Своими руками солнечный контроллер: Солнечный контроллер – Контроллер для солнечной батареи своими руками — Cheholshop.ru

Содержание

Контроллеры для солнечных батарей своими руками — Печи и камины

Самодельный контроллер для солнечной панели

Контроллер очень прост и состоит всего из четырех деталей.

Это мощный транзистор ( я использую IRFZ44N выдерживает ток до 49Ампер).

Автомобильное реле-регулятор с управлением по плюсу (ВАЗ «классика»).

Диод по мощнее, чтобы держал ток отдаваемый солнечной панелью ( к примеру из автомобильного диодного моста).

Принцип работы тоже очень простой. Пишу для совсем не понимающих в электронике людей, так-как сам в ней ничего не понимаю.

Реле регулятор подключается к АКБ, минус на алюминиевую основу (31к), плюс на (15к), с контакта (68к) провод через резистор подсоединяется к затвору транзистора. У транзистора три лапки, первая это затвор, вторая сток, третья исток. Минус солнечной панели подключается к истоку, а плюс к АКБ, со стока транзистора минус солнечной панели идет на АКБ.

Когда реле-регулятор подключен и работает, то плюсовой сигнал с (68к) отпирает затвор и ток с солнечной панели течет через исток-сток в АКБ, а когда напряжение на АКБ превысит 14 вольт, реле-регулятор отключает плюс и затвор транзистора разряжаясь через резистор на минус закрывается тем самым разрывает минусовой контакт солнечной панели, и она отключается. А когда напряжение немного упадет реле-регулятор снова подаст плюс на затвор, транзистор откроется и снова ток от панели потечет в аккумулятор. Диод на плюсовом проводе СБ нужен чтобы ночью аккумулятор не разряжался, так-как без света солнечная панель сама потребляет электроэнергию.

Ниже наглядный рисунок соединения элементов контроллера.

Ниже не совсем понятная фотография этого контроллера, вот так грубо и неряшливо просто на корпусе ящика закреплены все детали контроллера. Транзистор немного греется и я его закрепил на маленький вентилятор. Параллельно резистору поставил маленький светодиод, который показывает работу контроллера. Когда горит СБ подключена, когда нет значит аккумулятор заряжен, а когда быстро мигает аккумулятор почти заряжен и просто подзаряжается.

Этот контроллер работает уже более полугода и за это время никаких проблем, подключил и все, теперь не слежу за АКБ, все само работает. Это мой второй контроллер, первый я собирал для ветрогенераторов как балластный регулятор, о нем смотрите в предыдущих статьях в разделе мои самоделки.

Внимание — контроллер оказывается не полностью рабочий. После некоторого времени работы вяснилось что транзистор в данной схеме не полностью закрывается, и в аккумулятор все равно продалжает течь ток даже при привышении 14 вольт

А сейчас у меня в качестве контроллера балластный регулятор стоит, который отлично работает уже продрлжительное время. Как только напряжение переваливает за 14 вольт транзистор открывается и включает лампочку, которая сжигает все излишки энергии. Одновременно сейчас две солнечные панели и ветрогенератор на этом балласте.

Самодельный контроллер для солнечной панели

Контроллер для солнечной панели своими рукам , контроллер СБ, моя конструкция простейшего контроллера

Источник: e-veterok.ru

Контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи: зачем нужен и как работает

Схема контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи строится на базе чипа, который является ключевым элементом всего устройства в целом. Чип – основная часть контроллера, а сам контроллер – это ключевой элемент гелиосистемы. Данное устройство отслеживает работу всего устройства в целом, а также руководит зарядкой аккумулятора от солнечных батарей.

Необходимость

При максимальном заряде аккумулятора, контроллер будет регулировать подачу тока на него, уменьшая ее до необходимой величины компенсации саморазряда устройства. Если же аккумулятор полностью разряжается, то контроллер будет отключать любую входящую нагрузку на устройство.

Необходимость этого устройства можно свести к следующим пунктам:

Зарядка аккумулятора многостадийная;

Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
Подключение зарядки от фотоэлементов в автоматическом режиме.

Контроллер заряда аккумулятора для солнечных устройств важен тем, что выполнение всех его функций в исправном режиме сильно увеличивает срок службы встроенного аккумулятора.

Как работает контроллер зарядки аккумулятора

В отсутствие солнечных лучей на фотоэлементах конструкции он находится в спящем режиме. После появления лучей на элементах контроллер все еще находится в спящем режиме. Он включается лишь в том случае, если накопленная энергия от солнца достигает 10 В напряжения в электрическом эквиваленте.

Как только напряжение достигнет такого показателя, устройство включится и через диод Шоттки начнет подавать ток к аккумулятору. Процесс зарядки аккумулятора в таком режиме будет продолжаться до тех пор, пока напряжение, получаемое контроллером, не достигнет 14 В. Если это произойдет, то в схеме контроллера для солнечной батареи 35 ватт или любого другого будут происходить некоторые изменения. Усилитель откроет доступ к транзистору MOSFET, а два других, более слабых, будут закрыты.

Таким образом, заряд аккумулятора прекратится. Как только напряжение упадет, схема вернется в начальное положение и зарядка продолжится. Время, отведенное на выполнение этой операции контроллеру около 3 секунд.

Данный тип устройств считается наиболее простым и дешевым. Его единственная и главная задача – это отключение подачи заряда на аккумулятор при достижении максимального напряжения для предотвращения перегрева.

Однако данный тип имеет определенный недостаток, который заключается в слишком раннем отключении. После достижения максимального тока необходимо еще пару часов поддерживать процесс заряда, а этот контроллер сразу его отключит.

В результате зарядка аккумулятора будет в районе 70% от максимальной. Это негативно отражается на аккумуляторе.

Данный тип является усовершенствованным On/Off. Модернизация заключается в том, что в него встроена система широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Эта функция позволила контроллеру при достижении максимального напряжения не отключать подачу тока, а уменьшать его силу.

Из-за этого появилась возможность практически стопроцентной зарядки устройства.

Данный типаж считается наиболее продвинутым в настоящее время. Суть его работы строится на том, что он способен определить точное значение максимального напряжения для данного аккумулятора. Он непрерывно следит за током и напряжением в системе. Из-за постоянного получения этих параметров процессор способен поддерживать наиболее оптимальные значения тока и напряжения, что позволяет создать максимальную мощность.

Если сравнивать контроллер МРРТ и PWN, то эффективность первого выше примерно на 20-35%.

Параметры выбора

Критериев выбора всего два:

Первый и очень важный момент – это входящее напряжение. Максимум данного показателя должен быть выше примерно на 20% от напряжения холостого хода солнечной батареи.
Вторым критерием является номинальный ток. Если выбирается типаж PWN, то его номинальный ток должен быть выше, чем ток короткого замыкания у батареи примерно на 10%. Если выбирается МРРТ, то его основная характеристика – это мощность. Этот параметр должен быть больше, чем напряжение всей системы, умноженной на номинальный ток системы. Для расчетов берется напряжение при разряженных аккумуляторах.

Как сделать своими руками

Если нет возможности приобрести уже готовый продукт, то его можно создать своими руками. Но если разобраться в том, как работает контроллер заряда солнечной батареи довольно просто, то вот создать его будет уже сложнее. При создании стоит понимать, что такой прибор будет хуже аналога, произведенного на заводе.

Это простейшая схема контроллера солнечной батареи, которую создать будет проще всего. Приведенный пример пригоден для создания контроллера для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора с напряжением в 12 В и подключением маломощной солнечной батареей.

Если заменить номинальные показатели на некоторых ключевых элементах, то можно применять эту схему и для более мощных систем с аккумуляторами. Суть работы такого самодельного контроллера будет заключаться в том, что при напряжении ниже, чем 11 В нагрузка будет выключена, а при 12,5 В будет подана на аккумулятор.

Стоит сказать о том, что в простой схеме используется полевой транзистор, вместо защитного диода. Однако если есть некоторые знания в электрических схемах, можно создать контроллер более продвинутый.

Данная схема считается продвинутой, так как ее создание намного сложнее. Но контроллер с таким устройством вполне способен на стабильную работу не только с подключением к солнечной батарее, а еще и к ветрогенератору.

Контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи: зачем нужен и как работает

Схема контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи: как он работает. Зачем нужен контроллер в солнечных батареях. Как своими руками сделать контроллер заряда: видео.

Источник: solar-energ.ru

Контроллер заряда для солнечных батарей

Одним из важнейших компонентов домашней солнечной электростанции является контроллер заряда аккумуляторов. Именно это устройство следит за процессом заряда/разряда аккумуляторов, поддерживая оптимальный режим их работы. Существует множество схем контроллеров для солнечных батарей – от самых простых, выполненных порою кустарным способом, до очень сложных, с применением микропроцессоров. Причем контроллеры заряда для солнечных батарей, сделанные своими руками, частенько работают лучше аналогичных промышленных устройств такого же типа.

Для чего нужны контроллеры заряда аккумуляторов

Если аккумулятор подсоединить напрямую к клеммам солнечных батарей, то заряд его будет происходить непрерывно. В конечном итоге на уже полностью заряженный аккумулятор будет продолжать поступать ток, что вызовет повышение напряжения на несколько вольт. В результате происходит перезаряд АКБ, повышается температура электролита, причем эта температура достигает таких значений, что электролит закипает, происходит резкий выброс паров из банок аккумулятора. Как следствие, может произойти полное испарение электролита и высыхание банок. Естественно, это не добавляет «здоровья» аккумулятору и резко снижает ресурс его работоспособности.

Вот, чтобы не допустить подобных явлений, чтобы оптимизировать процессы заряда/разряда, и нужны контроллеры.

Три принципа построения контроллеров заряда

По принципу действия различают три типа солнечных контроллеров.
Первый, самый простой тип – это устройство, выполненное по принципу «On/Off» («Вкл./Выкл.»). Схема такого аппарата представляет собой простейший компаратор, который включает или выключает цепь заряда в зависимости от значения напряжения на клеммах аккумулятора. Это самый простой и дешевый тип контроллеров, но и способ, которым он производит заряд, самый ненадежный. Дело в том, что контроллер отключает цепь заряда по достижении предельного значения напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Но при этом не происходит полного заряда банок. Максимально достигается не более 90% заряда от номинального значения. Вот такой постоянный недобор заряда значительно уменьшает работоспособность аккумулятора и срок его работы.

Второй тип контроллеров – это устройства, построенные по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Это более сложные аппараты, в которых кроме дискретных компонентов схемы имеются уже и элементы микроэлектроники. Аппараты на базе ШИМ (англ. – PWM) осуществляют зарядку аккумуляторов ступенчато, выбирая оптимальные режимы заряда. Эта выборка производится автоматически и зависит от того, как глубоко разряжены АКБ. Контроллер повышает напряжение, одновременно понижая силу тока, обеспечивая тем самым полную зарядку аккумуляторной батареи. Большой недостаток ШИМ-контроллера – заметные потери в режиме зарядки аккумулятора – теряются до 40%.

Третий тип – это контроллеры MPPT, то есть работающие по принципу отыскания точки максимальной мощности солнечного модуля. В процессе работы устройства этого типа используют максимально доступную мощность для любого режима заряда. По сравнению с другими, аппараты этого типа отдают на заряд аккумуляторных батарей примерно на 25% — 30% больше энергии, чем другие аппараты.

Заряд АКБ производится меньшим напряжением, чем это делают контроллеры других типов, но большей силой тока. Коэффициент полезного действия аппаратов MPPT достигает 90% — 95%.

Простейший самодельный контроллер

При самостоятельном изготовлении любого контроллера необходимо обязательно соблюдать определенные условия. Во-первых, максимальное напряжение на входе должно быть равным напряжению АКБ без нагрузки. Во-вторых, должно быть выдержано соотношение: 1,2P

Этот аппарат предназначен для работы в составе солнечной электростанции малой мощности. Принцип работы контроллера предельно прост. Когда напряжение на клеммах аккумуляторов достигнет заданного значения, заряд прекращается. В дальнейшем производится только так называемый капельный заряд.

При падении напряжения ниже установленного уровня подача энергии на аккумуляторы возобновляется. Если при работе на нагрузку в отсутствии заряда напряжение АКБ будет ниже 11 вольт, контроллер отключит нагрузку. Тем самым исключается разряд аккумуляторов в период отсутствия солнца.

Аналоговый контроллер для маломощных гелиевых систем

Аналоговые устройства используются, в основном, в гелиевых системах, имеющих небольшую мощность. В мощных системах целесообразно применять цифровые последовательные аппараты типа MPPT. Эти контроллеры прерывают зарядный ток, когда аккумулятор будет полностью заряжен. В предлагаемой схеме аналогового контролера используется параллельное подключение. При таком подключении солнечный модуль всегда соединен с аккумулятором через специальный диод. Когда напряжение на аккумуляторе достигнет заданного значения, контроллер параллельно солнечному модулю включает цепь нагрузочного сопротивления, которое принимает на себя избыток энергии от модуля.

Это устройство было разработано и собрано под конкретную систему, состоящую из солнечной панели с 36 ячейками, с выходным напряжением холостого хода 18 вольт и с током короткого замыкания до одного ампера. Емкость аккумулятора до 50 ампер-часов, при номинальном напряжении 12 вольт. Перед тем, как включить собранный аппарат в рабочую конфигурацию системы, необходимо произвести его настройку. Для быстрой настройки нужно взять предварительно заряженный аккумулятор. Солнечную батарею с соблюдением полярности нужно подключить к клеммам PV по схеме, а аккумулятор – к клеммам ВАТ. К клеммам аккумулятора необходимо также подключить цифровой вольтметр.

Теперь для получения максимальной отдачи от солнечной батареи, нужно сориентировать ее на солнце. После этого медленно поворачивать винт двадцатиоборотного переменного резистора номиналом в 100 кОм. Вращение винта производится до тех пор, пока светодиод не начнет мигать. После того, как начнется мигание, винт следует продолжать медленно поворачивать до тех пор, пока вольтметр не покажет значение напряжения на клеммах аккумулятора, равное желаемому. На этом настройка устройства завершена.

В процессе эксплуатации системы при достижении напряжением на клеммах аккумулятора предельного значения светодиод начинает выдавать краткие световые импульсы с длительными промежутками. При продолжении заряда аккумулятора длительность световых импульсов увеличивается, а интервал между ними, наоборот, сокращается.

Разумеется, при наличии определенных знаний и навыков можно собрать и более сложное устройство, например, MPPT, но если речь заходит о покупке дорогостоящего оборудования для домашней электростанции, то, вероятно, есть смысл все-таки купить промышленный аппарат, на который распространяется к тому же и гарантия изготовителя. И не подвергать аккумуляторные батареи риску повреждения.

Контроллер заряда для солнечных батарей

Контроллер заряда для солнечных батарей Одним из важнейших компонентов домашней солнечной электростанции является контроллер заряда аккумуляторов. Именно это устройство следит за процессом

Источник: solarb.ru

Солнечное электроснабжение на даче или шилд-контроллер заряда. Своими руками

Как говорят, “Большому кораблю — большое плавание”, так и “К серьезному проекту — научный и тщательный расчет!”

Естественно, все блоки для солнечного электроснабжения можно купить. (Да и вообще, можно купить в этом мире практически все. Ну, кроме, наверное, самих денег. Но тогда вообще скучно жить).

Так что, дайте попробуем максимально все сделать самостоятельно.
Итак, Солнечная панель (далее по тесту СП) и аккумулятор (далее в тексте АКБ) — ничего не попишешь… Сэкономить не удастся.
Эти компоненты придется купить.
(Небольшая поправка насчет СП. Изначально я думал собрать ее самостоятельно, из отдельных панелек (0.5 вольта при стоимости около 3 у.е.). Получалось, что как минимум мне понадобиться порядка 30 панелек. Плюс ровные руки и куча терпения и аккуратности. Но, к счастью, нашел людей продающих готовые панели для наружного применения и не очень дорого-80 у.е. Ее параметры: 20 вольт холостого хода и ток КЗ порядка 3-х Ампер. Мощность 50 Ватт. Прямо, то, что мне и нужно. Заказал, пока жду).

А вот инвертор и контроллер — все в наших руках

Мои “хотелки”:
— плата-шилд (стандартного размера)
— плата должна быть односторонней
— возможность быстрого подключения проводов (т.е., клеммники)
— вывод полезной информации на двухстрочный LCD 16х2
— LCD сделать выносным (вдруг понадобится разместить в корпус) и отключаемым (на разъемах)
— дополнительная светодиодная индикация (что бы издалека понимать, что происходит)
— автономная работа устройства (т.е., без дополнительных батарей и аккумуляторов)
— безопасность работы устройства без присмотра

Условно эту схему можно разбить на следующие узлы:

Были небольшие сомнения, при выборе напряжения преобразователя 5 вольт или 9. Однако, решив, что двойное преобразование (на самой Arduino есть линейный стабилизатор) неэффективно, остановил свой выбор на 5-ти вольтовом варианте.

Контроль напряжения на АКБ и на СП. (Узлы №1 и 3 соответственно)
Берем с запасом, максимальные напряжения на выводах солнечной панели 25 вольт, на АКБ — 15 Вольт. Естественно такие напряжения напрямую подавать на Ардуино — смерти подобно.
Воспользуемся on-line калькулятором для делителя напряжения (он же Voltage Divider). Кому лень (или нет интернета :)), расчет ведется по формуле
Vout=(Ra*Vin)/(Ra+Rb).
Чтобы не “плодить номенклатуру”, резистор Ra возьмем 100 kOm.
Получаем такие величины
Для СП:
Input Voltage=25V
Ra=100kOm
Output Voltage=4.5V
=> Rb=22 kOm

Для АКБ:
Input Voltage=15V
Ra=100kOm
Output Voltage=4.5V
=> Rb=42 kOm (у меня под рукой был на 47 kOm)

Для пересчета значения “из попугаев” на входе АЦП в реальные вольты пришлось высчитать нужные коэффициенты.

Обычно PWM контроллеры работают с частотой 50/100 Герц. А у Ардуино по умолчанию на 6-ом пине ШИМ с частотой 976.5625 Герц. Короче, для изменения частоты ШИМа просто изменим значение предделителя на 1024 (вместо 64).
TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | 0x05; // prescaling 1024
И получим что-то около 61 Герца. Пока так. Естественно, при этом перестают корректно работать функции delay() и тому подобные. К счастью, в данном скетче это не критично.

В целях защиты, на плате дополнительно установлен предохранитель на 3 Ампера. (Хотя, более удобно было бы его установить в разрыв соединительных проводов).

Перемычка №3 — питание Ардуино от СП и АКБ (при использовании внешнего БП или батарейки, перемычку нужно снять)
№2 — индикатор работы преобразователя (можно отключить перемычкой №1)
№4 — регулировка контрастности LCD дисплея
№5 — делители напряжения
№6 — светодиодные индикаторы заряда батареи и состояния

Теперь переходим к софтверной части.

Над кодом я трудился несколько недель… (период отпусков, и все такое. ). При тестировании с блоком питания (вместо солнечной панели, никак не довезут) — все очень даже красиво и хорошо.

Во время зарядки, «полевик» достаточно хорошо нагревался. Я замерял его температуру (есть у нас такой прибамбас к тестеру)- и она доходила до 65 градусов Цельсия. Многовато, но вполне приемлемо.

Честно говоря, я пока не могу уверенно сказать, что КАЧЕСТВО заряда — ИДЕАЛЬНОЕ! Время покажет
Естественно, данный код можно приспособить для зарядки других аккумуляторов и реализации других алгоритмов. Как Ваша душа пожелает.

Robo Craft ->

Солнечное электроснабжение на даче или шилд-контроллер заряда. Своими руками

Как говорят, “Большому кораблю — большое плавание”, так и “К серьезному проекту — научный и тщательный

Источник: robocraft.ru

Для чего нужны и какие бывают контроллеры заряда солнечной батареи?

Среди современных гелиосистем большую популярность приобрели те, что работают автономно и не подключаются к электрической сети. То есть, они функционируют в замкнутом режиме. Например, в рамках энергоснабжения одного дома. В состав подобных систем входят солнечные панели (и/или ветряной генератор), контроллер заряда, инвертор, реле, аккумулятор, провода. Контроллер в этой схеме является ключевым элементом. В этой статье мы поговорим о том, для чего нужен контроллер солнечных батарей, какие бывают разновидности и как выбрать такое устройство.

Для чего нужен солнечный контроллер?

Как уже было сказано, контроллер заряда является ключевым элементом гелиосистемы. Это электронное устройство, работающее на базе чипа, который контролирует работу системы и управляет зарядом аккумулятора. Контроллеры для солнечных батарей не допускают полной разрядки аккумулятора и его излишнего заряда. Когда заряд аккумуляторной батареи находится на максимальном уровне, то величина тока от фотоэлементов уменьшается. В результате подаётся ток, необходимый для компенсации саморазряда. Если аккумулятор чрезмерно разряжен, то контроллер отключит от него нагрузку.

Итак, можно обобщить функции, которые выполняет контроллер солнечных батарей:

многостадийный заряд аккумулятора;
отключение зарядки или нагрузки при максимальном заряде или разряде, соответственно;
включение нагрузки, когда заряд батареи восстановлен;
автоматическое включение тока с фотоэлементов для зарядки аккумулятора.

Контроллер заряда солнечных батарей

Параметры выбора

На что же следует обратить внимание при выборе контроллера для солнечных батарей? Основные характеристики изложены ниже:

Входное напряжение. Максимальное напряжение, указанное в техническом паспорте, должно быть на 20 процентов выше напряжения «холостого хода» батареи фотоэлементов. Это требование появилось из-за того, что производители часто ставят завышенные параметры контроллеров в спецификациях. Кроме того, при высокой солнечной активности напряжение солнечных модулей может быть выше, чем указано в документации;
Номинальный ток. Для контроллера типа PWM номинал по току должен на 10 процентов превышать ток короткого замыкания батареи. Контроллер типа MPPT нужно подбирать по мощности. Его мощность должен быть равна или выше напряжения гелиосистемы умноженного на тока регулятора на выходе. Напряжение системы берётся для разряженных аккумуляторов. В период высокой солнечной активностью к полученной мощности следует прибавить 20 процентов про запас.

Виды контроллеров

Контроллеры On/Off

Эти модели являются самыми простыми из всего класса контроллеров заряда для солнечных батарей.

Контроллер заряда On/Off для гелиосистем

Модели типа On/Off предназначены для того, чтобы отключать заряд аккумулятора, когда достигается верхний предел напряжения. Обычно это 14,4 вольта. В результате предотвращается перегрев и излишний заряд.

С помощью контроллеров On/Off не получится обеспечить полную зарядку аккумуляторной батареи. Ведь здесь отключение происходит в том момент, когда достигнут максимальный ток. А процесс зарядки до полной ёмкости ещё необходимо поддерживать несколько часов. Уровень заряда в момент отключения находится где-то 70 процентов от номинальной ёмкости. Естественно, что это негативно отражается на состоянии аккумулятора и снижает срок его эксплуатации.
Вернуться к содержанию

Контроллеры PWM

В поисках решения неполной зарядки аккумулятора в системе с устройствами On/Off были разработаны блоки управления, основанные на принципе широтно-импульсной модуляции (сокращённо ШИМ) заряжающего тока. Смысл работы такого контроллера заключается в том, что он понижает заряжающий ток, когда достигается предельное значение напряжения. При таком подходе заряд аккумулятора доходит практически до 100 процентов. Эффективность процесса увеличивается до 30 процентов.

Контроллер заряда PWM

ШИМ контроллеры заряда для солнечных батарей специалисты рекомендуют применять в тех регионах, где наблюдается высокая активность солнечных лучей. Их часто можно встретить в гелиосистемах маленькой мощности (менее двух киловатт). Как правило, в них работают аккумуляторные батареи небольшой ёмкости.

Регуляторы типа MPPT

Контроллеры заряда МРРТ сегодня являются самыми совершенными устройствами для регулирования процесса заряда аккумуляторной батареи в гелиосистемах. Эти модели увеличивают эффективность генерации электричества на одних и тех же солнечных батареях. Принцип работы устройств MPPT основан на определении точки максимального значения мощности.

Контроллер заряда MPPT

MPPT в постоянном режиме следит за током и напряжением в системе. На основании этих данных микропроцессор подсчитывает оптимальное отношение параметров для того, чтобы достигнуть максимальной выработки по мощности. При регулировке напряжения и учитывается даже этап процесса зарядки. MPPT контроллеры солнечных батарей даже позволяют снимать большое напряжение с модулей, затем преобразовывая его в оптимальное. Под оптимальным понимается то, которое обеспечивает полную зарядку АКБ.

Если оценивать работу MPPT по сравнению с PWM, то эффективность функционирования гелиосистемы возрастёт от 20 до 35 процентов. К плюсам также стоит отнести возможность работы при затенении солнечной панели до 40 процентов. Благодаря возможности поддержания высокого значения напряжения на выходе контроллера можно использовать проводку небольшого сечения. А также можно поставить солнечные панели и блок на большее расстояние, чем в случае с PWM.
Вернуться к содержанию

Гибридные контроллеры заряда

В некоторых странах, например, США, Германии, Швеции, Дании значительную часть электроэнергии вырабатывают ветрогенераторы. В некоторых маленьких странах альтернативная энергетика занимает большую долю в энергосетях этих государств. В составе ветряных систем также работают устройства для управления процессом заряда. Если же электростанция представляет собой комбинированный вариант из ветрогенератора и солнечных батарей, то применяют гибридные контроллеры.

Самодельные контроллеры

Люди, которые разбираются в электротехнике, часто сами собирают контроллеры заряда для ветрогенераторов и солнечных батарей. Функциональность подобных моделей часто уступает по эффективности и набору функций фабричным устройствам. Однако в небольших установках маленькой мощности самодельного контроллера вполне достаточно.

Самодельный контроллер заряда для гелиосистем

При создании контроллера заряда своими руками следует помнить о том, что суммарная мощность должна удовлетворять следующему условию: 1,2P ≤ I*U. I – это выходной ток контроллера, U – это напряжение при разряженной батарее.

Схем самодельных контроллеров существует довольно много. Их можно поискать на соответствующих форумах в сети. Здесь следует сказать лишь о некоторых общих требованиях к такому устройству:

Напряжение зарядки должно быть 13,8 вольта и меняется в зависимости номинального значения силы тока;
Напряжение, при котором происходит отключение заряда (11 вольт). Эта величина должна быть настраиваемой;
Напряжение, при котором включается заряд 12,5 вольта.

Некоторые особенности контроллеров заряда солнечных батарей

В заключение нужно сказать ещё о нескольких особенностях контроллеров заряда. В современных системах они имеют ряд защит для повышения надёжности работы. В таких устройствах могут быть реализованы следующие виды защиты:

От неправильного подключения полярности;
От коротких замыканий в нагрузке и на входе;
От молнии;
От перегрева;
От входных перенапряжений;
От разряда аккумулятора в ночное время.

Степень заряда, напряжение АКБ;
Ток, отдаваемый фотоэлементами;
Ток для заряда батареи и в нагрузке;
Запасённые и отданные ампер-часы.

На дисплее может также выдаваться сообщение о понижении заряда, предупреждение об отключении питания в нагрузку.

Некоторые модели контроллеров для солнечных батарей имеют таймеры для активации ночного режима работы. Существуют сложные устройства, управляющие работой двух независимых батарей. В их названии обычно есть приставка Duo. Стоит также отметить модели, которые умеют сбрасывать лишнюю энергию на тэны.

Интересны модели, имеющие интерфейс для подключения к компьютеру. Так можно значительно расширить функционал наблюдения за гелиосистемой и управления ей.

Для чего нужны и какие бывают контроллеры заряда солнечной батареи?

Контроллер заряда солнечной батареи является одним из ключевых элементов в гелиосистемах. Поэтому важно понимать, какие виды существуют и как работают.

Источник: akbinfo.ru

Солнечные батареи своими руками

Попытаемся понять подход к выбору автономной солнечной системы, какие факторы имеют большее, а какие меньшее значение.

Выбор контроллера

Солнечный контроллер, подключенный к солнечным батареям и аккумулятору, обеспечивает своевременную подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ), защищает ее от преждевременной деградации и выполняет следующие функции:

Автоматическое подключение АКБ к фотоэлектрическим модулям для подзарядки.
Автоматическое отключение аккумулятора от фотоэлектрических панелей (ФЭП) при достижении максимального уровня зарядки (защита аккумулятора от перезаряда).
Автоматическое отсоединение АКБ от потребителей электроэнергии при достижении недопустимого уровня разряда (защита аккумулятора от глубокого разряда).
Повторное подключение нагрузки к аккумулятору при восполнении уровня его заряда.

Контроллер способен автоматически отключать нагрузку, подключаемую на выход «Load» устройства. К этому выходу подключаются маломощные потребители постоянного тока (например, светодиодные лампы).

Максимально допускаемая нагрузка на выход «Load» указывается производителем в паспорте устройства.

Все потребители переменного тока (бытовые электроприборы, электроинструмент и т. д.) не имеют прямого подключения ни контроллеру, ни к солнечным панелям. Они через инвертор подключаются к аккумуляторной батарее.

При такой схеме подключения от глубокого разряда аккумулятор защищается не контроллером, а инвертором. К вопросам переразряда АКБ и способов защиты от него с помощью инвертора мы вернемся чуть позже.

Разновидности контроллеров

Основная задача солнечного контроллера состоит в том, чтобы обеспечивать режимы зарядки аккумуляторной батареи (силу тока и уровень напряжения), соответствующие типу АКБ и ее состоянию. Простейший контроллер типа «on-off» способен выполнять лишь 2 операции: автоматически включать или отключать аккумулятор от фотоэлектрических панелей. Но простейшие устройства в наше время активно вытесняются с рынка более продвинутыми контроллерами. Наиболее популярны сегодня контроллеры двух типов: ШИМ (PWM) – устройства широтно-импульсной модуляции, и МРРТ – устройства отслеживания точки максимальной мощности. Рассмотрим особенности перечисленных контроллеров.

Контроллеры типа «on-off»

Рассмотрим рабочий цикл простейшего контроллера типа «on-off», который подключен к автомобильному аккумулятору – 12 В. Когда напряжение аккумулятора упадет ниже номинала, а напряжение СБ достигнет зарядных значений, контроллер подключит аккумулятор к солнечной батарее. В этот момент начнется процесс зарядки АКБ (накопления), который будет продолжаться, пока напряжение на аккумуляторе не вырастет до 14,4 В. Определив, что напряжение на клеммах АКБ достигло указанного значения, контроллер отключит аккумулятор от солнечных батарей. Затем цикл повторится. Контроллер типа «on-off» не позволяет полностью зарядить аккумуляторную батарею, ведь для полного заряда на ее клеммы необходимо подавать напряжение – 14,4 В, в течение нескольких часов (этот период называется стадией абсорбции). Максимальный уровень зарядки при таком цикле не превысит 60–70%, а регулярный недозаряд приведет к значительному сокращению срока службы АКБ. Как видим, недостатки контроллеров типа «on-off» – налицо.

Контроллеры ШИМ

Контроллеры ШИМ позволяют заряжать АКБ на 100% благодаря оптимизированному рабочему циклу, который подразделяется на 4 стадии.

На начальной стадии зарядки аккумулятор получает всю мощность, генерируемую фотоэлектрическими панелями.
Стадия накопления характеризуется постепенным ростом напряжения на клеммах АКБ. Накопление заряда осуществляется при постоянной силе тока.
Когда напряжение на клеммах АКБ достигнет своего максимального значения, контроллер переведет зарядные параметры в режим абсорбции. Подаваемое напряжение на этой стадии остается постоянным, а зарядный ток постепенно уменьшается. Это позволяет аккумулятору накопить максимальное количество энергии, избежав перегрева и закипания.
Уравновешивающий заряд (режим float). На этой стадии аккумулятор поддерживается в заряженном состоянии.

Параметры зарядного тока и напряжения устанавливаются контроллером автоматически.

По типу регулировки существуют контроллеры двух типов: регулируемые и с неизменными заводскими настройками. Для своей системы лучше выбирать устройства с возможностью настройки по типу и емкости АКБ, а также по другим зарядным параметрам, рекомендованным производителями аккумуляторов.

ШИМ контроллеры рекомендуется использовать в системах с небольшой мощностью солнечных батарей (ориентировочно: от 100 Вт до 500 Вт). Это условие вполне соответствует параметрам домашних фотоэлектрических панелей. Тем не менее, контроллеры ШИМ в настоящее время постепенно вытесняются с рынка более совершенными устройствами МРРТ, изначально создаваемыми для мощных солнечных батарей.

Контроллеры МРРТ

Алгоритм работы контроллеров МРРТ следующий: устройство в реальном времени отслеживает параметры электрического тока на выходе из солнечной батареи, определяя значения в паре ток-напряжение, при которых мощность, получаемая от фотоэлектрических панелей, будет максимальна. Одновременно контроллер отслеживает стадию зарядки аккумулятора и подает на его клеммы ток с необходимыми параметрами.

Автоматическое определение точки максимальной эффективности заряда помогает увеличить коэффициент использования солнечной энергии на 20-30%. При этом контроллеры МРРТ позволяют подключать к системе солнечные батареи, номинальное напряжение которых значительно выше напряжения АКБ. Это гарантирует, что даже в пасмурную погоду напряжение СБ будет превышать зарядное напряжение аккумулятора. То есть в солнечный день контроллер будет автоматически понижать высокое входное напряжение, а при недостатке солнечного света АКБ будет заряжаться за счет запаса по напряжению СБ.

Используя контроллеры МРРТ, солнечные модули целесообразно соединять между собой последовательно. Это позволяет получить на выходе из СБ более высокое напряжение и за счет снижения сопротивления уменьшить сечение кабелей, соединяющих фотоэлектрические панели с контроллером.

Для того чтобы правильно выбрать контроллер для той или иной солнечной электростанции, необходимо знать характеристики источника тока и аккумулятора. Но есть по этому поводу и общие рекомендации, разработанные производителями:

Контроллеры МРРТ, учитывая их сравнительно высокую стоимость, следует использовать при мощности солнечных батарей – от 500 Вт и выше (это будет экономически целесообразно).
Контроллер ШИМ подойдет для солнечных батарей небольшой мощности, у которых номинальное напряжение соответствует номиналу АКБ (например, для 12-ти вольтовых АКБ подходят панели с номиналом 17-22 В, а для 24-ти вольтовых АКБ – панели номиналом 34-45 В).
Контроллер МРРТ разработан для СБ, напряжение которых гораздо выше напряжения АКБ (это позволяет создавать запас напряжения и обеспечивать заряд аккумулятора даже в пасмурную погоду).

Допустимые величины входного напряжения и силы тока указаны в технических характеристиках контроллера. Ими следует руководствоваться, выбирая устройство для своей системы.

Недостаток мощности в системах, работающих на контроллерах ШИМ, можно компенсировать установкой дополнительной солнечной панели. Это может быть дешевле, чем установка более производительного контроллера МРРТ.

Выбор аккумулятора

Выбирая аккумуляторы для солнечных батарей можно руководствоваться разными соображениями:

Те, у кого есть средства и возможности, приобретают долговечные и, в то же время, дорогостоящие щелочные аккумуляторы – никелево-кадмиевые (НК) или никелево-железные (НЖ).
Кто-то приобретает специализированные гелевые батареи, изготовленные по технологии GEL, которые в сравнении с привычными стартерными АКБ служат гораздо дольше, но и стоят дороже.
Те же, кто предпочитает наиболее доступный вариант, используют стартерные автомобильные АКБ.

Учитывая, что выбор АКБ во многом зависит от реальных возможностей владельца СБ, то давать какие-либо рекомендации в этом плане очень трудно. Тем не менее, перечислить преимущества и недостатки различных батарей следует.

Кислотные (автомобильные) АКБ

Стартерные АКБ – самые дешевые и доступные для большинства покупателей батареи. Несмотря на довольно внушительную емкость, эти АКБ являются буферными: они изначально рассчитаны на кратковременный неглубокий разряд и быструю подзарядку до полной емкости. При этом они совершенно не предназначены для работы в условиях циклического режима и глубокой разрядки. Отсюда вытекают недостатки представленных аккумуляторов.

Для того чтобы срок службы автомобильного аккумулятора приблизить к максимальному, необходимо создать условия, при которых его разряд не будет превышать 20-30% от номинальной емкости. Одновременно следует обеспечить немедленную подзарядку АКБ. Реализовать подобный цикл в системах автономного питания довольно сложно, поэтому на практике АКБ разряжают не более чем на 50%. Разряжать батарею более чем на 80% нельзя, т.к. это очень быстро приводит к выходу аккумулятора из строя.

В таблице представлена зависимость напряжения холостого хода от степени разряда свинцово-кислотной батареи.

Таблица дает примерное понимание величины напряжения, при котором следует отключать нагрузку от АКБ (напряжение отсечки). Примерным оно считается потому, что напряжение аккумулятора, подключенного к нагрузке, всегда ниже напряжения холостого хода батареи. Параметры холостого хода замеряются, спустя несколько часов после отключения нагрузки. Устанавливая напряжение отсечки, лучше руководствоваться рекомендациями производителей АКБ и показаниями контроллера (большинство устройств показывает процент заряженности батареи).

Щелочные аккумуляторы

Щелочные АКБ рассчитаны на циклический режим работы (что оптимально для автономных систем электроснабжения): они способны постепенно отдавать свою энергию, пока не наступит их полный разряд.

И чем глубже будет разряжена такая батарея, тем большую емкость она наберет во время подзарядки (это называется эффектом памяти).

Существенный недостаток щелочных аккумуляторов состоит в том, что при малых токах они плохо заряжаются или не заряжаются вовсе. Решить подобную проблему можно, правильно рассчитав мощность солнечных панелей и установив подходящий контроллер.

Вывод: если есть такая возможность, то для солнечных панелей лучше приобретать щелочные аккумуляторы.

Гелевые аккумуляторы

Если недостатки автомобильных аккумуляторов для потребителя неприемлемы, а приобрести подходящий щелочной аккумулятор у него нет возможности, то выбор делается в пользу свинцово-кислотных гелевых батарей. По своим характеристикам они оптимально подходят для автономных систем солнечной и ветровой энергетики, не требуют обслуживания, а срок их службы составляет 10 лет. Недостатком гелевых батарей считается их высокая стоимость.

Существуют еще литий-железо-фосфатные АКБ (литий-ионные). Они, кстати, признаны самыми лучшими батареями для автономных систем.

Беря во внимание «заоблачную стоимость этих устройств, в самодельных системах их используют лишь единицы.

Расчет емкости аккумуляторов

Рассчитать требуемую емкость аккумуляторных батарей для автономной системы электроснабжения довольно просто. Для этого нам понадобятся следующие исходные параметры:

Емкость аккумуляторов (А*ч), которые планируется использовать в системе.
Напряжение на рабочих клеммах АКБ (В).
Суммарная нагрузка на аккумуляторы (Вт).

Чтобы вычислить параметры АКБ, которая понадобится для вашей системы, емкость аккумулятора и нагрузку на батарею целесообразно перевести в одну систему измерений. То есть Ампер*час нам нужно перевести в кВт*час.

Переводить емкость АКБ в количество энергии принято следующим образом: нужно умножить номинальное напряжение батареи (например, 12 В) на ее паспортную емкость (например, 190А*ч).

12(В) * 190(А*ч) = 2280 Вт*ч = 2,28 кВт*ч.

Расчеты показывают, что одна свинцово-кислотная автомобильная батарея емкостью 190А*ч при разряде сможет отдать примерно 1,14 кВт*ч электроэнергии, разрядившись при этом на 50% (с учетом потерь электроэнергии это значение можно округлить до 1 кВт*ч). При этом щелочной аккумулятор с аналогичной емкостью (который не боится полного разряда) за один цикл сможет отдать в 2 раза больше электроэнергии.

Много это или мало – все зависит от нагрузки на батарею. Например, если нагрузка на 12-ти вольтовый аккумулятор емкостью 190 А*ч будет равна 100 Вт, то все потребители, подключенные к батарее, смогут непрерывно работать в течение 10-ти часов. После чего аккумулятору потребуется обязательная подзарядка.

Оптимальным запасом емкости считается запас электроэнергии, позволяющий в течение суток обеспечивать питание нагрузки без дополнительной подзарядки аккумулятора. Минимальным запасом считается количество энергии, позволяющее потребителям «пережить» темное время суток (если за ночь потребляется 1 кВт*ч, то и в АКБ должно накапливаться соответствующее количество электроэнергии).

Рассчитывая параметры АКБ, следует соотносить их с техническими характеристиками солнечных панелей. При этом всегда необходимо учитывать неизбежные потери электричества и природные факторы:

Ток, потребляемый инвертором без нагрузки – зависит от КПД устройства (например, если инвертор, подключаемый к 12-ти вольтной АКБ, без нагрузки потребляет 2А, то за 10 часов работы он потребит 20А*ч, или 0,24 кВт).
Сопротивление проводников.
Естественное снижение паспортной емкости АКБ в процессе эксплуатации (когда показатель емкости снижается до 60% от первоначальной величины, ресурс батареи считается исчерпанным).
Потери, отражающие КПД аккумулятора (например, свинцово-кислотные АКБ в процессе зарядки потребляют примерно на 20% больше электроэнергии, чем потом отдают) – эти потери должны быть учтены при расчете мощности фотоэлектрических панелей.
Неравномерное количество солнечных дней в разное время года и т. д.

Внимательного расчета требуют аккумуляторы, к которым подключаются приборы с большими пусковыми токами.

На практике для расчета емкости АКБ целесообразно использовать онлайн калькуляторы солнечной энергии, учитывающие совокупность перечисленных параметров.

Увеличить емкость можно, используя несколько аккумуляторных батарей, соединенных параллельно.

Если батарей много, то следует использовать последовательно-параллельное соединение.

Выбирая тип соединения АКБ, нельзя выпускать из вида два немаловажных параметра: выходное напряжение контроллера и входное напряжение инвертора. Они должны соответствовать суммарному напряжению аккумуляторных батарей.

Если в одной системе используются несколько аккумуляторов, то все они должны быть из одной партии (с одинаковой емкостью и одинаковым внутренним сопротивлением). Несоблюдение этой рекомендации может привести к разбалансу отдельных батарей и к их преждевременному выходу из строя.

Объединяя несколько аккумуляторов в одну батарею, следует придерживаться еще одного правила.

Раз в месяц желательно тестером проверять емкость всех аккумуляторов. Это поможет вовремя обнаружить испорченный аккумулятор и принять меры для того, чтобы избежать угрозы разбаланса.

Аккумуляторы открытого типа следует устанавливать в вентилируемом помещении. Это убережет ваше здоровье от едких испарений. Если такой возможности нет, то необходимо использовать закрытые батареи (герметичные).

Температура в помещении, где установлены аккумуляторы, должна соответствовать определенным значениям. Если, к примеру, щелочные никель-кадмиевые АКБ менее прихотливы (их можно использовать при температурах от -20ºС до +45ºС без потери емкости), то для эксплуатации свинцово-кислотных (СК) аккумуляторов оптимальная температура окружающей среды равна +20ºС. А вот что касается герметичных свинцово-кислотных батарей: повышение их эксплуатационной температуры на каждые 10ºС сокращает срок службы АКБ в 2 раза (инструкция по эксплуатации свинцово-кислотных батарей п. 10.10).

Для того чтобы уберечь аккумуляторы от глубокого разряда в облачные дни, батареи можно периодически подзаряжать от другого источника (например, от дизельного генератора или ветрогенератора).

Системы автономного электроснабжения, работающие от солнечных панелей и генератора, принято называть гибридными. Гибридные электростанции являются самым оптимальным решением для организации автономного электроснабжения.

Выбор инвертора

Основная функция инвертора заключается в преобразовании стандартного напряжения и постоянного тока аккумуляторных батарей в бытовой переменный ток напряжением 220В. График напряжения на выходе из инвертора имеет синусоидальную форму. И в зависимости от того, какие потребители будут подключены к питанию от СБ, инвертор должен выдавать напряжение либо с правильной синусоидальной формой графика (чистый синус), либо с модифицированным синусом (меандр). Как именно ведет себя график напряжения на выходе из инвертора? Это зависит от особенностей устройства.

Некоторые электроприборы стабильно работают и на «модифицированном синусе»: электронагреватели, компьютеры, устройства с импульсными источниками питания (например, определенные модели телевизоров). Тем не менее, опытные рекомендуется приобретать инверторы, дающие на выходе «чистый синус». Форма выходного сигнала, как правило, указывается в характеристиках устройства.

Выбирая инвертор, следует обращать внимание не только на форму выходного сигнала, но и на мощность устройства. Рабочая (номинальная) мощность должна быть на 25-30% выше суммарной мощности постоянно задействованных в работу потребителей. При этом пиковая мощность инвертора должна превышать мощность возможной кратковременной нагрузки на прибор. Речь идет о нагрузке, которая возникнет в случае одновременного включения нескольких потребителей, обладающих большой пусковой мощностью (холодильник, электродвигатель насоса и т. д.).

В характеристиках инвертора, как правило, указывается еще и максимальная мощность. Она меньше пиковой, но больше номинальной. Этот параметр обозначает допускаемую кратковременную нагрузку, при которой устройство проработает в течение нескольких минут (5-10 мин) и при этом не выйдет из строя.

КПД инвертора также имеет большое значение при выборе устройства. Он определяет потери электроэнергии во время работы устройства и может варьироваться в следующих пределах: 85-95% (в зависимости от модели). Рекомендуется выбирать устройство с КПД – от 90% и выше. Ведь за инвертор мы заплатим один раз, а за его низкий КПД платить придется постоянно.

Инверторы, подключаемые напрямую к свинцово-кислотным аккумуляторам, должны защищать АКБ от глубокого разряда. В большинство современных инверторов подобная функция встроена. При этом порог отсечки нагрузки может быть установлен заводом-изготовителем, а может регулироваться пользователем.

Помимо обычных преобразователей, в системах автономного питания часто используются гибридные и комбинированные инверторы. Комбинированные – способны совмещать функции контроллера и инвертора. Гибридные – позволяют осуществлять питание потребителей как от сети, так и от аккумуляторов. опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Схема контроллера для солнечных батарей, контроллер заряда своими руками

Для чего нужны контроллеры заряда аккумуляторов

Контроллер в системе солнечного заряда аккумуляторов

Вот, чтобы не допустить подобных явлений, чтобы оптимизировать процессы заряда/разряда, и нужны контроллеры.

Три принципа построения контроллеров заряда

Вольт-амперная характеристика солнечного модуля

ШИМ – контроллер

MPPT — контроллер

Простейший самодельный контроллер

Схема простейшего контроллера

Контроллер, смонтированный на печатной плате

Аналоговый контроллер для маломощных гелиевых систем

Схема аналогового контроллера

Контроллер заряда от солнечной панели. Работа над ошибками / Блог им. Ghost_D / RoboCraft. Роботы? Это просто!

Если кто «не в теме», лучше ознакомиться с началом истории тут.

Только благодаря комментариям к предыдущей статье я и решил написать этот пост. И выложить все, что у меня было собрано по этому проекту.

Заранее прощу прощения, за бессистемное изложение материала, сумбурный поток мыслей и возможные стилистические и грамматические ошибки 🙂

Еще летом 2014-го я начал изготовление простейшего контроллера заряда солнечной панели. Но, к сожалению, реальной панели у меня в тот год не появилось. Подвели продавцы. И все наработки были применены для изготовления СМАРТ-зарядного для автомобильных АКБ.

Плата осталась практически без изменений, как говорят: «Те же eggs, только в профиль».

Все это было размещено в корпусе от источника бесперебойного питания (ИБП). Кстати, трансформатор взят от того же ИБП. Диодную сборку и полевик (самые горячие элементы) разместил на радиаторах. В архиве есть фотки процесса размещения всего этого хозяйства, вдруг кому будут полезны.

Спешу отметить, что полученное устройство пользуется достаточно большой популярностью у моих друзей и знакомых.

Вот еще один вариант: доработанная версия платы от одного из пользователей этого ресурса, Александра (публикую с его разрешения).

Сложено в отдельную папку в архиве. В его версии мне понравилось следующее: применение Ардуино нано и подключение LCD по I2C-протоколу.

И вот, радость-то какая! В прошлом году (2015) мне все же удалось заполучить в свое распоряжение солнечную панель. Гораздо мощнее (100 Ватт, вместо планируемых 50), но за те же деньги 🙂

Результаты испытаний первой версии контроллера оказались не очень радужными: весьма ощутимо грелись диод (по входу) и полевик. Хотя, все «с большего» работало. Отчаянные попытки что-то улучшить (замена диода, установка дополнительного радиатора) в ввиду компактности шилда не привели ни к чему хорошему… Короче в определенный момент диод не выдержал и просто треснул.
Воодушевленный результатом, я приступил к разработке нового варианта контроллера уже по вот такой схеме:

Из крупных изменений: в качестве преобразователя я использовал MC34063. На это было несколько причин:
— выдаваемая мощность оказалось более чем достаточна для питания моей платы
— этих микросхем (в виде автомобильных зарядок) у меня оказалось (спасибо тебе, Павел!) в таком количестве, что не знаю куда их девать 🙂
Далее, вместо классической Ардинки, я использовал Arduino nano. Тот же функционал, но гораздо компактнее. Экран подключается теперь по протоколу I2C. Сделан разъем подключения дополнительных светодиодов. Полевик я взял N-канальный… В схеме для его нормальной работы применено решение Pump Charging (D5-D6-D7-C3-C4-C5). Для защиты и безопасности установлены аж 3 (три) предохранителя и супрессор. Появился узел управления нагрузкой. Сначала я проверил задумку на макетке.
Работает.
Плата разведена, сделана и проверена. Вышло вполне компактно. Пора приступать к полевым испытаниям (весна 2016).

Код я практически оставил без изменения с мелкими «допиливаниями» и «причесываниями». Попутно словил себя на мысли, что неплохо бы нумеровать билды и этот номер выдавать на дисплей при старте (а то очень легко запутаться).

В таком варианте я уже практически без боязни оставлял устройство на даче на все лето и осень. Для АКБ и инвертора соорудил небольшой столик из поддона. Этакая маленькая электростанция.

Чуть позже обзавелся достаточно большим аккумулятором (с какого-то зерноуборочного комбайна) в очень даже работоспособном состоянии. И все… потом отвлекся на другое, потом «Кибервесна», потом работа подвалила (была деноминация у нас в стране). Как говорится, «то да се», «пятое-десятое»… И третья версия (с учетом всех моих хотелок) пока только у меня в голове… Не могу обещать, что дойдут руки.

Весь материал забираем тут. Пользуйтесь на здоровье.

КОНТРОЛЛЕР ПОВОРОТА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

Попросил недавно друг собрать ему «гелиостат» для ориентации солнечной панели за солнцем, под использование небольших моторов. Схема была взята из просторов интернета, проверена авторская плата, работает. Но я нарисовал также свою печатную плату, покомпактней, в которой резисторы и конденсаторы можно ставить планарного типа SMD.

Схема гелиостата

Далее идёт описание схемы от автора. Это устройство использует импульсное регулирование и автоматически способно ориентировать солнечную батарею по наилучшей освещенности. Принципиальная схема состоит из тактового генератора (DD1.1, DD1.2), двух интегрирующих цепей (VD1R2C2, VD2R3C3), такого же числа формирователей (DD1.3, DD1.4), цифрового компаратора (DD2), двух инверторов (DD1.5, DD1.6) и транзисторного коммутатора (VT1—VT6) направления вращения электродвигателя М1, управляющего поворотом платформы, на которой установлена солнечная батарея.

С подачей питания (от самой солнечной батареи или от аккумулятора) генератор на элементах DD1.1, DD1.2 начинает вырабатывать тактовые импульсы, следующие с частотой около 300 Гц. При работе устройства сравниваются длительности импульсов, сформированных инверторами DD1.3, DD1.4 и интегрирующими цепями VD1R2C2, VD2R3C3. Их крутизна меняется в зависимости от постоянной времени интегрирования, которая, в свою очередь, зависит от освещенности фотодиодов VD1 и VD2 (ток зарядки конденсаторов С2 и СЗ пропорционален их освещенности).

Сигналы с выходов интегрирующих цепей поступают на формирователи уровня DD1.3, DD1.4 и далее — на цифровой компаратор, выполненный на элементах микросхемы DD2. В зависимости от соотношения длительностей импульсов, поступающих на входы компаратора, сигнал низкого уровня появляется на выходе элемента DD2.3 (вывод 11) или DD2.4 (вывод 4). При равной освещенности фотодиодов на обоих выходах компаратора присутствуют сигналы высокого уровня.

Инверторы DD1.5 и DD1.6 необходимы для управления транзисторами VT1 и VT2. Высокий уровень сигнала на выходе первого инвертора открывает транзистор VT1, на выходе второго — VT2. Нагрузками этих транзисторов являются ключи на мощных транзисторах VT3, VT6 и VT4, VT5, которые коммутируют напряжение питания электродвигателя М1. Цепи R4C4R6 и R5C5R7 сглаживают пульсации на базах управляющих транзисторов VT1 HVT2. Направление вращения двигателя меняется в зависимости от полярности подключения к источнику питания. Цифровой компаратор не позволяет одновременно открыться всем ключевым транзисторам, и, таким образом, обеспечивает высокую надежность системы.

С восходом солнца освещенность фотодиодов VD1 и VD2 окажется различной, и электродвигатель начнет поворачивать солнечную батарею с запада на восток. По мере уменьшения разницы в длительностях импульсов, вырабатываемых формирователями, будет уменьшаться длительность результирующего импульса, и скорость поворота солнечной батареи плавно замедлится, что обеспечит ее точное позиционирование. Таким образом, при импульсном управлении вращение вала электродвигателя можно передавать платформе с солнечной батареей непосредственно, без применения редуктора.

В течение дня платформа с солнечной батареей будет поворачиваться вслед за движением солнца. С наступлением сумерек длительности импульсов на входе цифрового компаратора окажутся одинаковыми, и система перейдет в дежурный режим. В этом состоянии потребляемый устройством ток не превышает 1,2 мА (в режиме ориентации он зависит от мощности двигателя).

Аккумулятор гелиостата используется для накопления энергии, вырабатываемой солнечной батареей, и питания самого электронного блока. Поскольку электродвигатель включается лишь для поворота батареи (на короткое время), выключатель питания не предусмотрен. Данная схема ориентирует солнечную батарею в горизонтальной плоскости. Однако при ее позиционировании следует учитывать географическую широту местности и время года. Если дополнить конструкцию блоком вертикального отклонения, собранным по аналогичной схеме, можно полностью автоматизировать ориентацию батареи в обеих плоскостях.

Для защиты фотодиодов от избыточного облучения применен зеленый светофильтр. Между фотодатчиками помещают непрозрачную шторку. Ее закрепляют перпендикулярно плате с таким расчетом, чтобы при изменении угла освещения она затеняла один из фотодиодов. Подробнее читайте в статье в прилагаемом архиве. Общий вид печатной платы:

После сборки проверил работу прибора — всё срабатывает как надо, при засвете одного и второго светодиода срабатывает мотор по часовой и против часовой стрелки.

Радиатор несколько великоват, столь большого размера не требуется, но другу такой понравился, потом сказал порежет на две половины для двух готовых плат, тестирует пока, поскольку с мощностью моторов ещё не определился.

Эти радиаторы всё сняты с блоков питания АТХ, у меня их много накопилось, а люди всё несут и несут. Разработка — И. Цаплин. Сборка и испытание схемы — Igoran.

Форум

Обсудить статью КОНТРОЛЛЕР ПОВОРОТА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

ПОДКЛЮЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Тема альтернативной энергетики сейчас у всех на слуху, регулярно следуют новости о том, что энергия солнечных лучей и ветра замещает все большую часть энергетического баланса некоторых развитых стран [1]. Правда как понимает автор здесь все не так однозначно [2-4]. Главная проблема альтернативной энергетики состоит в том, что ее ресурсы крайне рассеянны в пространстве и испытывают значительные колебания во времени. Солнечная батарея бесполезна ночью и почти бесполезна в пасмурную погоду. Ветряной двигатель требует определенной скорости ветра, в штиль или ураган он неработоспособен. Одним словом, то, что хорошо в солнечной Испании или Калифорнии, будет работать гораздо менее эффективно в условиях средней полосы России, где небо полгода закрыто облаками, а морского бриза не предвидится, потому, что до ближайшего моря порядка тысячи километров. Тем не менее, в экспериментальных целях автор приобрел солнечную панель на Али за 40 долларов.

Солнечная панель имеет размер 510 х 310 мм.

Она оснащена кабелем питания длиной примерно 3000 мм. Параллельно нагрузке к панели подключен стабилитрон серии 1N53 для предотвращения выдачи в нагрузку слишком большого напряжения при высоком уровне солнечного излучения. Данная панель имеет номинальное рабочее напряжение 12 В, и номинальную мощность 30 Вт. Правда данный параметр указан для потока световой энергии в 1000Вт/м2, т.е. для того что бы получить от данной панели заявленную мощность придется везти ее в Сахару, а лучше поднять на околоземную орбиту. При этом плоскость батареи должна быть ориентирована перпендикулярно к солнечным лучам, так, что в идеале нужно либо постоянно поворачивать батарею, что усложняет конструкцию, либо жертвовать мощностью. Но в целом мощность батареи позволяет использовать ее для питания не слишком мощных потребителей, например энергосберегающих ламп, зарядных устройств бытовой электроники и т.п. По данным производителя ЭДС панели может доходить до 21 В, у автора в далеко не идеальных условиях ЭДС достигала 19 В.

Реальные данные испытания солнечной батареи в ясную погоду под прямыми солнечными лучами приведены в таблице. В качестве потребителя использованы резисторы типа ПЭВ. Следует отметить, что у автора свет падает на панель через двойное оконное стекло и угол падения лучей составлял около 60 градусов.

Сопротивление потребителя, Ом	Напряжение на выводах батареи, В	Ток, А
10	5	0,4
20	10	0,4
40	15	0,38
130	18	0,15

Таким образом, хорошо видно, что в реальных условиях средней полосы максимально можно отобрать от данной панели мощность в 5-6 Вт. Следует отметить, что у автора окно смотрит на северо-запад и прямые солнечные лучи попадают на батарею 4-5 часов день через двойное стекло (летом). Зимой прямые солнечные лучи не заглядывают в комнату совсем. Разумеется такое размещение батареи — необходимость. Желательно , сделать так, что бы батарея поворачивалась следом за солнцем, или хотя бы сориентировать батарею на юг и выставить на такой угол, что бы лучи света падали на батарею под углом близким к отвесному.

Днем в пасмурную погоду, т.е. только при наличии рассеянного солнечного света, ток падает до 50-70 мА при напряжении 13-15 В. ЭДС в этом случае составляет 17-18 В. Ясное дело, что эти данные «средняя температура по больнице», пасмурная погода, пасмурной погоде рознь, но в целом небольшую нагрузку можно питать от батареи весь световой день.

Одна из главных проблем связанных с солнечной энергией состоит в том, что Солнце светит днем, а вот использовать искусственное освещение большинство людей желает в темное время суток. Поэтому без возможности аккумуляции полученной энергии полезность солнечной батареи резко уменьшается.

Подключать солнечную батарею напрямую к аккумуляторной батарее можно, но по ряду причин так делать нежелательно [5]. Для наиболее эффективного совместного использования солнечной и аккумуляторной батарей выпускаются специальные контроллеры. Данный контроллер был приобретен здесь

Устройство поставляется в картонной коробке. К устройству прилагается инструкция на английском и китайском языке.

Габариты модуля 135 х 70 х 25 мм.

На передней панели располагаются кнопки управления, ЖК экран, клеммы для подключения солнечной батареи, аккумулятора и потребителя. Корпус устройства пластиковый, но задняя стенка выполнена металлической, видимо она должна играть роль радиатора.

Схема подключения модуля

Клик для увеличения схемы

После снятия задней стенки можно получить доступ к печатной плате устройства.

В качестве аккумулятора была выбрана батарея 12 В емкостью 1,2 А/ч, потому, что она у автора была. На самом деле в ясный солнечный день панель сможет зарядить 2-3 таких аккумулятора. Для уменьшения опасности короткого замыкания в цепь аккумулятора включен плавкий предохранитель. Для недопущения разряда аккумулятора через солнечную панель при малом освещении последовательно с панель включен диод Шотки типа IN5817. Когда аккумулятор полностью заряжен ток, отбираемый от солнечной батареи, составляет около 50 мА, при напряжении 19 В.

В качестве тестовой нагрузки использована самодельная светодиодная фитолампа на 4-х последовательно включенных фитосветодиода мощностью 1 Вт, последовательно со светодиодами включен резистор типа МЛТ-2, сопротивлением 30 Ом. При напряжении 12,6 В, ток потребляемый лампой составит около 60 мА. Таким образом аккумулятор на 1,2 А*ч позволяет питать эту лампу около 20 часов.

В целом собранная автономная конструкция оказалась вполне работоспособной с технической точки зрения. Но с экономической точки зрения, учитывая стоимость солнечной батареи, аккумулятора и блока управления картина получается безрадостной. Солнечная батарея стоит 2700 р, аккумулятор 12 В 1,2 А/ч стоит около 500 р, блок управления 400 р. Так же автор пробовал использовать два последовательно включенных аккумулятора 6 В 12 А/ч (они будут иметь стоимость около 3000 р), такой аккумулятор у автора заряжается за 3-4 солнечных дня, при этом ток зарядки доходит до 270 мА.

Общая стоимость использованного оборудования в минимальной комплектации 3600 р. Как несложно видеть, данная фитолампа потребляет около 0,8 Вт. При тарифе 3,5 р за 1 кВт/ч, лампа должна работать от сети при КПД источника питания 50%, около 640000 ч или 73 года только для того, что бы можно было оправдать затраты на оборудование. При этом за такой промежуток времени, несомненно, придется несколько раз полностью сменить оборудование, деградацию аккумулятора и фотоэлементов ни кто не отменял.

Выводы про солнечные панели

Таким образом, беспощадное второе начало термодинамики делает картину еще более безрадостной. В общем, можно только согласиться с тем, что такой альтернативный источник питания оправдан в условиях отсутствия электросети или как резервный источник питания для маломощных потребителей, типа смартфона или планшета. Правда, если увеличить площадь панели минимум на порядок, расположить их с ориентацией на юг, а не как у автора и применить соответственно более емкую аккумуляторную батарею, то можно задуматься о более серьезном применении такой системы. Примером может служить питание небольшого холодильника, инкубатора или другого подобного прибора, для которого критичны перерывы в электроснабжении [6-7].

Литература и ссылки

habr.com/ru/news/t/370459
habr.com/ru/company/beeline/blog/154423
habr.com/ru/post/158875
В.Мейлицев Фукусима навеяла. Журнал «Техника –молодежи» №8 2011
В. Полякова «Солнечная энергетика – своими руками» Юный техник, №4 за 2011 год, с. 73-77
habr.com/ru/post/251359
habr.com/ru/post/455154

Автор материала — Denev.

Форум

Обсудить статью ПОДКЛЮЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Схема контроллера заряда от солнечной батареи

Как поставить контроллер солнечной батареи?

В каждой комплектации солнечной батареи есть особое устройство, позволяющее регулировать затраты энергии и процедуру ее накопления. Такой аппарат называют контроллером заряда. Он занимается как процессом контроля расходования энергии, так и сохранением всей конструкции солнечной батареи в работоспособном состоянии.

Какие функции выполняет контроллер заряда

Независимо от выбора модели устройства, комфортный режим работы солнечной батареи обеспечен должным образом, так как контроллер заряда выполняет ряд функций:

подбор оптимальной системы заряда
контроль уровня заряда батареи
автоматическое включение батареи
обеспечение защиты от обрыва цепи и неправильной полярности
контроль расхода энергии
восполнение заряда

Располагается контроллер заряда между аккумулятором и панелью. Благодаря тому, что устройство выполняет функцию отключения батареи, когда она зарядилась, перезаряд аппарата сводится к минимуму.

Чаще всего производитель сам устанавливает параметры напряжения заряда, но в некоторых моделях можно настраивать границы уровня поступающего тока для успешной работы устройства в определенных условиях эксплуатации.

Поставить контроллер своими руками реально, для этого достаточно обладать базовыми знаниями о процедуре. Если необходимо установить контроллер на гибридную систему автономного питания (применяется два альтернативных источника), тогда использование одного универсального устройства противопоказано. Заряда будет недостаточно, поэтому рекомендуется применение либо одного универсального контроллера, либо двух.

Отличительной чертой качественного контроллера заряда является то, что он всегда учитывает температуру аккумулятора. Разные типы аккумуляторов имеют разные зарядные кривые, поэтому контроллер должен обладать функцией температурного восполнения зарядного напряжения.

Если не использовать данное устройство, то придется самостоятельно контролировать уровень заряда. Для этого следует применять вольтметр. Не отключив вовремя питание солнечной батареи, вы сократите срок службы аккумулятора, так как он перезарядится, также может произойти выкипание электролита. Установка контроллера позволит избежать этих проблем, благодаря чему система прослужит долгие годы.

Типы контроллеров

Наиболее упрощенными вариантами считаются автоматы отключения заряда. Они занимаются отключением и подключением энергии, когда напряжение подходит к границе установленного значения. Минус такого аппарата — низкий КПД, поэтому в настоящее время они применяются редко.

Для исправной работы солнечной батареи применяются такие типы устройств:

МРРТ – поиск границы максимальной производительности
PWM (ШИМ) – широтно-импульсная модуляция

МРРТ позволяет зарядить аккумулятор, у которого расчетное напряжение от солнечной батареи составляет 12 В. Отслеживая точку максимальной производительности, он может преобразовать высокий показатель в низкий. Чаще всего их применяют в универсальных системах с порядковым подключением. В зависимости от модели такие устройства могут принимать напряжение до 240 В. Также они имеют обширные возможности для настройки, чтобы обеспечить заряд аккумуляторного устройства.

ШИМ-контроллер подходит для конструкций с малой мощностью – до 2 кВт. Они имеют светодиодную индексацию и позволяют увеличить вольтаж солнечной батареи на 30%. Изменяя степень заряда соответственно силе зарядного потока, такое устройство позволяет предотвратить образование газов.

Заряд батареи многоуровневый:

прямое подсоединение к накопителю солнечной батареи
абсорбция и стабилизация напряжения
снижение заряда, поддержание мощности

МРРТ считается более эффективным вариантом, чем ШИМ. Они отлично работают даже при недостаточном количестве света для батареи, а также отличаются высоким КПД.

Выбирая контроллер, учитывайте такие показатели:

уровень входного и выходного тока
степень мощности напряжения АБ и показатель напряжения источника питания

Наибольший показатель тока от солнечной батареи не должен превышать входной ток в устройство.

Схема контроллера и инструкция подключения устройства своими руками

Система солнечной батареи состоит из следующих деталей:

аккумулятора
светового модуля
электронного усилителя
предохранителя
контроллера

Подключить контроллер своими руками не так уж сложно, главное – подключение соединителей с нужными разъемами и соблюдение полярности. Стандартная схема подключения выглядит таким образом:

фотоэлектрический модуль подсоединяется к аппарату
контроллер подсоединяется к системе зарядки
аккумулятор по второй фазе подсоединяется к контроллеру
аппарат заряда подключается к инвертору

В зависимости от количества солнечных конструкций схема подсоединения солнечной батареи своими руками может быть нескольких типов:

смешанная
последовательная
параллельная

Первая схема подразумевает подсоединение одноименных клемм батареи и контроллера. В результате на выходе мы получим напряжение 12 В. Далее происходит присоединение к зарядному устройству по принципу «плюс к плюсу, минус к минусу».

24 В на выходе дает именно последовательная схема. Плюс батареи подключается к минусу второго устройства, потом к контроллеру подсоединяется минус первой, а также последний плюс второй батареи. Аккумулятор подключается по тому же принципу, что и в первом случае.

Смешанная схема применяется для подключения нескольких батарей к контроллеру. Группы устройств соединяются между собой параллельно, после чего подсоединяются к контроллеру.

Принцип подключения не слишком сложен, однако во время разводки не забывайте, какой уровень нагрузки заряда должен быть на выходе.

Контроллеры для солнечных батарей своими руками — Печи и камины

Самодельный контроллер для солнечной панели

Контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи: зачем нужен и как работает

Необходимость

Как работает контроллер зарядки аккумулятора

Параметры выбора

Как сделать своими руками

Контроллер заряда для солнечных батарей

Для чего нужны контроллеры заряда аккумуляторов

Три принципа построения контроллеров заряда

Простейший самодельный контроллер

Аналоговый контроллер для маломощных гелиевых систем

Солнечное электроснабжение на даче или шилд-контроллер заряда. Своими руками <img decoding="async" src="/800/600/https/pechiikaminy.ru/wp-content/themes/turquoise/images/smile/icon_smile.png" alt=":)" />

Для чего нужны и какие бывают контроллеры заряда солнечной батареи?

Для чего нужен солнечный контроллер?

Параметры выбора

Виды контроллеров

Некоторые особенности контроллеров заряда солнечных батарей

Солнечные батареи своими руками

Разновидности контроллеров

Выбор аккумулятора

Расчет емкости аккумуляторов

Выбор инвертора

Схема контроллера для солнечных батарей, контроллер заряда своими руками

Для чего нужны контроллеры заряда аккумуляторов

Три принципа построения контроллеров заряда

Простейший самодельный контроллер

Аналоговый контроллер для маломощных гелиевых систем

Контроллер заряда от солнечной панели. Работа над ошибками / Блог им. Ghost_D / RoboCraft. Роботы? Это просто!

КОНТРОЛЛЕР ПОВОРОТА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

Схема гелиостата

ПОДКЛЮЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Схема подключения модуля

Выводы про солнечные панели

Литература и ссылки

Схема контроллера заряда от солнечной батареи

Какие функции выполняет контроллер заряда

Типы контроллеров

Схема контроллера и инструкция подключения устройства своими руками

Солнечное электроснабжение на даче или шилд-контроллер заряда. Своими руками