Содержание:
Как показывает практика, автономное энергообеспечение частного дома или небольшого производственного предприятия при помощи мини-станций на солнечных батареях — прибыльное вложение инвестиций. Владельцы бытовых гелиосистем платят за энергоресурсы по «зеленым» тарифам, а фактически пользуются электричеством бесплатно.
По статистике, солнечные панели мощностью 20–30 кВт окупаются уже через 5–7 лет активной эксплуатации. Чтобы интегрировать инновационные экотехнологии в действующую схему электроснабжения частного дома, кроме самих фотопанелей, дополнительно потребуется приобрести вспомогательное оборудование: аккумулирующие емкости (АКБ), инверторы, предохранители, а также контроллер заряда солнечной батареи — регулятор напряжения.
Какие функции выполняют регуляторы для гелиосистем
Контроллер заряда разряда АКБ — компактное электронное устройство со встроенным микропроцессором, которое в автоматическом режиме распределяет электроэнергию, полученную от фотоэлементов. Первостепенная задача «умной» электроники заключается в поддержании стабильного напряжения. Кроме этого, коммутационное устройство надежно защищает стационарные аккумуляторные батареи от перезаряда и переразряда.
Среди других первостепенных задач контроллеров заряда для солнечных батарей выделяют:
- защита системы от перенапряжения и разрыва электроцепи;
- выбор оптимального значения тока для конкретного типа аккумулятора;
- мониторинг состояния АКБ (отключение при достижении 100% заряда или превышении установленного предела).
Контроллер солнечных батарей на программном уровне регулирует схему работы подключенных к системе аккумуляторов и обеспечивает оптимальный расход генерируемого электрического тока. Это повышает КПД электростанции в целом, а также в 2 раза продлевает срок эксплуатации оборудования и оптимизирует уровень заряда АКБ. Установка автоматического регулятора позволит сэкономить на сервисном обслуживании гелиосистем в будущем.
Принцип работы контроллера заряда аккумулятора
Без интеллектуальной системы распределения энергоресурсов, генерируемый ток будет поступать на клеммы АКБ постоянно, что неизбежно приведет к повышению напряжения. Для каждой аккумуляторной батареи предусмотрены собственные показатели предельного значения — этот параметр зависит от типа конструкции АКБ и температуры окружающей среды.
Когда напряжение превысит рекомендуемый уровень, возникнет перезаряд, что приведет к резкому повышению температуры электролита. Аккумулятор начнет закипать и интенсивно выбрасывать в воздух пары дистиллированной воды. Если ничего не предпринимать, то ресурс АКБ сократится вдвое. На практике известны случаи, когда аккумулирующие емкости спустя время полностью пересыхали. Чтобы этого избежать, производители модульных фотопанелей предлагают два альтернативных варианта:
- измерять напряжение вручную и самостоятельно контролировать процесс генерации и аккумуляции электрического тока;
- установить контроллер для солнечных батарей — в данном случае коммутационный прибор автоматически адаптирует работоспособность гелиосистемы под нужды потребителя.
В ночное время суток контроллер батареи находится в «спящем» режиме. После попадания лучей солнца на фотоэлементы генерируемый постоянный ток будет проходить через коммутационное устройство. Когда напряжение станет больше 10 В, электрический ток будет перенаправлен на диод Шоттки, а затем только попадет в аккумуляторную батарею.
Если напряжение превысит 14 В, автоматически включится усилитель, который откроет MOSFET — транзистор с изолированным затвором. В этот момент заряда аккумуляторов не будет. После полной разрядки конденсатора МДП-транзистор закроется, и АКБ автоматически будет заряжаться. Сам процесс подзарядки длится до того момента, пока напряжение снова не поднимется до предельного уровня.
Какие параметры контроллера надо учитывать
На контроллер для солнечной панели может поступать напряжение одновременно от нескольких гелиосистем, которые соединены по различным схемам. Чтобы контроллер заряда батареиработал правильно, крайне важно принимать во внимание суммарные показатели входного напряжения и номинальные значения тока.
Желательно предусмотреть также запас технических характеристик на уровне 20–25%. Для чего это нужно? Во-первых, производители часто завышают реальные параметры работы фотоэлементов на солнечных панелях. Во-вторых, излучение солнца нестабильно — при аномальной активности показатели солнечной энергии запросто могут превысить допустимый расчетный предел.
Формула для приблизительных расчетов — 1,2P ≤ I×U, где:
- P – суммарная мощность фотопанелей;
- I – ток на выходе коммутационного прибора;
- U – выходное напряжение под нагрузкой.
Нежелательно использовать контроллеры для солнечных панелей, как универсальные источники электропитания — не рекомендуется подключать к ним электронные приборы бытового применения, так как по умолчанию эти модули рассчитаны исключительно на «прямой контакт» с аккумуляторами.
В каком месте надо устанавливать регулятор
Монтируется устройство непосредственно между аккумуляторной батареей и активной гелиосистемой. При использовании бытовых приборов (стиральная машина, телевизор и др.) в схему подключения обязательно надо добавить 1–2 инвертора, которые необходимы для преобразования постоянного тока (12 В) в переменный на 220V. Инвертер подключается к системе сразу после АКБ.
Дополнительно потребуется установка предохранителя для надежной защиты оборудования от перегрузок и коротких замыканий. Если используется сразу несколько фотопанелей, то рекомендуется монтировать автоматические предохранители между каждым рабочим узлом системы, начиная монтаж от солнечной батареи.
Какие различают виды модулей-контроллеров
Перед тем, как выбрать контроллер заряда, не лишним будет разобраться в основных технических характеристиках приборов. Главным отличием между популярными моделями регуляторов заряда солнечных батарей считается метод обхода ограничения лимитного напряжения. Выделяют также функциональные характеристики, от которых напрямую зависит практичность и удобство использования «умной» электроники. Рассмотрим популярные и востребованные разновидности контроллеров для современных гелиосистем.
1) On/Off контроллеры
Самый примитивный и ненадежный способ распределения энергоресурсов. Его главный недостаток — аккумулирующая емкость заряжается до 70–90% от фактической номинальной емкости. Первостепенная задача On/Off моделей заключается в предотвращении перегрева и перезаряда АКБ. Контроллер для солнечной батареи блокирует подзарядку при достижении лимитного значения напряжения, поступающего «свыше». Обычно это происходит при 14,4V.
На таких солнечных контроллерах используется порядком устаревшая функция автоматического отключения режима подзарядки при достижении максимальных показателей генерируемого электрического тока, что не позволяет зарядить АКБ на 100%. Из-за этого происходит постоянный недобор энергоресурсов, что негативно сказывается на сроке службы аккумулятора. Поэтому такими солнечными контроллерами пользоваться при установке дорогостоящих гелиосистем нецелесообразно.
2) PWM контроллеры (ШИМ)
Управляющие блоки-схемы, функционирующие по методу широтно-импульсной модуляции, справляются со своими прямыми обязанностями гораздо лучше, чем приборы типа On/Off. ШИМ контроллеры предотвращают чрезмерный перегрев аккумулятора в критических ситуациях, повышают способность принятия электрического заряда и контролируют сам процесс обмена энергией внутри системы. PWM контроллер дополнительно выполняет ряд других полезных функций:
- оснащен специальным датчиком для учета температуры электролита;
- вычисляет температурные компенсации при различных напряжениях заряда;
- поддерживает работу с разными видами аккумулирующих емкостей для дома (GEL, AGM, жидко-кислотные).
Пока напряжение находится ниже 14,4 В, АКБ подключен к солнечной панели напрямую, благодаря чему процесс подзарядки происходит очень быстро. Когда показатели превысят максимально допустимое значение, солнечным контроллером напряжение автоматически будет понижено до 13,7 В — в этом случае процесс подзарядки не будет прерван и батарея зарядится на 100%. Температура работы устройства колеблется в пределах от -25℃ до 55℃.
3) МРРТ контроллер
Данный тип регулятора постоянно контролирует ток и напряжение в системе, принцип работы построен на обнаружении точки «максимальной мощности». Что это дает на практике? Использовать МРРТ контроллер выгодно, поскольку он позволяет избавиться от излишков напряжения с фотоэлементов.
Эти модели регуляторов используют широтно-импульсные преобразования в каждом отдельном цикле процесса подзарядки АКБ, что позволяет увеличить отдачу солнечных панелей. В среднем экономия составляет порядка 10–30%. Важно помнить, что ток на выходе из аккумуляторной батареи всегда будет выше входящего тока, который поступает от фотоэлементов.
МРРТ-технология обеспечивает зарядку аккумуляторов даже при облачной погоде и недостаточной интенсивности солнечного излучения. Целесообразнее применять такие контроллеры в гелиосистемах мощностью 1000 Вт и выше. МРРТ контроллер поддерживает работу с нестандартными напряжениями (28 В или другие значения). КПД держится на уровне 96–98%, а значит, практически все солнечные ресурсы будут преобразованы в постоянный электрический ток. Контроллер МРРТ считается самым лучшим и надежным вариантом для бытовых гелиосистем.
4) Гибридные контроллеры заряда
Это оптимальный вариант, если в качестве электростанции для частного дома используется комбинированная схема электроснабжения, которая состоит из гелиоустановки и ветрогенератора. Гибридные устройства могут работать по технологии МРРТ или PWM, но при этом вольтамперные характеристики будут отличаться.
Ветрогенераторы вырабатываю электричество неравномерно, что приводит к непостоянной нагрузке на аккумуляторы — они функционируют в так называемом «стрессовом режиме». При возникновении критической нагрузки солнечный контроллер гибридного типа сбрасывает избыточную энергию при помощи специальных тэнов, которые подключаются к системе отдельно.
Как подключить блок-регулятор самостоятельно
Схема контроллера заряда для подключения к гелиоустановке достаточно проста: нужно соединить между собой все рабочие элементы, не нарушая полярность. Некоторые владельцы гелиосистем придерживаются смешанного способа подключения, когда аккумуляторы соединены друг с другом параллельно, а к блоку-регулятору подключаются в последовательном порядке. Количество АКБ для подключения к системе не ограничено. Но для больших аккумулирующих «массивов» дополнительно потребуется установить мощный блок-инвертор, который справится с повышенной нагрузкой.
Домашние умельцы могут смастерить контроллер заряда батареи своими руками — для это обычно используют транзисторы, способные выдерживать силу электрического тока до 50 А, автомобильный реле-регулятор, диоды и резистор на 120 кОм. Эффективность самодельных моделей контроллеров для солнечной батареи будет «хромать», по сравнению с заводскими приборами, но для маломощных и экспериментальных гелиосистем такой вариант вполне уместен.
