Regolatore di carica solare: circuito, principio di funzionamento, metodi di connessione

L'energia solare è finora limitata (a livello domestico) alla creazione di pannelli fotovoltaici di potenza relativamente bassa. Ma indipendentemente dal design del convertitore fotoelettrico della luce del sole in corrente, questo dispositivo è dotato di un modulo chiamato regolatore di carica solare.

In effetti, uno schema di installazione di fotosintesi della batteria solare include una batteria di accumulo - un dispositivo di accumulo dell'energia ricevuta da un pannello solare. È questa fonte di energia secondaria che viene servita principalmente dal controller.

Nell'articolo che presentiamo, capiremo il dispositivo e i principi di funzionamento di questo dispositivo e considereremo anche come collegarlo.

Controller solari

Il modulo elettronico, chiamato controller della batteria solare, è progettato per eseguire una serie di funzioni di controllo durante il processo di carica / scarica batteria solare.

Quando la luce del sole cade sulla superficie di un pannello solare installato, ad esempio, sul tetto di una casa, questa luce viene convertita in corrente elettrica dalle fotocellule del dispositivo.

L'energia ricevuta, infatti, potrebbe essere fornita direttamente alla batteria di accumulo. Tuttavia, il processo di carica / scarica di una batteria ha le sue sottigliezze (determinati livelli di correnti e tensioni). Se si trascurano queste sottigliezze, la batteria per un breve periodo di funzionamento si guasta semplicemente.

Per non avere conseguenze così tristi, è progettato un modulo chiamato controller di carica per la batteria solare.

Oltre al monitoraggio del livello della batteria, il modulo monitora anche il consumo di energia. A seconda del grado di scarica, il circuito del controller di carica della batteria della batteria solare regola e imposta il livello corrente necessario per la carica iniziale e successiva.

A seconda della capacità del controller di carica della batteria della centrale solare, i design di questi dispositivi possono avere una configurazione molto diversa

In generale, in termini semplici, il modulo fornisce una "vita" spensierata alla batteria, che si accumula periodicamente e fornisce energia ai dispositivi di consumo.

Tipi pratici

A livello industriale, sono stati lanciati e prodotti due tipi di dispositivi elettronici, la cui esecuzione è adatta per l'installazione nel circuito del sistema di energia solare:

1. Dispositivi serie PWM.
2. Dispositivi della serie MPPT.

Il primo tipo di controller per la batteria solare può essere chiamato "vecchio". Tali schemi sono stati sviluppati e messi in funzione all'alba della formazione dell'energia solare ed eolica.

Il principio di funzionamento del circuito del controller PWM si basa su algoritmi di modulazione della larghezza degli impulsi. La funzionalità di tali dispositivi è in qualche modo inferiore ai dispositivi più avanzati della serie MPPT, ma in generale funzionano anche in modo abbastanza efficiente.

Uno dei modelli più popolari nel sistema di carica solare per il controller di carica della batteria della stazione solare, nonostante il fatto che il circuito del dispositivo sia realizzato utilizzando la tecnologia PWM, che è considerata obsoleta

I progetti che utilizzano la tecnologia di monitoraggio del punto di massima potenza (tracciamento del limite di potenza massima) si distinguono per un approccio moderno alle soluzioni di circuito e offrono più funzionalità.

Ma se si confrontano entrambi i tipi di controller e, soprattutto, con una tendenza verso la sfera domestica, i dispositivi MPPT non guardano alla luce intensa in cui sono tradizionalmente pubblicizzati.

Controller di tipo MPPT:

• ha un costo più elevato;
• ha un sofisticato algoritmo di ottimizzazione;
• fornisce guadagno di potenza solo su pannelli di un'area significativa.

Questo tipo di apparecchiatura è più adatta ai sistemi globali di energia solare.

Il controller, progettato per funzionare come parte della progettazione di una centrale solare. È un rappresentante della classe di dispositivi MPPT: più avanzato ed efficiente

È più redditizio acquistare e utilizzare il controller PWM (PWM) con lo stesso effetto per le esigenze di un normale utente da un ambiente domestico, che di solito ha pannelli di piccole dimensioni.

Schemi a blocchi dei controller

Diagrammi schematici dei controller PWM e MPPT per essere presi in considerazione dal loro aspetto ristretto: questo è un momento troppo complicato, unito a una sottile comprensione dell'elettronica. Pertanto, è logico considerare solo schemi strutturali. Questo approccio è comprensibile per una vasta gamma di individui.

Opzione n. 1: dispositivi PWM

La tensione dal pannello solare attraverso due conduttori (più e meno) arriva all'elemento stabilizzante e alla catena resistiva di divisione. Grazie a questo pezzo di circuito, si ottiene la potenziale equalizzazione della tensione di ingresso e, in una certa misura, organizzano la protezione dell'ingresso del controller dal superamento del limite della tensione di ingresso.

Va sottolineato qui: ogni singolo modello del dispositivo ha un limite specifico per la tensione di ingresso (indicato nella documentazione).

Ecco come appare lo schema strutturale dei dispositivi basati sulle tecnologie PWM. Per il funzionamento come parte di piccole stazioni domestiche, un tale approccio di circuito fornisce ampia efficienza

Inoltre, la tensione e la corrente sono limitate al valore richiesto dai transistor di potenza. Questi componenti del circuito, a loro volta, sono controllati dal chip del controller attraverso il chip del driver. Di conseguenza, la tensione di uscita della coppia di transistor di potenza imposta il valore normale di tensione e corrente per la batteria.

Inoltre nel circuito c'è un sensore di temperatura e un driver che controlla il transistor di potenza, che regola la potenza del carico (protezione contro la scarica profonda della batteria). Il sensore di temperatura monitora lo stato di riscaldamento di elementi importanti del controller PWM.

Di solito il livello di temperatura all'interno del case o sui radiatori dei transistor di potenza. Se la temperatura supera i limiti impostati nelle impostazioni, il dispositivo disconnette tutte le linee di alimentazione attive.

Opzione n. 2 - Strumenti MPPT

La complessità dello schema in questo caso è dovuta alla sua aggiunta a una serie di elementi che costruiscono l'algoritmo di controllo necessario più attentamente, in base alle condizioni di lavoro.

I livelli di tensione e corrente sono monitorati e confrontati dai circuiti del comparatore e la massima potenza di uscita è determinata dai risultati del confronto.

Schema circuitale strutturale per regolatori di carica basati su tecnologie MPPT. Un algoritmo più sofisticato per il controllo e il controllo dei dispositivi periferici è già stato notato qui.

La principale differenza tra questo tipo di controller e dispositivi PWM è che sono in grado di regolare il modulo solare di energia alla massima potenza, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche.

Il circuito di tali dispositivi implementa diversi metodi di controllo:

• disturbi e osservazioni;
• aumento della conducibilità;
• spazzata corrente;
• tensione costante.

E nel segmento finale dell'azione generale, viene utilizzato anche un algoritmo per confrontare tutti questi metodi.

Modi per collegare i controller

Considerando l'argomento delle connessioni, si dovrebbe immediatamente notare: per installare ogni singolo dispositivo, una caratteristica è il lavoro con una serie specifica di pannelli solari.

Quindi, ad esempio, se viene utilizzato un controller progettato per una tensione di ingresso massima di 100 volt, una serie di pannelli solari non dovrebbe produrre più di questo valore in uscita.

Qualsiasi impianto solare funziona secondo la regola di bilanciamento dell'uscita e delle tensioni di ingresso del primo stadio. Il limite superiore della tensione del controller deve corrispondere al limite superiore della tensione del pannello

Prima di collegare il dispositivo, è necessario determinare il luogo della sua installazione fisica. Secondo le regole, come luogo di installazione devono essere scelti locali asciutti e ben ventilati. È esclusa la presenza di materiali infiammabili vicino al dispositivo.

La presenza di fonti di vibrazioni, calore e umidità nelle immediate vicinanze del dispositivo è inaccettabile. Il luogo di installazione deve essere protetto dalle precipitazioni e dalla luce solare diretta.

Tecnica di connessione del modello PWM

Quasi tutti i produttori di controller PWM devono seguire l'esatta sequenza di dispositivi di connessione.

La tecnica di collegamento dei controller PWM ai dispositivi periferici non è particolarmente complessa. Ogni scheda è dotata di terminali etichettati. Richiede solo di seguire la sequenza di azioni

I dispositivi periferici devono essere collegati nel pieno rispetto delle designazioni dei terminali di contatto:

1. Collegare i cavi della batteria ai terminali del dispositivo batteria rispettando la polarità indicata.
2. Nel punto di contatto del filo positivo, attivare il fusibile di protezione.
3. Sui contatti del controller destinati al pannello solare, fissare i conduttori provenienti dai pannelli del pannello solare. Rispettare la polarità.
4. Collegare una lampada di prova della tensione corrispondente (di solito 12 / 24V) ai terminali del carico del dispositivo.

La sequenza specificata non deve essere violata. Ad esempio, è severamente vietato collegare i pannelli solari in primo luogo con una batteria non collegata. Con tali azioni, l'utente rischia di "bruciare" il dispositivo. il questa roba lo schema di assemblaggio dei pannelli solari con una batteria è descritto in modo più dettagliato.

Anche per i controller della serie PWM, non è consentito collegare un inverter di tensione ai terminali di carico del controller. L'inverter deve essere collegato direttamente ai terminali della batteria.

Procedura per il collegamento di dispositivi MPPT

I requisiti generali per l'installazione fisica per questo tipo di apparecchio non differiscono dai sistemi precedenti. Ma l'installazione tecnologica è spesso in qualche modo diversa, poiché i controller MPPT sono spesso considerati dispositivi più potenti.

Per i controller progettati per livelli di potenza elevati, si consiglia di utilizzare cavi di grande sezione dotati di terminazioni metalliche sui collegamenti del circuito di potenza

Ad esempio, per i sistemi potenti, questi requisiti sono integrati dal fatto che i produttori raccomandano di prendere un cavo per le linee di collegamento dell'alimentazione, progettato per una densità di corrente di almeno 4 A / mm². Cioè, ad esempio, per un controller per una corrente di 60 A, è necessario un cavo per il collegamento alla batteria con una sezione trasversale di almeno 20 mm².

I cavi di collegamento devono essere dotati di alette di rame, strettamente aggraffate con uno strumento speciale. I terminali negativi del pannello solare e della batteria devono essere dotati di adattatori con fusibili e interruttori.

Questo approccio elimina le perdite di energia e garantisce il funzionamento sicuro dell'installazione.

Schema a blocchi della connessione di un potente controller MPPT: 1 - pannello solare; 2 - Controller MPPT; 3 - morsettiera; 4,5 - fusibili; 6 - interruttore di alimentazione del controller; 7.8 - pneumatico a terra

Prima di connettersi pannelli solari al dispositivo, assicurarsi che la tensione ai terminali corrisponda o sia inferiore alla tensione consentita da applicare all'ingresso del controller.

Collegamento delle periferiche al dispositivo MTTP:

1. Commutare il pannello e gli interruttori della batteria in posizione "off".
2. Rimuovere i fusibili di protezione sul pannello e sulla batteria.
3. Collegare i terminali della batteria ai terminali del controller per il cavo della batteria.
4. Collegare il cavo ai terminali del pannello solare con i terminali del controller contrassegnati con il segno corrispondente.
5. Collegare il terminale di terra al bus di terra con un cavo.
6. Installare il sensore di temperatura sul controller secondo le istruzioni.

Dopo questi passaggi, è necessario sostituire il fusibile della batteria rimosso in precedenza e portare l'interruttore in posizione "on". Un segnale di rilevamento della batteria apparirà sullo schermo del controller.

Quindi, dopo una breve pausa (1-2 minuti), posizionare il fusibile del pannello solare precedentemente rimosso e posizionare l'interruttore del pannello in posizione "on".

Lo schermo dello strumento mostrerà il valore di tensione del pannello solare. Questo momento indica il successo del lancio di una centrale solare in funzione.

Conclusioni e video utili sull'argomento

L'industria produce dispositivi poliedrici in termini di soluzioni circuitali. Pertanto, è impossibile fornire raccomandazioni inequivocabili in merito alla connessione di tutte le installazioni senza eccezioni.

Tuttavia, il principio principale per tutti i tipi di dispositivi rimane lo stesso: senza collegare la batteria ai bus del controller, la connessione ai pannelli fotovoltaici è inaccettabile. Requisiti analoghi si applicano per l'inclusione nel sistema. inverter di tensione. Dovrebbe essere considerato come un modulo separato collegato alla batteria tramite contatto diretto.

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