Контроллер MPPT для солнечных батарей

Важнейшее звено солнечной домашней электростанции — контроллер заряда аккумулятора. Уже из самого названия понятно, что этот прибор предназначен для управления процессом зарядки аккумуляторов. Известны случаи, когда при покупке солнечной домашней электростанции некоторые заказчики в целях экономии отказывались от этого довольно дорогостоящего прибора. В результате такой «экономии» полностью или частично выходила из строя аккумуляторная батарея, и затраты на ее восстановление или даже замену многократно превосходили стоимость одного-единственного контроллера.

Неконтролируемый зарядный ток (и/или напряжение) солнечных батарей мог превысить критическое для данного типа аккумуляторов значение, что ускоряло бы химические процессы, из-за которых аккумулятор мог разрушаться. При длительном заряде может произойти перезаряд аккумулятора, что приводит к «закипанию аккумулятора» и последующему взрыву. Наконец, при длительном разряде без подзарядки возникают необратимые химические процессы, которые делают невозможной восстановление аккумулятора.

Вот для того и применяются контроллеры, чтобы аккумуляторы служили как можно дольше. В настоящее время для солнечных домашних электростанций используются контроллеры двух типов. Первый тип – это контроллеры, работающие по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), контролирующие уровень заряда аккумуляторов. Ко второму типу относятся МРРТ-контроллеры для солнечных батарей, работающие по принципу поиска точки максимальной мощности (ТММ). МРРТ-контроллеры, в отличие от ШИМ-контроллеров, выбирая точку максимальной мощности, значительно увеличивают выработку электроэнергии фотоэлектрическими преобразователями.

Как работает MPPT-контроллер

Важнейшее звено солнечной домашней электростанции — контроллер заряда аккумулятора. Уже из самого названия понятно, что этот прибор предназначен для управления процессом зарядки аккумуляторов. Известны случаи, когда при покупке солнечной домашней электростанции некоторые заказчики в целях экономии отказывались от этого довольно дорогостоящего прибора. В результате такой «экономии» полностью или частично выходила из строя аккумуляторная батарея, и затраты на ее восстановление или даже замену многократно превосходили стоимость одного-единственного контроллера.

Неконтролируемый зарядный ток (и/или напряжение) солнечных батарей мог превысить критическое для данного типа аккумуляторов значение, что ускоряло бы химические процессы, из-за которых аккумулятор мог разрушаться. При длительном заряде может произойти перезаряд аккумулятора, что приводит к «закипанию аккумулятора» и последующему взрыву. Наконец, при длительном разряде без подзарядки возникают необратимые химические процессы, которые делают невозможной восстановление аккумулятора.

Вот для того и применяются контроллеры, чтобы аккумуляторы служили как можно дольше. В настоящее время для солнечных домашних электростанций используются контроллеры двух типов. Первый тип – это контроллеры, работающие по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), контролирующие уровень заряда аккумуляторов. Ко второму типу относятся МРРТ-контроллеры для солнечных батарей, работающие по принципу поиска точки максимальной мощности (ТММ). МРРТ-контроллеры, в отличие от ШИМ-контроллеров, выбирая точку максимальной мощности, значительно увеличивают выработку электроэнергии фотоэлектрическими преобразователями.

Как работает MPPT-контроллер

В основу работы MPPT-контроллера положен принцип «Perturb and Observe» («Отойти и следить»). То есть во время работы контроллера периодически производится сканирование всей кривой вольт-амперной характеристики фотоэлектрических модулей. Периодичность такого сканирования, как правило, лежит в пределах двух часов. Но существуют модели контроллеров, где периодичность может устанавливаться при настройке прибора и меняться от одной минуты до четырех часов.

В процессе этого сканирования контроллер находит точку максимальной мощности, фиксирует ее для своих расчетов и до следующего сканирования использует именно эти значения для вычисления мощности солнечного модуля. Сдвигая это значение вправо-влево на незначительную величину, вычисляет мощность, и, если оказывается, что новое значение мощности больше предыдущего, устанавливает это новое значение ТММ (MPP).

Вольт-амперная характеристика солнечной батареи

Практически все приборы MPPT используют именно этот метод, хотя он и не лишен некоторых недостатков. Например, одним из недостатков является то, что измерения производятся постоянно, а во время этой операции на некоторое время прекращается подача энергии от фотоэлектрических преобразователей.

Одни изготовители контроллеров подбирают параметры поиска и периодичность всеобъемлющего сканирования параметров, фиксируя их в настройках. Другие же изготовители отдают настройки на откуп потребителю, предоставляя ему самому найти оптимальный режим работы прибора и добиться максимальной отдачи от фотоэлектрических модулей.

Кроме этого необходимо учитывать изменения вольт-амперных характеристик модулей в зависимости от температуры. Чем выше температура солнечной батареи, тем меньше вырабатываемое напряжение и, как следствие, общая выработка электроэнергии. Поэтому есть вероятность того, что в некоторые моменты напряжение в ТММ окажется ниже, чем напряжение аккумуляторной батареи. Уменьшение выработки электроэнергии происходит также и при частичном затенении модуля.

Зависимость напряжения от температуры

Чтобы полностью использовать возможности MPPT-контроллера при любых условиях, фотоэлектрические модули коммутируются на повышенное напряжение, так как практически все контроллеры могут отслеживать точку максимальной мощности в большом диапазоне. Такая коммутация модулей позволяет также увеличить производство электроэнергии даже при слабой освещенности. При этом необходимо следить за тем, чтобы разница между входным напряжением и выходным была не очень велика, так как большая разница между этими значениями снижает эффективность прибора.

Гелиевый контроллер Tracer 4210A

Полное название контроллера — Y-SOLAR 40A Tracer Solar Charge Controller 12V 24V. Как уже явствует из названия, он выполнен по MPPT-технологии, которая обеспечивает работу прибора с эффективностью не менее 99.5%. Рабочее напряжение 12/24 вольт постоянного тока распознается автоматически, и это значение индицируется на жидкокристаллическом дисплее на лицевой панели контроллера. Прибор в автоматическом режиме контролирует мощность энергии от фотоэлектрических преобразователей на входе, чтобы ни при каких обстоятельствах не допустить перезаряда аккумуляторов. Для связи с различными коммуникационными терминалами (ноутбук, смартфон) в приборе реализован интерфейс RS-485, который работает в протоколе связи Modbus. Соединение с прибором доступно в любой момент времени. Контроллер работает с аккумуляторами различных типов, в том числе и с гелевыми. Имеется встроенный температурный датчик. В реальном масштабе времени ведется статистика по расходу энергии.

Y-SOLAR 40A Tracer Solar Charge Controller 12V 24V

Все изделия этой линейки приборов, работающие по алгоритму MPPT, в любой ситуации быстро и точно находят точку максимальной мощности фотоэлектрических преобразователей, что минимум на 30% повышает эффективность работы гелиевых батарей. Дисплей предназначен для выполнения двух функций – локального контроля непосредственно на приборе и для дистанционного управления контроллером. Протокол интерфейса связи Modbus расширяет возможности клиентских приложений в самых различных позициях. Это могут быть телекоммуникации базовой системы, это могут быть финансовые расчеты, это может быть уличное освещение, это может быть даже установка наблюдения за окружающей средой и так далее.

Внешний вид и разъемы контроллера

В приборе имеется встроенный фильтр ошибок внешних подключений, реализованы функция самотестирования и улучшенная электронная функция защиты, блокирующая ошибки, которые могут возникнуть при ручной настройке, и впоследствии привести к повреждению всей системы. Высококачественные компоненты прибора обеспечивают системную производительность с эффективностью не менее 98%.

Сверхбыстрая скорость отслеживания точек максимальной мощности фотоэлектрических преобразователей, широкий диапазон рабочих напряжений, несколько режимов управления нагрузкой, режим ручного управления, включение и выключение освещения, включение света в режиме таймера.

Возможные подключения контроллера

В приборе реализована функция энергостатистики в реальном масштабе времени. Возможно подключение сетевого модуля (Ebox-01) и подключение к Интернету через TCP/UDP/SNMP. Предусмотрен мониторинг с помощью персонального компьютера и подключение внешнего дисплея МТ-50. Программное обеспечение постоянно обновляется, о дополнениях и изменениях владелец прибора получает уведомления.

Вес прибора — 2.2 кг.
Размеры – 228х144х55 мм.
Стоимость – 11000 рублей

Разумеется, эти приборы не из дешевых. Но, если вы хотите, чтобы ваша домашняя электростанция работала эффективно и надежно, нужно выбирать именно то, что обеспечивает и эффективность, и надежность. Решение принимать вам.