Контролери заряду для сонячних батарей.

Наши партнеры ArtmMisto

Додаткове обладнання → Контролери заряду

Каталог сонячних контролерів заряду знаходиться тут

Контролер заряду-розряду акумуляторної батареї (АКБ) безсумнівно є одним з найважливіших компонентів сонячної електростанції (СЕС). Він виступає своєрідною сполучною ланкою між сонячною батареєю і акумуляторною батареєю. В його основні функціональні обов'язки входить:

- автоматичне підключення сонячної батареї на заряд АКБ;
- багатостадійний заряд акумуляторної батареї;
- автоматичне відключення сонячної батареї при повному заряді АКБ;
- автоматичне відключення навантаження при встановленому рівні розряду АКБ;
- перепідключення навантаження при заповненні заряду АКБ;

Всі ці функції необхідні для збереження ресурсу акумуляторної батареї , Передчасний вихід з ладу якої підвищує витрати на обслуговування системи. Систематичний перезаряд призводить до кипіння електроліту і спучування герметичних АКБ. Глибокий же розряд небезпечний для акумуляторів тим, що веде до сульфатации пластин і загибелі АКБ. Особливо чутливі до перезаряду і перерозряду свинцево-кислотні акумулятори, найбільш часто застосовуються в фотоелектричних системах. Детальніше про акумуляторних батареях, їх типах, особливості застосування та багато іншого читайте в розділі «Акумулятори». Зараз популярні контролери двох типів: технології ШІМ (PWM) - широтно-імпульсна модуляція (Pulse-width modulation) і МРРТ - пошук точки максимальної потужності (Maximum Power Point Tracking). Інститути, які раніше моделі контролерів відключали сонячний модулі при повній зарядці АКБ шляхом їх закорочення. Це обмежувало область застосування подібних контролерів лише сонячними батареями, які не бояться короткого замикання. Контролер з ШІМ - це послідовний контролер і він відключає зарядку НЕ закорачівая сонячні модулі. Його алгоритм роботи дозволяє досягати 100% рівень зарядки акумулятора. Відбувається це в 4 стадії, які виконуються автоматично в залежності від фактичного рівня заряду АКБ:

1) Стадія Основний заряд / Накопичення / Bulk. Коли АКБ отримує повністю весь струм сонячної батареї;

2) Стадія Поглинаючий заряд / Насичення / Absorbtion / ШІМ заряд. Коли напруга на АКБ досягає певного рівня, контролер починає підтримувати постійну напругу за рахунок ШІМ струму заряду. Це дозволяє уникнути перегріву і газоутворення в акумуляторі. Струм зменшується в міру заряду АКБ;

3) Стадія Підтримуючий заряд / Рівновага / Float. Коли АКБ повністю заряджена, зарядний напруга зменшується для запобігання подальшого нагріву або газоутворення в батареї. АКБ підтримується в зарядженому стані;

4) Стадія Врівноважуючий заряд (вирівнювання / equalization) .Тільки для АКБ відкритого типу. Багато батареї з рідким електролітом покращують свою роботу при періодичному заряді до газоутворення, при цьому вирівнюються напруги на різних банках АКБ і відбувається очищення пластин і перемішування електроліту. Зарядка акумуляторів зрівняльним зарядом - це метод контрольованої перезарядки, який передбачає перемішування електроліту і відновлює невикористовувані зони матеріалу пластин, що повністю відновлює ємність акумуляторів. Процес стадії вирівнювання супроводжується великим газовиділенням - утворюються газоподібні водень і кисень. Щоб уникнути вибуху необхідно передбачити достатню вентиляцію і усунути всі джерела запалювання.

Більшість контролерів мають незмінні призначені для користувача (заводські) налаштування режимів заряду. Найбільш правильний же заряд АКБ забезпечують контролери, що дозволяють настройку типу, ємності АКБ, напруг заряду рекомендованих виробником АКБ.

ШІМ-контролери зазвичай застосовуються в невеликих система від 100 Вт до 2 кВт, де потрібна зарядка акумуляторів невеликої ємності і встановлено трохи модулів. Деякі з них мають як світлодіодну індикацію, так і LCD-екрани, на які виводиться вся поточна інформації про роботу системи. Нижче наводяться у вигляді таблиці скорочені технічні характеристики ШІМ-контролера на прикладі Steca PR3030:

Напруга 12 / 24В Максимальний вхідний струм 30А Максимальний струм навантаження 30А Максимальна власне споживання 12МА Напруга ударного заряду 14.4 / 28.8В Напруга підтримки 13.9 / 27.8В (для герметичних АКБ)
14.1 / 28.2В (для АКБ з рідким електролітом) Напруга вирівнювання (для АКБ з рідким електролітом) 14.7 / 29.4В Напруга захисного відключення навантаження (SOC, 30%) 11.1 / 22.2В Напруга повторного підключення навантаження (SOC> 50%) 12.6 / 25.2В Інтервал робочих температур -10 ... + 50 ° С Розмір терміналів 16 / 25мм * 2 Клас захисту IP22 Габаритні розміри 187 * 96 * 44мм Вага 350г

Коли напруга на АБ досягає певного значення, алгоритм ШІМ поступово знижує струм заряду для запобігання перегріву, спухання або закипання акумуляторів. Однак заряд АБ триває для досягнення максимальної кількості енергії, що запасається в АБ. Більш того, скорочується час заряду. Результатом є більш високий ККД процесу заряду, швидкий заряд і повністю заряджена батарея. Акумулятори, які заряджаються з використанням алгоритму ШІМ, будуть підтримуватися при дуже високому середньому рівні зарядженості в типовій сонячній системі електропостачання. Крім забезпечення більш високої резервної ємності в системі, термін служби акумуляторної батареї може бути значно збільшений. При використанні алгоритму ШІМ вирівнювання елементів можливо і при більш низькій напрузі. ШІМ заряд дозволяє підтримувати окремі елементи акумуляторної батареї в більш збалансованому стані. Це важливо при використанні герметичних акумуляторів, які не допускають газовиділення. Також, це дуже корисно при використанні при заряді акумуляторів від сонячних батарей, так як на практиці в сонячних системах електропостачання дуже рідко бувають випадки, коли можлива підтримка напруги на АБ на високому рівні протягом тривалого часу. Спеціальне дослідження контролерів з ШІМ показало, що контролери підвищували сприйнятливість АБ до заряду саме внаслідок використання широтно-імпульсної модуляції струму заряду. Контролери ШІМ позводілі навіть збільшити ефективність заряду АБ на 2-8% навіть в порівнянні з контролерами, які підтримували постійну високу напругу на АБ. Ряд випробувань показав, що алгоритм ШІМ має значні переваги для підвищення сприйнятливості АБ до заряду. Це дослідження, проведене Morningstar, було проведено в однакових тестових умовах. Контролер з ШІМ дозволяв "закачати" в акумулятор на 20% -30% більше енергії від сонячних батарей, ніж on-off контролер.

Контролер МРРТ працює за технологією управління максимальними піками енергії. Це технологія, яка дозволяє заряджати АКБ з номінальною напругою нижчим, ніж номінальна напруга сонячної батареї. Наприклад з'являється можливість зарядки АКБ з номінальною напругою 12В від сонячної батареї з номінальною напругою 24В, 48В, 60В або більше. Це відбувається за рахунок відстеження точки максимальної потужності (Maximum Power Point Tracking) і перетворення напруги СБ в більш низьке, але з більшою силою струму, потужність джерела при подібному перетворенні зберігається. ККД МРРТ контролерів становить близько 94-98% -дуже висока ефективність! Інакше кажучи, щоб йшов заряд акумуляторної батареї, сонячний модуль повинен подати напругу на батарею більш високе, ніж напруга АКБ. Робоча напруга модуля з номінальною напругою 12В при стандартних умовах паспортизації (освітленість 1000Вт / м2, температура 25 ° С, спектр АМ1.5) зазвичай знаходиться в межах 17-18В. Таке робоче напруга сонячного модуля вибирається для того, щоб в спекотний сонячний день робоча напруга нагрівшись набагато вище 25 ° С модуля знизившись приблизно до 15В, як і раніше перевищувала напругу повного заряду АКБ (при температурі 25 ° С це напруга для свинцево-кислотного акумулятора дорівнює 14 ,4 В). Інакше справа йде при хмарності низької освітленості. При однаковому номінальному напрузі СБ і АКБ може в умовах низької освітленості виникнути ситуація, коли напруга сонячної батареї менше напруги акумулятора, і відповідно зарядки немає. Але ситуація змінюється, коли кілька послідовно з'єднаних модулів з напругою перевищує номінальну напругу АКБ підключаються на вхід контролера МРРТ. Чим вище загальну напругу модулів, тим при більш низькій освітленості продовжує відбуватися зарядка акумулятора. Представлені на ринку МРРТ контролери допускають вхідна напруга в інтервалі 75-150В в залежності від моделі та фірми виробника. Хоча останнім часом стали з'являтися і контролери з максимальним вхідною напругою до 200В. Найпотужніші контролери розраховані на вхідний струм 60-80А. Це дозволяє підключати на один контролер сонячні модулі сумарної потужності до 4000Вт при системному напрузі 48В. Контролер автоматично знаходить точку максимальної потужності системи сонячних модулів. Це дозволяє отримати надбавку в 30% до генерується модулями потужності в цілому за рік. Алгоритми пошуку точки максимальної потужності різноманітні, кожен має свої особливості і кожен виробник МРРТ контролерів використовує свої. Етапи зарядки МРРТ контролера ідентичні етапам зарядки контролера з ШІМ. Багато контролери МРРТ дозволяють вибір системного напруги, широкі налаштування для заряду АКБ, виконувати вирівнюючий заряд для АКБ з рідким електролітом за розкладом, мають лічильники згенерованої сонячними модулями енергії в А * год або Вт * ч подобово (останні 128 днів), помісячно і таким чином дозволяють спостерігати енергетичний баланс в системі, индицируют миттєву потужність сонячних модулів, вхідна напруга сонячних модулів, сумарний струм масиву сонячних модулів, напруга в точці максимальної потужності (МРРТ), струм в точ ке максимальної потужності, температуру АКБ (при наявності температурного датчика), за допомогою додаткового обладнання або самостійно (MS TriStar MPPT) можуть транслювати основні характеристики в мережу інтернет, мають допоміжний вихід (AUX) c допомогою якого можна управляти зовнішніми і внутрішніми функціями в залежності від температури і напруги на АКБ або на сонячних модулях, можливість об'єднання в загальну мережу з «собі подібними» або іншими сумісними продуктами для оптимальної взаємодії та обміну інформацією та ін. Тобто мають найширший набір налаштувань який тільки можна бажати. Проте список додаткових функцій зростає щорічно.

Більшість пропонованих на ринку контролерів має велику кількість ступенів захисту:

- Захист від невірної полярності підключення СБ, АКБ і навантаження;
- Захист від короткого замикання (КЗ) на вході (СБ);
- Захист від КЗ в навантаженні;
- Захист від перегріву;
- Захист навантаження від перенапруження на вході;
- Захист від блискавок варистором;
- Захист від обриву в колі АКБ;
- Запобігання розряду АКБ через СБ в нічний час;
- Електронний запобіжник.

Контролери з рідкокристалічними дисплеями можуть відображати масу корисної інформації:
- рівень заряду АКБ в процентах, званий SOC (State Of Charge);
- напруга на АКБ;
- струм сонячної батареї;
- струм зарядки АКБ;
- струм в ланцюзі навантаження;
- сумарна кількість накопичених А * год від сонячної батареї;
- сумарна кількість відданих навантаженні А * год;
- попередження про швидке відключення навантаження.

Деякі моделі контролерів мають вбудовані реле часу, що дозволяють підключати наприклад нічне освітлення (при цьому сам сонячний модуль використовується контролером в якості фотоелемента для оцінки часу доби); можуть заряджати два незалежних АКБ (зазвичай мають в назві Duo); деякі моделі мають комунікаційний порт для зв'язку з комп'ютером для моніторингу, запису даних і введення додаткових параметрів; можлива утилізація зайвої енергії на ТЕН; спеціальне тропічне (вологостійке) виконання;

Підбираються контролери конкретно до кожної сонячній системі індивідуально з урахуванням потужності як самих сонячних модулів, так і потужності навантаження. Настійно рекомендується уважно вивчати технічний опис і інструкція з експлуатації цих важливих в фотоелектричної системі приладів перед включенням їх в систему.

З пропонованих на ринку контролерів заряду ми віддаємо перевагу продукції: Xantrex, OutBack, MorningStar, Steca, Phocos, EpSolar. тут знаходиться "Каталог контролерів заряду".