Солнечные контроллеры — типы и назначение

Солнечные контроллеры — Какие они бывают и для чего нужны?

Любая автономная система электроснабжения, содержащая в своем составе аккумуляторные батареи, должна содержать в себе средства контроля заряда и разряда аккумуляторов.

Особенно это относится к системам со свинцово-кислотными аккумуляторами. Дело в том, что эти аккумуляторы боятся как глубокого разряда, так и перезаряда. В случае переразряда, резко сокращается срок службы аккумуляторной батареи или даже она может выйти из строя. Если же аккумулятор заряжен, но через него продолжает протекать зарядный ток, то это может привести в закипанию электролита и бурному газовыделению (в случае с заливными батареями) или к вспучиванию и даже взрыву герметичных аккумуляторных батарей.

Щелочные батареи хотя и не боятся глубокого разряда, но также не терпят перезаряда.

Поэтому в систему автономного электроснабжения вводятся устройства, которые отключают нагрузку от аккумуляторных батарей если они недопустимо разряжены, а также отключают источник энергии (фотоэлектрическую батарею, ветротурбину и т.п.) если аккумуляторы заряжены.

Солнечные контроллеры заряда могут быть встроены в инверторы или блоки бесперебойного питания. В ББП обычно встраиваются и зарядные устройства. См., например, ББП Prosolar Combi и инверторы Studer AJ-S

Напряжения отключения нагрузки для свинцово-кислотных батарей обычно лежат в пределах от 10,5 до 11,5 В. Для 12 В аккумуляторных батарей при более чем 10-часовом разряде это означает использование от 100% до 20% номинальной емкости. При более быстрых разрядах количество отбираемой емкости уменьшается.

Напряжение отключения источника энергии обычно равно 14-14,3 В. Это предотвращает газовыделение при заряде аккумуляторных батарей. Существуют контроллеры заряда, в которых предусмотрен режим «выравнивания». Такой режим необходим периодически для заливных батарей, напряжение заряда при этом должно быть около 15 В. Для герметичных батарей такой режим запрещен.

Часто напряжения отключения можно регулировать при изготовлении или настройке. Но, в основном, контроллеры заряда продаются с уже установленными «типовыми» уровнями напряжений отключения.

Мы не рекомендуем экономить на хорошем контроллере заряда для солнечной энергосистемы. Типичное распределение стоимости элементов энергосистемы следующее:

ЭлементСрок службы, летЦена
Солнечный модуль20-3025-30%
Контроллер заряда102-4%
Аккумуляторы2-650-60%
Остальноеболее 1010%

Как видим, стоимость солнечного контроллера составляет малую часть от общей стоимости энергосистемы. Однако, технологии заряда очень сильно влияют как на эффективность использования солнечной энергии, так и на срок службы одной из самых дорогостоящих частей системы автономного электроснабжения — аккумуляторных батарей.

Типы контроллеров заряда-разряда для фотоэлектрических систем.

Контроллеры заряда отличаются по алгоритму заряда на последней стадии заряда при достижении напряжения заряженного аккумулятора, по способам регулирования тока (шунтовые и последовательные), по возможности слежения за точкой максимальной мощности (СТММ) солнечного модуля.

  1. Простейшие контроллеры просто отключают источник энергии (солнечную батарею) при достижении напряжения на аккумуляторной батарее примерно 14,4 В (для АБ номинальным напряжением 12В). При снижении напряжения на АБ до примерно 12,5-13 В снова подключается солнечная батарея и заряд возобновляется. При этом максимальный уровень заряженности АБ при этом составляет 60-70%. При регулярном недозаряде происходит сульфатация пластин и резкое сокращение срока службы АБ. Такие контроллеры уже серийно практически не выпускаются, и с основном с таким типом контроллеров можно встретиться у различных «самоделкиных», которые или не имеют возможности купить современный контроллер, или пытаются «сэкономить» (экономии, в конечном счете, никакой не будет — см. про преимущества контроллеров с ШИМ и CTMM)
  2. Более продвинутые контроллеры на завершающей стадии заряда используют так называемую широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока заряда — по английски PWM (pulse-width modulation). ШИМ контроллеры обеспечивают 100% заряд аккумуляторов. Более подробно о контроллерах с ШИМ здесь…
  3. Наиболее сложные контроллеры умеют следить за точкой максимальной мощности фотоэлектрических батарей. Такие контроллеры называются MPPT контроллерами (Maximum Power Point Tracking — Слежение за Точкой Максимальной Мощности). Причем MPPT контроллеры также используют ШИМ для регулирования тока заряда аккумуляторов.

ШИМ контроллеры также делятся на шунтовые и последовательные.

В шунтовых контроллерах солнечная батарея замыкается накоротко; таким образом, ток от солнечной батареи течет через шунт и не попадает в аккумулятор. Такой принцип работы не позволяет подключать ко входу контроллера другие источники энергии, кроме фотоэлектрических батарей.

В последовательных контроллерах источник энергии отключается от аккумулятора и нагрузки. Напряжение на источнике энергии поднимается до значения напряжения холостого хода.

Каждый тип регулирования имеет свои преимущества и недостатки.

РегулированиеДостоинстваНедостаткиИллюстрация
Последовательное
все контроллеры EPSolar, SRNE
Steca (кроме PR и Tarom)
MorningStar
RE SunStar
1. Можно использовать различные источники
2. Меньший нагрев при регулировании
3. Отключение источника при полном заряде
1. Потери в последовательных ключах
2. Большие скачки тока при регулировании приводят к высоким электромагнитным помехам
Последовательное регулирование тока заряда
Последовательное регулирование тока заряда
Шунтовое
Steca PR и Tarom
1. Низкий уровень электромагнитных помех
2. Низкое падение напряжения в ключах
3. Малые потери мощности СБ за счет прямого соединения СБ с АБ
1, Больший нагрев во время регулирования
2. Можно использовать только с СБ
Шунтовое регулирование тока заряда
Шунтовое регулирование тока заряда
MPPT
EPSolar Tracer, SRNE MR,
Steca Solarx MPPT
Proslar SunStar MPPT
Outback FlexMax
Morninstar Tristar MPPT
SE XW MPPT
Studer VarioTrack и VarioString
1. Разное напряжение на входе и выходе контроллера
2. Возможно подключение различных источников на вход
3. Гальваническая развязка входа и выхода
4. Большая выработка энергии за счет работы в ТММ модуля
1. Потери на преобразования
2. Более сложная технология
3. Более высокая цена
Топология MPPT контроллера
Топология MPPT контроллера

 

Вычисление степени заряженности аккумуляторной батареи

Контроллеры также отличаются по алгоритму регулирования. Большинство контроллеров обеспечивает регулирование по напряжениям, или по степени заряженности аккумулятора (SOC — state of charge). SOC могут считать только продвинутые контроллеры. Многие недорогие контроллеры, которые отображают степень заряженности АБ в %, на самом деле не могут вычислять SOC и дают примерную цифру в зависимости от напряжения на АБ и, в лучшем случае, скорости его изменения.

Считается, что регулирование по SOC обеспечивает лучшие режимы работы аккумуляторов и продлевает срок их службы.

По-настоящему SOC могут вычислять следующие модели контроллеров при условии, что контроллер учитывает весь ток заряда и разряда аккумулятора (может потребоваться измерительный шунт на аккумуляторе):

  • Steca серий PR и Tarom
  • Prosolar SunStar MPPT (c дополнительным шунтом)
  • Outback FlexMax (с дополнительным шунтом и системой контроля FlexNet DC)

Дополнительная информация также содержится в разделе «Основы возобновляемой энергетики», подраздел Фотоэлектричество, а также в разделе «Библиотека«.

Настоятельно рекомендуем также ознакомиться с ответами на часто задаваемые вопросы по контроллерам заряда.

Эта статья прочитана 8057 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 72
    Почему необходимо использовать контроллеры с ШИМ Источник: Morningstar Corporation Перевод: "Ваш Солнечный Дом" 1. Возможность восстановить потерянную емкость батареи Согласно исследованиям Battery Council International, 84% свинцово-кислотных батарей выходят из строя из-за сульфатации. Сульфатация является еще более острой проблемой в солнечных…
  • 72
    Контроллеры заряда Morningstar MorningStar - американский разработчик и производитель контроллеров заряда для солнечных батарей. В некоторых случаях вы можете выбрать эти контроллеры для применения в своей системе солнечного электроснабжения (например, при особых требованиях к температуре окружающей среды). Контроллеры MorningStar имеют…
  • 70
    Солнечные контроллеры SRNE Мы предлагаем выгодные условия как для розничных клиентов (стоимость контроллеров SRNE ниже аналогичных контроллеров EPSolar примерно в 2 раза!), так и для наших партнеров (условия для партнеров по запросу или при заполнении формы заявки на партнерство на…
  • 70
    Контроллеры заряда аккумуляторов от фотоэлектрической батареи с широтно-импульсной модуляцией тока заряда Простейшие контроллеры просто отключают источник энергии (солнечную батарею) при достижении напряжения на аккумуляторной батарее примерно 14,4 В (для АБ номинальным напряжением 12В). При снижении напряжения на АБ до примерно…
  • 68
    Солнечные контроллеры заряда аккумуляторов Контроллеры заряда используются в автономных фотоэлектрических системах для правильного заряда аккумуляторных батарей (АБ), для защиты перезаряда (когда батарея заряжена, а солнечная панель вырабатывает избыток электричества). Некоторые модели имеют также разъемы для подключения нагрузки постоянного тока и…
  • 68
    Контроллеры заряда EPSolar - краткие описания Автоматическое устройство контроля заряда используется в фотоэлектрических системах (ФЭС) с аккумуляторной батареей (АБ). Контроллер следит за степенью заряда АБ, контролирует процесс заряда и разряда. Это позволяет оптимизировать режимы работы АБ и существенно увеличить срок…

Google рекомендует

Реклама

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *