Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Принцип работы

При отсутствии тока с солнечной батареи контроллер находится в спящем режиме. Он не использует ни одного вата из аккумулятора. После попадания солнечных лучей на панель электрический ток начинает поступать к контроллеру. Он должен включиться. Однако индикаторный светодиод вместе с 2 слабыми транзисторами включается только тогда, когда напряжение тока достигнет 10 В.

После достижения такого напряжения ток будет проходить через диод Шоттки к аккумулятору. Если напряжение поднимется до 14 В, начнет работать усилитель U1, который откроет транзистор MOSFET. В результате светодиод погаснет, и состоится закрытие двух не мощных транзисторов. Аккумулятор заряжаться не будет. В это время будет разряжаться С2. В среднем на это уходит 3 секунды. После разрядки конденсатора С2 гистерезис U1 будет преодолен, MOSFET закроется, аккумулятор начнет заряжаться. Зарядка будет происходить до момента, когда напряжение поднимется до уровня переключения.

Самодельный контроллер: особенности, комплектующие

Устройство предназначено для работы только с одной солнечной панелью, которая создает ток с силой, не более 4 А. Емкость аккумулятора, зарядкой которого управляет контроллер, является 3 000 А*ч.

Для изготовления контроллера нужно подготовить следующие элементы:

2 микросхемы: LM385-2.5 и TLC271 (является операционным усилителем);
3 конденсатора: С1 и С2 являются маломощными, имеют 100n; С3 имеет емкость 1000u, рассчитан на 16 V;
1 индикаторный светодиод (D1);
1 диод Шоттки;
1 диод SB540. Вместо него можно использовать любой диод, главное, чтобы он мог выдержать максимальный ток солнечной батареи;
3 транзистора: BUZ11 (Q1), BC548 (Q2), BC556 (Q3);
10 резисторов (R1 – 1k5, R2 – 100, R3 – 68k, R4 и R5 – 10k, R6 – 220k, R7 – 100k, R8 – 92k, R9 – 10k, R10 – 92k). Все они могут быть 5%. Если хочется большей точности, то можно взять резисторы 1%.

Подбор контроллера по напряжению и току солнечных батарей и акб

Большинство выпускаемых солнечных батарей имеет номинальное напряжение 12 или 24 вольта. Это сделано для того чтобы можно было заряжать аккумуляторные батареи без дополнительного преобразования напряжения. Аккумуляторные батареи появились значительно раньше солнечных батарей и имеют распространённый стандарт номинального напряжения на 12 или 24 вольта. Соответственно большинство контроллеров для солнечных батарей выпускается с номинальным рабочим напряжением равным 12 или 24 вольта, а также двухдиапазонные на 12 и 24 вольта с автоматическим распознаванием и переключением напряжения.

Номинальное напряжение на 12 и 24 вольта достаточно низкое для мощных систем. Для получения необходимой мощности приходится увеличивать количество солнечных батарей и аккумуляторов, соединяя их в параллельные контуры и значительно увеличивая силу тока. Увеличение силы тока ведет к нагреву кабеля и электрическим потерям. Необходимо увеличивать толщину кабеля, возрастает расход металла. Также необходимы мощные контроллеры, рассчитанные на высокий ток, такие контроллеры получаются очень дорогими.

Чтобы исключить возрастание тока, контроллеры для мощных систем делают для номинально рабочего напряжения на 36, 48 и 60 Вольт. Стоит заметить, что напряжение контроллеров кратно по напряжению 12 вольтам, для того чтобы можно было подключать солнечные батареи и акб в последовательные сборки. Контроллеры с кратным напряжением выпускаются только для технологии зарядки ШИМ.

Как видно ШИМ контроллеры выбираются с напряжением кратным 12 вольтам, причем в них входное номинальное напряжение от солнечных батарей и номинальное напряжение контура подключенных аккумуляторов должно быть одинаковым, т.е. 12В от СБ – 12В к АКБ, 24В на 24, 48В на 48В.

У контроллеров MPPT входное напряжение может быть равным или произвольно выше в несколько раз без кратности 12 Вольтам. Обычно MPPT контроллеры имеют входное напряжение от солнечных батарей от 50 Вольт для простых моделей и до 250 вольт для мощных контроллеров. Но следует учесть, что опять же производители указывают максимальное входное напряжение, и при последовательном подключении солнечных батарей следует складывать их максимальное напряжение, или напряжение холостого хода. Проще говоря: входное максимальное напряжение любое от 50 до 250В, в зависимости от модели, номинальное или минимальное входное при этом будет 12, 24, 36 или 48В. При этом выходное напряжение для заряда АКБ у контроллеров MPPT стандартное, часто с автоматическим определением и поддержкой напряжений на 12, 24, 36 и 48 Вольта, иногда 60 или 96 вольт.

Существуют серийные промышленные очень мощные MPPT контроллеры с входным напряжением от солнечных батарей на 600В, 800В и даже 2000В. Данные контроллеры также можно свободно приобрести у российских поставщиков оборудования.

Окромя выбора контроллера по рабочему напряжению, контроллеры следует выбирать по максимальному входному току от солнечных батарей и максимальному току заряда акб.

Для ШИМ контроллера, максимальный входной ток от солнечных батарей будет переходить в зарядный ток АКБ, т.е. контроллер не будет заряжать большим током, чем выдают подключенные к нему солнечные батареи.

В MPPT контроллере все иначе, входной ток от солнечных батарей и выходной ток для заряда акб – это разные параметры. Эти токи могут быть равными, если номинальное напряжение подключенных солнечных батарей равно номинальному напряжению подключенных акб, но тогда теряется суть преобразования MPPT, и эффективность контроллера уменьшается. В MPPT контроллерах номинальное входное напряжение от солнечных батарей должно быть выше номинального напряжения подключенных АКБ оптимально в 2-3 раза. Если входное напряжение выше ниже чем в 2 раза, к примеру, в 1,5 раза, то будет меньшая эффективность, а выше более чем в 3 раза, то будут большие потери на разницу преобразования напряжения.

Соответственно входной ток всегда будет равен или ниже максимальному выходному току заряда АКБ. Отсюда следует, что MPPT контроллеры необходимо выбирать по максимальному зарядному току АКБ. Но чтобы не превысить данный ток, указывается максимальная мощность подключаемых солнечных батарей, при номинальном напряжении контура подключенных АКБ. Пример для контроллера заряда MPPT на 60 Ампер:

800Вт при напряжении АКБ электростанции 12В;
1600Вт при напряжении АКБ электростанции 24В;
2400Вт при напряжении АКБ электростанции 36В;
3200Вт при напряжении АКБ электростанции 48В.

Следует заметить, что данная мощность при 12 вольт указана для зарядного напряжения от солнечных панелей в 13 – 14 Вольт, и кратна для остальных систем с напряжениями на 24, 36 и 48вольт.

Самодельный контроллер заряда

Разместил 29.03.2009 nik34

nik34 прислал: Приведена простая схема самодельного контроллера заряда свинцового 12В аккумулятора от солнечной батареи. При изменении номиналов элементов может быть адаптирована и для зарядки других аккумуляторов.

Поделиться этой страницей в:

Это перевод статьи, взятой . Эта схема предназначена для зарядки герметичного свинцового аккумулятора на 12В от маломощной солнечной панели, дающей ток до нескольких ампер. Последовательный защитный диод, который обычно ставят на выходе солнечной батареи для предотвращения разряда аккумуляторов в то время, когда солнце отсутствует, здесь заменен полевым транзистором, который управляется компаратором.

Контроллер будет останавливать зарядку, когда предустановленное (температурно компенсированное) напряжение на аккумуляторе достигнет заданного, и восстановит зарядку, когда оно упадёт ниже этого порога. Нагрузка же будет отключаться от аккумулятора, когда напряжение на нём опустится ниже 11В и будет снова подключена когда оно поднимется до 12.5В.

Схема имеет следующие характеристики:

Напряжение заряда Vbat = 13.8V (настраивается), измеряется при наличии тока зарядки;
Отключение нагрузки когда Vbat < 11V (настраивается), включение при 12.5V;
Температурная компенсация напряжения зарядки;
Малопотребляющий компаратор TLC339 может быть заменён на дешёвый TL393(или 339);
Ток потребления менее 0.5mA при использовании TLC393;
Падение напряжение на ключах менее 20mВ при зарядке током 0.5А. (Можно использовать и более качественные полевые транзисторы с меньшим сопротивлением канала в открытом состоянии для получения лучших результатов).

Примечание: Зарядный ток ограничен только возможностями солнечной батареи. Схема никак на него не влияет.

Собственно схема приведена на рисунке ниже.

Эта схема прекрасно работала в течение года. Разводка платы была сделана в CorelDraw 4 файл платы можно скачать отсюда — . После изготовления, плата выглядела примерно так.

Примечание: на плате также были расположены три DC/DC-конвертора (на 9, 6 и 3В), поэтому сам контроллер занимает только правую часть на плате. Я не использовал радиаторы дл охлаждения, поэтому кому они понадобятся пусть думает как их примостить на плате самостоятельно.

Накопитель со всеми компонентами (аккумуляторы 2шт по 2.2Ач, DC/DC-конверторами и индикацией) выглядит так.

Подбор по стоимости

Важным критерием выбора контроллера является стоимость контроллера. При возникновении вопроса, какой контроллер купить, дороже или дешевле, в случаях небольших солнечных электростанций возникает решение, купить контроллер проще и дешевле, а на разницу в цене купить еще одну две солнечные батареи.

Если вы хотите установить простую автономную электростанцию на солнечных батареях, то стоит выбрать недорогой, но качественный ШИМ контроллер, с запасом по мощности в 20-30%.

Если же вы очень критично относитесь к установке электростанции, вам важно все параметры станции, высокая эффективность, контроль параметров, возможности удаленного управления, а также переключение между электростанцией и электросетью, или автоматическое включение генератора, то стоит приобрести продвинутый, современный, MPPT контроллер, с множеством функций, встроенных защит, возможностью управления внешними устройствами и перераспределением нагрузок

Инструкция по применению

Прежде чем изучить инструкцию по применению контроллера, необходимо запомнить три параметра, которые необходимо соблюдать при эксплуатации данных электронных устройств, это:

Входное напряжение устройства должно превышать на 15 – 20% напряжение «холостого хода» солнечной панели.
Для ШИМ (PWM) аппаратов — номинальный ток должен превышать на 10% ток короткого замыкания в линиях подключения источников энергии.
MPPT — контроллер должен соответствовать мощности системы, плюс 20% от этого значения.

Для успешной эксплуатации прибора необходимо изучить инструкцию по его эксплуатации, которая всегда прилагается к подобным электронным устройствам.

Инструкция информирует потребителя о следующем:

Требования техники безопасности – в данном разделе определяются условия при которых эксплуатация прибора не приведет к поражению потребителя электрическим током и прочим негативным последствиям.

Вот основные из них:

Перед установкой и настройкой контроллера, необходимо отключить солнечные панели и аккумуляторные батареи от прибора посредством коммутационных аппаратов;
Исключить попадание воды на электронный прибор;
Контактные соединения должны быть плотно затянуты, дабы избежать их нагрева в процессе работы.
Технические характеристики устройства – этот раздел позволяет выбрать прибор по предъявляемым к нему требованиям в конкретной схеме и месте установки.

Как правило, это:

Виды регулировок и настроек прибора;
Режимы работы прибора;
Описываются элементы управления и индикации устройства.
Способы и место монтажа – каждый контроллер монтируется в соответствии с требованиями завода – изготовителя, что позволяет эксплуатировать устройство продолжительное время и с гарантированным качеством.

Дается информация по:

Месту и пространственному размещению устройства;
Указываются габаритные размеры до инженерных сетей и устройств, а также элементов строительных конструкций, по отношению к монтируемому прибору;
Даются установочные размеры для мест крепления устройства.
Способы включения в систему – данный раздел объясняет потребителю к какой клемме и как, следует выполнить подключение, для запуска в работу электронного прибора.

Сообщается:

В какой последовательности следует выполнять включение прибора в рабочую схему;
Указываются недопустимые действия и мероприятия при включении прибора.
Настройка прибора – важная операция, от которой зависит работа всей схемы солнечной электростанции, ее надежность.

В данном разделе сообщается о том как:

Какие индикаторы и как сигнализируют о режиме работы прибора и его неисправностях;
Дается информация как настроить нужный режим работы устройства по времени суток, режимам нагрузок и иным параметрам.
Виды защиты – в этом разделе сообщается от каких аварийных режимов защищено устройство.

Как вариант это может быть:

Защита от короткого замыкания в линии соединяющей прибор с солнечной панелью;
Защита от перегрузки;
Защита от короткого замыкания в линии соединяющей прибор с аккумуляторной батареей;
Неправильное подключение солнечных панелей (обратная полярность);
Неправильное подключение аккумуляторной батареи (обратная полярность);
Защита от перегрева устройства;
Защита от высокого напряжения вызванного грозой или иными атмосферными явлениями.
Ошибки и неисправности – этот раздел разъясняет как действовать, если по какой-то причине прибор работает неправильно, или вообще не работает.

Рассматривается связь: неисправность – возможная причина неисправности – способ устранения неисправности.

Поверка и обслуживание – в этом разделе дается информация какие профилактические мероприятия необходимо выполнять, для обеспечения безаварийной работы устройства.
Гарантийные обязательства – указывается срок, в течение которого прибор может быть отремонтирован за счет производителя устройства, при условии правильной эксплуатации, в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Как соединить солнечные панели?

Схема подключения солнечных батарей для подготовленного человека не представляет заметной сложности, но для неопытных пользователей необходимы некоторые разъяснения. Необходимо знать, как производится соединение солнечных панелей между собой, как выполняется подключение солнечных батарей к остальным приборам, входящим в состав комплекта. Существуют разные варианты соединения, которые используются для получения определенных параметров выходного тока и напряжения.

Схема подключения солнечных батарей загородного дома представляет собой систему соединения всех компонентов, которые, в свою очередь, так же соединяются друг с другом определенным образом. Например, необходимо знать, как соединить солнечные панели — параллельно или последовательно. Кроме того, надо выбрать тот или иной способ соединения в батарею аккумуляторов.

Схема устройства солнечной электростанции

Перед тем, как подключить солнечную батарею, необходимо выяснить ее конфигурацию. В состав солнечной электростанции, помимо солнечных модулей, входит комплект оборудования, включающий следующие приборы и устройства:

контроллер заряда
аккумуляторные батареи (АКБ)
инвертор
коммутационные приспособления, предохранители

Контроллер выполняет диспетчерские функции, переключая систему либо в режим заряда АКБ, либо на подачу питания потребителей. Аккумуляторы получают заряд и накапливают его, отдавая энергию по мере необходимости. Если напряжение батарей достигло 14 В, контроллер прекратит процесс, иначе от перезаряда АКБ выйдут из строя. Инвертор — прибор, преобразующий постоянный ток в переменный и повышающий напряжение до стандартных значений.

Как правило, весь комплект используется в полном составе. Однако, существуют и другие, упрощенные варианты комплектации. В отдельных случаях потребители, питающиеся от постоянного тока, подключают напрямую к модулям. Это возможно только в дневное время, поэтому встречается лишь у специализированных устройств.

Также есть осветительные системы на солнечных батареях, которые не нуждаются в инверторах и работают на прямом питании от аккумуляторов. Иногда из комплекта исключают инвертор, если напряжение нагрузки не превышает 12 В постоянного тока. Этот вариант также встречается не часто и используется по возможности.

Пайка и сборка панелей

Для питания потребителей используют определенное количество модулей, которые соединяются в том или ином порядке. Сначала разрабатывается схема подключения солнечных панелей, которая позволяет получить от них максимальную эффективность.

Параллельно или последовательно?

Параллельное соединение увеличит силу тока (и мощность), оставляя напряжение неизменным.
Последовательное соединение солнечных панелей повысит напряжение до 24 В, если соединить 2 модуля. Больше не делают, так как для аккумуляторов есть только 2 допустимых варианта — либо 12, либо 24 В.

Поэтому приходится комбинировать, добиваясь, чтобы схема подключения солнечной батареи к аккумулятору давала наиболее удачный результат.

Контактный отсек

Кроме того, надо иметь четкое представление, как соединить солнечные батареи между собой. Все модули оснащены специальным контактным отсеком, размещенным на задней стороне. Он устроен очень просто — два резьбовых зажима, отмеченные знаками «+» и «-». Пайка как таковая не требуется, поскольку монтаж производят в сложных условиях, где работа с паяльником не всегда возможна. Однако, если есть возможность сделать контакт более надежным и защитить его от окисления, никаких противопоказаний нет.

Тип провода

Для соединения обычно используют одножильный медный провод сечением 4 мм2

Важно, чтобы его изоляция была устойчива к воздействию ультрафиолета. Если этого нет, производят укладку проводов в защитный гофрированный рукав

Расположения модулей

Во время соединения следует учитывать способ расположения модулей. Если они развернуты под одинаковым углом к солнцу, то все будут работать в одинаковом режиме. Однако, иногда приходится устанавливать разнонаправленные панели. Это бывает вызвано особенным устройством крыши, или желанием обеспечить более равномерную подачу питания в течение дня.

Этапы монтажных работ

Итак, перед тем, как самостоятельно устанавливать панели на крыше жилого дома, Вы должны убедиться в следующем:

На основании всех этих моментов нужно первым делом самому правильно выбрать, где лучше установить систему на крыше дома. Сразу же следует отметить, что система должна находиться на южной стороне постройки, так как именно на эту область приходится максимальное количество солнечной энергии в световой день.

После того как Вы определитесь, где именно будут размещены панели (либо коллекторы), необходимо переходить к сборке рамной конструкции и установке ее на кровлю. Обязательно используйте только металлические уголки и профиля. Изготавливать каркас из бруса не рекомендуется, т.к. он быстрее потеряет свои прочностные свойства. Лучше всего использовать квадратный профиль 25*25 мм либо уголок, но на данном этапе все сугубо индивидуально – если Вы решили установить солнечную батарею большой площади, сечение профиля должно быть на порядок больше.

Полный обзор монтажных работ

Установка креплений на крыше

Отдельное внимание нужно уделить углу наклона панелей к плоскости горизонта, а иначе говоря – земной поверхности. Для каждого региона условия немного отличаются, но обычно весной рекомендуется выполнять установку солнечных батарей под углом 45 градусов, а ближе к осени 70-75

Именно поэтому нужно заблаговременно продумать конструкцию рамы, чтобы можно было вручную выбирать, под каким углом установить систему под солнцем

Обычно раму изготавливают в форме треугольной призмы и крепят к крыше с помощью болтов

Именно поэтому нужно заблаговременно продумать конструкцию рамы, чтобы можно было вручную выбирать, под каким углом установить систему под солнцем. Обычно раму изготавливают в форме треугольной призмы и крепят к крыше с помощью болтов.

Сразу же обращаем Ваше внимание на то, что на плоской крыше или на земле не нужно выполнять горизонтальную установку панелей. В зимнее время Вам придется постоянно убирать снег с поверхностью, а иначе система не будет работать

Если воздушное пространство будет отсутствовать, ухудшиться отвод тепла, что может в дальнейшем за короткий промежуток времени вывести систему из строя! Исключением являются крыши из шифера либо ондулина, которые благодаря волнистой структуре кровельного материала, самостоятельно обеспечат подход воздуха

Еще одно не менее важное требование – между крышей и солнечной батареей обязательно должно быть воздушное пространство (актуально в том случае, если Вы решили установить панель без рамы на гибкую либо металлочерепицу). Если воздушное пространство будет отсутствовать, ухудшиться отвод тепла, что может в дальнейшем за короткий промежуток времени вывести систему из строя! Исключением являются крыши из шифера либо ондулина, которые благодаря волнистой структуре кровельного материала, самостоятельно обеспечат подход воздуха

Ну и последний важный момент установки – солнечные батареи нужно крепить в горизонтальном положении (длинной стороной вдоль дома)

Если пренебречь данным правилом может произойти неравномерный нагрев верхней и нижней области панели, что заметно снизит эффективность использовать автономной системы электроснабжения либо отопления частного дома

Ну и последний важный момент установки – солнечные батареи нужно крепить в горизонтальном положении (длинной стороной вдоль дома). Если пренебречь данным правилом может произойти неравномерный нагрев верхней и нижней области панели, что заметно снизит эффективность использовать автономной системы электроснабжения либо отопления частного дома.

Порядок монтажа системы электроснабжения участка на мачтах и стене Вы можете на данном видео:

Как правильно установить конструкцию на столбах

Крепление панелей на стене

Вот и все, что хотелось рассказать Вам о том, как установить солнечные батареи для дома своими руками! Надеемся, что предоставленная инструкция с фотоотчетами и видеоуроками была для Вас интересной и полезной!

Также читают:

Как меньше платить за свет легально
Как выбрать солнечные батареи для дома
Как сделать светодиодный прожектор своими руками
Схемы подключения солнечных батарей

Подбор контроллера по напряжению и току солнечных батарей и акб

800Вт при напряжении АКБ электростанции 12В;
1600Вт при напряжении АКБ электростанции 24В;
2400Вт при напряжении АКБ электростанции 36В;
3200Вт при напряжении АКБ электростанции 48В.

Следует заметить, что данная мощность при 12 вольт указана для зарядного напряжения от солнечных панелей в 13 — 14 Вольт, и кратна для остальных систем с напряжениями на 24, 36 и 48вольт.

Как грамотно выбрать контроллер заряда аккумулятора?

Для того, чтобы выбрать нужный контроллер, необходимо определиться с функцией, которую будет нести данное устройство и с масштабом всей установки. Если предполагается сборка небольшой солнечной системы, которая будет контролировать бытовые приборы с мощностью не более двух киловатт, то достаточно установки PWM контроллера. Если же речь идет о более мощной системе, которая будет контролировать сетевое электричество и работать в автономном режиме, тогда необходима установка MTTP контроллера. Все зависит от напряжения которое поступает на контроллер аккумулирующего устройства. PWM-контроллера способны выдержать показатели до 5 кВт, в свою очередь MTTP-модули выдерживают до 50 кВт.