Контроллеры заряда аккумуляторов от фотоэлектрической батареи с широтно-импульсной модуляцией тока заряда

Простейший контроллер заряда просто отключает 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.

Более продвинутые контроллеры на завершающей стадии заряда используют так называемую широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока заряда. При этом возможен заряд АБ до 100%. Еще более продвинутые солнечные контроллеры ищут точку максимальной мощности солнечной батареи (ТММ) и забирают от нее максимально возможное количество энергии. Такие контроллеры называются MPPT контроллерами.

4 стадии заряда аккумуляторов от солнечной батареи

Практически все современные солнечные контроллеры поддерживают несколько стадий заряда АКБ.

1. Заряд максимальным током: на этой стадии батарея получает весь ток, поступающий от солнечных модулей.

2. ШИМ заряд: когда напряжение на АКБ достигает определенного уровня, контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ тока заряда. Это предотвращает перегрев и газообразование в аккумуляторе. Ток постепенно уменьшается по мере заряда аккумуляторной батареи. Более того, доказано, импульсный заряд продлевает срок службы АКБ

3. Выравнивание: Многие батареи с жидким электролитом улучшают свою работу при периодическом заряде до газообразования, при этом выравниваются напряжения на различных банках АБ и происходит очищение пластин и перемешивание электролита.

4. Поддерживающий заряд: Когда АБ полностью заряжена, зарядное напряжение уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования в батарее. АБ поддерживается в заряженном состоянии.

Что такое ШИМ?

Широтно-импульсная модуляция является наиболее эффективным способом достижения постоянного напряжения заряда аккумуляторной батареи (АБ) путем коммутации источника энергии — солнечной батареи. При использовании ШИМ ток от солнечной батареи соответствует состоянию аккумуляторной батареи и ее потребностям в заряде.

Почему ШИМ настолько эффективна?

Зарядка АБ с использованием солнечной батареи является уникальным и сложным процессом. Раньше использовались простые регуляторы заряда, которые просто включали и выключали солнечную батарею. Основным предназначением этих контроллеров было предотвращение газообразования в АБ если солнечная батарея производит излишки энергии. Однако, развитие технологий солнечной энергетики показало и отрицательные стороны такого режима заряда.

При простом регулировании заряда (включение-выключение) наблюдался преждевременный выход из строя аккумуляторных батарей, увеличивалась частота защитных отключений нагрузки, что приводило к растущему неудовлетворению пользователей. Контроллеры с ШИМ тока заряда показали большое преимущество в процессе заряда АБ от солнечных батарей.

ШИМ контроллер использует технологию, которая аналогична используемым в других современных высококачественных контроллерах заряда АБ. Когда напряжение на АБ достигает определенного значения, алгоритм ШИМ постепенно снижает ток заряда для предотвращения перегрева, вспухания или закипания аккумуляторов. Однако заряд АБ продолжается для достижения максимального количества энергии, запасаемой в АБ. Более того, сокращается время заряда. Результатом является более высокий КПД процесса заряда, быстрый заряд и «здоровая» полностью заряженная батарея.

Дополнительно, этот новый метод заряда от солнечных батарей обещает некоторые довольно интересные и уникальные преимущества при заряде свинцово-кислотнрых аккумуляторов пульсирующим током. К этим преимуществам относятся:

• Возможность восстановить потерянную емкость и произвести десульфатацию аккумуляторной батареи
• Существенно увеличить способность АБ принимать заряд.
• Работать при высоком среднем заряде АБ (от 90% до 95%). Для сравнения, при простом регулировании (включение-выключение) степень заряженности АБ обычно не превышает 55% — 60%.
• Выровнять качество различных элементов АБ (известно, что при работе АБ различные элементы изнашиваются по разному)
• Уменьшить нагрев и газовыделение АБ
• Автоматически подстраиваться под «возраст» батареи
• Саморегулироваться при пропадании напряжения и учитывать температурные эффекты при работе солнечных батарей.

В настоящее время на рынке уже практически не осталось контроллеров on-off; даже самые простые контроллеры используют ШИМ тока заряда на 2-3 стадиях заряда. В нашем ассортименте нет низкокачественных или noname контроллеров, за качество всех моделей мы отвечаем перед клиентами. Есть контроллеры как со светодиодной индикацией, так и c жидкокристаллическим многофункциональным дисплеем.

Контроллеры могут применяться как для небольших энергосистем, так и для относительно мощных солнечных электростанций мощностью до 4 кВт. Некоторые модели контроллеров могут использоваться с солнечными фонарями и оснащены функцией автоматического включения ламп ночью и выключения по таймеру. Есть модели с 1 или 2 таймерами, которые позволяют включать солнечные фонари также перед рассветом.  Есть также модели со встроенными часами (EPIP20-LT), которые позволяют более гибко управлять солнечными светильниками.

Ниже даны ссылки описания ШИМ контроллеров различных производителей, где можно посмотреть подробнее их функции и характеристики. 

В настоящее время ШИМ контроллеры применяются в основном для малых систем с мощностью солнечных панелей до 500-700Вт. При большей мощности уже имеет смысл обратить внимание на современные MPPT контроллеры, так как существенным ограничением ШИМ контроллеров является необходимость согласования напряжений солнечной и аккумуляторной батарей. Про порядок подбора солнечных контроллеров вы также можете почитать в разделе «Вопросы и ответы — Солнечные контроллеры«.

 

 

 

Эта статья прочитана 17041 раз(а)!