Контролер на слънчевия заряд: схема, принцип на действие, методи за свързване

Коментари:

Ако сте се замислили за алтернативен начин за производство на енергия и сте решили да инсталирате слънчеви панели, вероятно искате да спестите пари. Един от начините да спестите пари е да направете контролер за зареждане със собствените си ръце. При инсталирането на соларни генератори - панели, се изисква много допълнително оборудване: контролери за зареждане, батерии, за прехвърляне на ток по технически стандарти.

Помислете за създаване на контролер за зареждане на слънчева енергия с ръцете си.

Това е устройство, което контролира нивото на зареждане на оловните батерии, като предотвратява пълното им разреждане и презареждането им. Ако батерията започне да се разрежда в авариен режим, устройството ще намали натоварването и ще предотврати пълното разреждане.

Струва си да се отбележи, че саморъчно изработеният контролер не може да се сравнява по качество и функционалност с промишления, но ще бъде напълно достатъчен за работата на електрическата мрежа. Възможно е на пазара да се появят продукти, които са произведени в мазе и са с много ниска степен на надеждност. Ако не можете да си позволите по-скъп модул, може да предпочетете да го построите сами.

Направи си сам контролер за зареждане на слънчевата енергия

Дори продуктът, създаден от самите тях, трябва да отговаря на следните условия:

• 1,2P
• Максимално допустимото входно напрежение трябва да е равно на общото напрежение на всички батерии без товар.

На изображението по-долу ще видите схема на такова електрическо оборудване. За да го сглобите, ще ви трябват малко познания по електроника и малко търпение. Конструкцията е леко променена и диодът вече е заменен с полеви транзистор, който се регулира от компаратор.
Такъв контролер за зареждане ще бъде достатъчен за използване в мрежи с ниска консумация на енергия, използващи само . Той се характеризира с лесно производство и ниска цена на материалите.

Контролер за зареждане на слънчеви панели работи на прост принцип: когато напрежението на носителя на информация достигне предварително зададена стойност, той спира да се зарежда; следва само променливо зареждане. Ако напрежението на дисплея спадне под определен праг, подаването на ток към батерията се възобновява. Използването на батерията се изключва от контролера, когато зарядът на батерията е по-малък от 11 V. Благодарение на регулатора батерията не се разрежда спонтанно, когато няма слънчева светлина.

Основни характеристики верига на контролера за зареждане:

• Напрежение на зареждане V=13,8V (регулируемо), измерено при наличие на ток на зареждане;
• Изключване на товара когато Vbat е по-малко от 11V (регулируемо);
• Включване на товара когато Vbat=12,5 V (настройва се); Включване на товара
• Температурна компенсация на режима на зареждане;
• Икономичният компаратор TLC339 може да бъде заменен с по-разпространения TL393 или TL339;
• Основният спад на напрежението е по-малък от 20 mV при зареждане с 0,5 A.

Усъвършенстван контролер за зареждане на слънчева енергия

Ако сте уверени в знанията си по електроника, можете да опитате да създадете по-сложна схема на контролер за зареждане. Той е по-здрав и може да работи както със слънчеви панели, така и с вятърен генератор, за да ви помогне да си осигурите светлина през нощта.

Горе е усъвършенствана схема за контролер на заряда със собствените си ръце. Праговете се променят с помощта на тримери, които ще използвате за регулиране на работните параметри. Токът, идващ от източника, се превключва от реле. Самото реле се управлява от ключ на полеви транзистор.

Всички вериги на контролера за зареждане са изпитани в практиката и са доказали своята стойност в продължение на много години.

За летни вили и други обекти, които не изискват висока консумация на ресурси, няма смисъл да се харчат пари за скъпи елементи. Ако имате необходимите познания, можете да промените предложените дизайни или да добавите необходимата функционалност.

Така че можете да си направите собствен контролер за зареждане, когато използвате алтернативни енергийни устройства. Не се отчайвайте, ако първата палачинка е излязла грешна. В крайна сметка никой не е застрахован от грешки. Малко търпение, усърдие и експериментиране ще доведат до край. От друга страна, работещото захранване е отличен повод за гордост.

Контролерът на заряда е много важна част от системата, в която слънчевите панели създават електрическия ток. Той контролира зареждането и разреждането на батериите. Благодарение на него батериите не могат да се презаредят и разредят дотолкова, че да е невъзможно да се възстанови работното им състояние.

Такива контролери могат да бъдат изработени от собствените ви ръце.

Принцип на работа

Когато няма ток от слънчевия панел, контролерът е в режим на заспиване. Той не използва никакви ватове от батерията. Когато слънчевата светлина попадне върху панела, към контролера започва да тече електрически ток. Тя трябва да се включи. Въпреки това индикаторният светодиод и двата слаби транзистора ще се включат само когато напрежението на тока достигне 10 V.

След като това напрежение бъде достигнато, токът ще потече през диода на Шотки към батерията. Ако напрежението се повиши до 14 V, усилвателят U1 ще започне да работи и ще отвори MOSFET. Това ще накара светодиода да угасне и двата немощни транзистора да се затворят. Батерията няма да се зареди. Междувременно C2 ще се разтоварва. Това ще отнеме средно 3 секунди. След разреждането на кондензатора С2 хистерезисът U1 ще бъде преодолян, MOSFET ще се затвори и батерията ще започне да се зарежда. Зареждането ще се извършва, докато напрежението се повиши до нивото на превключване.

Производство "Направи си сам

Ако човек има известни познания в областта на електрониката и електротехниката, може да се опита да сглоби със собствените си ръце контролна схема за слънчеви панели и вятърен генератор. Такова устройство ще отстъпва по функционалност и ефективност на промишлените прототипи, но може да е напълно достатъчно за мрежи с ниска консумация на енергия.

Домашно направеният регулатор трябва да отговаря на основните условия:

• 1,2P ≤ I × U. В това уравнение се използва означението на общата мощност на всички източници (P), изходния ток на контролера (I), напрежението на системата при напълно разредени батерии (U),
• Максималното входно напрежение на контролера трябва да съответства на общото напрежение на незаредените батерии.

Най-простата схема на такъв модул е следната:

Ръчно сглобеното устройство работи със следните характеристики:

• Напрежение на зареждане - 13,8 V (може да варира в зависимост от номиналния ток),
• Напрежение на изключване - 11 V (регулируемо),
• Напрежение на включване - 12,5 V,
• Падане на напрежението върху превключвателите - 20mV при 0,5A.

PWM или MRRT контролерите за зареждане са една от неразделните части на всяка хибридна система със слънчеви или вятърни генератори. Те осигуряват правилно зареждане на акумулаторите, повишават ефективността и предотвратяват преждевременното им износване и могат лесно да се сглобяват ръчно.

Схема на свързване

Кликнете, за да увеличите електрическата схема

След отстраняване на задната стена е възможно да се получи достъп до платката на устройството.

За батерия е избрана 12V батерия с капацитет 1,2Ah, тъй като авторът разполага с такава. Всъщност в ясен слънчев ден панелът ще може да зареди 2-3 от тези батерии. За да се намали рискът от късо съединение, във веригата на акумулатора е включен предпазител. За да се предотврати разреждането на батерията през слънчевия панел при слаба светлина, последователно с панела е включен диод на Шотки, тип IN5817. Когато батерията е напълно заредена, токът, консумиран от слънчевия панел, е около 50 mA при 19 V.

Като тестово натоварване използвах домашно направена светодиодна фитолампа с 4 последователно свързани светодиода с мощност 1 W, като последователно към светодиодите включих резистор тип MLT-2 с резистентност 30 Om. При напрежение 12,6 V токът, консумиран от лампата, е около 60 mA. Така батерия с капацитет 1,2 Ah ще захранва лампата в продължение на около 20 часа.

Като цяло сглобената самостоятелна конструкция се оказа доста приложима от техническа гледна точка. Но от икономическа гледна точка, като се вземат предвид разходите за слънчевия панел, батерията и блока за управление, картината е мрачна. Слънчевата батерия струва 2700 щ.д., батерията 12 V 1,2 A/h - около 500 щ.д., а блокът за управление - 400 щ.д. Авторът е изпробвал и две последователно свързани батерии 6 V 12 Ah (те ще струват около 3000 р.). Този вид батерии се зареждат за около 3-4 слънчеви дни, като токът на зареждане е до 270 mA.

Общата стойност на оборудването, използвано в минималния набор от 3600 стр. Както лесно се вижда, тази фитолампа консумира около 0,8 W. При тарифа 3,5 p за 1 kWh лампата трябва да работи от мрежата при ефективност на електрозахранването 50 %, около 640000 часа или 73 години, за да може да оправдае разходите за оборудване. Междувременно оборудването несъмнено ще трябва да бъде изцяло подменяно неколкократно през този период от време; не е изключено разграждането на батериите и фотоволтаичните клетки.

Схема на устройството

Тези платки стават много горещи, така че ще ги запояваме леко над платката. За целта ще използваме твърд меден проводник, за да направим крачетата на платката. Ще имаме 4 парчета медна тел, за да направим 4 крачета за платката. За целта можете да използвате и щифтови съединители вместо меден проводник.

Соларната клетка се свързва съответно към клемите IN + и IN на зарядната платка TP4056. В положителния край се поставя диод за защита от обратно напрежение. След това платките BAT + и BAT- се свързват към +ve и -ve краищата на батерията. Това е всичко, от което се нуждаем, за да заредим батерията.

Сега, за да захраним платката Arduino, трябва да увеличим изхода до 5 V. Затова добавяме усилвател на напрежение 5 V към тази схема. Свържете батериите -ve към IN- на усилвателя и ve+ към IN+, като добавите превключвател между двете. Свързахме бустерната платка директно към зарядното устройство, но препоръчваме да инсталирате SPDT превключвател там. Така че, когато устройството зарежда батерията, тя е заредена и не се използва.

Соларните клетки са свързани към входа на зарядното устройство за литиеви батерии (TP4056), чийто изход е свързан с литиева батерия 18560. Към батерията е свързан и усилвател на напрежение 5V, който се използва за преобразуване на 3,7VDC в 5VDC.

Напрежението на зареждане обикновено е около 4,2 V. Входът на усилвателя на напрежение варира от 0,9 до 5,0 V. Така че на входа му ще има около 3,7 V, когато батерията се разрежда, и 4,2 V, когато се зарежда. Изходният сигнал на усилвателя към останалата част от веригата ще запази стойността си от 5 V.

Тази конструкция ще бъде много полезна за захранване на отдалечен регистратор на данни. Както знаете, захранването винаги е проблем за дистанционния рекордер, а в повечето случаи няма наличен контакт.

Такава ситуация ви принуждава да използвате батерии за захранване на веригата. Но накрая батерията ще се изтощи. Нашият евтин проект слънчево зарядно устройство е идеалното решение за такава ситуация.

Необходимостта от

Когато батерията е максимално заредена, контролерът регулира подавания към нея ток, като го намалява до необходимото количество, за да компенсира саморазряда на устройството. Ако батерията е напълно разредена, контролерът ще прекъсне всякакъв входящ товар към устройството.

Необходимостта от това устройство може да се обобщи по следния начин:

1. Зареждането на батерията е многоетапен процес;
2. Контрол за включване/изключване на батерията за зареждане/разреждане на устройството;
3. Свързване на батерията, когато е напълно заредена;
4. Свързване на зареждането от фотоволтаични клетки в автоматичен режим.

Контролерът за зареждане на батерията за соларни устройства е важен, тъй като изпълнението на всички негови функции в работен режим значително увеличава живота на вградената батерия.

Електрически схеми

Съществуват 3 възможни схеми за свързване на слънчевите панели един към друг: последователно, паралелно и последователно-паралелно свързване. Сега за тях по-подробно.

В серийна връзка

При тази схема минусовата клема на първия панел е свързана с плюсовата клема на втория, минусовата клема на втория - с третия и т.н. Тази връзка води до това, че напреженията на всички панели ще се сумират помежду си. С други думи, ако искате да получите например 220 V наведнъж, тази схема може да ви помогне да го направите, но тя се използва рядко.

Нека разгледаме един пример. Имаме 4 панела, всеки от които е с номинално напрежение 12 V, Voc: 22,48 V (това е напрежението на празен ход), а на изхода получаваме 48 V. Напрежението на празен ход = 22,48V*4=89,92V. Максималният изходен ток, Imp, ще остане същият.

Не се препоръчва използването на панели с различни стойности на Imp в тази схема, тъй като ефективността на системата ще бъде ниска.

Паралелна връзка

Тази схема позволява да се увеличи токът, без да се повишава напрежението на панелите. Да вземем пример. Разполагаме с 4 панела, всеки с номинална мощност 12 V, OCV 22,48 V и ток в точката на максимална мощност 5,42 A. На изхода на веригата номиналното напрежение и напрежението на празен ход остават непроменени, но максималната мощност ще бъде 5,42A*4=21,68A.

Серийно-паралелна връзка

- Номинално напрежение на слънцето: 12V.- Напрежение на празен ход Voc: 22.48V.- Максимален изходен ток Imp: 5.42A.

При последователно свързване на 2 соларни панела и 2 паралелни на изхода се получава напрежение от 24 V, напрежение на празен ход от 44,96 V и ток от 5,42 А*2=10,84 А.

Това дава възможност да се получи балансирана система и да се спести от оборудване, като например контролер за зареждане на батерията, тъй като няма да е необходимо той да издържа на високо напрежение в пиковия момент. Схемата позволява и използването на панели с различни изходи, например 2 x 12V, преобразувани в 24V. Това е най-удобният вариант за мрежата у дома.

Най-добрите стационарни слънчеви панели

Стационарните устройства се характеризират с голям размер и увеличен капацитет. Те се монтират в големи количества на покривите на сгради и други свободни площи. Те са предназначени за целогодишна употреба.

Sunways FSM-370M

4.9

★★★★★
редакционна оценка

98%
Клиентите препоръчват този продукт

Моделът е произведен по технологията PERC, която го прави стабилен при неблагоприятни метеорологични условия. Анодизираната алуминиева рамка не търпи внезапни удари или деформации. Високоустойчивото закалено стъкло с ниска UV абсорбция гарантира целостта на панела.

Номиналната мощност е 370 W, а напрежението - 24 V. Батерията може да работи при външни температури от -40°C до +85°C. Диодният блок го предпазва от претоварване и обратни токове и намалява загубите на ефективност, когато повърхността е частично засенчена.

Предимства:

• Здрава, устойчива на корозия рамка;
• дебело безопасно стъкло;
• стабилна работа при всякакви условия;
• дълъг експлоатационен живот.

Недостатъци:

Тежко тегло.

Sunways FSM-370M се препоръчва за постоянно захранване на големи обекти. Отличен избор за поставяне на покрива на къща или офис сграда.

Delta BST 200-24 M

4.9

★★★★★
редакционна оценка

96%
Клиентите препоръчват този продукт

Специална характеристика на Delta BST е хетерогенната структура на монокристалните модули. Това подобрява способността на панела да абсорбира разсеяната слънчева радиация и гарантира ефективната му работа дори при облачни условия.

Батерията има максимална мощност от 200 вата при размери 1580x808x35 мм. Твърдата конструкция е проектирана да издържа на тежки условия, а подсилената рамка с дренажни отвори осигурява стабилна работа при лоши метеорологични условия. Защитният слой е изработен от 3,2-милиметрово закалено и осветено стъкло.

Предимства:

• стабилна работа при трудни метеорологични условия;
• подсилена конструкция;
• устойчивост на температура;
• неръждаема рамка.

Недостатъци:

Труден монтаж.

Delta BST служи за генериране на стабилна енергия по всяко време на годината и надеждно произвежда електричество в продължение на много години.

Feron PS0301

4.8

★★★★★
редакционен преглед

90%
Клиентите препоръчват този продукт

Соларният панел Feron е създаден да издържа на тежки условия и работи надеждно при температури от -40 °C до +85 °C. Металният корпус е устойчив на повреди и не е податлив на корозия. Капацитетът на батерията е 60 W, а размерите на готовия за употреба модел са 35x1680x664 mm.

При необходимост от транспортиране конструкцията може лесно да се сгъне. За безопасно и удобно пренасяне се предлага издръжлива синтетична чанта. Комплектът включва и две опори, кабел с щипки и контролер, който позволява панелът да бъде пуснат в експлоатация веднага.

Предимства:

• устойчивост на температура;
• стабилна работа при всякакви метеорологични условия;
• здрав корпус;
• бърз монтаж;
• удобен сгъваем дизайн.

Недостатъци:

висока цена.

Feron може да се използва при всякакви метеорологични условия. Добър избор за инсталиране в частен дом, но ще са ви необходими няколко такива панела, за да получите достатъчно енергия.

Слънчева къща Woodland 120W

4.7

★★★★★
редакционен преглед

85%
Клиентите препоръчват този продукт

Моделът е изработен от силициеви поликристални пластини. Фотоелементите са покрити с дебел слой закалено стъкло, което елиминира риска от механични повреди и външни влияния. Срокът им на експлоатация е приблизително 25 години.

Капацитетът на батерията е 120 W, а готовите за употреба размери са 128x4x67 см. Включена е практична чанта за съхранение, изработена от издръжлив материал, за лесно съхранение и транспортиране на панела. Включва крачета за лесно поставяне върху плоски повърхности.

Предимства:

• защитно покритие;
• бърз монтаж;
• компактен размер и лесен за пренасяне;
• дълъг експлоатационен живот;
• включена здрава чанта.

Недостатъци:

Рамката е крехка.

Woodland Sun House може да зарежда 12-волтови батерии. Идеален за селска къща, ловни полета и други места, отдалечени от цивилизацията.

Възможности за свързване на хелиобатерии

Слънчевите клетки се състоят от няколко отделни панела. За да се увеличи мощността на системата по отношение на мощност, напрежение и ток, елементите се свързват помежду си, като се прилагат законите на физиката.

Свързването на няколко панела може да се осъществи чрез една от трите схеми за монтиране на соларни панели:

• паралелно;
• в серия;
• смесени.

Паралелната схема включва свързване на клеми с едно и също име една към друга, като клетките имат два общи възела от сходящи се проводници и техните разклонения.

В паралелната верига плюсовете се свързват с плюсовете, а минусите - с минусите, в резултат на което изходният ток се увеличава, а изходното напрежение остава в рамките на 12 волта.

Стойността на максималния възможен изходен ток в една паралелна верига е правопропорционална на броя на свързаните елементи. Принципите за изчисляване на броя са дадени в нашата препоръчителна статия.

Последователната верига включва свързване на противоположни полюси: "плюс" на първия панел към "минус" на втория. Останалият неизползван "плюс" на втория панел и "минусът" на първата батерия са свързани към контролера надолу по веригата.

Този тип връзка създава условия за протичане на електрически ток, което остава единственият начин за пренос на енергия от източника към потребителя.

При последователно свързване изходното напрежение се увеличава и достига стойност от 24 волта, която е достатъчна за захранване на преносими уреди, LED светлини и някои електрически консуматори.

Серийно-паралелната или смесена схема се използва най-вече когато трябва да се свържат няколко групи батерии. С помощта на тази схема може да се увеличи както напрежението, така и токът на изхода.

При серийно-паралелна система изходното напрежение достига ниво, чиито характеристики са най-подходящи за повечето домашни приложения.

Този вариант е изгоден и с това, че в случай на повреда на един компонент в системата, другите свързващи вериги продължават да функционират. Това значително повишава надеждността на цялата система.

Принципът на комбинираната верига се основава на факта, че устройствата във всяка група са свързани паралелно. Всички групи са свързани в поредица.

Чрез комбиниране на различни видове връзки е лесно да се сглоби батерия с необходимите параметри. Основното е броят на свързаните клетки да е такъв, че работното напрежение, подавано към батериите, като се отчита спадът му в зарядната верига, да надвишава напрежението на самите батерии, а токът на натоварване на батерията в този случай да осигурява необходимата стойност на зарядния ток.

Нуждаете се от

Когато акумулаторът е максимално зареден, контролерът регулира подавания към него ток, като го намалява до необходимото количество, за да компенсира саморазряда на устройството. Ако батерията е напълно разредена, контролерът ще изключи всеки входящ товар към устройството.

Необходимостта от това устройство може да се обобщи по следния начин:

1. Зареждането на батерията е многостепенно;
2. Регулиране на превключвателя за включване/изключване на батерията, когато устройството се зарежда/разрежда;
3. Свързване на батерията, когато тя е напълно заредена;
4. Свързване на зареждане чрез фотоклетки в автоматичен режим.

Контролерът за зареждане на батерията за соларни устройства е важен, тъй като доброто изпълнение на всички негови функции значително увеличава живота на вградената батерия.