Controlador de carga solar: circuito, principio de funcionamiento, métodos de conexión.

Hasta ahora, la energía solar está limitada (a nivel doméstico) a la creación de paneles fotovoltaicos de relativamente baja potencia. Pero independientemente del diseño del convertidor fotoeléctrico de la luz del sol en corriente, este dispositivo está equipado con un módulo llamado controlador de carga solar.

De hecho, un esquema de instalación de fotosíntesis de batería solar incluye una batería de almacenamiento, un dispositivo de almacenamiento para la energía recibida de un panel solar. Es esta fuente de energía secundaria la que sirve principalmente el controlador.

En el artículo que presentamos, entenderemos el dispositivo y los principios de funcionamiento de este dispositivo, y también consideraremos cómo conectarlo.

Controladores solares

El módulo electrónico, llamado controlador de la batería solar, está diseñado para realizar una serie de funciones de control durante el proceso de carga / descarga batería solar.

Cuando la luz solar cae sobre la superficie de un panel solar instalado, por ejemplo, en el techo de una casa, las fotocélulas del dispositivo convierten esta luz en corriente eléctrica.

La energía recibida, de hecho, podría suministrarse directamente a la batería de almacenamiento. Sin embargo, el proceso de cargar / descargar una batería tiene sus propias sutilezas (ciertos niveles de corrientes y voltajes). Si descuida estas sutilezas, la batería por un corto período de funcionamiento simplemente fallará.

Para no tener consecuencias tan tristes, se diseña un módulo llamado controlador de carga para la batería solar.

Además de monitorear el nivel de la batería, el módulo también monitorea el consumo de energía. Dependiendo del grado de descarga, el circuito del controlador de carga de la batería de la batería solar regula y establece el nivel de corriente necesario para la carga inicial y posterior.

Dependiendo de la capacidad del controlador de carga de la batería de la planta de energía solar, los diseños de estos dispositivos pueden tener una configuración muy diferente

En general, en términos simples, el módulo proporciona una "vida" sin preocupaciones para la batería, que se acumula periódicamente y da energía a los dispositivos de consumo.

Tipos prácticos

A nivel industrial, se han lanzado y se están fabricando dos tipos de dispositivos electrónicos, cuya ejecución es adecuada para su instalación en el circuito del sistema de energía solar:

1. Dispositivos de la serie PWM.
2. Dispositivos de la serie MPPT.

El primer tipo de controlador para una batería solar se puede llamar un "hombre viejo". Dichos esquemas fueron desarrollados y puestos en funcionamiento en los albores de la formación de energía solar y eólica.

El principio de funcionamiento del circuito controlador PWM se basa en algoritmos de modulación de ancho de pulso. La funcionalidad de tales dispositivos es algo inferior a los dispositivos de la serie MPPT más avanzados, pero en general también funcionan de manera bastante eficiente.

Uno de los modelos más populares en el sistema de carga solar para el controlador de carga de la batería de la estación solar, a pesar de que los circuitos del dispositivo están hechos con tecnología PWM, que se considera obsoleta.

Los diseños que utilizan la tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia (seguimiento del límite de máxima potencia) se distinguen por un enfoque moderno para las soluciones de circuitos y proporcionan más funcionalidad.

Pero si compara ambos tipos de controlador y, especialmente, con un sesgo hacia la esfera doméstica, los dispositivos MPPT no se ven en la luz brillante en la que se anuncian tradicionalmente.

Controlador tipo MPPT:

• tiene un costo más alto;
• tiene un algoritmo de ajuste sofisticado;
• proporciona ganancia de potencia solo en paneles de un área significativa.

Este tipo de equipo es más adecuado para sistemas globales de energía solar.

El controlador, diseñado para funcionar como parte del diseño de una planta de energía solar. Es un representante de la clase de dispositivos MPPT: más avanzado y eficiente

Es más rentable comprar y operar el controlador PWM (PWM) con el mismo efecto para las necesidades de un usuario ordinario de un entorno doméstico, que generalmente tiene paneles de área pequeña.

Diagramas de bloques de controladores

Diagramas esquemáticos de los controladores PWM y MPPT para su consideración por su aspecto de mente estrecha: este es un momento demasiado complicado, junto con una comprensión sutil de la electrónica. Por lo tanto, es lógico considerar solo esquemas estructurales. Este enfoque es comprensible para una amplia gama de personas.

Opción n. ° 1: dispositivos PWM

El voltaje del panel solar a través de dos conductores (más y menos) llega al elemento estabilizador y a la cadena resistiva divisoria. Debido a esta parte del circuito, se obtiene la ecualización potencial del voltaje de entrada y, en cierta medida, organizan la protección de la entrada del controlador para que no exceda el límite del voltaje de entrada.

Debe enfatizarse aquí: cada modelo individual del dispositivo tiene un límite específico para el voltaje de entrada (indicado en la documentación).

Así es como se ve el diagrama estructural de dispositivos basados ​​en tecnologías PWM. Para la operación como parte de pequeñas estaciones domésticas, este enfoque de circuito proporciona una amplia eficiencia

Además, el voltaje y la corriente están limitados al valor requerido por los transistores de potencia. Estos componentes del circuito, a su vez, son controlados por el chip controlador a través del chip controlador. Como resultado, el voltaje de salida del par de transistores de potencia establece el valor normal de voltaje y corriente para la batería.

También en el circuito hay un sensor de temperatura y un controlador que controla el transistor de potencia, que regula la potencia de carga (protección contra la descarga profunda de la batería). El sensor de temperatura monitorea el estado de calentamiento de elementos importantes del controlador PWM.

Por lo general, el nivel de temperatura dentro de la caja o en los radiadores de los transistores de potencia. Si la temperatura supera los límites establecidos en la configuración, el dispositivo desconecta todas las líneas de alimentación activas.

Opción # 2 - Instrumentos MPPT

La complejidad del esquema en este caso se debe a su adición a una serie de elementos que construyen el algoritmo de control necesario con más cuidado, en función de las condiciones de trabajo.

Los niveles de voltaje y corriente se controlan y comparan mediante circuitos comparadores, y la potencia de salida máxima se determina a partir de los resultados de la comparación.

Diagrama de circuito estructural para controladores de carga basados ​​en tecnologías MPPT. Aquí ya se observa un algoritmo más sofisticado para controlar y controlar dispositivos periféricos.

La principal diferencia entre este tipo de controladores y dispositivos PWM es que pueden ajustar el módulo solar de energía a la máxima potencia, independientemente de las condiciones climáticas.

El circuito de tales dispositivos implementa varios métodos de control:

• disturbios y observaciones;
• aumento de la conductividad;
• barrido actual;
• voltaje constante

Y en el segmento final de la acción general, también se utiliza un algoritmo para comparar todos estos métodos.

Formas de conectar controladores

Teniendo en cuenta el tema de las conexiones, debe tenerse en cuenta de inmediato: para instalar cada dispositivo individual, una característica es el trabajo con una serie específica de paneles solares.

Entonces, por ejemplo, si se usa un controlador que está diseñado para un voltaje de entrada máximo de 100 voltios, una serie de paneles solares no debe emitir más de este valor en la salida.

Cualquier planta de energía solar opera de acuerdo con la regla de equilibrio de los voltajes de salida y entrada de la primera etapa. El límite superior del voltaje del controlador debe corresponder al límite superior del voltaje del panel

Antes de conectar el dispositivo, es necesario determinar el lugar de su instalación física. De acuerdo con las reglas, las habitaciones secas y bien ventiladas deben elegirse como el lugar de instalación. Evite la presencia de materiales inflamables cerca de la unidad.

La presencia de fuentes de vibración, calor y humedad en las inmediaciones del dispositivo es inaceptable. El sitio de instalación debe estar protegido de la precipitación y la luz solar directa.

Técnica de conexión del modelo PWM

Casi todos los fabricantes de controladores PWM requieren seguir la secuencia exacta de dispositivos de conexión.

La técnica de conectar controladores PWM a dispositivos periféricos no es particularmente compleja. Cada placa está equipada con terminales etiquetados. Solo requiere que sigas la secuencia de acciones

Los dispositivos periféricos deben conectarse de acuerdo con las designaciones de los terminales de contacto:

1. Conecte los cables de la batería en los terminales del dispositivo de la batería de acuerdo con la polaridad indicada.
2. En el punto de contacto del cable positivo, encienda el fusible protector.
3. En los contactos del controlador destinados al panel solar, fije los conductores que provienen de los paneles del panel solar. Observa la polaridad.
4. Conecte una lámpara de prueba del voltaje correspondiente (generalmente 12 / 24V) a los terminales de la carga del dispositivo.

La secuencia especificada no debe romperse. Por ejemplo, está estrictamente prohibido conectar paneles solares en primer lugar con una batería no conectada. Mediante tales acciones, el usuario corre el riesgo de "quemar" el dispositivo. En estas cosas El diagrama de montaje de los paneles solares con una batería se describe con más detalle.

También para los controladores de la serie PWM, no está permitido conectar un inversor de voltaje a los terminales de carga del controlador. El inversor debe conectarse directamente a los terminales de la batería.

Procedimiento para conectar dispositivos MPPT

Los requisitos generales para la instalación física de este tipo de aparatos no difieren de los sistemas anteriores. Pero la instalación tecnológica a menudo es algo diferente, ya que los controladores MPPT a menudo se consideran dispositivos más potentes.

Para los controladores diseñados para altos niveles de potencia, se recomienda utilizar cables de sección transversal grandes equipados con terminaciones metálicas en las conexiones del circuito de alimentación.

Por ejemplo, para sistemas potentes, estos requisitos se complementan con el hecho de que los fabricantes recomiendan tomar un cable para las líneas de conexión de energía, diseñado para una densidad de corriente de al menos 4 A / mm.². Es decir, por ejemplo, para un controlador para una corriente de 60 A, necesita un cable para conectarse a la batería con una sección transversal de al menos 20 mm².

Los cables de conexión deben estar equipados con terminales de cobre, bien apretados con una herramienta especial. Los terminales negativos del panel solar y la batería deben estar equipados con adaptadores con fusibles e interruptores.

Este enfoque elimina las pérdidas de energía y garantiza el funcionamiento seguro de la instalación.

Diagrama de bloques de la conexión de un potente controlador MPPT: 1 - panel solar; 2 - controlador MPPT; 3 - bloque de terminales; 4,5 - fusibles; 6 - interruptor de encendido del controlador; 7.8 - neumático de tierra

Antes de conectar paneles solares al dispositivo, asegúrese de que el voltaje en los terminales coincida o sea menor que el voltaje permitido para aplicar a la entrada del controlador.

Conexión de periféricos al dispositivo MTTP:

1. Cambie el panel y la batería a la posición "apagado".
2. Retire los fusibles protectores del panel y la batería.
3. Conecte los terminales de la batería a los terminales del controlador para el cable de la batería.
4. Conecte el cable a los terminales del panel solar con los terminales del controlador marcados con el signo correspondiente.
5. Conecte la terminal de tierra al bus de tierra con un cable.
6. Instale el sensor de temperatura en el controlador de acuerdo con las instrucciones.

Después de estos pasos, es necesario reemplazar el fusible de la batería previamente retirado y poner el interruptor en la posición "encendido". Aparecerá una señal de detección de batería en la pantalla del controlador.

Luego, después de una breve pausa (1-2 minutos), coloque el fusible previamente retirado del panel solar en su lugar y coloque el interruptor del panel en la posición "encendido".

La pantalla del instrumento mostrará el valor de voltaje del panel solar. Este momento indica el lanzamiento exitoso de una planta de energía solar en operación.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

La industria produce dispositivos multifacéticos en términos de soluciones de circuitos. Por lo tanto, es imposible dar recomendaciones inequívocas con respecto a la conexión de todas las instalaciones sin excepción.

Sin embargo, el principio principal para todos los tipos de dispositivos sigue siendo el mismo: sin conectar la batería a los buses del controlador, la conexión a paneles fotovoltaicos es inaceptable. Se aplican requisitos similares para su inclusión en el esquema. inversor de voltaje. Debe considerarse como un módulo separado conectado a la batería por contacto directo.

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