Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея — накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда .

Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.

В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Применяемые на практике виды

На промышленном уровне налажен и осуществляется выпуск двух видов электронных устройств, исполнение которых подходит для установки в схему солнечной энергетической системы:

1. Устройства серии PWM.
2. Устройства серии MPPT.

Первый вид контроллера для солнечной батареи можно назвать «старичком». Такие схемы разрабатывались и внедрялись в эксплуатацию ещё на заре становления солнечной и ветряной энергетики.

Принцип работы схемы PWM контроллера основан на алгоритмах широтно-импульсной модуляции. Функциональность таких аппаратов несколько уступает более совершенным устройствам серии MPPT, но в целом работают они тоже вполне эффективно.

Одна из популярных в обществе моделей контроллера заряда АКБ солнечной станции, несмотря на то, что схема устройства выполнена по технологии PWM, которую считают устаревшей

Конструкции, где применяется технология Maximum Power Point Tracking (отслеживание максимальной границы мощности), отличаются современным подходом к схемотехническим решениям, обеспечивают большую функциональность.

Но если сравнивать оба вида контроллера и, тем более, с уклоном в сторону бытовой сферы, MPPT устройства выглядят не в том радужном свете, в котором их традиционно рекламируют.

Контроллер типа MPPT:

• имеет более высокую стоимость;
• обладает сложным алгоритмом настройки;
• даёт выигрыш по мощности только на панелях значительной площади.

Этот вид оборудования больше подходит для систем глобальной солнечной энергетики.

Контроллер, предназначенный под эксплуатацию в составе конструкции солнечной энергетической установки. Является представителем класса аппаратов MPPT – более совершенных и эффективных

Под нужды обычного пользователя из бытовой среды, имеющего, как правило, панели малой площади, выгоднее купить и с тем же эффектом эксплуатировать ШИМ-контроллер (PWM).

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 — устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий. Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами. Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 — приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

• возмущения и наблюдения;
• возрастающей проводимости;
• токовой развёртки;
• постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.

Способы подключения контроллеров

Рассматривая тему подключений, сразу нужно отметить: для установки каждого отдельно взятого аппарата характерной чертой является работа с конкретной серией солнечных панелей.

Так, например, если используется контроллер, рассчитанный на максимум входного напряжения 100 вольт, серия солнечных панелей должна выдавать на выходе напряжение не больше этого значения.

Любая солнечная энергетическая установка действует по правилу баланса выходного и входного напряжений первой ступени. Верхняя граница напряжения контроллера должна соответствовать верхней границе напряжения панели

Прежде чем подключать аппарат, необходимо определиться с местом его физической установки. Согласно правилам, местом установки следует выбирать сухие, хорошо проветриваемые помещения. Исключается присутствие рядом с устройством легковоспламеняющихся материалов.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители PWM-контроллеров требуют соблюдать точную последовательность подключения приборов.

Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:

1. Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
2. Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
3. На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
4. Подключить к выводам нагрузки прибора контрольную лампу соответствующего напряжения (обычно 12/24В).

Указанная последовательность не должна нарушаться. К примеру, подключать солнечные панели в первую очередь при неподключенном аккумуляторе категорически запрещается. Такими действиями пользователь рискует «сжечь» прибор. В более подробно описана схема сборки солнечных батарей с аккумулятором.

Также для контроллеров серии PWM недопустимо подключение инвертора напряжения на клеммы нагрузки контроллера. Инвертор следует соединять непосредственно с клеммами АКБ.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие требования по физической инсталляции для этого вида аппаратов не отличаются от предыдущих систем. Но технологическая установка зачастую несколько иная, так как контроллеры MPPT зачастую рассматриваются аппаратами более мощными.

Для контроллеров, рассчитанных под высокие уровни мощностей, на соединениях силовых цепей рекомендуется применять кабели больших сечений, оснащённые металлическими концевиками

Например, для мощных систем эти требования дополняются тем, что производители рекомендуют брать кабель для линий силовых подключений, рассчитанный на плотность тока не менее чем 4 А/мм 2 . То есть, например, для контроллера на ток 60 А нужен кабель для подключения к АКБ сечением не меньше 20 мм 2 .

Соединительные кабели обязательно оснащаются медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора необходимо оснастить переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход исключает энергетические потери и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Структурная схема подключения мощного контроллера MPPT: 1 – солнечная панель; 2 – контроллер MPPT; 3 – клеммник; 4,5 – предохранители плавкие; 6 – выключатель питания контроллера; 7,8 – земляная шина

Перед подключением к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.

Подключение периферии к аппарату MTTP:

1. Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
2. Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
3. Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
4. Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
5. Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
6. Установить температурный датчик на контроллере согласно инструкции.

После этих действий необходимо вставить на место ранее извлечённый предохранитель АКБ и перевести выключатель в положение «включено». На экране контроллера появится сигнал обнаружения аккумулятора.

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему . Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос по теме статьи.

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.

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.

Можно сделать вывод, что подобное устройство продлевает срок службы аккумуляторов и их поломку.

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 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.

Не нужно экономить на этом запасе. Ведь экономия может плачевно сказаться в период высокой солнечной инсоляции. Система может выйти из строя и убытки будут гораздо больше.

Виды контроллеров

Контроллеры On/Off

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

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.

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.

Есть модели PWM, которые умеют в зависимости от температуры ОС регулировать ток. Это хорошо сказывается на состоянии аккумулятора, уменьшается нагрев, лучше принимается заряд. Процесс становится регулируемым в автоматическом режиме.

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.

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.

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.

Эти устройства могут быть построены схеме МРРТ или PWM. Основное отличие заключается в том, что в них используются другие вольтамперные характеристики. В процессе работы ветряные генераторы дают очень неравномерную выработку электроэнергии. В результате на аккумуляторные батареи поступает неравномерная нагрузка, и они работают в стрессовом режиме. Задача гибридного контроллера заключается в сбросе избыточной энергии. Для этого, как правило, используются специальные тэны.

Это автоматически включающаяся схема, которая контролирует зарядку аккумулятора от солнечных панелей и других источников питания. Она основана на интегральных схемах 555 и заряжает батарейку, когда её заряд становится ниже заданного уровня, а затем останавливает зарядку во время того, когда батарейка достигает верхнего лимита по вольтажу.

Шаг 1: Моя цель

«Создать дешевый и эффективный контроллер заряда солнечной батареи»

Шаг 2: Схема

Для сборки контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи своими руками понадобятся:

• Интегральная схема NE555 IC с сокетом IC
• Один транзистор 2N2222 или PN222a
• Три резистора на 1K Ом
• Один резистор на 330 Ом и один на 100 Ом
• Два резистора на 330 Ом 1/5 w (опционально)
• Два потенциометра на 10K
• Два светодиода (зеленый и красный)
• Диод 1N4007
• Реле 5V SPDT
• Два трехпиновых коннектора для макетной платы
• Провода
• Макетная плата
• LM7805 (тип TO-220)
• Два конденсатора(я использую на.1uF, можете использовать любой)
• МОП-транзисторами IRF 540 (MOSFET)

На рисунке вы увидите завершенную схему контроллера. 5V реле — главный компонент схемы, это Ключ (SPDT, Single Pole Double Throw). У него одна обычная клемма и два контакта разных конфигураций. Один — обычно открыт (NO), второй — обычно закрыт (NC).

В нашем случае мы подключаем плюс солнечной панели на полюс реле (обычную клемму) и плюс батарейки на обычно открытый контакт; когда батарейка подключена к контроллеру солнечной зарядки, схема проверяет вольтаж батарейки. Если вольтаж меньше или равен обычному, то ток начинает поступать на батарейку, и она заряжается. Когда вольтаж батарейки начинает превышать верхний предел, реле активируется и ток перенаправляется в обычно закрытый контакт.

Шаг 3: Калибровка

После завершения схемы, нужно настроить нижний и верхний пороги. Калибровка батарейки нужна, чтобы предотвратить чрезмерную разрядку или зарядку. Я использую 12V в качестве нижнего предела и 14.9V в качестве верхнего. Это означает, что когда заряд батареи понижается до 12V, начинается зарядка и когда вольтаж поднимается до 14.9V, реле активируется, и схема перестает заряжать батарейку.

Чтобы настроить лимиты, вам понадобится мультиметр и два источника питания на 12V и 15V, или один универсальный. Сначала нужно установить нижний порог. Для этого установите вольтаж на 12V и подключите его к схеме. Соедините землю с мультиметром и замерьте показатель на пине 2 схемы 555. Настройте вольтаж так, чтобы получить 1.66V. Затем переключите вольтаж на 14.9V и возьмите замер на пине 6 схемы 555. Настройте вольтаж на 3.33V. Теперь контроллер готов к работе.

Шаг 4: Соединение

Приложенная картинка показывает электрическую схему устройства. Сначала соедините плюс от солнечной панели к центральному полюсу реле, затем соедините красный провод от батарейки с NO на реле. Соедините минус от солнечной панели с минусом на схеме, а затем присоедините минус батарейки к схеме.

Шаг 5: Работа

Когда вольтаж батарейки меньше, чем 14.9V, она начинает заряжаться путём передачи тока через NO на реле. Когда вольтаж батарейки достигает 14.9 вольт, реле автоматически переключается на NC.

Шаг 6: Момент истины

Принцип работы контроллеров для заряда солнечных батарей, устройство, что учитывать при выборе

В современных солнечных электростанциях для передачи выработанной электроэнергии рабочим аккумуляторам применяются разные схемы подключения источников тока. Они используют не одинаковые алгоритмы, созданы на основе микропроцессорных технологий, называются контроллерами.

Как работают контроллеры заряда солнечных батарей

Электроэнергия, вырабатываемая солнечной батареей, может передаваться накопительным аккумуляторным батареям:

2. через контроллер.

При первом способе электрический ток от источника пойдет к аккумуляторам и станет увеличивать напряжение на их клеммах. Вначале оно дойдет до определенного, предельного значения, зависящего от конструкции (типа) аккумуляторной батареи и окружающей температуры. Затем преодолеет рекомендуемый уровень.

На начальном этапе заряда схема работает нормально. А вот дальше начинаются крайне нежелательные процессы: продолжающееся поступление зарядного тока вызывает повышение напряжения сверх допустимых значений (порядка 14 В), возникает перезаряд с резким возрастанием температуры электролита, приводящей к его закипанию с интенсивным выбросом паров дистиллированной воды из элементов. Иногда вплоть до полного высыхания емкостей. Естественно, что ресурс аккумуляторной батареи резко снижается.

Поэтому задачу ограничения зарядного тока решают контроллерами или вручную. Последний способ: постоянно контролировать по приборам величину напряжения и коммутировать переключатели руками такой неблагодарный, что существует только в теории.

Алгоритмы работы контроллеров заряда солнечных батарей

По сложности способа ограничения предельного напряжения приборы изготавливают по принципам:

1. Откл/Вкл (или On/Off), когда схема просто коммутирует аккумуляторы к зарядному устройству по величине напряжения на клеммах,

2. широтно-импульсных (ШИМ) преобразований,

3. сканирования точки максимальной мощности.

Принцип №1: Схема Откл/Вкл

Это наиболее простой, но самый ненадежный метод. Его главный недостаток в том, что при возрастании напряжения на клеммах аккумумляторной батареи до предельного значения полного заряда емкости не происходит. Она доходит в этом случае примерно до 90% номинального значения.

У аккумуляторов постоянно происходит регулярный недобор энергии, который значительно снижает срок их эксплуатации.

Принцип №2: Схема ШИМ контроллеров

Сокращенное обозначение этих устройств на английском языке: PWM. Они выпускаются на основе конструкций микросхем. Их задачей является управление силовым блоком для регулирования напряжения на его входе в заданном диапазоне с помощью сигналов обратной связи.

PWM контроллеры дополнительно могут:

учитывать температуру электролита встроенным либо выносным датчиком (последний способ точнее),

создавать температурные компенсации зарядным напряжениям,

настраиваться под определенный тип аккумуляторов (GEL, AGM, жидко-кислотные) с разными показателями графиков напряжений в одинаковых точках.

Увеличение функций PWM контроллеров повышает их стоимость и надежность работы.

Принцип №3: сканирование точки максимальной мощности

Такие устройства обозначают английскими буквами MPPT. Они тоже работают по способу широтно-импульсных преобразователей, но предельно точны потому, что учитывают наибольшую величину мощности, которую способны отдать солнечные батареи. Это значение всегда точно определяется и вносится в документацию.

Например, для гелиобатарей 12 В точка отдачи максимальной мощности составляет порядка 17,5 В. Обыкновенный PWM контроллер прекратит заряд аккумумляторной батареи при достижении напряжения 14 - 14,5 В, а работающий по технологии MPPT — позволит дополнительно использовать ресурс солнечных батарей до 17,5 В.

С увеличением глубины разряда аккумуляторов возрастают потери энергии от источника. МРРТ контроллеры уменьшают их.

Характер отслеживания напряжения, соответствующего отдаче максимальной мощности солнечной батареи в 80 ватт, демонстрируется усредненным графиком.

Таким способом МРРТ контроллеры, используя широтно-импульсные преобразования во всех циклах заряда аккумуляторов, увеличивают отдачу солнечной батареи. В зависимости от разных факторов экономия может составлять 10 - 30%. При этом ток выхода из аккумулятора будет превышать ток входа в него из солнечной батареи.

Основные параметры контроллеров заряда солнечных батарей

При выборе контроллера для солнечной батареи кроме знания принципов его работы следует обратить внимание на условия, для которых он разработан.

Главными показателями приборов являются:

значение входного напряжения,

величина суммарной мощности солнечной энергии,

характер подключаемой нагрузки.

Напряжение солнечной батареи

На контроллер может подаваться напряжение от одной или нескольких солнечных батарей, соединенных по разным схемам. Для правильной работы прибора важно, чтобы суммарная величина подаваемого на него напряжения с учетом холостого хода источника не превышала предельной величины, указанной производителем в технической документации.

При этом следует сделать запас (резерв) ≥ 20% из-за ряда факторов:

не секрет, что отдельные параметры солнечной батареи иногда могут быть чуть-чуть завышены в рекламных целях,

происходящие на Солнце процессы не носят стабильного характера, а при аномально повышенных вспышках активности возможна передача энергии, создающая напряжение холостого хода солнечной батареи выше расчетного предела.

Мощность солнечной батареи

Она важна для выбора контроллера потому, что прибор должен быть способен надежно передавать ее рабочим аккумуляторам. В противном случае он просто сгорит.

Для определения мощности (в ваттах) умножают величину тока выхода из контроллера (в амперах) на напряжение (в вольтах), вырабатываемое солнечной батареей с учетом, созданного для него, 20% запаса.

Характер подключаемой нагрузки

Надо хорошо понимать назначение контроллера. Не стоит использовать его в качестве универсального источника питания, подключая к нему различные бытовые устройства. Конечно, часть из них сможет нормально работать, не создавая аномальных режимов.

Но…насколько долго это будет продолжаться? Прибор работает на основе широтно-импульсных преобразований, использует микропроцессорные и транзисторные технологии, которые учли в качестве нагрузки только , а не случайных потребителей со сложными переходными процессами при коммутациях и меняющимся характером потребляемой мощности.

Краткий обзор производителей

Выпуском контроллеров для солнечных электростанций занимаются многие страны. На Российском рынке популярна продукция компаний:

Morningstar Corporation (ведущий производитель США),

Beijing Epsolar Technology (работает с 1990-го года в Пекине),

AnHui SunShine New Energy Co (КНР),

Phocos (Германия),

Steca (Германия),

Xantrex (Канада).

Среди них всегда можно подобрать надежную модель контроллера, наиболее подходящую под конкретные условия эксплуатации солнечных электростанций с определенными техническими характеристиками. Для этого просто используете рекомендации этой статьи.

В настоящее время все большую популярность набирают системы, в которых не требуется подключение к сети электропитания. В состав системы входят: генератор энергии, контроллер (ШИМ, МРРТ, к примеру, фирма Arduino), реле, инвертор (совершает поворот тока) и провода. Ниже представлены различные варианты получения энергии с использованием природных источников и преобразованием их энергии.

Контроллер заряда солнечных батарей с цифровым дисплеем Morningstar

Системы автономного обеспечения энергией

Ветрогенераторы

Востребованы в местности с сильными ветрами, иначе их рентабельность заметно падает. Данные системы просты в эксплуатации и обслуживании.

Принцип действия ветрогенераторов заключается в переводе кинетической энергии ветра в механическую энергию лопастей, соединенных с ротором, а далее – в электрическую.

• Система полностью автономна, топливо не требуется.

• Простая конструкция, не требующая дорогостоящего обслуживания. Ремонт сводится к профилактическому осмотру.
• Для бесперебойной работы не требуется остановка системы. При отсутствии ветра энергия потребителям идет с аккумуляторных батарей.
• Бесшумная работа системы достигнута за счет прогрессивных материалов и конструкций ветрогенераторов.

Для получения оптимальных показателей необходимо чтобы были выполнены следующие условия:

• Устойчивый ветер. Перед установкой нужно предусмотреть отсутствие вблизи лесов и парков, показатели скорости и силы ветряных потоков.

Солнечные панели (батареи)

В сравнении с ветрогенераторами у солнечных батарей более сложный процесс изготовления, в связи с чем их стоимость будет выше. Но такие системы технологичнее по ряду преимуществ:

• Так же, как и ветрогенераторы, солнечные батареи не нуждаются в топливе, работают бесшумно и без перерыва.

• Более долговечны. Время эксплуатации превышает ветрогенераторы на 10 лет.
• Более доступная кинетическая энергия. Солнечный свет более постоянный, чем порывы ветра.
• Область установки. Солнечная энергия намного доступнее ветра.
• Регулировка мощности. У ветрогенераторов мощность фиксированная, а на солнечных батареях есть возможность устанавливать нужную в зависимости от потребностей.

Единственным недостатком солнечных панелей является продолжительность дня в зависимости от часового пояса. Например, в Мурманской области в декабре-январе солнечные батареи будут непригодны в связи с наступлением полярной ночи и отсутствием солнечного света.

Солнечные батареи, установленные на крыше жилого дома

Гибридные системы

Объединив ветрогенераторы и солнечные батареи, мы получим систему, в которой будут компенсированы недостатки получения энергии. Основным источником является ветрогенератор, он требует меньше затрат на установку и проще в обслуживании. В качестве дополнительного источника энергии применяют солнечные фотовольтаические панели. В случае штиля они возьмут на себя функцию производства электроэнергии.

Контроллеры

Одним из важнейших составляющих являются контроллеры заряда. Они служат для контроля и регулирования заряда аккумуляторных панелей.

Известный факт, что полное разряжение, как и чрезмерная зарядка, влияют на дальнейшую работу аккумуляторных батарей. Особо чувствительными являются свинцово-кислотные аккумуляторные панели. Для предохранения батарей от этих нагрузок и служит регулятор. При максимальной зарядке АКБ (аккумуляторной батареи) с помощью контроллеров уровень тока будет понижен, при понижении заряда до критических значений подача энергии будет остановлена.

Типы контроллеров

Существует несколько типов регуляторов: On/Off, ШИМ и МРРТ.

Перед подбором устройства необходимо ответить на два основных вопроса:

• Какое напряжение на входе?

Автоматический контроллер заряда с регулятором MPPT для солнечных батарей

Как и у большинства устройств, обязательно наличие прочностного запаса. Максимальное напряжение контроллера должно превышать общее напряжение на 20 процентов. Для определения запаса номинального тока нужно к величине тока короткого замыкания солнечных батарей прибавить 10–20 процентов, также данное значение зависит от типа регулятора. Эти данные можно найти в технических паспортах контроллеров. Например, для контроллера солнечных батарей SOL4UCN2 (ШИМ) выходное напряжение тока принимает значения 3 вольта, 6 вольт, 12 вольт. Также возможно подобрать контроллеры с выходным напряжением 36 или 48 вольт. К тому же необходимо предусмотреть инвертор для преобразования тока.

Контроллеры On/Off

В линейке контроллеров являются простейшими и, соответственно, недорогими. Когда заряд аккумулятора достигает предельного значения, контроллер разрывает соединение между солнечной панелью и батареей посредством реле. В действительности батарея не полностью заряжена, что оказывает влияние на дальнейшую работоспособность аккумулятора. Поэтому несмотря на низкую стоимость, лучше не использовать регулятор данного типа.

Контроллер On/Off для солнечных батарей

ШИМ (PWM) – контроллеры

Для этого типа контроллера применена технология широтно-импульсной модуляции. Преимуществом является прекращение заряда аккумуляторной батареи без отсоединения солнечных модулей, что позволяет продолжить зарядку АКБ до максимального уровня. Рекомендованная область применения – системы с небольшой мощностью (до 48 вольт).

МРРТ – контроллеры

Maximum power point tracker контроллер появился 80-х годах. Самым эффективным по праву считается именно этот тип контроллера. Он отслеживает максимальный энергетический пик и понижает напряжение, но увеличивает силу тока, не изменяя мощность. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия МРРТ – контроллеры сокращают срок окупаемости солнечных станций. Выходные напряжения варьируются от 12 до 48 вольт.

Самодельные контроллеры

Безусловно, можно сделать контроллер своими руками. Прототипом служит. В его схеме с помощью реле коммутируется сигнал, полученный с ветрогенераторов или солнечных батарей. Реле управляется посредством пороговой схемы и полевого транзисторного ключа. Подстроечные резисторы регулируют пороги переключения режима.

Схема для создания контроллера своими руками

В данной схеме использовано 8 резисторов в качестве нагрузки для утилизации энергии. Эта схема является первоначальной, ее можно упростить самостоятельно, а можно прибегнуть к помощи достоверных источников. Несмотря на очевидную простоту конструкции, не рекомендуется использовать контроллеры, созданные своими руками, во избежание неблагоприятных последствий, таких как порча АКБ, например (при напряжениях 36–48 вольт).

Гибридным контроллером считается контроллер, использующий энергию ветра и солнца. Его преимуществом является возможность использование двух источников тока (ветрогенератора или солнечной батареи) совместно или попеременно. Незаменим для автономных производств.

Дополнительные функции аккумуляторных батарей

Прогресс не стоит на месте и благодаря ему можно подобрать контроллер с нужными характеристиками для каждого потребителя индивидуально. Модель контроллера может включать в себя дисплей с выводом информации о батарее, реле, солнечных панелях, количестве заряда, напряжении (вольт), токе. Также может присутствовать система оповещения при приближении разрядки и таймер для активации ночного режима. Существуют контроллеры с возможностью подключения к компьютеру.

Контроллер с возможностью подключения к компьютеру I-Panda SMART 2

Платформа контроллера

Одним из оптимальных вариантов служит платформа фирмы Arduino (Ардуино). Плюсов достаточно много. Основным преимуществом является доступность, ведь программная оболочка бесплатна. Печатные платы есть в свободном доступе. Благодаря открытой архитектуре системы проблем с дополнением линейки не возникнет. Данные контроллеры поддерживают двигатели с напряжением до 12 вольт, можно подключить реле. Также Arduino выпускают и другие аппаратно-программные средства. Например, микроконтроллеры, для подпитки которых требуется 5 вольт или 3,3 вольта. К тому же программистам доступны специальные возможности портов (ШИМ, АЦП).

Многие усовершенствования можно выполнить своими руками. Но в 2008 году фирма разделилась на две части, которые оставили одно и то же название, но разные сайты (arduino.cc и arduino.org). При выборе продукции необходимо обращать внимание на это, ведь несмотря на общее прошлое, сейчас продукция Arduino отличается.

Устройство, помогающее сигналу совершить поворот на 1800, преобразовывающее постоянный ток в переменный. При этом частота и/или напряжение меняется. Схем инверторов достаточно большое количество, самыми часто встречающимися являются три типа.

Схема мостового инвертора без трансформатора

Первый тип – это мостовые инверторы без трансформатора, применяются для установок с высокими напряжениями (от 220 до 360 вольт). Ко второму типу относят инверторы с нулевым выводом трансформатора, используют в системах с низким напряжением (12–24 вольт). И третьим типом являются мостовые инверторы с трансформатором. Их применяют для обширных диапазонов напряжений мощности (48 вольт).

Страны-производители

На рынке представлено множество контроллеров заряда с различными модификациями, отличающихся как по цене, так и по качеству. Среди контроллеров российского производства наилучшими вариантами являются производители: Эмикон, Автоматика-с, Овен. Данные фирмы на рынке контроллеров находятся уже много лет и вполне зарекомендовали себя. Среди контроллеров зарубежного производства лидерами считаются Allen-Bradley, MicroLogix (дочернее производство Allen Bradley) и SLC 500. Главным критерием выбора именно этих производителей является большая область применения, т. е. контроллеры данных фирм можно использовать в разных сферах и для разных целей.

Контроллеры зарубежного производства MicroLogix

Расчет системы

Затем оценивают примерную производительность. Для этого нужно рассчитать минимальную и максимальную солнечную активность для годичного цикла. Эти значения также будут зависеть от географического расположения.

Аккумуляторные батареи подбираются по рабочей емкости и току в зависимости от нужд потребителя. Соединение аккумуляторов возможно как последовательно, так и параллельно. Для большей надежности рекомендуется, чтобы АКБ были одной мощности, в идеале выпущены одной партией. В основном используются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, но в последнее время из-за снижения цен конкурентоспособными становятся литийионные АКБ. Их отличие состоит в большей удельной емкости, но для литийионных аккумуляторов требуется специальное зарядное устройство, многие регуляторы им просто-напросто не подойдут.

Контроллер заряда солнечных батарей МРРТ Tracer 1215RN

При использовании МРРТ-контроллеров необходимо учитывать максимальный выходной ток контроллера, а не первичного источника. У ШИМ-контроллеров такой особенности нет.

Еще одним аспектом, требующим внимания, является выбор реле и проводов. Их длина должна быть минимальной, чтобы избежать дополнительных потерь. Само собой, провода нужно подбирать в зависимости от потребностей, ведь их характеристики зависят от поперечного сечения провода и материала, из которого они изготовлены. Провода должны выдерживать указанное напряжение от 12 до 48 вольт. Также не стоит пренебрегать изоляционным материалом, он напрямую влияет на теплопроводность проводов.

Независимо от типа регулятора (ШИМ, МРРТ или изготовленный своими руками), необходимо учитывать параметры всей системы для более продуктивной работы (в том числе напряжение от 12 до 48 вольт). Сейчас выбор моделей на рынке неограничен, но не стоит брать первый попавшийся, нужно тщательно ознакомиться с характеристиками, ведь от этого зависит долговечность и надежность остальных компонентов.

Принцип работы контроллера заряда солнечных батарей

При правильном подборе составляющих частей системы, углов поворота солнечных панелей и их географического расположения можно создать экономичную систему получения энергии без дополнительных источников питания. Причем многое можно сделать своими руками, покупая только основные части (например, платформу Arduino), не требуя дополнительных расходов.

Контроллер ветрогенератора и солнечной батареи своими руками

Контроллер ветрогенератора и солнечной батареи своими руками В настоящее время все большую популярность набирают системы, в которых не требуется подключение к сети электропитания. В

Дешёвая энергия: солнечная батарея своими руками

Солнечная энергетика быстро набирает популярность в обществе. Процент интереса к солнечным панелям стремительно увеличивается за счёт владельцев загородных домов, коттеджей, вилл. Не остаются в стороне и владельцы дачных хозяйств, для кого дешёвая энергия солнца также необходима.

Вариант солнечной батареи обещает существенное снижение расходов на содержание любой недвижимости. Счета на оплату за потребление электрической энергии традиционно входят в книгу рекордов Гиннеса. А тут - электрический ток практически даром.

Определение солнечной батареи

Конструктивно солнечная батарея представляет собой схему преобразователя одного вида энергии в другой. В частности, энергия света преобразуется в электрическую энергию. Причём результатом преобразования становится электрический ток постоянной величины.

Активными элементами конструкции солнечной панели выступают полупроводники, обладающие свойствами фотохимического синтеза. Например, кремний (Si), применением которого были отмечены самые первые исследования в области получения электричества солнца.

Простейший набор из солнечной панели и автомобильного аккумулятора уже составляет конструкцию настоящей домашней энергетической установки

На текущий момент кремний уже не рассматривается безальтернативным химическим элементом, опираясь на который есть смысл сооружать солнечные батареи из панелей, в том числе своими руками.

Более перспективными и эффективными теперь видятся другие представители таблицы Менделеева (в скобках цифры энергетической отдачи):

1. Арсенид галлия GaAs (кристаллический 25,1).
2. Фосфит индия InP (21,9).
3. Фосфат индия с галлием + Арсенид галлия + Германий GaInP + GaAs + Ge (32).

Рассматривать солнечную панель глазами обывателя следует как пластину полупроводника (кремния и т.п.), каждая из сторон которой является положительным и отрицательным электродом.

Под влиянием света солнца, в результате химического фотосинтеза, на электродах панели образуются электрические потенциалы. Казалось бы, всё просто. Остаётся только подключить провода к нагрузке и пользоваться электричеством. Но на деле всё несколько иначе.

Эффективность солнечных батарей

Достичь высокой степени эффективности от использования солнечной батареи крайне проблематично. Тем более, когда солнечная батарея изготавливается своими руками, и делаются попытки получить энергию под бытовые нужды целого дома или хозяйственные нужды дачного участки.

Такая промышленная бытовая установка генерирует 150 ватт мощности при напряжении сети 12 вольт. Правда, заявленная мощность гарантируется при полностью открытом солнечном небосводе

Чтобы получать максимальную эффективность от солнечного генератора энергии, необходимо постоянно определять и точно согласовывать сопротивление нагрузки.

Здесь без привлечения технологичных электронных устройств – контроллеров управления, не обойтись никак. А сделать подобный контроллер своими руками – задача сложная.

Фотоэлементам, на основе которых выстраивается структура солнечных панелей, присуща температурная нестабильность. Практика применения указывает на значительное падение производительности фотоэлементов в результате повышения температуры их поверхности.

Так появляется ещё одна, не менее трудная задача. Её решение требует использования солнечного света, лишённого тепла. Сделать нечто подобное в кустарных условиях видится бесперспективной идеей.

И ещё недостатки альтернативной энергетики:

• потребность в значительных площадях под размещение панелей батареи;
• бездействие установки в тёмное время суток;
• наличие в составе компонентов батареи ядовитых веществ (свинца, галлия, мышьяка и т.п.);
• значительные эксплуатационные издержки.

Тем не менее, профессиональное изготовление солнечных генераторов энергии стабильно наращивается. Существует уже как минимум пять компаний, готовых предложить к установке современные конструкции, в том числе предназначенные для объектов жилой недвижимости:

Солнечная энергия в доме своими руками

Самостоятельное изготовление батареи на базе солнечных панелей, пригодной для нужд частного хозяйства, видится реальным делом только в рамках скромных проектов.

К примеру, изготовление солнечной батареи своими руками для подзарядки небольшого аккумулятора, энергия которого используется для питания двух-трёх маломощных (6 – 12 вольтовых) фонарей.

По таким проектам делаются установки, вырабатывающие напряжение не выше 20 вольт при токе не более 1 А. Рассмотрим один из возможных вариантов создания солнечной батареи с похожими рабочими характеристиками.

Для реализации проекта потребуются:

1. Пластины кремниевых фотоэлементов.
2. Паяльник электрический.
3. Олово паяльное.
4. Этиловый спирт.
5. Канифоль сосновая для пайки.
6. Инструмент электро-монтажника.
7. Вспомогательные электронные компоненты и модули.

Подготовленные детали под сборку домашней (дачной) солнечной панели. Каждый из элементов является индивидуальным источником энергии. Их нужно объединить

Пластины фотоэлементов (кремниевых) проще всего приобрести уже готовые, к примеру, на Aliexpress. Там вполне пригодные конструкции разных размеров продают по доступной цене.

Инструмент электро-монтажника, у человека знакомого с электроникой, как правило, имеется по умолчанию. Из вспомогательной аппаратуры потребуется регулятор заряда аккумулятора, инвертор.

Сборка солнечной батареи: пошаговая инструкция

Пошаговая сборка генератора на солнечных панелях выглядит примерно следующим образом:

1. Пайка отдельных пластин с фотоэлементами в единую солнечную батарею.
2. Проверка работы собранной батареи измерительным прибором.
3. Укладка панелей внутрь защитной конструкции.
4. Подключение собранной батареи через контроллер заряда к АКБ.
5. Преобразование энергии АКБ в требуемое напряжение.

Спайка отдельных панелей в единую батарею – работа кропотливая, требующая навыков пайки и внимания. Сложность действий для сборщика обусловлена здесь хрупкой конструкцией кремниевых пластин.

Пайку на пластинах выполняют аккуратно паяльником подходящей мощности, предварительно заточив жало под угол 45 градусов, используя качественный припой

Места пайки следует предварительно обрабатывать этиловым спиртом. Паять рекомендуется с минимальным использованием канифоли и олова.

Завершив спайку, нужно проверить конструкцию на работоспособность. Делается эта процедура обычным образом, с помощью измерительного прибора – тестера (стрелочного, электронного).

Проверка работоспособности солнечной батареи, сделанной своими руками с помощью обычного цифрового прибора для измерения напряжения, тока, сопротивления

На выходных проводниках замеряют выходное напряжение и ток в условиях максимальной и минимальной освещённости полотна. При качественной спайке всех пластин и без наличия дефектов, результат получается, как правило, положительный.

Контроллер заряда аккумулятора

Энергетическая солнечная установка станет надёжнее и безопаснее, если в состав её схемы включить контроллер заряда (разряда) аккумулятора. Этот прибор можно купить уже в готовом виде.

Но если имеются способности в области электроники и желания к совершенству, контроллер заряда нетрудно сделать своими руками. Для справки можно уточнить: разработаны два вида таких приборов:

1. PWM (Pulse Width Modulation).
2. MPPT (Maximum Power Point Tracking).

Если перевести на русский язык, первый вид устройств действует на принципах широтно-импульсной модуляции. Второй вид приборов создан под вычисление так называемой максимальной точки мощности.

В любом случае, обе схемы собраны на классической элементной базе, с той лишь разницей, что вторые устройства отличаются более сложными схемными решениями. В систему контроллеры заряда включаются так:

Классическая структурная схема включения контроллера заряда: 1 - солнечная панель; 2 - контроллер заряда/разряда АКБ; 3 - аккумулятор; 4 - инвертор напряжения 12/220В; 5 - нагрузочная лампа

Главная задача контроллера заряда АКБ энергетической солнечной установки – отслеживание уровня напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Недопущение выхода напряжения за границы, когда нарушаются условия эксплуатации АКБ.

Благодаря присутствию контроллера, остаётся стабильным срок службы аккумуляторной батареи. Конечно же, помимо этого прибор контролирует температурные и другие параметры, обеспечивая безопасность работы АКБ и всей системы.

Для сборки контроллера MPPT своими руками можно взять массу схемных решений. В поиске схемотехники проблем нет, стоит только сделать соответствующий запрос в поисковой системе.

Например, собрать контроллер можно на основе такой вот, несложной на первый взгляд, структурной схемы:

На основе этой структурной схемы собирается достаточно эффективное и надёжное устройство контроля заряда АКБ по типу MPPT технологии

Однако для бытовых целей вполне достаточно простейшего ШИМ-контроллера, так как в составе бытовых энергоустановок, как правило, не используются массивные солнечные панели. Для контроллеров же типа MPPT, характерной особенностью является именно работа с панелями большой мощности.

На малых мощностях они не оправдывают их схемной сложности. Для пользователя приобретение таких приборов оборачивается лишними расходами. Поэтому логично рекомендовать для дома простой PWM аппарат, собранный своими руками, к примеру, по этой схеме:

Принципиальная схема простого ШИМ-контроллера для домашней солнечной установки. Работает с выходным напряжением панели 17 вольт и обычным автомобильным аккумулятором

Солнечная батарея: схема инвертора

Полученную от солнца энергию аккумулируют. В домашних условиях для накопления энергии обычно используется стандартная автомобильная батарея (или несколько батарей).

Напряжения и силы тока аккумулятора вполне достаточно для питания маломощных бытовых приборов, рассчитанных под напряжение 12 (24) вольт. Однако этот вариант устраивает далеко не всегда.

Поэтому дополнительно к собранной конструкции подключают инвертор – устройство, преобразующее напряжение аккумулятора в переменное напряжение 127/220 вольт, пригодное для питания бытовых приборов или хозяйственной техники.

Найти подходящую схему инвертора несложно. Есть множество идей на этот счёт. Традиционно схема инвертора включает следующие компоненты:

• полупроводниковую солнечную панель,
• интегральную микросхему типа SG3524 (регулятор заряда),
• аккумуляторную батарею,
• интегральную микросхему управления МОП-транзисторами,
• силовые МОП-транзисторы,
• трансформатор.

Структурная схема регулятора в паре с инвертором выглядит примерно так:

Структурная схема регулятора напряжения аккумуляторной батареи в ассоциации с инвертором-преобразователем напряжения для солнечной энергетической установки

Защитная конструкция солнечной панели

Собранную из хрупких кремниевых пластин солнечную батарею необходимо дополнительно защитить от внешнего воздействия. Защитный корпус делают на основе прозрачного материала, который легко поддаётся чистке.

Полиуретановые или алюминиевые уголки каркаса и прозрачное органическое стекло подойдут в самый раз. Разъяснять тонкости сборки защитного корпуса не имеет смысла. Это простейшая сборка, собранная своими руками при помощи набора бытовых инструментов.

На мой взгляд, за солнечными батареями будущее, но на данный момент они еще недостаточно «готовы» к массовому использованию, это как первые компьютеры которые занимали много места и были не настолько эффективны как эффективен сейчас любой, самый недорогой смартфон. Поэтому нужно время для того чтобы «подогнать» эту систему электропитания под массовое производство, чтобы оно не занимало столько места и работало даже ночью.

Неплохая идея использования альтернативной энергии, наряду с ветрогенераторами и генераторами, использующими термоэлектрические явления. Это экологически безопасно. Окупается такая электростанция через 1-2 года. Когда отключают электричество, вполне можно найти замену в виде вот такого устройства.

За альтернативной энергией будущее как не крути углеводы скоро кончаться на планете, и не будет не каких нефтяных компаний и так далее, так что уже пора начинать переходить на альтернативную энергию хоть ещё и дорого но в итоге сэкономишь всё равно со временем!

В Европе, использование энергии Солнца, для производства электрической энергии, известно несколько десятилетий. Наиболее известным примером является Израиль, где действует государственная программа. Государство поставляет всем желающим солнечные батареи, энергия которых используется не только для личных нужд, но и продается государству. Стоимость оборудования и установочных работ высчитывается равными платежами или погашается поставленной энергией.

В статье не хватает одного важного момента, а именно финансовых расчетов. Во сколько обойдется эта установка?

В свое время просчитывала стоимость «солнечной электростанции» со всем необходимым оборудованием: инвертором (преобразование постоянного тока в переменный, на котором работает большинство бытовых приборов), достаточным количеством аккумуляторных батарей, и т.д. Все комплектующие исключительно отечественного производства (другие в разы дороже).

Так вот, проект не окупается. От слова совсем. Срок службы батарей около 10 лет. За покупку и установку оборудования придется заплатить столько же, сколько за 15 (!) лет пользования электричеством (даже если учитывать увеличение стоимости кВт*часа на 15% каждые полгода).

Дешёвая энергия: солнечная батарея своими руками

Солнечная батарея под нужды частного дома или дачного хозяйства. Изготовление солнечной батареи своими руками — реальные и неральные проекты

Как выбрать контроллер для солнечных батарей? Контроллер для солнечной батареи своими руками

Переход на альтернативные источники энергии продолжается уже довольно много лет, охватывая разные сферы. Несмотря на привлекательность концепции получения бесплатной энергии, на практике ее реализовать непросто. Возникают и технические, и финансовые сложности. Тем не менее в случае небольших по объему проектов альтернативное энергоснабжение себя оправдывает. Например, контроллер для солнечной батареи позволяет использовать бесплатное питание для электроприборов даже в домашних условиях. Данный компонент регулирует работу аккумулятора, позволяя оптимально расходовать генерируемый заряд.

Какие параметры контроллера нужно учитывать?

В первую очередь следует исходить из суммарной мощности и входного напряжения системы, под которую подбирается контроллер. То есть именно мощность батареи или комплекса элементов питания не должна превышать произведения напряжения системы на величину выходного тока управляющего устройства. Причем контроллер для солнечной батареи подбирается из расчета напряжения в разряженном аккумуляторе. К тому же следует предусмотреть и 20-процентный запас для напряжения на случай повышенной солнечной активности.

Также контроллер рассчитывается в показателе соответствия входному напряжению. Эта величина строго регламентируется на те же случаи аномальной активности излучения. На рынке контроллер для солнечной батареи представлен в разных видах, каждый из которых предполагает свою специфику оценки описанных характеристик.

Особенности выбора контроллеров PWM

Выбор данного типа управляющего устройства отличается простым подходом – будущему пользователю нужно определиться только с оптимальными показателями тока короткого замыкания в используемом модуле. Также следует предусматривать некоторый запас. Например, если ток солнечного генератора мощностью 100 Вт стабильно функционирует при показателе тока короткого замыкания в 6,7 А, то контроллер должен располагать номинальным значением тока порядка 7,5 А.

Иногда берется в расчет и ток разряда. Особенно его важно учитывать при эксплуатации контроллеров с функцией управления нагрузкой. В данном случае выбор контроллера для солнечной батареи делается с таким расчетом, чтобы ток разряда не превышал аналогичное номинальное значение в управляющем устройстве.

Особенности выбора контроллеров MPPT

Данный тип контроллеров подбирается по критерию мощности. Так, если максимальный ток устройства составляет 50 А и система оптимально функционирует с напряжением 48 В, то пиковая мощность контроллера составит около 2900 Вт с учетом добавки страхующего потенциала. И здесь важен еще один аспект. Дело в том, что напряжение солнечных генераторов может понижаться в случаях их разряда. Соответственно, и мощность может упасть на существенную долю процента. Но это не значит, что можно делать скидку и на показатели самого контроллера – его мощностный потенциал должен охватывать именно предельные значения.

Кроме того, в вопросе о том, как выбрать контроллер для солнечных батарей типа MPPT, следует учитывать и особенности излучаемой радиации. На поверхности земли интенсивность солнечного света добавляет еще 20% к мощности аккумуляторной инфраструктуры. Такие явления нельзя назвать правилом, но даже как случайность они должны предусматриваться в расчете мощности контроллера.

Как сделать котроллер самостоятельно?

Типовой вариант самодельного контроллера предполагает использование скромного набора элементов. Среди них будет транзистор, выдерживающий ток до 49 А, реле-регулятор от автомобиля, резистор на 120 кОм и диодный элемент. Далее реле подключается к аккумулятору, а затем провод по резистору проходит к затвору транзистора. В процессе работы реле-регулятора плюсовой сигнал должен отпирать затвор, и ток от модуля солнечного света будет проходить через лапки транзистора в аккумулятор.

Если делается универсальный контроллер для солнечной батареи своими руками с расчетом на исключение самопроизвольного потребления накапливаемой энергии, то интеграция в систему диода будет обязательной. В ночное время он создаст для солнечной панели подсветку, исключая дополнительное потребление энергии модулем.

Можно ли обойтись без контроллера для солнечной батареи?

Перед тем как дать ответ на этот вопрос, нужно вспомнить, какова вообще функция контроллера в составе солнечного модуля. С его помощью владелец может автономно управлять процессом заряда аккумуляторного блока за счет энергии света. Если контроллера не будет, то процесс наполнения энергией может происходить вплоть до момента выкипания электролита. То есть совсем без средства управления взаимодействием солнечной панели и аккумулятора обойтись нельзя. Другое дело, что контроллер для солнечной батареи может быть заменен вольтметром. При обнаружении пиковых значений заряда и напряжения пользователь самостоятельно может остановить процесс путем отключения блока АКБ. Такой подход, конечно, неудобен по сравнению с автоматическим контролем, но в случае редкого использования системы и он себя может оправдать.

Заключение

Изготовлением солнечных контроллеров и других комплектующих для подобного рода модулей сегодня занимаются многие компании. Этот сегмент уже не рассматривается обособленным и специфическим. На рынке такие компоненты можно приобрести за 10-15 тыс. рублей, причем хорошего качества. Конечно, самодельный контроллер для солнечной батареи с применением бюджетных резисторов и деталей автомобильной электротехники обойдется в разы дешевле, но он едва ли сможет гарантировать должный уровень надежности. А момент стабильности работы и безопасности особенно важен в эксплуатации солнечных панелей, не говоря об аккумуляторе. В случае успешного оснащения солнечного модуля качественным контроллером владелец сможет рассчитывать на автоматическое накопление электроэнергии без необходимости вмешательства в процесс генерации.

Как выбрать контроллер для солнечных батарей? Контроллер для солнечной батареи своими руками

Статья посвящена контроллерам для солнечных батарей. Рассмотрены нюансы выбора данного устройства, а также рекомендации по его самостоятельному изготовлению.

Контроллер заряда на солнечную батарею своими руками

Для накопления энергии, полученной от ветрогенераторов и солнечных батарей, используются аккумуляторные батареи (чаще всего на 12В). Когда аккумулятор заряжен, контроллер заряда переключает источник электроэнергии с аккумулятора на нагрузочный балласт. Весь представленный ниже материал является свободным переводом англоязычной страницы Майка Дэвиса (Mike Davis) о новом улучшенном контроллере заряда, спроектированном на таймере 555 серии. Этот проект занял первое место в конкурсе Utility (категория 555 Design Contest)!

контроллер заряда на солнечную батарею своими руками

Майк Дэвис рассказывает.

Новая схема контроллера заряда аккумуляторной батареи

Контроллер заряда аккумуляторной батареи является неотъемлемой частью любой ветрогенерующей или солнечной системы. Он контролирует напряжение на батарее, переключает батареи от заряда, когда они полностью заряжены, (заряд идет на эквивалент нагрузки — балласт) и подсоединяет их, когда они достигают предварительно заданного уровня разряда. Это новая, улучшенная реализация контроллера заряда на базе цифровой микросхемы 555 серии.

Начальная реализация контроллера заряда много лет использовалась в полевых условиях, многие люди во всем мире ее повторили (этот вариант контроллера можно найти на странице самодельного ветрогенератора).

Проблема в том, что людям без опыта работы с электроникой трудно его изготовить и заставить работать (схема достаточно сложна и запутана для начинающих в электронике, кроме того были проблемы с поиском необходимых деталей). Поэтому я поставил перед собой цель значительно упростить схему контроллера заряда, сделать его, если это возможно, на одной микросхеме и уменьшить количество других компонентов. Один из моих друзей предложил мне заменить все аналоговые схемы микроконтроллером. Однако это было бы слишком сложно для желающих изготовить такой контроллер заряда.

Вот моя оригинальная схема контроллера заряда (схема 100%). Сердце схемы контроллера заряда состоит из делителя напряжения, двух компараторов и SR флип-флоп. Сначала я хотел перепроектировать его с помощью микросхемы компаратора LM339 Quad. Я некоторое время пытался эту идею реализовать, и даже сделал несколько пробных вариантов, однако возникли некоторые проблемы, вследствии чего я отложил проект на некоторое время и работал над другими вещами.

Блок-схема таймера NE555. В это время я работал над ШИМ — контроллером двигателя насоса, в котором регулятор скорости использует микросхему таймера 555 серии. Глядя на рисунок внутренней структуры микросхемы 555 серии, я был поражен тем, насколько сильно она напоминает мою оригинальную схему контроллера заряда. Вдруг я понял, что, использовав чип 555 серии, смогу перестроить схему контроллера заряда, значительно упростить ее и уменьшить количество деталей.

Моя оригинальная схема контроллера заряда с выделенными секциями.

Блок-схема чипа таймера NE555.

Сравните эти диаграммы, и вы также увидите сходство между моей оригинальной схемой контроллера заряда и структурной схемой таймера NE555. Цветные прямоугольники представляют подобные секции. Таймер 555 серии может заменить 7 компонентов в исходной схеме и намного упростить ее. Это очень нетрадиционное использование чипа 555, ведь я его не буду использовать как таймер вообще.

Для продолжения щелкните на кнопке с цифрой 2

Изготовление и тестирование обновленного контроллера заряда аккумуляторной батареи

Я приступил к работе и за очень короткое время изготовил рабочий макет. Он заработал с первой попытки, что является редкостью для меня (я почти всегда допускаюсь ошибок при реализации).

Вот показана схема нового контроллера заряда (полноразмерная схема).

Я использовал только распространенные компоненты. NE555 — это, вероятно, самая популярная микросхема в истории радиоэлектроники. Миллиарды их производились ежегодно. Транзистор может быть 2N2222, NTE123, 2N3904, или другой подобный общего назначения (небольшой NPN транзистор). MOSFET является IRF540 или аналогичный. У меня остались от других проектов много IRF540s, поэтому я использовал один из них, а не покупал то еще. Используйте то, что вы можете найти.

Все резисторы 1/8 Вт. Резисторы 1/4 Вт или выше их могут заменить, если у вас нет 1/8 Ватт резисторов. Два регулируемых резисторы, R1 и R2 (10K точные переменные резисторы), я использовал потому что уже имел их под рукой. Любые номиналы между 10K и 100K должны работать нормально, 10% допуск достаточен для всех пассивных компонентов. Схема не требует прецизионных деталей.

Обновление . Я изменил выше приведенную схему, добавив дополнительные резисторы R8 и R9. Эти 330 Ом резисторы не нужны для работы схемы, но они помогут защитить ее от случайных коротких замыканий (например, когда Кнопки нажимаются). Начальная схема была намеренно минималистичной.

Реле. Я использовал автомобильные реле, рассчитанные на 40 Ампер. Их очень легко найти. Я включил реле для удобства подключения. 40 Ампер могут показаться лишними, но они позволят расшириться в будущем. Вы можете начать с одной небольшой солнечной панели, а затем добавить несколько, позже ветряк и больший банк батарей. Все остальные части указаны ниже.

Перечень деталей контроллера заряда

IC1 — 7805 — регулятор напряжения 5 Вольт

R3, R4, R5 — 1K Ом 1/8 Вт 10%

IC2 — NE555 — таймер

R6 — 330 Ом 1/8 Вт 10%

PB1, PB2 — контактные Кнопки без фиксации

R7 — 100 Ом 1/8 Вт 10%

LED1 — зеленый светодиод

Q1 — 2N2222 или похожий NPN транзистор

LED2 — желтый светодиод

Q2 — IRF540 или похожий Power MOSFET

RLY1 — 40 Amp SPDT автомобильные реле

C1 — 0.33uF 35V 10%

D1 — 1N4001 или аналогичный

С2 — 0,1 мкФ 35В 10%

R1, R2 — 10K — многооборотные потенциометры

R8 -R9 — дополнительные 330 Ом 1/2 W резисторы (см. текст)

Рабочий макет. Макет для испытания в полевых условиях заработал с первого раза.

Обратите внимание, я решил использовать 78L05 версию регулятора 5 Вольт в крошечном TO-92 корпусе, такого же размера, как транзистор 2N2222. Это небольшой черный прямоугольник в верхнем левом углу платы. Такое решение экономит много места на плате, позволяет обрабатывать только 100 мА, но этого достаточно для питания этой схемы. Если вы не можете найти 78L05, можно использовать в корпусе TO-220 версию 7805, которая является гораздо более распространенной (это немного увеличит плату).

Если у вас схема изготовлена, пришло время ее настраивать. Я использую 11.9V и 14.9V как нижнюю и верхнюю границу напряжения для контроллера. Это точки, где он переходит от заряда батарей к демпингу на эквивалент нагрузки, и наоборот (эквивалент нагрузки нужен в том случае, если вы используете ветряк, при работе только с солнечными батареями, линия эквивалента нагрузки может остаться открытой).

Наверное, лучший способ настроить схему — подсоединить источник питания постоянного тока к клеммам аккумулятора. Установите электропитания 11.9V. Измерьте напряжение на испытательной точке 1. Отрегулируйте R1 напряжение на контрольной точке, сделайте ее как можно ближе к 1.667V. Теперь устанавливаем 14.9V и измеряем напряжение на испытательной точке 2, регулируем R2, пока напряжение на контрольной точке будет как можно ближе к 3.333V.

Проверьте работу контроллера заряда, подав на вход напряжение несколько большее и меньшее (между 11,7 и 15,1 Вольт). Вы должны услышать, как реле закрывается около 14,9 вольт и открывается примерно в 11,9 Вольт. Кнопки PB1, PB2 могут быть использованы для изменения состояния контроллера, когда входное напряжение находится между двумя заданными точками.

Готовый контроллер заряда. После того, как контроллер был настроен, я установил его в полу-всепогодный корпус. Реле находится на левой стороне. Для проводки я использовал провод для сильно-токовых соединений (он разработан для переключения до 40 ампер). Я также включил предохранитель на входную линию с солнечной батареи / ветряка.

Вот еще одно фото контроллера заряда с крышкой. В нем мне нравится то, что я вижу светодиоды сквозь полупрозрачную крышку и с первого взгляда понятно, в каком состоянии контроллер заряда находится (удобно при тестировании).

На этой фотографии показаны все соединения с внешней стороны контроллера: есть соединение для плюса батареи, положительный вход от солнечной панели или ветрогенератора, плюс дополнительного эквивалента нагрузки (балласта) и три соединения на землю.

При подключении контроллера заряда, аккумулятор должен присоединяться первым (таким образом электроника сможет отдавать получаемую энергию). Если солнечные панели или ветрогенератор присоединить первыми, контроллер будет находиться в нестабильном состоянии.

Я должен сказать об эквиваленте нагрузки (балласте): когда контроллер заряда чувствует, что батареи (аккумулятор) полностью заряжены, он переключается на эквивалент нагрузки (просто большой внешний банк резисторов с высокой номинальной мощностью), чтобы выбрать выходную мощность ветрогенератора и держать его под нагрузкой. Если вы используете коммерчески изготовленный ветряк со встроенной защитой, или используете только солнечные батареи, то эквивалент нагрузки не нужен, и вы можете оставить эту линию не подключенной. Вы можете узнать больше о эквиваленте нагрузки (балласте) на моей странице ветряных турбин.

Вот еще один вид сбоку: кнопки зарядки и балласта. Контроллер заряда автоматически переключается между зарядом и балластом, когда напряжение батареи достигает низкого и высокого предела. Эти кнопки позволяют мне вручную переключать контроллер заряда между двумя состояниями.

Вот фото испытания нового контроллера заряда. Одна из моих самодельных 60-ваттных солнечных панелей была установлена ​​за пределами моей мастерской и использована для зарядки в батареи глубокого цикла с помощью нового контроллера заряда. Все сработало отлично. Контроллер заряда, когда батарея была полностью заряжена, переключил на балласт.

Вот фото тестирования крупным планом. Вольтметр показывает 12,64 вольт на батарее, которая по сути является полностью заряженной. Понадобился лишь короткое время для завершения заряда солнечной батареи, и контроллер заряда переключил на балласт. Единственная проблема, которую я имел во время тестирования — трудно было увидеть в ярком солнечном свете, который из светодиодов горит.

Схема типичной системы солнечных батарей и ветрогенераторов (полноразмерная схема). Несколько солнечных панелей и / или ветровые турбины могут быть подключены одновременно. Источники тока могут быть соединены параллельно. Каждая солнечная панель или ветрогенератор должны иметь свой собственный блокирующий диод. Здесь представлена ​​схема типичной системы с ветровой турбиной и двумя панелями солнечных батарей, питающих контроллер заряда. Обычно преобразователь переменного тока входит в систему для питания нагрузки от переменного тока.

Люди пишут мне и спрашивают, зачем нужен контроллер заряда и аккумулятор. Почему просто не подключать солнечные панели или ветряк непосредственно к преобразователю и использовать ток, который они производят? Ну, дело в том, что солнце не всегда светит, а ветер не всегда дует, а людям энергия нужна в любое время. Батареи сохраняют ее доступной для использования, когда это необходимо.

Обновление . Мой друг Джейсон Маркхэм (Jason Markham) создал макет печатной платы для этого проекта.

Обновление . Люди спрашивают меня, может ли этот контроллер заряда использоваться с системами на 24 Вольта, и какие изменения для этого будут необходимы. Схема должна работать нормально в 24-вольтовых системах. Реле нужно будет заменить для 24В напряжения катушки, и нужно будет повторно откалибровать контроллер для новых высоких и низких пределов для более высокого напряжения батареи. Регулятор 7805 напряжения рассчитан на работу в режимах до 35 Вольт входного напряжения, поэтому в других изменениях в схеме нет необходимости.

Обновление . Стремясь создать компактную, аккуратную и портативную солнечную энергосистему, я установил контроллер заряда на верху батарейного блока. Я также установил инвертор тока на коробку — аккумуляторный ящик промышленной мощности.

Вот еще одно фото установки. Здесь включен прикуриватель для питания 12V нагрузки. Это полная солнечная электрическая система в одном небольшом (но тяжелом) пакете, нужно лишь подключить солнечную батарею.

Контроллер заряда установлен на новый батарейный блок. Мой старый банк батарей я получил почти бесплатно, но он был очень тяжелым и громоздким. Наконец я купил одну большую батарею примерно такого же размера и веса, как автомобильный аккумулятор (это дизайн глубокого цикла), она идеально подходит для солнечных / ветряных систем. Она имеет примерно такую ​​же мощность как мой старый банк батарей, но намного меньше и легче. Это стоило около $ 200, но моя спина будет постоянно благодарить за это, ведь не нужно будет больше поднимать старый банк 14 батарей.

Обновление . Этот проект контроллера заряда на основе микросхемы 555 серии занял первое место в конкурсе Utility, категория 555 Design Contest. Yahooooo!

Контроллер заряда на солнечную батарею своими руками

Контроллер заряда на солнечную батарею своими руками Для накопления энергии, полученной от ветрогенераторов и солнечных батарей, используются аккумуляторные батареи (чаще всего на 12В). Когда