Заряд аккумуляторов напрямую без контроллера, 27 ячеек на АКБ
Вопрос заряда аккумуляторов от солнечных батарей напрямую без контроллеров давно меня интересует, и мои тесты это пока подтверждают. Опираясь на цифры полученные из моего MPPT контроллера, на свой опыт и информацию из сети я понял что это возможно. В стандартном варианте когда на 12-ти вольтовый аккумулятор приходится по 36 солнечных элементов зарядка напрямую неэффективна, и даже опасна. И если не контролировать напряжение заряда то можно перезарядить аккумулятор вплоть до выкипания электролита и нагрева самого АКБ. Ну или с аккумулятором ничего не случится, это если у вас слабенькая солнечная панель с током в 1 ампер, а аккумулятор автомобильный 60Ач.
Точка максимальной мощности поликристаллической солнечной панели на 36 элементах зимой по данным моего контроллера составляет 85% от напряжения холостого хода. Это равняется 18.7 вольт, но в диапазоне от 17.0в до 19.5в мощность меняется не критично, и она остаётся максимально высокой. При этом такая картина остаётся даже в пасмурную погоду. Да при отсутствии солнца точка MPPT смещается ближе к 17-18 вольт, но и при 19в мощность солнечной панели всё ещё почти максимальная.
Летом в связи с перегревом солнечных батарей точка MPPT немного ниже, и пик держится на напряжении 17.3 вольта, это 79% от напряжения холостого хода. Но правда в самую жару, когда под 40 градусов в тени, смещение может доходить до 16 вольт.
Если бы наш аккумулятор был на 18 вольт, то есть не шесть, а восемь банок, то солнечную панель к нему можно было бы подключать напрямую. При этом даже в пасмурную погоду была бы зарядка ничуть не хуже чем через MPPT контроллер. И в таком варианте аккумулятор невозможно перезарядить так как с ростом напряжения от 19в и выше ток заряда будет снижаться и падать вплоть до нуля к 21 вольт. В данном случае я говорю о кальциевых автомобильных аккумуляторах.
Но таких аккумуляторов состоящих из восьми банок не бывает, да и инверторов на 18 вольт тоже нет. Но вообще если бы солнечная панель была не на 36 элементов, а на 27 элементов. То тогда без всяких MPPT контроллеров была бы максимальная эффективность заряда, так как в этом случае высокая точка максимальной мощности была бы в диапазоне от 12.0 до 13.7 вольт. А зимой поднималась бы до 14.2 вольт и даже выше. И только когда напряжение на АКБ будет подниматься выше, то ток заряда будет сам снижаться, это связано со смещением точки MPPT, и далее более подробно.
Вообще получается интересная картина, если на 27 элементов приходится АКБ 12в. Летом когда самая жара точка максимальной мощности смещается значительно ниже. И если напряжение на АКБ начинает расти выше то ток начинает падать, и уже на напряжении выше 13 вольт падение мощности очень заметно. Получается так, точка максимальной мощности в жару будет в диапазоне 12-13 вольт, и при росте напряжения на акб до 13.5 вольт ток от солнечной панели значительно снизится. А при 14 вольт ток будет уже совсем небольшой, и так как с аккумуляторов всегда берётся какая то энергия, пусть и небольшая, то напряжение на АКБ выше подниматься не будет. Плюс сам аккумулятор будет ограничивать напряжение снижая КПД заряда.
Но чтобы так было нужно чтобы ёмкость АКБ и максимальный ток от солнечных батарей были 1:10 или более. И под аккумуляторами я подразумеваю обычные автомобильные кальциевые. То есть на панель 12в 100вт с током заряда в 5.4А подойдёт аккумулятор ёмкостью 55Ач. И летом в эту самую жару от панели на 27 элементов при 14.0-14.7в на АКБ ток заряда будет всего около 1-2А, и этот ток не сможет вскипятить аккумулятор, и напряжение не будет расти далее. А с учётом небольшого потребления из акб напряжение и до 14в возможно не поднимется. Но если аккумулятор будет не заряжен то в диапазоне 12-13 вольт заряд АКБ будет максимальным от солнечной батареи, то есть максимальный ток заряда, и уменьшаться он будет сам по мере напряжения на АКБ.
С понижением температуры картина зарядки аккумулятора будет меняться. Точка MPPT будет сдвигаться вверх и при около нулевой температуре аккумулятор будет заряжаться уже до 14-14.5 вольт и только после этого начнётся значительное падение тока от солнечной батареи состоящей из 27 элементов. При этом если даже из аккумулятора ничего не будет потребляться то сам аккумулятор начнёт ограничивать рост напряжения. И если даже напряжение вырастет до 15 вольт, то ток от солнечной батареи ещё снизится и этот ток не в состоянии будет вскипятить акб и продолжить рост напряжения на нём.
В зимние морозы точка MPPT будет ещё выше, и это тоже большой плюс. Повышенное напряжение на АКБ после глубоких разрядов, когда солнца не было несколько дней скажется на последних очень хорошо. Зимой часто аккумуляторы разряжается глубоко, в вот полностью заряжаются не часто, и тут повышение напряжения до 15 вольт и даже 16 вольт будет способствовать десульфатации. Ну а понижение тока от солнечной панели не сможет вскипятить аккумулятор.
Получается идеальный балланс на круглый год, когда надо аккумулятор заряжается более полно, в зимние месяцы. А летом наоборот когда акб каждый день заряжается то его не нужно доводить до 14.7 вольт и выше.
В современных контроллерах пытаются сделать нечто подобное ступенчатым зарядом, и возможностью настройки контроллера. Но здесь при заряде напрямую от панели на 27 ячеек всё происходит само собой. Понятно что с гелевыми аккумуляторами лучше так не делать, а вот автомобильным и AGM аккумуляторам это очень понравится.
Вообще на рынке есть солнечные панели на 60 элементов, предназначены они для заряда аккумуляторов на 24 вольта. Но так как там приходится по 30 элементов на АКБ, то тут нужен обычный PWM контроллер. При этом в таком варианте даже MPPT контроллер не может дать больше чем заряд через простой PWM контроллер. Решение очень правильное, но всё же от необходимости контроллера это решение не избавляет. Зато с солнечной панели берётся почти максимальная мощность, а контроллер позволяет работать с разными типами АКБ, и PWM контроллер значительно дешевле чем MPPT.
Если же солнечные панели на 36 элементов, как у многих, и у меня в том числе, то тут можно сделать систему на 48 или 96 вольт. Если на 48 вольт то здесь четыре аккумулятора последовательно, а солнечных панелей нужно три штуки последовательно. В этом случае приходится как раз по 27 элементов на аккумулятор. Тоесть как я говорил выше получается что без всяких контроллеров можно заряжать аккумуляторы напрямую, и никак вообще не контролировать заряд АКБ. Там всё само будет происходить как надо, и с максимальным КПД.
Вообще в системе на 48 вольт одни плюсы в виде значительно меньших токов в сравнении с 12 или 24 вольта системами. Но есть такой минус как дисбаланс по напряжению в последовательно соеденённых аккумуляторах, правда и на 24 вольта тоже такая беда. Со временем этот дисбаланс усиливается и в итоге при казалось бы общем номинальном напряжении 56-60 вольт аккумуляторы заряжены, но нет. Оказывается на трёх акб уже по 14-15 вольт и они активно кипят, а на четвёртом всего 12 вольт. Потом при разряде его напряжение упадёт до 10 вольт и даже более. И вскоре вы поймёте что с аккумуляторами что то не то, не держат заряд и напряжение сильно проседает под нагрузкой.
Чтобы этого избежать придумали балансиры, и сейчас всё чаще люди их ставят. Балансиры выравнивают напряжение на аккумуляторах. Но вообще дисбаланс напряжения может произойти и в самих банках аккумулятора. Иногда бывает что умирает одна банка, и из-за неё приходится выкидывать аккумулятор. К чему я это говорю, а тому что если заряжать аккумуляторы до напряжения не выше 13.8-14.5 вольт то даже балансиры не помогут, хотя их наличие огромный плюс.
Иногда нужно аккумуляторы доводить до напряжения выше 15 вольт. При таком напряжении КПД заряда сильно снижается и начинается процесс тепловыделения, правда еле заметный при оптимальном малом токе, и процесс движения электролита. Так вот те банки в аккумуляторе, которые достигли напряжения по 2.5 вольт уже почти не заряжаются. А те банки на которых ещё по 2.1-2.3 вольта, они продолжают заряжаться и общий вольтаж постепенно выравнивается. Чем дольше аккумулятор под высоким напряжением тем лучше.
При этом нужно понимать что заряжать нужно малым током чтобы аккумулятор не закипел и не выкепал электролит, хотя водички и так нужно доливать.
Многие контроллеры этого делать не умеют. В основном в контроллерах зашиты готовые алгоритмы заряда, и вот именно они и портят АКБ. Хотя они сделаны такими чтобы можно было подключать аккумуляторы разной ёмкости, и солнечные панели, и при этом не закипятить перезарядом сами аккумуляторы. Это как бы защита от дурака. Понятно что например если у вас солнечные панели могут давать токи к примеру до 50А, а у вас там аккумулятор всего на 200Ач, то если выставить напряжение заряда в 15 вольт этот аккумулятор будет кипеть когда зарядится, и в итоге долго не проживёт. Так как нет ограничения по току то тут рекомендация уже стандартная, для гелевых не выше 13.8-14 вольт, а с жидким электролитом не выше 14.2-14.4 вольта. А вот если наоборот, большой аккумулятор и ток заряда слабенький, то тут если даже напряжение до 15 вольт поднимется то акб не закипит.
При этом в первом случае, аккумулятор при заряде до 14 вольт прослужит меньше так как после глубоких разрядов для восстановления плотности электролита напряжения 14 вольт маловато. Поэтому как бы и рекомендации не разряжать аккумуляторы глубоко.
Как пример автоматические зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов. Их можно гонять сутками, при этом аккумуляторы не закипают, хотя там напряжение заряда ровно 16.2 вольта, и это не случайно. Зарядное устройство повышенным напряжением заставляет кристаллы сульфата свинца растворяться, высвобождается серная кислота и растёт плотность электролита. А слабый ток заряда не даёт аккумулятору кипеть.
Ну на этом я заканчиваю, думаю смысл всего этого понятен, хотя думаю те кто не в теме вряд ли осилят. Но всёже надеюсь что это кому то было полезно и интересно. Смысл это чтобы на аккумулятор приходилось по 27 ячеек, при этом нужно чтобы ёмкость аккумулятора была в десять раз больше максимального тока от солнечной батареи, или более. Тогда при заряде напрямую сложатся идеальные условия для заряда автомобильных аккумуляторов, да впринципе и других с жидким электролитом.
Зачем это нужно спросите вы, ну во-первых это экономия на MPPT контроллере заряда, и большой плюс в надёжности так-как контроллер может сломаться. При этом отбор энергии с солнечных батарей будет не хуже с MPPT. А также так аккумуляторы будут заряжаться более правильно.
Источник
Подключение солнечной батареи напрямую
Т.е пока сонце светит — котел греет, солнца нет — котел подключается к электросети через реле
Учитывая это, нагреватель у Вас, скорее всего на 220 В, так что подключение напрямую одной — двух панелей ничего не даст. Чисто теоретически можно собрать панели последовательно на 220 В, но это не менее 12-ти панелей номиналом 12 В и опасное напряжение постоянного тока.
у меня в котеле стоят два тена по 2 кВт 220 В, подключены последовательно, т.е. общая мощность 1кВт. (котел самодельный, еще тесть делал, обслуживания практически не требует), хочу тены подключить параллельно к сборке СБ на 120 В (5 шт по 300 Вт), и реле поставить чтобы комутировать — от сети последоватольно, от СБ паралельно.
Добрый день ! Помогите выбрать ! ..)
Необходимо круглосуточно запитать прибор, мощностью 35Вт работающий от сети 220, работать будет в поле автономно, в зимнее время .
Нужно учесть такие моменты как, — зимой погода в основном пасмурная, и кпд панелей сильно падает. К примеру 170Вт панель в пасмурную погоду выдает ток 2,5А . При этом световой день тоже короткий , в расчет предлагаю взять длину светового дня 6 часов . Таким образом, за 6 часов необходимо как минимум зарядить АКБ, при непрерывно работающем приборе . Если я правильно предполагаю, для маломощного прибора, потребляющего 0,16А/час(??- 36Вт) , не требуется АКБ большой мощности, как и инвертор тоже, единственное нужны солнечные панели большей мощности, обеспечивающие заряд АКБ за 6 часов , а емкости АКБ при этом должно хватать на 24 часа работы прибора .
— какой мощности нужны панели ?
— какой емкости нужна АКБ ?
— какой нужен инвертор ?
— какой нужен контроллер заряда.
Источник
ПОДКЛЮЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ
Тема альтернативной энергетики сейчас у всех на слуху, регулярно следуют новости о том, что энергия солнечных лучей и ветра замещает все большую часть энергетического баланса некоторых развитых стран [1]. Правда как понимает автор здесь все не так однозначно 3. Главная проблема альтернативной энергетики состоит в том, что ее ресурсы крайне рассеянны в пространстве и испытывают значительные колебания во времени. Солнечная батарея бесполезна ночью и почти бесполезна в пасмурную погоду. Ветряной двигатель требует определенной скорости ветра, в штиль или ураган он неработоспособен. Одним словом, то, что хорошо в солнечной Испании или Калифорнии, будет работать гораздо менее эффективно в условиях средней полосы России, где небо полгода закрыто облаками, а морского бриза не предвидится, потому, что до ближайшего моря порядка тысячи километров. Тем не менее, в экспериментальных целях автор приобрел солнечную панель на Али за 40 долларов.
Солнечная панель имеет размер 510 х 310 мм.
Она оснащена кабелем питания длиной примерно 3000 мм. Параллельно нагрузке к панели подключен стабилитрон серии 1N53 для предотвращения выдачи в нагрузку слишком большого напряжения при высоком уровне солнечного излучения. Данная панель имеет номинальное рабочее напряжение 12 В, и номинальную мощность 30 Вт. Правда данный параметр указан для потока световой энергии в 1000Вт/м2, т.е. для того что бы получить от данной панели заявленную мощность придется везти ее в Сахару, а лучше поднять на околоземную орбиту. При этом плоскость батареи должна быть ориентирована перпендикулярно к солнечным лучам, так, что в идеале нужно либо постоянно поворачивать батарею, что усложняет конструкцию, либо жертвовать мощностью. Но в целом мощность батареи позволяет использовать ее для питания не слишком мощных потребителей, например энергосберегающих ламп, зарядных устройств бытовой электроники и т.п. По данным производителя ЭДС панели может доходить до 21 В, у автора в далеко не идеальных условиях ЭДС достигала 19 В.
Реальные данные испытания солнечной батареи в ясную погоду под прямыми солнечными лучами приведены в таблице. В качестве потребителя использованы резисторы типа ПЭВ. Следует отметить, что у автора свет падает на панель через двойное оконное стекло и угол падения лучей составлял около 60 градусов.
Сопротивление потребителя, Ом
Напряжение на выводах батареи, В
Таким образом, хорошо видно, что в реальных условиях средней полосы максимально можно отобрать от данной панели мощность в 5-6 Вт. Следует отметить, что у автора окно смотрит на северо-запад и прямые солнечные лучи попадают на батарею 4-5 часов день через двойное стекло (летом). Зимой прямые солнечные лучи не заглядывают в комнату совсем. Разумеется такое размещение батареи — необходимость. Желательно , сделать так, что бы батарея поворачивалась следом за солнцем, или хотя бы сориентировать батарею на юг и выставить на такой угол, что бы лучи света падали на батарею под углом близким к отвесному.
Днем в пасмурную погоду, т.е. только при наличии рассеянного солнечного света, ток падает до 50-70 мА при напряжении 13-15 В. ЭДС в этом случае составляет 17-18 В. Ясное дело, что эти данные «средняя температура по больнице», пасмурная погода, пасмурной погоде рознь, но в целом небольшую нагрузку можно питать от батареи весь световой день.
Одна из главных проблем связанных с солнечной энергией состоит в том, что Солнце светит днем, а вот использовать искусственное освещение большинство людей желает в темное время суток. Поэтому без возможности аккумуляции полученной энергии полезность солнечной батареи резко уменьшается.
Подключать солнечную батарею напрямую к аккумуляторной батарее можно, но по ряду причин так делать нежелательно [5]. Для наиболее эффективного совместного использования солнечной и аккумуляторной батарей выпускаются специальные контроллеры. Данный контроллер был приобретен здесь
Устройство поставляется в картонной коробке. К устройству прилагается инструкция на английском и китайском языке.
Габариты модуля 135 х 70 х 25 мм.
На передней панели располагаются кнопки управления, ЖК экран, клеммы для подключения солнечной батареи, аккумулятора и потребителя. Корпус устройства пластиковый, но задняя стенка выполнена металлической, видимо она должна играть роль радиатора.
Схема подключения модуля
Клик для увеличения схемы
После снятия задней стенки можно получить доступ к печатной плате устройства.
В качестве аккумулятора была выбрана батарея 12 В емкостью 1,2 А/ч, потому, что она у автора была. На самом деле в ясный солнечный день панель сможет зарядить 2-3 таких аккумулятора. Для уменьшения опасности короткого замыкания в цепь аккумулятора включен плавкий предохранитель. Для недопущения разряда аккумулятора через солнечную панель при малом освещении последовательно с панель включен диод Шотки типа IN5817. Когда аккумулятор полностью заряжен ток, отбираемый от солнечной батареи, составляет около 50 мА, при напряжении 19 В.
В качестве тестовой нагрузки использована самодельная светодиодная фитолампа на 4-х последовательно включенных фитосветодиода мощностью 1 Вт, последовательно со светодиодами включен резистор типа МЛТ-2, сопротивлением 30 Ом. При напряжении 12,6 В, ток потребляемый лампой составит около 60 мА. Таким образом аккумулятор на 1,2 А*ч позволяет питать эту лампу около 20 часов.
В целом собранная автономная конструкция оказалась вполне работоспособной с технической точки зрения. Но с экономической точки зрения, учитывая стоимость солнечной батареи, аккумулятора и блока управления картина получается безрадостной. Солнечная батарея стоит 2700 р, аккумулятор 12 В 1,2 А/ч стоит около 500 р, блок управления 400 р. Так же автор пробовал использовать два последовательно включенных аккумулятора 6 В 12 А/ч (они будут иметь стоимость около 3000 р), такой аккумулятор у автора заряжается за 3-4 солнечных дня, при этом ток зарядки доходит до 270 мА.
Общая стоимость использованного оборудования в минимальной комплектации 3600 р. Как несложно видеть, данная фитолампа потребляет около 0,8 Вт. При тарифе 3,5 р за 1 кВт/ч, лампа должна работать от сети при КПД источника питания 50%, около 640000 ч или 73 года только для того, что бы можно было оправдать затраты на оборудование. При этом за такой промежуток времени, несомненно, придется несколько раз полностью сменить оборудование, деградацию аккумулятора и фотоэлементов ни кто не отменял.
Выводы про солнечные панели
Таким образом, беспощадное второе начало термодинамики делает картину еще более безрадостной. В общем, можно только согласиться с тем, что такой альтернативный источник питания оправдан в условиях отсутствия электросети или как резервный источник питания для маломощных потребителей, типа смартфона или планшета. Правда, если увеличить площадь панели минимум на порядок, расположить их с ориентацией на юг, а не как у автора и применить соответственно более емкую аккумуляторную батарею, то можно задуматься о более серьезном применении такой системы. Примером может служить питание небольшого холодильника, инкубатора или другого подобного прибора, для которого критичны перерывы в электроснабжении 7.
Источник