Controler de încărcare pentru panouri solare: schemă, principiu de funcționare, metode de conectare

Energia solară se limitează deocamdată (la nivel casnic) la crearea panourilor fotovoltaice de putere relativ redusă. Totuși, indiferent de construcția convertorului fotoelectric al luminii solare în curent electric, acest dispozitiv este echipat cu un modul numit controler de încărcare a bateriei solare.

Într-adevăr, în schema instalației de fotosinteză a luminii solare este inclusă o baterie de acumulatori – un dispozitiv de stocare a energiei obținute de la panoul solar. Această sursă secundară de energie este deservită în primul rând de controler.

În articolul pe care vi-l prezentăm, vom analiza structura și principiile de funcționare ale acestui dispozitiv și, de asemenea, vom examina metodele de conectare ale acestuia.

Controlere pentru baterii solare

Modulul electronic, numit controler pentru bateria solară, este destinat să îndeplinească o gamă întreagă de funcții de control în procesul de încărcare/descărcare a acumulatorului bateriei solare.

Când lumina solară cade pe suprafața panoului solar instalat, de pildă, pe acoperișul casei, această lumină este transformată de elementele fotoelectrice ale dispozitivului în curent electric.

Energia obținută, de fapt, ar putea fi furnizată direct acumulatorului. Cu toate acestea, procesul de încărcare/descărcare a acumulatorului are subtilitățile sale (anumite niveluri de curenți și tensiuni). Dacă se neglijează aceste subtilități, acumulatorul se va defecta după o perioadă scurtă de exploatare.

Pentru a evita astfel de consecințe neplăcute, este prevăzut un modul numit controler de încărcare pentru panoul solar.

Pe lângă controlul nivelului de încărcare a acumulatorului, modulul monitorizează și consumul de energie. În funcție de gradul de descărcare, schema controlerului de încărcare a acumulatorului de la panoul solar reglează și stabilește nivelul curentului necesar pentru încărcarea inițială și ulterioară.

În funcție de puterea controlerului de încărcare a bateriilor instalației solare, construcția acestor dispozitive poate avea configurații foarte diverse

În general, dacă vorbim într-un limbaj simplu, modulul asigură o „viață” fără griji pentru acumulator, care acumulează și cedează periodic energie dispozitivelor consumatoare.

Tipuri utilizate în practică

La nivel industrial este stabilită și realizată producția a două tipuri de dispozitive electronice, a căror execuție este potrivită pentru instalarea în schema unui sistem energetic solar:

1. Dispozitive din seria PWM.
2. Dispozitive din seria MPPT.

Primul tip de controler pentru panoul solar poate fi numit „bătrânul”. Astfel de scheme au fost dezvoltate și puse în funcțiune încă de la începuturile energeticii solare și eoliene.

Principiul de funcționare al schemei controlerului PWM se bazează pe algoritmi de modulație pe durata impulsului. Funcționalitatea acestor aparate este oarecum inferioară dispozitivelor mai avansate din seria MPPT, dar, în general, funcționează și ele destul de eficient.

Unul dintre modelele populare de controler de încărcare a acumulatorului pentru stația solară, deși schema dispozitivului este realizată conform tehnologiei PWM, considerată învechită

Construcțiile în care se aplică tehnologia Maximum Power Point Tracking (urmărirea punctului maxim de putere) se remarcă printr-o abordare modernă a soluțiilor schematice și asigură o funcționalitate mai mare.

Dar dacă comparăm ambele tipuri de controlere și, mai ales, cu o tendință către domeniul casnic, dispozitivele MPPT nu arată în lumina roz în care sunt promovate în mod tradițional.

Controler de tip MPPT:

• are un cost mai ridicat;
• are un algoritm de configurare complex;
• oferă un câștig de putere doar pe panouri de suprafață mare.

Acest tip de echipament este mai potrivit pentru sistemele globale de energie solară.

Controler proiectat pentru funcționarea în cadrul unei instalații de energie solară. Este un reprezentant al clasei de dispozitive MPPT – mai avansate și mai eficiente.

Pentru nevoile unui utilizator obișnuit din mediul casnic, care de obicei are panouri de suprafață mică, este mai avantajos să cumpere și să utilizeze cu același efect un controler PWM.

Scheme structurale ale controlerelor

Schemele electrice ale controlerelor PWM și MPPT pentru a fi examinate de un nespecialist – este un aspect prea complex, legat de o înțelegere aprofundată a electronicii. Prin urmare, este logic să examinăm doar schemele structurale. Această abordare este ușor de înțeles pentru un public larg.

Varianta #1 – dispozitive PWM

Tensiunea de la panoul solar prin doi conductori (plus și minus) ajunge la elementul de stabilizare și la lanțul rezistiv de separare. Datorită acestei părți a schemei, se obține egalizarea potențialelor tensiunii de intrare și, într-o oarecare măsură, se organizează protecția intrării controlerului împotriva depășirii limitei tensiunii de intrare.

Aici trebuie subliniat: fiecare model individual de dispozitiv are o limită specifică de tensiune de intrare (indicată în documentație).

Așa arată aproximativ schema structurală a dispozitivelor realizate pe baza tehnologiilor PWM. Pentru funcționarea în cadrul stațiilor casnice mici, această abordare schematică oferă o eficiență suficientă.

Apoi, tensiunea și curentul sunt limitate la valoarea necesară de către tranzistorii de putere. Aceste componente ale schemei, la rândul lor, sunt controlate de cipul controlerului prin intermediul circuitului integrat driver. Ca rezultat, la ieșirea perechii de tranzistori de putere se stabilește o valoare normală de tensiune și curent pentru acumulator.

De asemenea, în schemă este prezent un senzor de temperatură și un driver care controlează tranzistorul de putere, prin care se reglează puterea sarcinii (protecție împotriva descărcării profunde a acumulatorului). Senzorul de temperatură monitorizează starea de încălzire a elementelor importante ale controlerului PWM.

De obicei, nivelul de temperatură în interiorul carcasei sau pe radiatoarele tranzistorilor de putere. Dacă temperatura depășește limitele stabilite în setări, dispozitivul deconectează toate liniile de alimentare active.

Varianta #2 – dispozitive MPPT

Complexitatea schemei în acest caz se datorează completării acesteia cu o serie de elemente care construiesc algoritmul de control necesar mai atent, pe baza condițiilor de funcționare.

Nivelurile de tensiune și curent sunt urmărite și comparate de circuitele comparatoarelor, iar pe baza rezultatelor comparației se determină puterea maximă la ieșire.

Soluție de circuit în formă structurală pentru controlere de încărcare bazate pe tehnologii MPPT. Aici se remarcă deja un algoritm mai complex de control și gestionare a dispozitivelor periferice.

Principala diferență a acestui tip de controlere față de dispozitivele PWM este că acestea sunt capabile să ajusteze modulul solar energetic la puterea maximă, indiferent de condițiile meteorologice.

Prin circuitul acestor dispozitive se implementează mai multe metode de control:

• perturbare și observare;
• conductanță crescătoare;
• baleiaj de curent;
• tensiune constantă.

Iar în segmentul final al acțiunii generale se mai aplică un algoritm de comparare a tuturor acestor metode.

Metode de conectare a controlerelor

Analizând subiectul conexiunilor, trebuie remarcat imediat: pentru instalarea fiecărui aparat în parte, o caracteristică distinctivă este lucrul cu o anumită serie de panouri solare.

De exemplu, dacă se utilizează un controler proiectat pentru o tensiune maximă de intrare de 100 volți, seria de panouri solare trebuie să furnizeze la ieșire o tensiune nu mai mare decât această valoare.

Orice instalație solară energetică funcționează conform regulii echilibrului tensiunilor de ieșire și de intrare ale primei trepte. Limita superioară a tensiunii controlerului trebuie să corespundă limitei superioare a tensiunii panoului.

Înainte de a conecta aparatul, este necesar să se stabilească locul instalării sale fizice. Conform regulilor, locul de instalare trebuie să fie încăperi uscate și bine ventilate. Se exclude prezența materialelor inflamabile în apropierea dispozitivului.

Este inadmisibilă prezența în imediata apropiere a aparatului a surselor de vibrații, căldură și umiditate. Locul de instalare trebuie protejat împotriva precipitațiilor atmosferice și a razelor solare directe.

Tehnica de conectare a modelelor PWM

Practic toți producătorii de controlere PWM solicită respectarea unei secvențe exacte de conectare a dispozitivelor.

Tehnica de conectare a controlerelor PWM cu dispozitivele periferice nu se remarcă prin dificultăți deosebite. Fiecare placă este echipată cu borne marcate. Aici este necesar pur și simplu să se respecte succesiunea acțiunilor.

Dispozitivele periferice trebuie conectate în deplină conformitate cu marcajele bornelor de contact:

1. Conectați firele bateriei la bornele aparatului pentru acumulator în conformitate cu polaritatea indicată.
2. Direct în punctul de contact al firului pozitiv, introduceți o siguranță de protecție.
3. Pe bornele controlerului destinate panoului solar, fixați conductorii care provin de la bateria solară a panourilor. Respectați polaritatea.
4. Conectați la bornele de sarcină ale aparatului o lampă de control cu tensiunea corespunzătoare (de obicei 12/24V).

Secvența specificată nu trebuie încălcată. De exemplu, conectarea panourilor solare în primul rând atunci când bateria nu este conectată este strict interzisă. Prin astfel de acțiuni, utilizatorul riscă să „ardă” aparatul. În acest material este descrisă mai detaliat schema de asamblare a bateriilor solare cu acumulator.

De asemenea, pentru controlerele din seria PWM, conectarea invertorului de tensiune la bornele de sarcină ale controlerului este inadmisibilă. Invertorul trebuie conectat direct la bornele acumulatorului.

Ordinea de conectare a dispozitivelor MPPT

Cerințele generale privind instalarea fizică pentru acest tip de aparate nu diferă de sistemele anterioare. Dar configurația tehnologică este adesea ușor diferită, deoarece controlerele MPPT sunt considerate de multe ori aparate mai puternice.

Pentru controlerele proiectate pentru niveluri înalte de putere, la conexiunile circuitelor de forță se recomandă utilizarea cablurilor cu secțiuni mari, prevăzute cu terminale metalice.

De exemplu, pentru sistemele puternice, aceste cerințe sunt completate de faptul că producătorii recomandă să se utilizeze un cablu pentru liniile de conectare de forță, dimensionat pentru o densitate de curent de cel puțin 4 A/mm². Adică, de exemplu, pentru un controler cu un curent de 60 A, este necesar un cablu pentru conectarea la acumulator cu o secțiune de cel puțin 20 mm².

Cablurile de conectare trebuie să fie prevăzute cu terminale de cupru, strânse bine cu un instrument special. Bornele negative ale panoului solar și ale acumulatorului trebuie să fie echipate cu adaptoare cu siguranțe și întrerupătoare.

O astfel de abordare elimină pierderile de energie și asigură o exploatare sigură a instalației.

Schema structurală de conectare a controlerului MPPT puternic: 1 – panou solar; 2 – controler MPPT; 3 – clemă; 4,5 – siguranțe fuzibile; 6 – întrerupător de alimentare a controlerului; 7,8 – bară de împământare

Înainte de conectarea panourilor solare la aparat, trebuie să vă asigurați că tensiunea la borne corespunde sau este mai mică decât tensiunea admisibilă la intrarea controlerului.

Conectarea perifericelor la aparatul MTTP:

1. Comutați întrerupătoarele panoului și acumulatorului în poziția «oprit».
2. Scoateți siguranțele de protecție de pe panou și acumulator.
3. Conectați cu cablu bornele acumulatorului la bornele controlerului pentru acumulator.
4. Conectați cu cablu bornele panoului solar la bornele controlerului marcate cu semnul corespunzător.
5. Conectați cu cablu borna de împământare la bara «de pământ».
6. Montați senzorul de temperatură pe controler conform instrucțiunilor.

După aceste acțiuni, este necesar să introduceți la loc siguranța acumulatorului scoasă anterior și să comutați întrerupătorul în poziția «pornit». Pe ecranul controlerului va apărea un semnal de detectare a acumulatorului.

Apoi, după o scurtă pauză (1-2 min), puneți la loc siguranța panoului solar scoasă anterior și comutați întrerupătorul panoului în poziția «pornit».

Ecranul aparatului va indica valoarea tensiunii panoului solar. Acest moment confirmă lansarea cu succes a instalației solare energetice în funcțiune.

Concluzii și material video util pe această temă

Industria produce dispozitive multifațetate din punctul de vedere al soluțiilor de circuit. Prin urmare, nu se pot oferi recomandări univoce privind conectarea tuturor instalațiilor, fără excepție.

Totuși, principiul principal rămâne același pentru toate tipurile de aparate: fără conectarea acumulatorului la bornele controlerului, conexiunea cu panourile fotovoltaice este inadmisibilă. Aceleași cerințe se aplică și pentru includerea în schemă a invertorului de tensiune. Acesta trebuie considerat ca un modul separat, conectat la acumulator prin contact direct.

Dacă aveți experiența sau cunoștințele necesare, vă rugăm să le împărtășiți cu cititorii noștri. Lăsați comentariile dumneavoastră în blocul de mai jos. Aici puteți, de asemenea, adresa o întrebare legată de subiectul articolului.