Контроллер заряда солнечных батарей: инструкция по выбору и установки своими руками

Контроллер солнечных батарей фото и инструкция
Контроллер заряда солнечных батарей: инструкция по выбору и установки своими руками

Если 20-й век можно назвать столетием электричества, то 21-й уже сейчас становится периодом получения энергии из альтернативных источников. Наиболее перспективным ресурсом для этой цели является Солнце, однако простого подключения панелей к источникам питания в современных СЭС недостаточно. В любой подобной схеме требуются накопители энергии – а, значит, и контроллер заряда аккумулятора солнечной батареи.

Зачем нужен контроллер заряда в схеме работы солнечной электростанции?

Задача этого электронного устройства – контролировать процесс зарядки накопителей в светлое время суток и их разрядки при отсутствии света, не допускать сбоев и скачков напряжения в системе.

Работа всей системы с включенным в нее контроллером заряда солнечной батареи происходит по следующей схеме:

  • на фотоэлементы гелиопанели падает поток электромагнитного излучения;
  • в нанесенном на подложку полупроводниковом слое возникает явление фотоэлектрического эффекта;
  • в результате энергия фотонов передается электронам, генерируя постоянный электрический ток;
  • далее происходит зарядка АКБ и подача напряжения на точки конечного потребления через инвертор для солнечной электростанции;
  • принцип же работы контроллера заряда солнечных батарей – в обеспечении зарядки и разрядки АКБ в строго определенное время и до заданной величины.

Отсутствие данного элемента в системе приведет к выдаче в сеть предельного напряжения задолго до зарядки АКБ. Это не только снижает эффективность системы, но и негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках оборудования.

Различные схемы сборки СЭС предусматривают установку контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи одним из трех способов: в блоках питания, инверторах или как самостоятельный элемент.

Отдельной разновидностью являются специфические системы мониторинга Li-On батарей (оригинальное название — Battery Monitoring System, или BMS). Такой солнечный контроллер для литиевых батарей представляет собой печатную плату, встроенную непосредственно в аккумулятор. Для небольших устройств – мобильных телефонов, ноутбуков – BMS отсекает напряжение за пределами границ 3,5 — 4,2 вольта. Для гелиосистем пороговые значение другие: от 12 до 15 вольт.

Узнайте в нашем блоге о том, как подключить солнечные батареи между собой и комплектующими.

Разновидности контроллеров для СЭС

Основной проблемой наземных гелиосистем (в отличие от панелей, развернутых в космосе) является невозможность круглосуточной генерации энергии в непрерывном режиме. Следствие этого – необходимость использования промежуточных накопителей и максимизация их эффективности. Однако избежать неполной зарядки АКБ в таких системах – задача технически сложная и дорогостоящая. А потому вопрос о том, как подобрать контроллер заряда для солнечных батарей, решается в зависимости от производительности и ожидаемых от СЭС затрат и прибылей в целом.

Компромиссом становится выбор одного из следующих вариантов:

Тип контроллера Недопущение перегрева АКБ Обеспечение 100% заряда Обеспечение max эффективности Функциональность
On / Off + низкая
PWM + + высокая
MPPT + + + очень высокая
Гибридный + + + высокая
Самодельный + низкая

1. Устройства On/Off.

Контроллер заряда для солнечной батареи типа On/Off – простой и недорогой вариант с единственной основной функцией: прерывания зарядки аккумулятора при выходе на максимальное напряжение. Главное достоинство такого устройства – гарантия того, что аккумулятор не перегреется во время работы и не выйдет из строя. Недостаток – в постоянном недоборе полного заряда, использовании в среднем только 2/3 емкости накопителя и сокращении на треть времени его службы.

2. Системы PWM (ШИМ).

Схема, использующая контроллер заряда для солнечной батареи типа PWM (ШИМ) позволяет понижать (модулировать) силу тока, так АКБ заряжается дольше, но заряд набирает полностью. Таким образом можно продлить срок службы накопителей и повышает их эффективность.

3. МРРТ регуляторы.

Для владельцев гелиосистем высокой мощности и производительности вопрос о том, какой контроллер выбрать для своей солнечной батареи, не стоит вовсе. Альтернативы MPPT (Maximum power point tracking for low power photovoltaic solar panels) здесь нет – это устройство на 30-35% эффективнее любых других типов.

Контроллер солнечной батареи такого типа работает как искусственный интеллект, по сложному алгоритму в режиме реального времени вычисляя максимальную эффективность всей системы и корректируя напряжение и силу тока для выхода на оптимальные мощности.

К сожалению, MPPT-контроллеры недешевы, и потому в небольших домашних СЭС чаще других используются PWM-модели.

4. Гибридный тип

Контроллер заряда солнечных батарей гибридного типа редко используется в «чистых» гелиосистемах. Его подключение наиболее эффективно в системах «фотоэлементы + ветрогенераторы», где сила тока – часто меняющаяся величина, и существует необходимость выравнивания нагрузки на АКБ.

5. Самодельные приборы

Для совсем небольших и маломощных систем, при наличии базовых знаний и определенных навыков, контроллер заряда солнечной батареи можно собрать и своими руками. Стоимость его кратно уменьшается, но точность определения значимых величин (I, U и W) обычно дает погрешность в 10%. Кроме того, при использовании плохо сочетаемых компонентов, высока вероятность вывода оборудования из строя.

Более того, в такой простейшей системе есть смысл контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи заменить обычным аналоговым коммутатором или диодом (чтобы ночью не произошло самопроизвольной разрядки АКБ через фотопанель).

Для СЭС более высокой мощности и надежности регулятор предпочтительнее все же купить.

Как подобрать контроллер заряда солнечных батарей (тонкости выбора)?

При покупке необходимо обращать внимание на следующие нюансы:

  • в моделях PWM рекомендуется выбирать те, у которых максимум напряжения на 10% превышает величину тока короткого замыкания;
  • в моделях MPPT ориентироваться на мощность , на 10% превышающую сумму мощностей всех элементов системы батарей (чрезмерная избыточность здесь не требуется – особенно с учетом минимальной стоимости контроллеров заряда солнечных батарей на 40а в 4000 грн., а на 60а – 4500 грн.);
  • при мониторинге рынка предложений при прочих равных условиях отдавать предпочтение продавцам из своего региона;
  • обратить внимание на профессионализм менеджера интернет-магазина при обсуждении деталей заказа;
  • не рассматривать вовсе предложения на контроллеры для зарядки солнечных батарей без явного указания цены.

Варианты и особенности схем подключения

Независимо от того, будет устройство встроенным или работать как самостоятельный прибор, место его установки должно быть сухим, чистым и соответствовать всем требованиям пожарной безопасности.

Рассмотрим способы подключения двух наиболее популярных типов данного оборудования: PWM и MPPT.

Простая схема подключения PWM-контроллера заряда солнечных батарей

Последовательность соблюдается следующая:

  • к клеммам установленного контроллера (далее – «К») присоединяются провода от АКБ;
  • рядом с проводом полярности « + » включается предохранитель защиты;
  • к клеммам «К» присоединяются провода от системы гелиопанелей;
  • к выводам нагрузки «К» подключается лампа соответствующего напряжения (обычно – 12V).

Важно! Любая ошибка или нарушение последовательности грозит выходом из строя оборудования. К тем же последствиям приведет подключение к контроллеру инвертора.

Схема подключения контроллера МРРТ

Если модели ШИМ в основном используются в маломощных системах, то МРРТ типы предпочтительны в СЭС большей мощности. Инструкция пошагового подключения контроллера заряда солнечной батареи (далее – «К») идентична предыдущему варианту, однако имеет ряд особенностей:

  • концовки соединительных кабелей оснащаются наконечниками обжимного типа из меди;
  • на «отрицательных» клеммах для подсоединения к «К» устанавливаются переходники, снабжаемые тумблером выключения и предохранителем (это необходимо, чтобы исключить потерю энергии);
  • перед подсоединением к «К» других устройств тумблеры на клеммах «К» ставятся в положение «выключено»;
  • после завершающего этапа соединения элементов системы (подключения к «К» солнечных модулей) к ней подводится заземление, а на самом «К» дополнительно монтируется температурный датчик.

Контроллеры заряда для гибридных пленочных панелей

Поскольку задачей контроллера является работа с АКБ, тип подключаемых к нему панелей принципиальной роли не играет. И рекомендуемое требование к его мощности в +10% к общей мощности системы тоже остается в силе.

Из-за того, что в Украине много регионов с относительно небольшим количеством солнечных дней, классические кремниевые панели не всегда наиболее эффективны. В таких условиях модули First Solar на основе тонкопленочных технологий с добавлением теллурида кадмия (Cd-Te) генерируют на 20% больше электроэнергии и имеют ряд других преимуществ. В Украине их поставщиком является компания Green Tech Trade (официальный дилер First Solar). Помимо ассортимента фотопанелей и сопутствующей продукции, на сайте компании можно бесплатно рассчитать стоимость СЭС различной мощности.