения в 12-24V. Выбирая прибор, в зависимости от типа используемого аккумулятора, важно учитывать, что АКБ используют различные программы зарядки, что связано с химическим составом.

Источник

Солнечная батарея на балконе: тестирование контроллера заряда

В предыдущей части была рассмотрена и проверена работа платы BMS, обеспечивающей корректный заряд литий-ионного аккумулятора. Китайская почта наконец доставила Solar charge controller, так что пора протестировать и его.

Результаты тестирования под катом.

Контроллер заряда (Solar charge controller)

Данное устройство является основным во всей системе — именно контроллер обеспечивает взаимодействие всех компонентов — солнечной панели, нагрузки и батареи (он нужен, только если мы хотим именно накапливать энергию в батарее, если отдавать энергию сразу в электросеть, нужен другой тип контроллера grid tie).

Контроллеров на небольшие токи (10-20А) на рынке довольно-таки много, но т.к. в нашем случае используется литиевая батарея вместо свинцовой, то нужно выбирать контроллер с настраиваемыми (adjustable) параметрами. Был куплен контроллер, как на фото, цена вопроса от 13$ на eBay до 20-30$ в зависимости от жадности местных продавцов. Контроллер гордо называется «Intelligent PWM Solar Panel Charge Controller», хотя по сути вся его «интеллектуальность» заключается в возможности задания порогов заряда и разряда, и конструктивно он не сильно отличается от обычного DC-DC конвертора.

Подключение контроллера весьма просто, у него всего 3 разъема — для солнечной панели, нагрузки и аккумулятора соответственно. В качестве нагрузки в моем случае была подключена светодиодная лента на 12В, аккумулятор все тот же тестовый с Hobbyking. Также на контроллере есть 2 USB-разъема, от которых можно заряжать различные устройства.

Все вместе выглядело так:

Перед тем как использовать контроллер, его надо настроить. Контроллеры этой модели продаются в разных модификациях для разных типов батарей, отличия скорее всего лишь в предустановленных параметрах. Для моей литиевой батареи c тремя ячейками (3S1P) я установил следующие значения:

Как можно видеть, напряжение отключения заряда (PV OFF) установлено на 12.5В (исходя из 4.2В на ячейку можно было поставить 12.6, но небольшой недозаряд положительно сказывается на количестве циклов батареи). Следующие 2 параметра — отключение нагрузки, в моем случае настроено на 10В, и повторное включение заряда на 10.5В. Минимальное значение можно было поставить и меньше, до 9.6В, небольшой запас был оставлен для работы самого контроллера, который питается от той же батареи.

Тестирование

С разрядом проблем ожидаемо не было. Заряда батареи хватило чтобы зарядить планшет, также горела светодиодная лента, и при пороговом напряжении в 10В, лента погасла — контроллер отключил нагрузку, чтобы не разряжать батарею ниже заданного порога.

А вот с зарядом все пошло не совсем так. Вначале все было хорошо, и максимальная мощность по ваттметру составила около 50Вт, что вполне неплохо. Но ближе к концу заряда подключенная в качестве нагрузки лента стала сильно мерцать. Причина ясна и без осциллографа — две BMS не очень дружат между собой. Как только напряжение на одной из ячеек достигает порога, BMS отключает батарею, из-за чего отключается и нагрузка и контроллер, затем процесс повторяется. Да и учитывая что пороговые напряжения уже заданы в контроллере, вторая плата защиты по сути и не нужна.

Пришлось вернуться к плану «Б» — поставить на батарею только плату балансировки, оставив контроллеру управление зарядом. Плата 3S balance board выглядит так:

Бонус этого балансира еще и в том, что он в 2 раза дешевле.

Конструкция получилась даже проще и красивее — балансир занял свое «законное» место на балансировочном разъеме батареи, к контроллеру батарея подключена через силовой разъем.
Все вместе выглядит примерно так:

Больше никаких неожиданностей не было. Когда напряжение на батарее поднялось до 12.5В, потребляемая от панелей мощность упала практически до нуля а напряжение увеличилось до максимума «холостого хода» (22В), т.е. заряд больше не идет.

Напряжение на 3х ячейках батареи в конце заряда составило 4.16В, 4.16В и 4.16В, что дает в сумме 12.48В, к контролю заряда, как и к балансиру претензий нет.

Заключение

Система работает, почти как и ожидалось. Днем электроэнергия может накапливаться, вечером ее можно использовать. В финальной версии батарея будет заменена на блок из элементов 18650, которые уже описывались в предыдущей части. Емкость батареи можно увеличить до 20Ач, больше для балконной системы уже избыточно. Если же приобрести другой балансир, можно использовать и LiFePo4-аккумуляторы, достаточно установить нужные пороги напряжений в контроллере. Однако в моем случае, смысла в этом скорее всего нет — стоимость LiFePo4 на 10-20Ач составляет 80-100$, что уже сопоставимо со стоимостью Grid Tie контроллера, который я собираюсь протестировать в дальнейшем.

Еще исключительно для тестов (понятно что экономического смысла в этом нет) была заказана батарея ионисторов на 12В, благо цены падают и сейчас они относительно дешевые. Будет интересно проверить, на сколько хватит их заряда. Stay tuned.

Примечание: показанная на фото батарея от Hobbyking была поставлена исключительно для теста. Эти батареи не тестировались для постоянного использования в подобных системах, также их не рекомендуется оставлять без присмотра.

Более-менее окончательная версия батареи выглядит вот так:

Это 12 ячеек 18650, соединенных в группы параллельно по 4. Примерная емкость батареи около 12ач, этого хватает для зарядки разных гаджетов и для вечернего освещения комнаты светодиодной лентой. В батарее используются элементы Panasonic, те же что и в автомобилях Tesla S, надежность данных ячеек можно считать вполне хорошей.

Для желающих посмотреть видео-версию, ролик выложен в youtube.

Источник