Мощная схема контроллера заряда от солнечных батарей. Для чего нужны и какие бывают контроллеры заряда солнечной батареи? Три принципа построения контроллеров заряда

В системах электростанций, работающих на солнечных батареях, для подачи полученной энергии на используют всевозможные схемы подключения, которые выполнены на разных алгоритмах на основе технологии микропроцессорной электроники. На основе таких схем созданы устройства, которые называются контроллеры для солнечных батарей.

Принцип действия

Существует несколько методов передачи электроэнергии от солнечных элементов к аккумуляторной батареи:

Без применения приборов коммутации и регулировки, напрямую.
Через контроллеры для

Первый способ обуславливает прохождение электрического тока от источника на аккумуляторы для повышения их напряжения. Сначала напряжение повысится до предельного определенного значения, которое зависит от типа и разновидности конструкции аккумуляторной батареи и температуры внешней обстановки. Далее превысит этот уровень.

В начальный период зарядка аккумуляторов идет в норме. Далее начинаются процессы, характеризующиеся отрицательными моментами: зарядный ток продолжает поступать, вызывает увеличение напряжения выше допустимой величины, наступает перезаряд, и как следствие, повышается температура электролита. Это приводит его к закипанию и выбросу водяного пара со значительной интенсивностью из отдельных элементов батареи. Такой процесс может продолжаться до момента высыхания банок. Понятно, что ресурс батареи аккумуляторов от этого явления не возрастает.

Чтобы ограничить ток заряда, пользуются специальными устройствами – контроллерами заряда, или делают это вручную. Последним способом практически никто не пользуется, так как это доставляет неудобство следить за величиной напряжения по приборам, делать переключения руками, требуется назначать для этого специального работника, чтобы он обслуживал контроллеры для солнечных батарей.

Порядок действий контроллера во время заряда

Контроллеры для солнечных батарей изготавливают различных модификаций по принципам и сложности метода ограничения напряжения:

Простое отключение и включение. Контроллер переключает зарядное устройство к аккумулятору в зависимости от значения напряжения на клеммах.
Преобразования .
Контроль наибольшей мощности.

Первый принцип простой коммутации

Это самый простой вид работы, однако он менее надежный. Основным недостатком метода является то, что при увеличении напряжения на клеммах батареи аккумуляторов до максимального значения, окончательного заряда не наступает. Заряд доходит до 90% от номинала. Аккумуляторы постоянно находятся в состоянии недозаряда. Это пагубно влияет на их срок службы.

Широтно-импульсный принцип

Такие приборы производятся на основе микросхем. Они управляют силовым блоком для поддержания напряжения на входе в определенном интервале сигналами обратной связи.

Контроллеры с широтно-импульсным управлением имеют возможности:

Измерять температуру электролита в батарее выносного или встроенного типа.
Образовывать компенсацию температуры напряжением заряда.
Подстраиваться под свойства конкретного типа аккумуляторов с разными значениями по графику напряжения.

Чем больше функций встроено в контроллеры для солнечных батарей, тем их надежность и стоимость выше.

График действия солнечной батареи

Ограничение напряжения по точке наибольшей мощности

Эти устройства тоже могут работать по широтно-импульсному способу. Их точность высока, так как идет учет максимального значения мощности, отдаваемой солнечной батареей. Значение мощности вычисляется и сохраняется.

Для гелиобатарей с напряжением 12 вольт максимальная мощность находится на 17,5 вольтах. Простой контроллер выключит заряд аккумулятора уже при 14 В, а контроллер со специальной технологией позволяет применять запас солнечных батарей до 17,5 вольт.

Чем сильнее разрядилась батарея, тем больше потери энергии от солнечных элементов, контроллеры для солнечных батарей снижают эти потери. В результате, контроллеры, применяя преобразования широтно-импульсного вида, на всех зарядных циклах повышают отдачу энергии солнечной батареей. Процент экономии может достигать до 30%, в зависимости от различных факторов. Выходной ток аккумулятора при этом будет выше входного.

Свойства

При осуществлении выбора типа контроллера нужно обращать внимание не только на принципы работы, но и на условия, предназначенные для его работы. Такими показателями устройств являются:

Величина напряжения входа.
Значение общей мощности солнечных элементов.
Вид нагрузки.

Напряжение

На схему контроллера может идти напряжение от нескольких батарей, которые соединены по-разному. Для правильного функционирования устройства нужно, чтобы общая величина напряжения вместе с холостым ходом не была больше предела, указанного изготовителем в инструкции.

Назовем некоторые факторы, благодаря которым необходимо делать 20% запас напряжения:

Нужно учесть фактор рекламного завышения данных контроллера.
Процессы, происходящие в фотоэлементах, нестабильны, при чрезмерных солнечных вспышках света энергия, которая создает напряжение холостой работы батареи, может быть превышена.

Мощность солнечной батареи

Эта величина важна в работе контроллера, так как устройство должно иметь достаточную мощность, чтобы передавать ее аккумуляторным батареям, если мощности не будет хватать, то схема прибора выйдет из строя.

Для вычисления мощности значение выходного тока из контроллера умножают на напряжение, которое выработано, не забывая про 20% резерв.

Вид нагрузки

Контроллер должен использоваться по своему назначению. Не нужно применять его как обычный источник напряжения, подключать к нему разные устройства бытового назначения. Может быть, некоторые из них будут нормально работать, и не выведут контроллер из строя.

Другой вопрос, сколько времени это будет продолжаться. Устройство работает на принципе преобразований широтно-импульсного типа, применяет технологии микропроцессорного производства. Эти технологии учитывают нагрузку, заложенную в свойствах аккумуляторной батареи, а не разного рода потребителях, имеющих своеобразные свойства поведения при изменении нагрузки.

Как сделать контроллер своими руками

Чтобы изготовить такое устройство, достаточно иметь некоторые знания электротехники и электроники. Самодельное устройство будет уступать промышленному образцу по наличию функций и эффективности, но для простых сетей с небольшой мощностью, такой самодельный контроллер вполне подойдет.

Самодельный контроллер должен иметь следующие параметры:

1,2 P ≤ I × U. В данном выражении применяются обозначения общей мощности источников (Р), тока выхода контроллера (I), напряжения при разряженном аккумуляторе (U).
Наибольшее напряжение входа контроллера должно соответствовать общему напряжению аккумуляторов на холостом ходу без нагрузки.

Простая схема модуля самодельного контроллера:

Контроллеры для солнечных батарей, собранные самостоятельно, имеют свойства:

Напряжение заряда – 13,8 вольт, меняется от номинального тока.
Отключающее напряжение – 11 вольт, может настраиваться.
Включающее напряжение – 12,5 вольта.
Снижение напряжения на ключах – 20 милливольт при токе 0,5 А.

Контроллеры для солнечных батарей входят в состав любых гелиосистем, а также систем на солнечных батареях и ветряных генераторах. Они дают возможность создания нормального режима зарядки батарей аккумуляторов, увеличивают эффективность и снижают износ, могут собираться собственными силами.

Разбор схемы контроллера для гибридного питания

Для примера будем рассматривать источник аварийного освещения или охранной сигнализации, работающей в круглосуточном режиме.

Применение энергии солнечной батареи позволяет сократить расход электрической энергии от питающей центральной сети, а также защитить электроустройства от возможности веерного отключения питания.

В темное время, когда нет солнечного света, система переключается на сетевое питание 220 вольт. Запасным источником стала аккумуляторная батарея на 12 вольт. Эта система функционирует в любую погоду.

Схема простейшего контроллера

Фоторезистор осуществляет управление транзисторами Т1 и Т2.

Днем, когда есть солнечный свет, транзисторы закрываются. Напряжение 12 вольт подается на батарею аккумуляторов от панели через диод D2. Он не дает разряжаться аккумулятору через панель. При достаточном освещении панель выдает ток мощностью 15 ватт, 1 ампер.

Когда аккумуляторы получат полный заряд до 11,6 вольта, то стабилитрон открывается и включается красный светодиод (LED Red). При снижении напряжения на контактах аккумулятора до 11 вольт, красный светодиод отключается. Это обозначает, что батарея аккумуляторов требует зарядки. Резисторы R1 и R3 осуществляют ограничение тока светодиода и стабилитрона.

Ночью, или в темное время, когда нет света солнца, сопротивление фотоэлемента снижается, подключаются транзисторы Т1 и Т2. Аккумуляторная батарея получает заряд от блока питания. Ток заряда от линии питания 220 вольт через трансформатор, выпрямитель, резистор и транзисторы поступает на аккумуляторную батарею. Емкость С2 сглаживает пульсации напряжения сети.

Предел светового потока, при котором включается фотодатчик, настраивают переменным резистором.

Основной сложностью использования солнечной энергии в быту является ее накопление. вырабатывает электричество только в период воздействия света, но пользоваться электрикой приходится и вечером и ночью. Напрямую подключать солнечные батареи к аккумуляторам нельзя – сломается и то и другое. Используются специальные устройства – контроллеры солнечных батарей, которые можно собрать своими руками или приобрести готовые.

Виды контроллеров

Существует три типа контроллеров для солнечных батарей, отличающиеся своей функциональностью и ценой соответственно.

Какой выбирать

Как видно из описаний, первый вариант (ON/OFF контроллер) – совсем не подходит для длительного использования. Т.е. если он у вас имеется, то его можно поставить для тестирования работы системы, но затем заменить на ШИМ (PWM) контроллер или MTTP.

Последний – предпочтительнее. Технология MTTP предусматривает КПД контроллера солнечных батарей на уровне 93-97%, тогда как ШИМ дает только 65-70%. Если учитывать стоимость солнечных панелей, то покупка более дорогого контроллера оправдывается эффективностью их использования.

Стоимость

Система электроснабжения от солнечных батарей собирается, прежде всего, для экономии средств, поэтому цена на отдельные детали – очень важный момент. Предлагаемые варианты прошли испытание временем и являются оптимальным по сочетанию цена/качество:

Solar controller 20a ссылка на алиэкспресс (откроется в новом окне) – стоимость 20,75$ - простое управление, яркий ЖК дисплей, понятный интерфейс. Отлично справляется с задачей по заряду АКБ. Технология ШИМ (PWM). Имеется возможность подключения через USB к компьютеру для настройки.
MPPT Tracer 2210RN Solar Charge Controller Regulator ссылка на алиэкспресс (в новом окне), цена 75$ – MTTP контроллер на 20А – качественный и надежный, сертифицированный, распознает день/ночь. Высокий КПД – 97%

Видео, контроллер своими руками

Контроллер для солнечных батарей можно собрать своими руками, однако это тоже требует определенных вложений. Так, на сборку простенького ШИМ контроллера вам придется потратить 10$ на детали и 2-3 часа работы с паяльником. При стоимости готового изделия 20$ - такая перспектива уже не кажется раумной. Собрать качественный MPPT - контроллер в домашних условиях - вообще занятие невозможное, нужно и оборудование и соответствующий софт. Ролик будет полезен тем, кто любит и умеет пользоваться паяльником.

Дополнения к видео: схема контроллера, расположение деталей на печатной плате:

Схема контроллера солнечной батареи LAY печатной платы Расположение деталей на плате

Реле регулятор подключается к АКБ, минус на алюминиевую основу (31к), плюс на (15к), с контакта (68к) провод через резистор подсоединяется к затвору транзистора. У транзистора три лапки, первая это затвор, вторая сток, третья исток. Минус солнечной панели подключается к истоку, а плюс к АКБ, со стока транзистора минус солнечной панели идет на АКБ.

Когда реле-регулятор подключен и работает, то плюсовой сигнал с (68к) отпирает затвор и ток с солнечной панели течет через исток-сток в АКБ, а когда напряжение на АКБ превысит 14 вольт, реле-регулятор отключает плюс и затвор транзистора разряжаясь через резистор на минус закрывается тем самым разрывает минусовой контакт солнечной панели, и она отключается. А когда напряжение немного упадет реле-регулятор снова подаст плюс на затвор, транзистор откроется и снова ток от панели потечет в аккумулятор. Диод на плюсовом проводе СБ нужен чтобы ночью аккумулятор не разряжался, так-как без света солнечная панель сама потребляет электроэнергию.

Ниже наглядный рисунок соединения элементов контроллера.

Я не силен в электронике и может в моей схеме есть какие-то недочеты, но она работает без всяких настроек и работает сразу, и делает то что делают заводские контроллеры для солнечных панелей, а себестоимость всего порядка 200 рублей и час работы.

Ниже не совсем понятная фотография этого контроллера, вот так грубо и неряшливо просто на корпусе ящика закреплены все детали контроллера. Транзистор немного греется и я его закрепил на маленький вентилятор. Параллельно резистору поставил маленький светодиод, который показывает работу контроллера. Когда горит СБ подключена, когда нет значит аккумулятор заряжен, а когда быстро мигает аккумулятор почти заряжен и просто подзаряжается.

Этот контроллер работает уже более полугода и за это время никаких проблем, подключил и все, теперь не слежу за АКБ, все само работает. Это мой второй контроллер, первый я собирал для ветрогенераторов как балластный регулятор, о нем смотрите в предыдущих статьях в разделе мои самоделки.

Внимание - контроллер оказывается не полностью рабочий. После некоторого времени работы вяснилось что транзистор в данной схеме не полностью закрывается, и в аккумулятор все равно продалжает течь ток даже при привышении 14 вольт

Извиняюсь за нерабочую схему, сам долго пользовался и думал что все работает, а оказывается нет, и даже после полной зарядки в аккумулятор все равно идет ток. Транзистор закрывается только на половину при достижении 14 вольт. Схему пока убирать не буду, как время и желание появятся доделаю я этот контроллер и выложу рабочую схему.

А сейчас у меня в качестве контроллера балластный регулятор стоит, который отлично работает уже продрлжительное время. Как только напряжение переваливает за 14 вольт транзистор открывается и включает лампочку, которая сжигает все излишки энергии. Одновременно сейчас две солнечные панели и ветрогенератор на этом балласте.

Данный контроллер заряда солнечной батареи предназначен для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора от солнечной панели. Эта схема подходит для солнечных батарей мощностью от 15 ватт и содержит световой индикатор процесса работы контроллера.

Солнечная батарея представляет собой непрерывный источник напряжения, которое поступает на вход контроллера, к выходу же контроллера подключается аккумулятор. В результате этого не происходит перезаряда аккумуляторной батареи и соответственно продлевается срок ее службы.

Описание работы контроллера заряда солнечной батареи

Напряжение от солнечной батареи сначала проходит через диод D6 (желательно диод Шоттки), который препятствует разрядку аккумулятора обратно через панель, когда солнце не светит. После диода D6 идет классической линейный регулятор на основе LM317. Выходное напряжение регулятора определяется соотношением сопротивлений резисторов R20 и R1.

Напряжение на выходе должно быть в районе 13,6…13,8 вольт. Точное значение можно выставить подбором сопротивления R19, значение которого определяется опытным путем. Конкретно в данном случае его сопротивление (R19) равнялось 390K, так что это значение можно взять за отправную точку.

Диод D5 является защитным. После стабилизатора LM317 следует цепь световой индикации состоящей из трех светодиодов (D2, D3, D4). Свечение светодиода D2 указывает на то, что аккумулятор полностью заряжен (напряжение 13 вольт).

Светодиод D3 используется для указания напряжение на солнечной батареи (15,5 вольт). Последний светодиод D4 указывает на процесс заряда аккумулятора. Для срабатывания индикации выбрано пороговое значение 50 мА.

Для работы светодиода D3 применен компаратор на операционном усилителе LM339, который сравнивает напряжение с выхода солнечной панели с опорным напряжением, полученным с помощью стабилитрона D1. Для экономии энергии аккумулятора светодиоды питаются непосредственно от солнечной панели через стабилизатор 78L12.

Настройка контроллера заряда аккумулятора солнечной батареи

После монтажа деталей и проверке на ошибки, на вход (вместо солнечной панели) необходимо подключить регулируемый блок питания и подать сначала напряжение 17…20 вольт. Изменяя сопротивление резистора R19 необходимо установить выходное напряжения стабилизатора в районе 13,6…13,8 вольт. После этого входное напряжение от блока питания необходимо выбрать около 13,1 вольт и подстроечным резистором R18 добиться, чтобы загорелся светодиод D2. При снижении напряжения блока питания ниже 13 вольт светодиод D2 должен погаснуть.

Далее устанавливаем входное напряжение 15,5 вольт и, вращая подстроичник R4 добиваемся, чтобы загорелся светодиод D3. Для настройки индикации зарядки понадобится аккумулятор. Подключите его к контроллеру через амперметр, а напряжение на блоке питания выставите такое, чтобы аккумулятор заряжался током около 50мА. После этого выставьте резистор R14 так, чтобы загорелся D4. При снижении тока ниже 40мА светодиод D4 должен погаснуть. Собственное потребление контроллера (от аккумулятора) составляет около 9-10мА, что при использовании свинцово-кислотного аккумулятора незначительно.

http://www.pctun.czechian.net/solarko/solarko.html

Одним из важнейших компонентов солнечной системы является контроллер заряда. Он может поставляться отдельно либо в комплекте с инвертором. Как понятно из названия, это устройство предназначено для контроля заряда АКБ, то есть контроллеры заряда для солнечной батареи следят за уровнем напряжения на аккумуляторе и служат для предотвращения полного разряда или перезаряда батареи.

Век глобальной доступности, когда можно найти абсолютно любой товар и информацию, позволяет не только приобрести контроллеры в любом специализирующемся магазине, но и собрать его своими руками. Для этого Вам понадобится схема устройства, которое Вы планируете изготовить, в нашем случае – это контроллер зарядки, и умение разбираться в электронике. Попытаемся снабдить Вас и тем, и другим.

Контроллеры зарядки для СБ: краткое описание

Существует несколько разновидностей описываемого устройства. Самые простые из них выполняет лишь одну функцию: включает и выключает батареи в зависимости от их заряда. Более «продвинутые» модели снабжены функцией отслеживания точки максимального значения мощности, что обеспечивает более высокий выходной ток по сравнению с током солнечной батареи. А это, в свою очередь, повышает КПД всей установки в целом.

Более усовершенствованные модели – способны понижать напряжение на СБ и поддерживать его на требуемом уровне. Наличие данной функции способствует более полной зарядке АКБ.

Любой контроллер, в том числе и самодельный, должен отвечать определенным требованиям:

1,2P ≤ I×U, где P – суммарная мощность солнечных батарей всей системы; I – выходной ток контроллера; U – напряжение системы при разряженных аккумуляторах.
1,2Uвх = Uх.х, где Uвх – максимально допустимое входное напряжение, Uх.х – суммарное напряжение холостого хода всех солнечных батарей системы.

Если нет возможности купить…

Конечно, зачастую прибор, собранный своими руками, будет хуже, чем аналогичное устройство, произведенное на заводе. Но сегодня мало кому можно доверять. И дешевые контроллеры для солнечной батареи, поставляемые из Китая, также могли быть собраны в какой-нибудь подсобке. Так зачем покупать устройство, в качестве которого Вы не уверены, если есть возможность соорудить его дома.

На рисунке 1 приведена простейшая схема, воспользовавшись которой Вы сможете своими руками собрать контроллер, пригодный для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора 12 В с помощью маломощной СБ с током в несколько ампер. Изменив номиналы используемых элементов, Вы сможете адаптировать собранный прибор под АКБ с другими техническими характеристиками. Следует отметить, что данная схема предполагает использование вместо защитного диода полевого транзистора, управляемого компаратором.

Видео Вам в помощь:

Принцип работы достаточно прост: когда напряжение на АКБ достигнет заданного значения, контроллер остановит зарядку, в случае его снижения ниже порогового значения, зарядка будет вновь включена. При напряжении меньше 11 В нагрузка будет отключаться, а при напряжении больше 12,5 В, наоборот, подключаться к аккумулятору. Этот небольшой прибор спасет Ваш аккумулятор от самопроизвольного разряда в отсутствие солнца. На рисунке 2 представлен уже собранный комплект, состоящий из двух аккумуляторов, DC/DC-конверторов и индикации.

Контроллеры заряда солнечной батареи, собранные своими руками по более сложным схемам, смогут гарантировать Вам надежную и стабильную работу. Поэтому, если Вы чувствуете в себе силы, то ниже представлена еще одна схема. Она состоит из большего числа компонентов, зато и функционирует без «глюков» (рисунок 3).

Самодельный контроллер, собранный по данной схеме, подойдет для системы энергообеспечения, работающей, как от СБ, так и от ветрогенератора. Сигнал, который приходит от используемого источника альтернативной энергии, коммутируется реле, которое в свою очередь управляется полевым транзисторным ключом. Для регулировки порогов переключения режимов используются подстроечные резисторы.

Не бойтесь экспериментировать, ведь у самых лучших умов человечества тоже случались ошибки и падения, поэтому, если с первого раза Вам не удалось собрать своими руками надежный контроллер, не отчаивайтесь. Попробуйте еще раз, и, возможно, со второго раза у Вас все получится. Зато Вас будет «греть» само осознание того, что Вы сделали его сами.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Как доработать устройство для контроля заряда: