Контролер заряду сонячних батарей: інструкція по вибору і установки своїми руками

Контролер заряду сонячних батарей фото
Контролер заряду сонячних батарей: інструкція по вибору і установки своїми руками

Якщо 20-е століття можна назвати століттям електрики, то 21-е вже зараз стає періодом отримання енергії з альтернативних джерел. Найбільш перспективним ресурсом для цього є Сонце, однак простого підключення панелей до джерел живлення в сучасних СЕС недостатньо. У будь-якій подібній схемі потрібні накопичувачі енергії, а, значить, і контролер заряду акумулятора сонячної батареї.

Навіщо потрібен контролер заряду в схемі роботи сонячної електростанції?

Завдання цього електронного пристрою – контролювати процес зарядки накопичувачів в світлий час доби і їх розрядки при відсутності світла, не допускати збоїв і стрибків напруги в системі.

Робота всієї системи з включеним в неї контролером заряду сонячної батареї відбувається за такою схемою:

  • на фотоелементи геліопанелі падає потік електромагнітного випромінювання;
  • в нанесеному на підкладку напівпровідниковому шарі виникає явище фотоефекту;
  • в результаті енергія фотонів передається електронам, генеруючи постійний електричний струм;
  • далі відбувається зарядка АКБ і подача напруги на точки кінцевого споживання через інвертор для сонячної електростанції;
  • принцип же роботи контролера заряду сонячних батарей – в забезпеченні зарядки і розрядки АКБ чітко в певний час і до заданої величини.

Відсутність даного елемента в системі призведе до видачі в мережу максимальної напруги задовго до зарядки АКБ. Це не тільки знизить ефективність роботи системи, а й негативно позначиться на експлуатаційних характеристиках обладнання.

Різні схеми формування СЕС передбачають установку контролера заряду акумулятора для сонячної батареї одним з трьох способів: в блоках живлення, інверторах або як самостійний елемент.

Окремим різновидом є специфічні системи моніторингу Li-On батарей (оригінальна назва – Battery Monitoring System, або BMS). Такий сонячний контролер для літієвих батарей представляє собою друковану плату, вбудовану безпосередньо в акумулятор. Для невеликих пристроїв – мобільних телефонів, ноутбуків – BMS відсікає напруга за межами 3,5 – 4,2 вольта. Для геліосистем порогові значення інші: від 12 до 15 вольт.

Дізнайтеся в нашому блозі про те, як підключити сонячні батареї між собою і комплектуючими.

Різновиди контролерів для СЕС

Основною проблемою наземних геліосистем (на відміну від панелей, розгорнутих в космосі) є неможливість цілодобової генерації енергії в безперервному режимі. Наслідок цього – необхідність використання проміжних накопичувачів і максимізація їх ефективності. Однак уникнути неповної зарядки АКБ в таких системах – завдання технічно складне і дороге. А тому питання про те, як підібрати контролер заряду для сонячних батарей, вирішується в залежності від продуктивності та очікуваних від СЕС витрат і прибутків в цілому.

Компромісом являється вибір одного з наступних варіантів:

Тип контролера Недопущення перегріву АКБ Забезпечення 100% заряду Забезпечення max ефективності Функціональность
On / Off + низька
PWM + + висока
MPPT + + + дуже висока
гібридний + + + висока
саморобний + низька

1. Пристрої On / Off.

Контролер заряду для сонячної батареї типу On / Off – простий і недорогий варіант з єдиною основною функцією: переривання зарядки акумулятора при виході на максимальну напругу. Головна перевага такого пристрою – гарантія того, що акумулятор не перегріється під час роботи і не вийде з ладу. Недолік – в постійному недоборі повного заряду, використанні в середньому тільки 2/3 ємності накопичувача і зниження на третину часу його служби.

2. Системи PWM (ШІМ).

Схема, яка використовує контролер заряду для сонячної батареї типу PWM (ШІМ) дозволяє знижувати (модулювати) силу струму, так АКБ заряджається довше, але заряд набирає повністю. Таким чином можна продовжити термін служби накопичувачів і підвищити їх ефективність.

3. МРРТ регулятори.

Для власників геліосистем високої потужності і продуктивності питання про те, який контролер вибрати для своєї сонячної батареї вирішується просто. Альтернативи MPPT (Maximum power point tracking for low power photovoltaic solar panels) тут немає – це пристрій на 30-35% ефективніше будь-яких інших типів.
Контролер сонячної батареї такого типу працює як штучний інтелект, за складним алгоритмом в режимі реального часу обчислюючи максимальну ефективність всієї системи і коригуючи напругу і силу струму для виходу на оптимальні потужності.

На жаль, MPPT-контролери недешеві, і тому в невеликих домашніх СЕС частіше за інших використовуються PWM-моделі.

4. Гібридний тип

Контролер заряду сонячних батарей гібридного типу рідко використовується в «чистих» геліосистемах. Його підключення найбільш ефективно в системах «фотоелементи + вітрогенератори», де сила струму – часто змінна величина, і існує необхідність вирівнювати навантаження на АКБ.

5. Саморобні прилади

Для зовсім невеликих і малопотужних систем, при наявності базових знань і певних навичок, контролер заряду сонячної батареї можна зібрати і своїми руками. Вартість його кратно зменшується, але точність визначення значущих величин (I, U і W) зазвичай дає похибку в 10%. Крім того, при використанні малопоєднаних компонентів, висока ймовірність виведення обладнання з ладу.

Більш того, в такій простій системі є сенс контролер заряду акумулятора від сонячної батареї замінити звичайним аналоговим комутатором або діодом (щоб вночі не відбувалося самовільної розрядки АКБ через фотопанель).

Для СЕС більш високої потужності і надійності контролер краще все ж купити.

Як підібрати контролер заряду сонячних батарей (тонкощі вибору)?

При покупці необхідно звертати увагу на такі нюанси:

  • в моделях PWM рекомендується вибирати ті, у яких максимум напруги на 10% перевищує величину струму короткого замикання;
  • в моделях MPPT орієнтуватися на потужність, щоб вона на 10% перевищує суму потужностей всіх елементів системи батарей (великий запас тут не потрібний – особливо з
  • урахуванням мінімальної вартості контролерів заряду сонячних батарей на 40а в 4000 грн., а на 60а – 4500 грн.);
  • при моніторингу ринку пропозицій за рівних умов краще віддати перевагу продавцям зі свого регіону;
  • звернути увагу на професіоналізм менеджера інтернет-магазину під час обговорення деталей замовлення;
  • не розглядати зовсім пропозиції на контролери для зарядки сонячних батарей без явної вказівки ціни.

Варіанти і особливості схем підключення

Незалежно від того, буде пристрій вбудованим або працюватиме як самостійний прилад, місце його установки повинне бути сухим, чистим і відповідати всім вимогам пожежної безпеки.

Розглянемо способи підключення двох найбільш популярних типів даного обладнання: PWM і MPPT.

Проста схема підключення PWM-контролера заряду сонячних батарей

Послідовність підключення наступна:

  • до клем встановленого контролера (далі – «К») приєднуються провода від АКБ;
  • поряд з проводом полярності «+» включається запобіжник захисту;
  • до клем «К» приєднуються проводи від системи геліопанелей;
  • до виводу навантаження «К» підключається лампа відповідної напруги (зазвичай – 12V).

Важливо! Будь-яка помилка або порушення послідовності загрожує виходом з ладу обладнання. До тих самих наслідків призведе підключення до контролера інвертора.

Схема підключення МРРТ

Якщо моделі ШІМ в основному використовуються в системах до 2 кВт, то МРРТ типи контролерів – в СЕС більшої потужності. Інструкція покрокового підключення контролера заряду сонячної батареї (далі – «К») ідентична попередньому варіанту, однак має ряд особливостей:

  1. кінці сполучних кабелів оснащуються наконечниками обжимного типу з міді;
  2. на «негативних» клемах для під’єднання до «К» встановлюються перехідники, що забезпечуються тумблером виключення і запобіжником (це необхідно, щоб уникнути втрат енергії);
  3. перед підключенням до «К» інших пристроїв тумблери на клемах «К» ставляться в положення «вимкнено»;
  4. після завершального етапу з’єднання елементів системи (підключення до «К» сонячних модулів) до неї підводиться заземлення, а на самому «К» додатково монтується температурний датчик.

Контролери заряду для гібридних плівкових панелей

Оскільки завданням контролера є робота з АКБ, тип підключених до нього панелей принципової ролі не грає. І рекомендована вимога до його потужності в + 10% до загальної потужності системи теж залишається в силі.

Через те, що в Україні багато регіонів з відносно невеликою кількістю сонячних днів, класичні кремнієві панелі не завжди найбільш ефективні. В таких умовах модулі First Solar на основі тонкоплівкових технологій з додаванням телуриду кадмію (Cd-Te) генерують на 20% більше електроенергії і мають ряд інших переваг. В Україні їх постачальником є компанія Green Tech Trade (офіційний дилер First Solar). Крім асортименту фотопанелей і супутньої продукції, на сайті компанії можна безкоштовно розрахувати вартість СЕС різної потужності.