Контроллер заряда для солнечной батареи

Контроллер заряда – очень важный элемент солнечной станции. Он представляет собой электронное устройство, которое контролирует и регулирует уровень заряда на аккумуляторной батарее. Именно контроллеры для солнечных батарей предохраняют АКБ как от полной разрядки, так и от чрезмерной зарядки. Если заряд АКБ максимален, то контроллер понижает уровень тока от фотомодулей до величины, которая лишь компенсирует саморазряд. А если АКБ разряжается до критических значений, регулятор прекращает подачу энергии на нагрузки.

Контроллер заряда – очень важный элемент солнечной станции. Он представляет собой электронное устройство, которое контролирует и регулирует уровень заряда на аккумуляторной батарее. Именно контроллеры для солнечных батарей предохраняют АКБ как от полной разрядки, так и от чрезмерной зарядки. Если заряд АКБ максимален, то контроллер понижает уровень тока от фотомодулей до величины, которая лишь компенсирует саморазряд. А если АКБ разряжается до критических значений, регулятор прекращает подачу энергии на нагрузки.

Таким образом, контроллеры выполняют в солнечной установке целый ряд важнейших функций:

• обеспечение многостадийного заряда АКБ;
• автоотключение АКБ при полном заряде;
• автоотключение нагрузок при минимальном заряде;
• переподключение нагрузок при восстановлении заряда;
• автоподключение фотомодулей для заряда АКБ.

Благодаря этим действиям сохраняется ресурс аккумуляторов и предотвращается их преждевременный выход из строя.

Виды

Сегодня для регулирования работы солнечной станции используется несколько типов контроллеров заряда.

On/Off

Это самый примитивный и дешевый вид контроллеров. При достижении предельного напряжения он просто-напросто отключает солнечные батареи от аккумуляторов, и заряд прекращается. На деле же АКБ еще не успевает зарядиться полностью (как правило, в это момент уровень заряда составляет 90%), для этого необходимо поддержание максимального напряжения в течение некоторого времени. Такие регулярные недозаряды негативно влияют на аккумуляторы, сильно сокращая их рабочий ресурс. Поэтому контроллер данного типа применять крайне не рекомендуется, хотя некоторых и привлекает его дешевизна.

ШИМ (PWM)-контроллеры

Такой контроллер для солнечных батарей работает по технологии широтно-импульсной модуляции. Он прекращает заряд АКБ, не закорачивая солнечные модули и позволяя набирать 100% уровня заряда. Это довольно экономичные и эффективные устройства, однако их лучше применять в регионах, где активность солнца высока. Кроме того, они чаще всего устанавливаются в системах с небольшой мощностью (до 2кВт), где требуется зарядка АКБ малой емкости.

МРРТ-контроллеры

Принцип работы этих устройств основан на управлении максимальными энергетическими пиками. Такой контроллер дороже других моделей, однако он гораздо более эффективны в эксплуатации и позволяет существенно сократить период окупаемости солнечной станции.

Данные регуляторы «вливают» в АКБ примерно на 25-30% больше энергии, чем другие приборы. Связано это с их рабочим алгоритмом. Он основан на отслеживании точки наибольшей мощности и преобразовании напряжения фотомодулей в более низкое, но имеющее большую силу тока. Мощность при таком преобразовании не меняется. Другими словами, чтобы для поддержания заряда АКБ гелиопанели должны подать напряжение более высокое, чем у аккумуляторов. КПД этих контроллеров составляет порядка 95%.

Критерии выбора

Контроллер заряда солнечной батареи нужно выбирать очень тщательно. И в первую очередь надо исходить из двух параметров:

1. Напряжение на входе. Предельно возможное напряжение для контроллера (оно указывается в его техпаспорте) должно примерно на 20% превышать напряжение «холостого хода» солнечной панели (а чаще всего – общее напряжение для группы фотомодулей). Такой запас прочности необходим потому, что, во-первых, производители нередко завышают рабочие параметры своих изделий, а во-вторых, при повышенной активности солнца напряжение гелиопанелей выше заявленного в документации).
2. Номинальный ток. Для PWM-контроллера этот параметр должен быть минимум на 10% выше тока короткого замыкания солнечной панели. MPPT-контроллер же надо выбирать по мощности. Этот параметр должен быть не ниже величины произведения выходного тока регулятора и напряжения системы. Причем значение системного напряжения надо брать для разряженных аккумуляторов. К полученному значению необходимо добавить примерно 20% запаса мощности для периодов с высокой солнечной активностью.

Не стоит пытаться сэкономить, и пренебрегать «запасом прочности», поскольку при высокой инсоляции это может привести к выходу из строя всей системы, однако и закладывать чрезмерный резерв также не надо.

Дополнительные особенности зарядных контроллеров

Современные контроллеры для солнечных батарей очень надежны и имеют несколько степеней защиты. В зависимости от модели в них реализуют:

• защиту от неправильной полярности подключения;
• защиту от коротких замыканий на входе;
• защиту от коротких замыканий в нагрузках;
• защиту от перегревов;
• защиту нагрузок от входных перенапряжений;
• защиту от разрядов молний;
• схемы предотвращения ночных разрядов АКБ;
• электронные предохранители.

Для облегчения использования и контролирования параметров системы контроллеры оснащают дисплеями. На дисплей выводится вся информация о состоянии АКБ и гелиостанции. Например, уровень заряда и напряжение аккумуляторов, ток фотомодулей, ток зарядки, ток в цепи нагрузок и отданные/накопленные ампер-часы. Также на экране высвечивается предупреждение о снижении заряда и скором отключении подачи питания на нагрузки.

Кроме того, в некоторых контроллерах предусмотрены таймеры, которые позволяют активировать ночной режим. Существуют и модели, которые способны одновременно контролировать две независимые АКБ (как правило, в их названии есть приставка «Duo»). Более совершенные регуляторы могут передавать излишки энергии (допустим, на ТЭН). Выпускаются и контроллеры, которые можно подключать к компьютеру для мониторинга и управления системой.

Самодельные контроллеры заряда

В принципе, создать самодельный контроллер заряда не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Разумеется, это будет довольно примитивная модель, но тем не менее, она будет способна выполнять свою основную функцию. Чтобы собрать такой прибор своими руками нужно, во-первых, иметь определенные схемотехнические и монтажные навыки, а во-вторых, запастись соответствующей элементной базой и принципиальной схемой. Но учитывая важность данного устройства для бесперебойной работы солнечной станции лучше все-таки приобрести надежную модель проверенного производителя. Ведь самодельный прибор вряд ли будет иметь такой же функционал, как и заводское изделие.