Контроллеры заряда солнечной батареи

Средние цены

Для того, чтобы понять в каком ценовом диапазоне находятся МРРТ контроллеры различных производителей, можно рассмотреть стоимость моделей, приведенных выше, это:

• КЭС 100/20 MPPT – от 10000,00 рублей;
• КЭС DOMINATOR MPPT 250/60 – от 40000,00 рублей;
• Epsolar MPPT TRACER-2215BN 20А 12/24В – от 9000,00 рублей;
• IT6415ND 60A 12V/24V/36 В – от 30000,00 рублей.
• Victron BlueSolar 100/15 12/24В 15А – от 11000,00 рублей;
• Victron BlueSolar 150/70 12/24/48В 70А – от 55000,00 рублей.

Как видно из приведенных цифр, наиболее дешевые, это модели китайского производства, а наиболее дорогие – европейских производителей.

Продукция отечественных предприятий несколько дороже устройств, произведенных в Китае, но дешевле изготовленных в Европе.

Элементы для улучшения работы

СБ на солнечном трекереДля организации более эффективной работы фотоэлементов в конструкции солнечной батареи используют диод Шоттки.

Он представляет собой диод полупроводникового типа, который имеет меньше по сравнению с другими конструкциями падение напряжения при включении напрямую.

Он работает на основе использования перехода p-n типа в среде “металл-проводник”. Сравнение с кремниевыми диодами показывает, что прямое напряжение снижается в среднем с 0,65 В до 0,35 В, что способствует росту КПД системы.

Для более эффективного попадания солнечного света на поверхность батареи разработано и используется специальное устройство – солнечный трекер. Данное устройство предназначено для слежения за движением Солнца и поворота солнечной панели (батареи) таким образом, чтобы на её поверхность попадало как можно больше солнечных лучей (оптимизация угла падения лучей).

Для более рационального соединения двух и более панелей солнечных батарей и получения нужного сопротивления в такой системе используются специальные сертифицированные коннекторы, например МС4 Т (male+female).

Как работает контроллер зарядки аккумулятора

В отсутствие солнечных лучей на фотоэлементах конструкции он находится в спящем режиме. После появления лучей на элементах контроллер все еще находится в спящем режиме. Он включается лишь в том случае, если накопленная энергия от солнца достигает 10 В напряжения в электрическом эквиваленте.

Как только напряжение достигнет такого показателя, устройство включится и через диод Шоттки начнет подавать ток к аккумулятору. Процесс зарядки аккумулятора в таком режиме будет продолжаться до тех пор, пока напряжение, получаемое контроллером, не достигнет 14 В. Если это произойдет, то в схеме контроллера для солнечной батареи 35 ватт или любого другого будут происходить некоторые изменения. Усилитель откроет доступ к транзистору MOSFET, а два других, более слабых, будут закрыты.

Таким образом, заряд аккумулятора прекратится. Как только напряжение упадет, схема вернется в начальное положение и зарядка продолжится. Время, отведенное на выполнение этой операции контроллеру около 3 секунд.

Принцип работы солнечных батарей

Работа солнечных батарей основана на разности потенциалов, которые образуются внутри фотоэлементов при попадании на них света.

В состав каждой батареи входит определенное количество фотоэлементов, которые при последовательном соединении между собой увеличивают напряжение на концах цепи, при параллельном соединении, увеличивается сила получаемого электрического тока. При комбинированном соединении фотоэлементов (последовательно и параллельно) в одном устройстве, можно получить увеличение мощности солнечной батареи в целом. В процессе преобразования энергии получается постоянное напряжение.

Фотоэлемент состоит из двух слоев полупроводников обладающих различной проводимостью. Один из слоев обладает «n» проводимостью – это катод устройства, второй с «p» проводимостью – это анод. К обоим полюсам фотоэлемента подсоединены контакты для включения в общую схему батареи и в общую сеть электроснабжения.

Слои обладающие электронной проводимостью («n» проводимость) и слои с дырочной проводимость («p» проводимость) взаимодействуют при воздействии солнечного света. В слое с «p» проводимостью возникает перемещения «дырок», электроны движутся по «дыркам», в результате чего появляется электрический ток.

Между слоями обладающей различной проводимостью существует «p-n» переход, по своей сути выполняющий роль диода электрической сети. Под воздействием солнечных лучей электроны получают энергию и проникают через «p-n» переход, из-за чего количество дырок и электронов меняется, и это приводит к возникновению разности потенциалов между слоями. Соответственно разность потенциалов приводит к появлению электрического тока между слоями фотоэлемента.

Требования к контроллеру.

Если солнечные панели должны обеспечить энергией большое количество потребителей, самодельный гибридный контроллер заряда аккумуляторов не будет хорошим вариантом — по надежности он все же будет существенно уступать промышленному оборудованию. Однако для бытового применения микросхему собрать можно — схема ее несложна.

Он выполняет всего две задачи:

• не дает батареям зарядиться сверх меры, что может привести к взрыву;
• исключает полную разрядку аккумуляторов, после которой снова зарядить их становится невозможно.

Прочитав любой обзор дорогостоящих моделей, легко убедиться, что за громкими словами и рекламными лозунгами скрывается именно это. Придать микросхеме соответствующий функционал самостоятельно — задача выполнимая; главное — это применение качественных деталей, чтобы гибридный контроллер зарядабатарей от панелей не сгорел в процессе работы.

К качественному оборудованию, сделанному своими руками, предъявляются следующие требования:

• оно должно работать по формуле 1,2P≤UxI, где P — мощность всех фотоэлементов в сумме, I — сила выходного тока, а U — напряжение в сети с пустыми элементами питания;
• максимальное U на входе должно быть равно суммарному напряжению во всех батареях в простое.

Собирая устройство своими руками, необходимо прочитать обзор найденного варианта и убедиться, что его схема соответствует этим параметрам.

Сборка простого контроллера.

В то время как гибридный контроллер заряда позволяет подключать несколько источников напряжения, простой подходит для систем, в которые входят только солнечные панели. Использовать его можно для питания сетей с небольшим числом потребителей энергии. Схема его состоит из стандартных электротехнических элементов: ключей, конденсаторов, резисторов, транзистора и компаратора для регулировки.

Принцип работы устройства прост: он определяет уровень заряда подключенных батарей и прекращает подзарядку, когда напряжение достигает максимального значения. Когда оно падает, процесс зарядки возобновляется. Потребление тока прекращается, когда U достигает минимального значения (11 В) — это не позволяет ячейкам полностью разрядиться, когда энергии Солнца недостаточно.

Характеристики такого оборудования для солнечных панелей следующие:

• стандартное U тока на входе — 13,8 В, может быть отрегулировано;
• отключение батарей происходит при U менее 11 В;
• зарядка возобновляется при напряжении аккумуляторов 12,5 В;
• используется компаратор TLC 339;
• при силе тока 0,5 А напряжение падает не более, чем на 20 мВ.

Гибридный вариант своими руками.

Усовершенствованный гибридный контроллер солнечной батареи позволяет пользоваться энергией круглосуточно — когда солнца нет, постоянный ток поступает от ветрогенератора. Схема устройства включает в себя подстроечные резисторы, которые используются для регулировки параметров. Коммутация осуществляется при помощи реле, которое управляется ключами транзисторов.

В остальном гибридный вариант не отличается от простого. Схема имеет такие же параметры, принцип его работы аналогичен. Придется использовать больше деталей, поэтому собрать его сложнее; на каждый применяемый элемент стоит прочитать обзор, чтобы убедиться в его качестве.

Подключение к инвертору

m http-equiv=»Content-Type» content=»text/html;charset=UTF-8″>g class=»lazy lazy-hidden aligncenter size-large wp-image-3593″ src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-lazy-type=»image» data-lazy-src=»https://vremya-stroiki.net/wp-content/uploads/2020/05/4-600×446.jpg» alt=»» width=»600″ height=»446″ data-lazy-srcset=»https://vremya-stroiki.net/wp-content/uploads/2020/05/4-600×446.jpg 600w, https://vremya-stroiki.net/wp-content/uploads/2020/05/4-300×223.jpg 300w, https://vremya-stroiki.net/wp-content/uploads/2020/05/4.jpg 1024w» data-lazy-sizes=»(max-width: 600px) 100vw, 600px»>

Сам процесс подключение достаточно прост, подсоединяем клеммы, обязательно соблюдая полярность, от аккумуляторов или непосредственно от солнечных панелей, если у вас система без контроллера и АКБ.

Схема подключения солнечных панелей в существующую электросеть такая же, но обязательно нужен гибридный инвертор. Работать он будет по следующему принципу: когда энергии от панелей или аккумуляторов достаточно для потребителя, он будет использовать ее, когда же не достаточно, выросла нагрузка или снизилась выработка, он будет использовать энергию с сети. Так же есть и другие варианты настройки такого оборудования, которые позволят эффективно использовать различные источники электроэнергии. Или настроить зарядку АКБ от сети в случаи нехватки солнечной энергии, например если у вас ночной тариф и ночью электроэнергия дешевле.

Как рассчитать мощность инвертора. Для начала необходимо выяснить напряжение и общую мощность собранной вами системы панелей:

• Напряжение может быть 12В, 24В и 48В, как правило больше не бывает, и завист оно от собранной вами схемы панелей.
• Общая мощность рассчитывается от количества панелей и мощности каждой из них. Пример, у вас 10 шт батарей по 280Вт, суммарно это 2.8кВт. Нужен незначительный запас, то есть инвертор берем минимум на 3кВт, если планируете увеличивать объем панелей в будущем, можно сразу взять более мощное оборудование.

Больше про это оборудование, а так же сложные схемы его подключения вы можете найти здесь https://vremya-stroiki.net/invertor-dlya-solnechnyx-batarej-kak-pravilno-vybrat/.

Разновидности

На сегодняшний день существует несколько типов контроллеров заряда. Рассмотрим некоторые из них.

MPPT-контроллер

Данная аббревиатура расшифровывается как Maximum Power Point Tracking, то есть мониторинг или отслеживание точки, где мощность максимальна. Такие устройства способны понижать напряжение солнечной батареи до напряжения аккумулятора. При таком раскладе сила тока на солнечной батарее уменьшается, в результате чего можно уменьшить сечение проводов и удешевить конструкцию. Также использование данного контроллера позволяет заряжать аккумулятор, когда солнечного света недостаточно, например, в условиях непогоды или ранним утром и вечером. Является наиболее распространенным из-за своей универсальности. Применяется при порядковом подключении. MPPT-контроллер имеет достаточно большой спектр настройки, благодаря чему обеспечивается наиболее эффективная зарядка.

Характеристики устройства:

• Стоимость таких устройств высокая, однако она окупается при использовании солнечных батарей свыше 1000 Вт.
• Входное суммарное напряжение в контроллер может достигать 200 В, это значит, что к контроллеру могут быть последовательно подключены несколько солнечных панелей, в среднем до 5. В пасмурную погоду общее напряжение последовательно соединенных панелей остается высоким, благодаря чему обеспечивается бесперебойная подача электроэнергии.
• Данный контроллер может работать с нестандартным напряжением, например, 28 В.
• Коэффициент полезного действия MPPT-контроллеров достигает 98%, это означает, что практически вся солнечная энергия преобразуется в электрическую.
• Возможность подключения аккумуляторов различного типа, таких как свинцовые, литий-железо-фосфатные и другие.
• Максимальный ток заряда равен 100 А, при данной величине тока максимальная мощность, выдаваемая контроллером может достигать 11 кВт.
• В основном все модели MPPT-контроллеров способны функционировать при температурах от -40 до 60 градусов.
• Для начала заряда АКБ необходимо минимальное напряжение в 5 В.
• Некоторые модели имеют возможность одновременно работать с гибридным инвертором.

Контроллеры данного типа могут применяться как на коммерческих предприятиях, так и на загородных домах, так как имеются различные модели с отличающимися показателями. Для загородного дома подойдет MPPT-контроллер с максимальной мощностью 3,2 кВт, с наибольшим входным напряжением в 100 В. В больших объемах применяются гораздо более мощные контроллеры.

PWM-контроллер

Технология данного устройства проще, чем у MPPT. Принцип работы такого устройства заключается в том, что, пока аккумуляторное напряжение находится ниже придела в 14,4 В, солнечная батарея подключена к аккумулятору практически напрямую, и заряд происходит достаточно быстро, после того, как значение будет достигнуто, контроллер понизит напряжение аккумулятора до 13,7 В, в результате чего аккумулятор зарядится полностью.

Характеристики устройства:

• Напряжение на входе не более 140 В.
• Работают с солнечными батареями на 12 и 24 В.
• КПД практически равен 100%.
• Возможность работы с множеством аккумуляторов различного типа.
• Максимальное значение тока на входе достигает 60 А.
• Температура функционирования от –25 до 55 ºC.
• Возможность зарядить АКБ с нуля.

Таким образом, PWM-контроллеры применяются чаще всего, когда нагрузка не очень велика и солнечной энергии достаточно. Такие устройства больше подходят собственникам небольших загородных домов, где установлены солнечные панели небольшой мощности.

MPPT-контроллер, как уже было сказано выше, на сегодняшний день наиболее популярен, потому что имеет высокий КПД, способен работать даже в условиях недостатка солнечного света. MPPT-контроллер также способен работать на повышенных мощностях, идеально подойдет для большого загородного дома. Однако, при выборе определенного типа нужно учитывать объем входного и выходного тока, а также степень мощности и показатели напряжения.

Установка MPPT-контроллера на маленьких участках нецелесообразна, так как он не окупится. Если суммарное напряжение солнечной батареи больше 140 В, то следует применять MPPT-контроллер. PWM-контроллеры наиболее доступны, так как их цена начинается от 800 рублей. Есть модели за 10 тысяч, когда стоимость MPPT-контроллера примерно равна 25 тысячам.

Можно ли обойтись без контроллера для солнечной батареи

Иногда при самостоятельной разработке солнечной электрической станции возникает вопрос, а можно ли обойтись без контроллера? Для ответа на поставленный вопрос необходимо вспомнить о роли данного устройства в системе преобразования солнечной энергии в электрическую. Если сформулировать коротко, то — контроллер управляет процессом заряда аккумуляторных батарей.

При отсутствии данного элемента схемы управления, возможно закипание электролита в АКБ, что в свою очередь приведет к повреждению аккумуляторной батареи, стоимость которой значительно превышает стоимость контроллера. Из этого делаем вывод, что работа солнечной электрической станции в автоматическом режиме без контроллера недопустима.

Единственный случай, когда можно исключить контроллер из схемы управления — это не продолжительное по времени использование солнечных панелей. В этом случае, в цепь зарядки АКБ, устанавливается вольтметр и в моменты, когда заряд достигает пиковых значений, аккумуляторные батареи в ручном режиме отключают. После прохождения пиковых нагрузок, цепь зарядки, опять же в ручном режиме, включается в работу.

В настоящее время изготовлением разнообразных электронных устройств занимается большое количество отечественных и зарубежных компаний. Стоимость контроллеров разнообразных типов колеблется от 5,0 до 10,0 тысяч рублей, поэтому нет необходимости изготавливать такое сложное электронное устройство самому или вообще исключать его из схемы управления солнечной электростанции.

Получив экономию в малом, можно потерять больше при выходе из строя АКБ, к тому же работа в автоматическом режиме, которую осуществляет прибор, изготовленный профессионалами, позволяет экономить время владельца, а в современном мире, когда все быстро течет и происходит, это немаловажный фактор. Однако каждый для себя делает индивидуальный выбор, благо он, это выбор, есть всегда.

Почему следует контролировать заряд и как работает котроллер заряда солнечной батареи?

Основные причины:

1. Даст возможность проработать аккумулятору дольше! Перезаряд может спровоцировать взрыв.
2. Каждый АКБ работает с определенным напряжением. Контроллер позволяет подобрать нужное U.

Так же котроллер заряда отключает батарею от приборов потребления если она сильно села. Кроме этого он производит отсоединение АКБ от солнечного элемента если тот полностью заряжен.

Таким образом происходит страховка и работа системы становится более безопасней.

Принцип работы чрезвычайно прост. Прибор способствует поддержанию баланса и не позволяет напряжение сильно падать или подниматься.

Виды контроллеров для заряда солнечной батареи

1. Самодельные.
2. МРРТ.
3. On/Of.
4. Гибриды.
5. PWM типы.

Ниже кратко охарактеризуем эти варианты устройств литиевых и других АКБ

Контроллеры сделанные своими руками

Когда есть опыт и навыки в радиоэлектронике данный прибор можно смастерить самостоятельно. Но вряд ли такой прибор будет иметь высокую эффективность. Самодельное устройство скорее всего подойдет в том случае если ваша станция имеет малую мощность.

Чтобы соорудить данный прибор заряда придется отыскать его схему. Но учтите, что погрешность должна быть 0,1.

Приводим простую схемку.

МРРТ

Способно выполнять отслеживание самого большого предела мощности подзарядки. Внутри программного обеспечения находится алгоритм позволяющим отслеживать уровень напряжения и тока. Оно находит некий баланс, при котором вся установка будет работать с максимальным КПД.

Прибор mppt считается одним из лучших и совершенных на сегодняшний день. В отличие от PMW он увеличивает эффективность системы на 35%. Такое устройство подойдет, когда у вас много солнечных батарей.

Прибор по типу ONOF

Он является самым простым что есть в продаже. У него не так уж и много функций, как у других. Прибор выключает подзарядку АКБ, как только напряжение поднимется до максимума.

К сожалению данный тип контроллера заряда для солнечных батарей неспособен выполнить заряд до 100%. Как только ток прыгнет до максимума происходит отключение. В итоге неполный заряд снижает его срок пользования.

Гибриды

Применяются данные прибору, когда имеется два типа источника тока, например, солнце и ветер. Их конструирование основано на PWM и МРРТ. Основное его отличие от подобных устройств заключается характеристиках тока и напряжения.

Его цель: выровнять нагрузку, идущую на АКБ. Такое происходит из-за неравномерно поступления тока с ветра генераторов. Из-за этого может существенно снижаться срок накопителей энергии.

PWM или ШИМ

В основе работы лежит широтно импульсная модуляция тока. Позволяет решить проблему неполной зарядки. Он понижает ток и тем самым доводит подзарядку до 100%.

В результате работы pwm, не наблюдается перегрев АКБ. В итоге данный блок управления солнечными батареями считается очень эффективным.

Виды контроллеров

В настоящее время солнечные электростанции комплектуют контроллерами трех вариантов, это:

On/Off контроллер

Наиболее дешевый аппарат. Отличительная черта данного типа аппарата в том, что при достиженииопределённого максимального показателя напряжения аппарат отсоединяет блок солнечных батарей от аккумуляторов, и зарядка приостанавливается. Контроллер этого типа применяются редко, т. к. при их использовании происходит неполный заряд батарей, что плохо отражается на их состоянии, и в продолжительной перспективе, приводит к полному выходу из строя. Единственный плюс у данного типа – низкая стоимость.

ШИМ (PWM) – контроллер

В основу работы данного типа электронного устройства заложена широтно-импульсная модуляция. В процессе эксплуатации контроллер этого типа, прекратив заряжать аккумуляторную батарею, не отключает солнечные панели, что позволяет полностью зарядить АКБ. Как правило, такие аппараты используются в установках небольшой мощности, до 2,0 кВт.

МРРТ – контроллер

Это наиболее дорогие по стоимости устройства. Работа приборов данного типа основана на управлении пиками, выходящими на максимальный энергетический уровень. Данный тип контроллера более эффективен при использовании и сокращает сроки окупаемости солнечных электрических станций.

Пайка и сборка панелей

Сборку солнечных панелей своими руками можно разделить на три этапа:

1. Изготовление каркаса;
2. Пайка фотоэлектрических преобразователей;
3. Установка их в каркас и герметизация.

Каркас можно сбить из деревянных планок или сварить из алюминиевых уголков. Так или иначе, его габариты, форма и выбор материалов для изготовления напрямую зависят от того, как он будет монтироваться.

Для сборки солнечной батареи понадобятся следующие материалы:

• алюминиевый или стальной уголок сечением 25х25;
• болты 5х10 мм – 8 шт;
• гайки 5 мм – 8 шт;
• стекло или поликарбонат 5-6 мм;
• клей – герметик Sylgard 184;
• клей – герметик Ceresit CS 15;
• поликристаллические преобразователи;
• флюс фломастер (смесь канифоли и спирта);
• серебряная лента для подключения к панелям;
• лента для шины;
• тонкий припой;
• поролон – 3 см, опилки или стружка;
• плотная полиэтиленовая пленка 10 мкм.

Инструменты, которые понадобятся для сборки:

• напильник;
• ножовка по металлу с полотном 18;
• дрель, сверла на 5 и 6 мм;
• ключи рожковые;
• паяльник.

Этапы сборки

Сборка состоит из нескольких этапов:

Для начала нужно определиться с размерами рамы каркаса. Они будут зависеть от габаритов самих панелей и их количества. При расположении солнечных батарей на крыше, панели могут полностью покрыть скат или занять небольшую его часть – тут нет определенных правил, поэтому какая ширина и длина будет у рамы, выбирает сам сборщик.
Сверху каркаса необходимо установить стекло для того чтобы защитить фотоэлементы от разрушения. Закрепить его можно тонким слоем силиконового герметика, а вот эпоксидную смолу для этих целей лучше не использовать, так как снять стекло в случае необходимости проведения ремонтных работ и не повредить панели будет крайне сложно.
При подключении солнечных батарей к сети схему лучше выбрать смешанную, так как она оптимальна. Собранные панели укладываются в ранее подготовленный каркас

На этом этапе важно не перепутать тыльную сторону панели с лицевой.
Чтобы защитить заднюю часть батареи во время сборки, можно сделать поролоновый мат и обернуть его в полиэтиленовую пленку. Также подойдут опилки или стружка, но главное, чтоб их частицы не остались на элементах.
После этого нужно убрать пузырьки воздуха, которые образуются между фотоэлементами и стеклом, так как их присутствие помешает эффективной работе батареи. Для этого на панели нужно уложить груз, а на мягкий мат твердый лист фанеры

Таким образом, фотоэлементы оказываются зажатыми и так их нужно оставить на полсуток. Потом груз убирается, а фанера и мат снимаются. Монтировать батарею после этого пока рано, надо чтоб герметик полностью схватился.
Последний этап – это изготовление задней стенки батареи из ДСП или ДВП с подложкой – это предотвратит деформацию панелей.

Для этого на панели нужно уложить груз, а на мягкий мат твердый лист фанеры. Таким образом, фотоэлементы оказываются зажатыми и так их нужно оставить на полсуток. Потом груз убирается, а фанера и мат снимаются. Монтировать батарею после этого пока рано, надо чтоб герметик полностью схватился.
Последний этап – это изготовление задней стенки батареи из ДСП или ДВП с подложкой – это предотвратит деформацию панелей.

Чем можно заменить некоторые комплектующие

Любой из этих элементов можно заменять. При установке других схем нужно подумать об изменении емкости конденсатора С2 и подборе смещения транзистора Q3.

Вместо транзистора MOSFET можно установить любой другой. Элемент должен иметь низкое сопротивление открытого канала. Диод Шоттки лучше не заменять. Можно установить обычный диод, но его нужно правильно разместить.

Резисторы R8, R10 равны 92 кОм. Такое значение нестандартное. Из-за этого такие резисторы найти сложно. Их полноценной заменой может быть два резистора с 82 и 10 кОм. Их нужно включать последовательно.

Если контроллер не будет использоваться в агрессивной среде, можно провести установку подстроечного резистора. Он дает возможность управлять напряжением. В агрессивной среде он долго не поработает.

При необходимости использовать контроллер для более сильных панелей нужно провести замену транзистора MOSFET и диода более мощными аналогами. Все остальные компоненты менять не нужно. Нет смысла устанавливать радиатор для регулирования 4 А. При установке MOSFET на подходящем теплоотводе устройство сможет работать с более продуктивной панелью.

Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему инвертора напряжения. Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос по теме статьи.