Фотоэлектричество

Контроллеры заряда

Вопрос: В технической документации контроллера написано, что напряжение отключения солнечного модуля составляет 14,5 В. Вопрос: в периоды больших значений солнечного излучения напряжение холостого хода принимает значение около 18 В, правильно ли я понимаю, что модуль в это время отключен контроллером и работает в холостом режиме, т.е. потребитель не получают вырабатываемую электроэнергию?

Ответ: Если вы внимательно читали инструкцию к вашему ШИМ контроллеру, то должны были заметить что без аккумулятора система не работает.

Холостой ход СБ может быть и 21 В (см. данные на модуле).

Однако подключенная параллельно АБ играет роль буфера. При этом рабочая точка модуля сдвигается в область напряжений АБ.

Только когда напряжение на АККУМУЛЯТОРЕ достигнет 14,5В, модуль начинает постепенно отключаться (в вашем контроллере заложена широтно-импульсная модуляция тока заряда на завершающей стадии заряда) и зеленый светодиод начинает сначала медленно, а потом быстро мигать.

Если одновременно идет отбор мощности потребителями, напряжение на АБ не может быть таким высоким, поэтому нагрузка питается как от СБ, так и от АБ.

При высокой частоте отключения СБ при работе ШИМ контроллера, среднее напряжение на входе контроллера действительно может быть выше, чем на аккумуляторе. Это нормально. Главное, чтобы контроллер обеспечивал максимальное напряжение на аккумуляторе не более 14,5-15В (в зависимости от температуры аккумулятора и его типа).

Если у вас контроллер с ЖК экраном и вы смотрите через него напряжение на солнечном модуле (не вольтметром), то он может показывать или напряжение холостого хода модуля, или среднее напряжение на модуле в режиме ШИМ регулирования. Попробуйте померить вольтметром напряжение на входе контроллера и сравнить его с показанием контроллера.

Аккумулятор получает ровно столько энергии, сколько может принять.  Если энергии деваться некуда (не потребляет ни нагрузка, ни аккумулятор), то, конечно, выработка солнечной панели снижается. А как иначе?

 

Для каждого типа контроллеров есть свои особенности применения, которые зависят от типа, состав и режимов эксплуатации системы солнечного электроснабжения.

ШИМ контроллер имеет свои преимущества.

1. Это действительно более простое устройство, чем MPPT контроллер.

2. Напряжение стандартного модуля подобрано с учетом заряда аккумулятора. Например, для 12В аккумулятора необходимо напряжение 14,5В. Именно исходя из этого напряжения выбрано напряжение 12В солнечного модуля в точке максимальной мощности 17В. Это напряжение в идеальных условиях — освещенности 1000Вт/м2 и температуре модуля 25°С. Но дело в том, что в реальных условиях модуль нагревается и эта точка снижается до 16-16,5В. Расстояние до аккумулятора от модуля тоже обычно не 1 м, поэтому добавляются еще 1-2В на потери в проводах. Более того, обычно даже в яркий солнечный день уровень освещенности не 1000, а 700-900Вт/м2 — это дает еще до 0,5В снижения напряжения (напряжение снижается при снижении уровня освещенности не так сильно, как ток).

Вот и выходит, что в реальных условиях летней эксплуатации ШИМ контроллер работает близко к точке максимальной мощности.

3. КПД MPPT контроллера обычно ниже, чем ШИМ контроллера. В MPPT происходит преобразование напряжения и тока, а в ШИМ на основной стадии заряда СБ практически напрямую подключена к АБ и весь ток идет на заряд и питание нагрузки. Регулирование ШИМ начинается только в конце заряда, а такой режим гораздо реже, чем режим с полностью открытым ключом.

4. Из-за того, что ШИМ контроллер имеет меньшее собственное потребление, вероятность зарядить через него сильно разряженный аккумулятор больше, чем при использовании MPPT контроллера. MPPT контроллер для своего запуска требует определенных минимальных напряжения и тока, которые сильно разряженный АБ может и не выдать.

MPPT контроллер действительно дает выигрыш если напряжение модуля нестандартное. Например, сейчас много модулей для сетевых высоковольтных систем с напряжением MPP около 28В. Таким модулем не зарядишь 24В аккумулятор (см. потери выше). Поэтому при использовании такого модуля для заряда 12В аккумулятора через MPPT контроллер можно получить существенный выигрыш по энергии. Более того, такие модули обычно дешевле модулей со стандартным напряжением, поэтому разница в цене модулей может скомпенсировать более высокую цену MPPT контроллера.

Считается, что MPPT контроллер дает от 15 до 30% прибавки к выработке модуля. Поэтому действительно, нужно считать, что дешевле — докупить солнечный батарей или поставить более дорогой MPPT контроллер. При мощностях модулей менее 300-400Вт обычно более целесообразно потратить деньги на дополнительные солнечные модули, чем на более дорогой MPPT контроллер.

Увеличение выработки СБ при низких освещенностях при использовании MPPT контроллера с понижением напряжения — один из мифов. «Прибавка к пенсии» настолько мизерная, что принимать ее всерьез и усложнять систему и ее стоимость не стоит.

Реальный выигрыш при использовании MPPT контроллера можно получить в холодное время года. Если вы эксплуатируете солнечные модули круглогодично, что скорее всего MPPT контроллер будет обоснованным выбором, т.к. позволит получить больше энергии в короткие зимние часы солнечного сияния.

Выбор номинального тока и напряжения контроллера заряда для солнечных батарей для PWM и MPPT контроллеров имеет свои особенности, которые мы рассмотрим ниже.

1. Напряжение.
Для обоих типов контроллеров максимально допустимое напряжение не должно быть меньше напряжения холостого хода вашей солнечной батареи +20%. Запас в 20% необходим потому, что в морозную солнечную погоду напряжение на солнечной батарее будет выше, чем ее паспортные данные, замеренные при 25°С.

Необходимо учитывать, что максимальное рабочее напряжение MPPT контроллера существенно ниже, чем указанное в его характеристиках максимальное напряжение. Например, для контроллеров Outback Flexmax и Schneider Electric (бывший Xantrex) указано максимальное напряжение 150В. Однако, MPPT отслеживается до 120В, в диапазоне от 120 до 140В идет уменьшение мощности контроллера, при 140В он перестает работать, а при 150В происходит аварийное отключение. Аналогичные напряжения и для другого популярного контроллера — MorningStar TriStar MPPT. У контроллеров  SunStar MPPT диапазон MPPT до 112В, а максимальное напряжение — 120В.

2. Для выбора номинального тока контроллера нужно применять различные подходы для PWM и для MPPT контроллеров.

  • PWM контроллер выбирается просто — по току короткого замыкания солнечного модуля, желательно с минимум 10% запасом. Т.е если ток вашего модуля мощностью 100Вт в рабочей точке составляет 5,88А, ток короткого замыкания около 6,75А, то контроллер должен иметь номинальный ток не менее 7,5А. Ближайший по номиналу контроллер будет на 10А.
    Если в контроллере заряда есть еще функция контроля нагрузки, то нужно еще учитывать и ток разряда — он должен быть не более номинального тока контроллера заряда.
  • MPPT контролер выбирается по мощности. Если максимальный ток контроллера 50А и система работает при напряжении 48В, то максимальная мощность, которую может пропустить через себя контроллер — 50А*58В=2900 Вт. Эта мощность обычно указывается производителями контроллеров. Однако, к правильному расчету эта цифра имеет мало отношения. Если аккумуляторы разряжены, напряжение их будет 42-44В, при этом максимальный ток 50А будет соответствовать мощности модулей 44*50=2200 Вт. Мы рекомендуем выбирать контроллер именно так — мощность СБ делить на напряжение на АБ в разряженном состоянии. При этом неважно, что ток от СБ и на входе контроллера будет гораздо меньше — MPPT контроллер имеет способность повышать значение тока на выходе в несколько раз.

Также, учитывайте, что интенсивность солнечной радиации на поверхности земли может быть до 1300 Вт/м2, а модули замеряются при 1000 Вт/м2 — это дает еще 20-25% прибавки к мощности солнечной батареи. Конечно, такая ситуация будет в реальности очень редкая, но она возможна.

Таким образом, для правильным выбором MPPT контролера для 12 солнечных модулей мощностью 230Вт для заряда 48В аккумуляторов будет: 12*230Вт*1,25/44В = 78А, т.е. ближайший из типоразмерного ряда — 80А.

Соединять модули нужно по 3 шт., а не по 4, чтобы не превысить максимально допустимого напряжения контроллера. Причем максимальное напряжение нужно считать для зимы, обычно мы в своих расчетах принимаем температуру -25°С. При такой температуре типичный кремниевый солнечный модуль имеет напряжение холостого хода примерно на 20% выше, чем указанное в его спецификациях. Обязательно учитывайте повышение напряжение солнечной батареи при снижении температуры, иначе зимой в морозную погоду контроллер будет выдавать ошибку и вы потеряете ценные солнечные зимние часы работы вашей солнечной энергосистемы.

 

Остальные Вопросы и ответы…