Kontroler ładowania baterii słonecznych: schemat, zasada działania, metody podłączenia

Uwagi:

Jeśli zastanawiałeś się nad alternatywnym sposobem pozyskiwania energii i zdecydowałeś się na instalację paneli słonecznych, prawdopodobnie chcesz zaoszczędzić pieniądze. Jedną z możliwości oszczędzania jest: stwórz własny kontroler ładowania!. Przy montażu generatorów słonecznych - paneli wymagane jest wiele dodatkowych urządzeń: regulatory ładowania, akumulatory, doprowadzenie prądu do norm technicznych.

Rozważ produkcję Zrób to sam kontroler ładowania baterii słonecznej.

To urządzenie, które kontroluje poziom naładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych, zapobiegając ich całkowitemu rozładowaniu i ponownym naładowaniu.Jeśli bateria zacznie się rozładowywać w trybie awaryjnym, urządzenie zmniejszy obciążenie i zapobiegnie całkowitemu rozładowaniu.

Warto zauważyć, że samodzielnie wykonanego sterownika nie można porównać pod względem jakości i funkcjonalności z przemysłowym, ale wystarczy do działania sieci elektrycznej. W sprzedaży znajdują się produkty wykonane w piwnicy, które mają bardzo niski poziom niezawodności. Jeśli nie masz wystarczającej ilości pieniędzy na drogie urządzenie, lepiej zmontuj go samemu.

DIY kontroler ładowania baterii słonecznej

Nawet produkt domowej roboty musi spełniać następujące warunki:

• 1,2P
• Maksymalne dozwolone napięcie wejściowe musi być równe całkowitemu napięciu wszystkich akumulatorów bez obciążenia.

Na poniższym obrazku zobaczysz schemat takiego sprzętu elektrycznego. Aby go złożyć, będziesz potrzebować odrobiny wiedzy z zakresu elektroniki i odrobiny cierpliwości. Konstrukcja została nieco zmodyfikowana i teraz zamiast diody zainstalowano tranzystor polowy, który jest regulowany komparatorem.
Taki kontroler ładowania będzie wystarczający do zastosowania w sieciach małej mocy, używając tylko. Różni się prostotą wykonania i niskim kosztem materiałów.

Kontroler ładowania słonecznego Działa zgodnie z prostą zasadą: gdy napięcie na urządzeniu magazynującym osiągnie określoną wartość, przestaje się ładować, a kontynuowane jest tylko ładowanie kroplowe. Jeżeli napięcie wskaźnika spadnie poniżej ustawionego progu, zasilanie prądowe akumulatora zostanie wznowione. Korzystanie z akumulatorów jest wyłączane przez sterownik, gdy ich stan naładowania jest niższy niż 11 V. Dzięki działaniu takiego regulatora akumulator nie rozładuje się samoczynnie podczas braku słońca.

Główna charakterystyka obwody kontrolera ładowania:

• Napięcie ładowania V=13,8V (konfigurowalne), mierzone przy prądzie ładowania;
• Odłączanie obciążenia występuje, gdy Vbat jest mniejsze niż 11 V (konfigurowalne);
• Włączanie obciążenia gdy Vbat=12,5V;
• Kompensacja temperatury trybu ładowania;
• Ekonomiczny komparator TLC339 można zastąpić bardziej popularnym TL393 lub TL339;
• Spadek napięcia na klawiszach jest mniejszy niż 20mV przy ładowaniu prądem 0,5A.

Zaawansowany kontroler ładowania słonecznego

Jeśli masz pewność co do swojej wiedzy o sprzęcie elektronicznym, możesz spróbować złożyć bardziej złożony obwód kontrolera ładowania. Jest bardziej niezawodny i może działać zarówno na panelach słonecznych, jak i na generatorze wiatrowym, który pomoże Ci uzyskać światło wieczorami.

Powyżej znajduje się ulepszony obwód kontrolera ładowania „zrób to sam”. Do zmiany wartości progowych wykorzystywane są rezystory trymujące, za pomocą których dostosujesz parametry pracy. Prąd płynący ze źródła jest przełączany przez przekaźnik. Sam przekaźnik jest sterowany przez klucz tranzystora polowego.

Wszystko obwody kontrolera ładowania przetestowane w praktyce i sprawdzone przez kilka lat.

W przypadku domków letniskowych i innych obiektów, w których nie jest wymagane duże zużycie zasobów, nie ma sensu wydawać pieniędzy na drogie elementy. Jeśli posiadasz niezbędną wiedzę, możesz zmodyfikować proponowane projekty lub dodać niezbędną funkcjonalność.

Możesz więc zrobić kontroler ładowania własnymi rękami podczas korzystania z alternatywnych urządzeń energetycznych. Nie rozpaczaj, jeśli pierwszy naleśnik wyjdzie grudkowaty. W końcu nikt nie jest odporny na błędy. Trochę cierpliwości, pracowitości i eksperymentowania zakończy sprawę. Ale sprawny zasilacz będzie doskonałym powodem do dumy.

Kontroler ładowania to bardzo ważny element systemu, w którym prąd elektryczny generowany jest przez panele słoneczne. Urządzenie kontroluje ładowanie i rozładowywanie akumulatorów. To dzięki niemu akumulatory nie mogą być doładowywane i rozładowywane tak bardzo, że nie będzie można przywrócić ich do stanu pracy.

Takie kontrolery można wykonać ręcznie.

Zasada działania

Jeśli nie ma prądu z baterii słonecznej, sterownik jest w trybie uśpienia. Nie zużywa żadnego z watów baterii. Gdy światło słoneczne pada na panel, do sterownika zaczyna płynąć prąd elektryczny. Musi się włączyć. Jednak kontrolka LED wraz z 2 słabymi tranzystorami włącza się dopiero, gdy napięcie osiągnie 10 V.

Po osiągnięciu tego napięcia prąd przepływa przez diodę Schottky'ego do akumulatora. Jeśli napięcie wzrośnie do 14 V, zacznie działać wzmacniacz U1, który włączy tranzystor MOSFET. W rezultacie dioda LED zgaśnie, a dwa tranzystory o małej mocy zamkną się. Akumulator nie ładuje się. W tym czasie C2 zostanie rozładowany. Średnio zajmuje to 3 sekundy. Po rozładowaniu kondensatora C2 histereza U1 zostanie pokonana, MOSFET zamknie się, a akumulator zacznie się ładować. Ładowanie będzie kontynuowane, aż napięcie wzrośnie do poziomu przełączania.

Produkcja własna

Jeśli dana osoba ma pewną wiedzę z zakresu elektroniki i elektrotechniki, możesz spróbować samodzielnie złożyć obwód sterownika do paneli słonecznych i generatora wiatrowego.Taka jednostka będzie znacznie gorsza pod względem funkcjonalności i wydajności od przemysłowych próbek seryjnych, ale w sieciach małej mocy może wystarczyć.

Moduł sterowania rękodziełem musi spełniać podstawowe warunki:

• 1.2P ≤ I × U. W równaniu tym wykorzystano zapis mocy całkowitej wszystkich źródeł (P), prądu wyjściowego sterownika (I), napięcia w układzie z całkowicie rozładowanym akumulatorem (U),
• Maksymalne napięcie wejściowe kontrolera musi odpowiadać całkowitemu napięciu akumulatorów bez obciążenia.

Najprostszy schemat takiego modułu będzie wyglądał tak:

Urządzenie, zmontowane ręcznie, działa z następującymi cechami:

• Napięcie ładowania - 13,8 V (może się różnić w zależności od prądu znamionowego),
• Napięcie odcięcia - 11 V (konfigurowalne),
• Napięcie włączenia - 12,5 V,
• Spadek napięcia na klawiszach wynosi 20 mV przy wartości prądu 0,5A.

Kontrolery ładowania typu PWM lub MPPT są jedną z integralnych części każdego systemu słonecznego lub hybrydowego opartego na generatorach słonecznych i wiatrowych. Zapewniają normalny tryb ładowania baterii, zwiększają wydajność i zapobiegają przedwczesnemu zużyciu i mogą być całkowicie zmontowane ręcznie.

Schemat podłączenia modułu

Kliknij, aby powiększyć schemat

Po zdjęciu tylnej ściany można uzyskać dostęp do płytki drukowanej urządzenia.

Jako akumulator wybrano akumulator 12 V o wydajności 1,2 A/h, bo autor go posiadał. Tak naprawdę w pogodny słoneczny dzień panel będzie w stanie naładować 2-3 takie akumulatory. W obwodzie akumulatora znajduje się bezpiecznik, aby zmniejszyć ryzyko zwarcia.Aby zapobiec rozładowaniu akumulatora przez panel słoneczny przy słabym oświetleniu, dioda Schottky'ego typu IN5817 jest połączona szeregowo z panelem. Gdy akumulator jest w pełni naładowany, prąd pobierany z panelu słonecznego wynosi około 50mA przy 19V.

Jako obciążenie testowe zastosowano samodzielnie wykonaną fitolampę LED na 4 fito-LED połączonych szeregowo o mocy 1 W, rezystor typu MLT-2 o rezystancji 30 Ohm został połączony szeregowo z diodami LED. Przy napięciu 12,6 V prąd pobierany przez lampę wyniesie około 60 mA. Tym samym akumulator 1,2 Ah pozwala na zasilanie tej lampy przez około 20 godzin.

Ogólnie zmontowana konstrukcja autonomiczna okazała się dość wydajna z technicznego punktu widzenia. Jednak z ekonomicznego punktu widzenia, biorąc pod uwagę koszt baterii słonecznej, baterii i jednostki sterującej, obraz jest ponury. Bateria słoneczna kosztuje 2700 rubli, bateria 12 V 1,2 Ah kosztuje około 500 rubli, jednostka sterująca kosztuje 400 rubli. Autor postarał się też o zastosowanie dwóch akumulatorów 6 V 12 A/h połączonych szeregowo (będą kosztować około 3000 r), autor ładuje taki akumulator w 3-4 słoneczne dni, natomiast prąd ładowania dochodzi do 270 mA.

Całkowity koszt używanego sprzętu w minimalnej konfiguracji to 3600 rubli. Jak widać, ta fitolampa zużywa około 0,8 wata. Przy szybkości 3,5 r/kWh lampa musi być eksploatowana z sieci przy wydajności zasilania 50%, około 640 000 godzin lub 73 lata, aby uzasadnić koszt sprzętu. Jednocześnie przez taki okres niewątpliwie konieczna będzie kilkukrotna kompletna zmiana sprzętu, nikt nie odwołał degradacji baterii i fotokomórek.

Schemat urządzenia

Te płytki bardzo się nagrzewają, więc będziemy je lutować trochę na płytce drukowanej. W tym celu użyjemy sztywnego drutu miedzianego do wykonania nóżek do płytki drukowanej. Będziemy mieli 4 kawałki drutu miedzianego, aby wykonać 4 nogi do płytki drukowanej. W tym celu można również użyć listew szpilkowych zamiast drutu miedzianego.

Ogniwo słoneczne jest podłączone odpowiednio do zacisków IN+ i IN- płytki ładującej TP4056. Na dodatnim końcu włożona jest dioda w celu zabezpieczenia przed odwróceniem napięcia. Płyty BAT+ i BAT- są następnie podłączane do końców +ve i -ve akumulatora. To wszystko, czego potrzebujemy do naładowania baterii.

Teraz, aby zasilić płytkę Arduino, musimy zwiększyć moc wyjściową do 5V. Do tego obwodu dodajemy więc wzmacniacz napięcia 5V. Podłącz -ve baterie do IN- wzmacniacza i ve+ do IN+, dodając przełącznik między nimi. Płytkę booster podłączyliśmy bezpośrednio do ładowarki, ale zalecamy zamontowanie tam przełącznika SPDT. Dlatego też, gdy urządzenie ładuje baterię, jest ona naładowana i nie jest używana.

Ogniwa słoneczne są podłączone do wejścia ładowarki baterii litowej (TP4056), której wyjście jest połączone z baterią litową 18560. Do akumulatora podłączony jest również wzmacniacz napięcia 5V, który służy do konwersji z 3,7VDC na 5VDC.

Napięcie ładowania wynosi zwykle około 4,2 V. Wejście wzmacniacza napięcia waha się od 0,9 V do 5,0 V. Tak więc na wejściu pojawi się około 3,7 V, gdy akumulator się rozładowuje i 4,2 V podczas ładowania. Wyjście wzmacniacza do reszty obwodu będzie utrzymywało napięcie 5V.

Ten projekt będzie bardzo przydatny do zasilania zdalnego rejestratora danych. Jak wiadomo zasilanie jest zawsze problemem dla rejestratora zdalnego, a w większości przypadków nie ma dostępnego gniazdka.

Podobna sytuacja zmusza cię do użycia baterii do zasilania obwodu. Ale w końcu bateria umrze. Nasz niedrogi projekt ładowarka słoneczna byłoby świetnym rozwiązaniem w takiej sytuacji.

Potrzebować

Przy maksymalnym naładowaniu akumulatora kontroler reguluje dopływ prądu do niego, zmniejszając go do wymaganej wartości, aby skompensować samorozładowanie urządzenia. Jeśli bateria jest całkowicie rozładowana, kontroler wyłączy każde obciążenie przychodzące do urządzenia.

Zapotrzebowanie na to urządzenie można sprowadzić do następujących punktów:

1. Ładowanie baterii jest wieloetapowe;
2. Regulacja włączania/wyłączania baterii podczas ładowania/rozładowywania urządzenia;
3. Podłączanie akumulatora przy maksymalnym naładowaniu;
4. Podłączanie ładowania z fotokomórek w trybie automatycznym.

Kontroler ładowania akumulatora do urządzeń solarnych jest ważny, ponieważ wykonywanie wszystkich jego funkcji w dobrym stanie znacznie wydłuża żywotność wbudowanego akumulatora.

Schematy połączeń

Istnieją 3 możliwe schematy łączenia paneli słonecznych ze sobą, są to: połączenie szeregowe, równoległe i szeregowo-równoległe. Teraz więcej o nich.

połączenie szeregowe

W tym obwodzie ujemny zacisk pierwszego panelu jest połączony z dodatnim zaciskiem drugiego, ujemny zacisk drugiego z trzecim zaciskiem i tak dalej. Co daje takie połączenie - dodawane będą napięcia wszystkich paneli. Innymi słowy, jeśli chcesz od razu uzyskać np. 220V, ten obwód ci w tym pomoże.ale jest rzadko używany.

Weźmy przykład. Mamy 4 panele o mocy znamionowej 12V każdy, Voc: 22,48V (jest to napięcie obwodu otwartego), na wyjściu otrzymujemy 48V. Napięcie w obwodzie otwartym \u003d 22,48 V * 4 \u003d 89,92 V. podczas gdy maksymalna moc prądu Imp pozostaje niezmieniona.

W tym schemacie nie zaleca się stosowania paneli o różnych wartościach Imp, ponieważ wydajność systemu będzie niska.

Połączenie równoległe

Ten schemat pozwala, bez podnoszenia napięcia paneli, zwiększyć prąd. Weźmy przykład. Posiadamy 4 panele o mocy znamionowej 12V każdy, napięcie obwodu otwartego 22,48V, prąd w punkcie maksymalnej mocy 5,42A. Na wyjściu obwodu napięcie znamionowe i napięcie w obwodzie otwartym pozostają niezmienione, ale maksymalna moc wyniesie 5,42 A * 4 = 21,68 A.

Połączenie szeregowo-równoległe

• Napięcie znamionowe panelu słonecznego: 12 V. • Napięcie obwodu otwartego Voc: 22,48 V. • Prąd w punkcie maksymalnej mocy Imp: 5,42 A.

Łącząc 2 panele słoneczne szeregowo i 2 równolegle na wyjściu, otrzymamy napięcie 24V, napięcie w obwodzie otwartym 44,96V, a prąd wyniesie 5,42A*2 = 10,84A.

Umożliwia to zrównoważony system i oszczędność na sprzęcie, takim jak kontroler ładowania akumulatora, ponieważ emu nie będzie musiało wytrzymać dużego napięcia w szczytowym momencie. Obwód umożliwia również użycie paneli o różnej mocy, na przykład od 2 do 12V, aby przekonwertować na 24V. Najwygodniejsza opcja sieciowa dla domu.

Najlepsze stacjonarne panele słoneczne

Urządzenia stacjonarne charakteryzują się dużymi wymiarami oraz zwiększoną mocą. Są instalowane w dużych ilościach na dachach budynków i innych wolnych przestrzeniach.Przeznaczony do użytku przez cały rok.

Sunways FSM-370M

4.9

★★★★★
punktacja redakcyjna

98%
kupujący polecają ten produkt

Model wykonany w technologii PERC, dzięki czemu jest stabilny w niekorzystnych warunkach atmosferycznych. Anodowana aluminiowa rama nie boi się ostrych uderzeń i odkształceń. Szkło hartowane o wysokiej wytrzymałości i niskiej absorpcji UV zapewnia bezpieczeństwo panelu.

Moc znamionowa to 370 W, napięcie 24 V. Akumulator może pracować w temperaturze zewnętrznej od -40 do +85 °С. Zespół diodowy zabezpiecza ją przed przeciążeniami i prądami wstecznymi, zmniejsza straty sprawności przy częściowym zacienieniu powierzchni.

Zalety:

• wytrzymała, odporna na korozję rama;
• grube szkło ochronne;
• stabilna praca w każdych warunkach;
• długa żywotność.

Wady:

wielka waga.

Sunways FSM-370M jest zalecany do stałego zasilania dużych obiektów. Doskonały wybór do umieszczenia na dachu budynku mieszkalnego lub biurowego.

Delta BST 200-24M

4.9

★★★★★
punktacja redakcyjna

96%
kupujący polecają ten produkt

Cechą Delta BST jest niejednorodna struktura modułów monokrystalicznych. Poprawiło to zdolność panelu do pochłaniania rozproszonego promieniowania słonecznego i zapewnia jego wydajną pracę nawet w pochmurnych warunkach.

Szczytowa moc akumulatora to 200 watów przy wymiarach 1580x808x35 mm. Sztywna konstrukcja wytrzymuje trudne warunki, a wzmocniona rama z otworami drenażowymi zapewnia stabilną pracę panelu podczas niepogody. Warstwa ochronna wykonana jest z hartowanego szkła antyrefleksyjnego o grubości 3,2 mm.

Zalety:

• stabilna praca w trudnych warunkach atmosferycznych;
• wzmocniona konstrukcja;
• wytrzymałość cieplna;
• rama ze stali nierdzewnej.

Wady:

kompleksowa instalacja.

Delta BST została zaprojektowana tak, aby zapewniać stałą moc przez cały rok i zapewniać niezawodne zasilanie przez wiele lat.

Feron PS0301

4.8

★★★★★
punktacja redakcyjna

90%
kupujący polecają ten produkt

Panel słoneczny Feron nie boi się trudnych warunków i pracuje stabilnie w temperaturze -40..+85 °C. Metalowa obudowa jest odporna na uszkodzenia i nie koroduje. Moc baterii to 60 W, wymiary w postaci gotowej do użycia to 35x1680x664 milimetry.

W razie potrzeby transport konstrukcji można łatwo złożyć. Dla wygodnego i bezpiecznego przenoszenia zapewniono specjalny futerał wykonany z trwałych materiałów syntetycznych. W zestawie znajdują się również dwie podpórki, kabel z klipsami oraz sterownik, który pozwala na natychmiastowe uruchomienie panelu.

Zalety:

• wytrzymałość cieplna;
• stabilna praca w każdych warunkach pogodowych;
• wytrzymała obudowa;
• szybka instalacja;
• wygodna składana konstrukcja.

Wady:

wysoka cena.

Feron można stosować przy każdej pogodzie. Dobry wybór do instalacji w prywatnym domu, ale będziesz potrzebować kilku takich paneli, aby uzyskać wystarczającą moc.

Leśny domek słoneczny 120W

4.7

★★★★★
punktacja redakcyjna

85%
kupujący polecają ten produkt

Model wykonany z wafli krzemu polikrystalicznego. Fotokomórki pokryte są grubą warstwą szkła hartowanego, co eliminuje ryzyko uszkodzeń mechanicznych oraz czynników zewnętrznych. Ich żywotność wynosi około 25 lat.

Moc baterii to 120 W, wymiary w stanie gotowym do użycia to 128x4x67 centymetrów.Zestaw zawiera praktyczną torbę wykonaną z odpornego na zużycie materiału, która ułatwia przechowywanie i transport panelu. Aby ułatwić instalację na płaskiej powierzchni, przewidziano specjalne nóżki.

Zalety:

• osłona ochronna;
• szybka instalacja;
• kompaktowy rozmiar i łatwy do przenoszenia;
• długa żywotność;
• w komplecie wytrzymała torba.

Wady:

rama jest cienka.

Woodland Sun House jest w stanie ładować akumulatory 12-woltowe. Doskonałe rozwiązanie do instalacji w wiejskim domu, bazie myśliwskiej oraz w innych miejscach oddalonych od cywilizacji.

Opcje podłączenia solarnego

Panele słoneczne składają się z kilku pojedynczych paneli. Aby zwiększyć parametry wyjściowe układu w postaci mocy, napięcia i prądu, elementy łączy się ze sobą, stosując prawa fizyki.

Połączenie kilku paneli ze sobą można wykonać za pomocą jednego z trzech schematów montażu paneli słonecznych:

• równoległy;
• spójny;
• mieszany.

Obwód równoległy polega na połączeniu ze sobą zacisków o tej samej nazwie, w których elementy mają dwa wspólne węzły zbieżności przewodów i ich rozgałęzienia.

W obwodzie równoległym plusy są połączone z plusami, a minusy z minusami, w wyniku czego prąd wyjściowy wzrasta, a napięcie wyjściowe pozostaje w granicach 12 woltów

Wartość maksymalnego możliwego prądu wyjściowego w obwodzie równoległym jest wprost proporcjonalna do liczby połączonych elementów. Zasady obliczania ilości podane są w rekomendowanym przez nas artykule.

Szeregowy obwód polega na połączeniu przeciwnych biegunów: „plus” pierwszego panelu z „minusem” drugiego. Pozostały niewykorzystany „plus” drugiego panelu i „minus” pierwszego akumulatora są podłączone do sterownika umieszczonego dalej w obwodzie.

Ten rodzaj połączenia stwarza warunki do przepływu prądu elektrycznego, w którym istnieje tylko jeden sposób przeniesienia nośnika energii ze źródła do odbiorcy.

Przy połączeniu szeregowym napięcie wyjściowe wzrasta i osiąga 24 wolty, co wystarcza do zasilania urządzeń przenośnych, lamp LED i niektórych odbiorników elektrycznych

Obwód szeregowo-równoległy lub mieszany jest najczęściej stosowany, gdy konieczne jest połączenie kilku grup akumulatorów. Stosując ten obwód, można zwiększyć zarówno napięcie, jak i prąd na wyjściu.

W przypadku schematu połączeń szeregowo-równoległych napięcie wyjściowe osiąga znak, którego charakterystyka jest najbardziej odpowiednia do rozwiązywania większości zadań domowych

Ta opcja jest również korzystna w tym sensie, że w przypadku awarii jednego z elementów konstrukcyjnych systemu, inne łańcuchy łączące nadal funkcjonują. To znacznie zwiększa niezawodność całego systemu.

Zasada montażu obwodu kombinowanego opiera się na tym, że urządzenia w każdej grupie są połączone równolegle. A połączenie wszystkich grup w jednym obwodzie odbywa się sekwencyjnie.

Łącząc różne rodzaje połączeń, złożenie baterii o niezbędnych parametrach nie będzie trudne. Najważniejsze, aby liczba podłączonych ogniw była taka, aby napięcie robocze dostarczane do akumulatorów, biorąc pod uwagę jego spadek w obwodzie ładowania, przekraczało napięcie samych akumulatorów, a jednocześnie prąd obciążenia akumulatora czas zapewnia wymaganą ilość prądu ładowania.

Potrzebować

Przy maksymalnym naładowaniu akumulatora kontroler reguluje dopływ prądu do niego, zmniejszając go do wymaganej wartości, aby skompensować samorozładowanie urządzenia. Jeśli bateria jest całkowicie rozładowana, kontroler wyłączy każde obciążenie przychodzące do urządzenia.

Zapotrzebowanie na to urządzenie można sprowadzić do następujących punktów:

1. Ładowanie baterii jest wieloetapowe;
2. Regulacja włączania/wyłączania baterii podczas ładowania/rozładowywania urządzenia;
3. Podłączanie akumulatora przy maksymalnym naładowaniu;
4. Podłączanie ładowania z fotokomórek w trybie automatycznym.

Kontroler ładowania akumulatora do urządzeń solarnych jest ważny, ponieważ wykonywanie wszystkich jego funkcji w dobrym stanie znacznie wydłuża żywotność wbudowanego akumulatora.