Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời: mạch, nguyên lý hoạt động, phương thức kết nối

Năng lượng mặt trời cho đến nay bị hạn chế (ở cấp độ hộ gia đình) đối với việc tạo ra các tấm quang điện có công suất tương đối thấp. Nhưng bất kể thiết kế của bộ chuyển đổi quang điện của ánh sáng mặt trời thành hiện tại, thiết bị này được trang bị một mô-đun gọi là bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời.

Thật vậy, sơ đồ lắp đặt quang hợp pin mặt trời bao gồm pin lưu trữ - một thiết bị lưu trữ năng lượng nhận được từ một tấm pin mặt trời. Đây là nguồn năng lượng thứ cấp được phục vụ chủ yếu bởi bộ điều khiển.

Trong bài viết chúng tôi trình bày, chúng tôi sẽ hiểu thiết bị và nguyên tắc hoạt động của thiết bị này, đồng thời xem xét cách kết nối thiết bị.

Bộ điều khiển năng lượng mặt trời

Mô-đun điện tử, được gọi là bộ điều khiển cho pin mặt trời, được thiết kế để thực hiện một số chức năng điều khiển trong quá trình sạc / xả pin mặt trời.

Khi ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt của một tấm pin mặt trời được lắp đặt, ví dụ, trên nóc nhà, ánh sáng này được chuyển đổi thành dòng điện bằng các tế bào quang điện của thiết bị.

Năng lượng nhận được, trên thực tế, có thể được cung cấp trực tiếp vào pin lưu trữ. Tuy nhiên, quá trình sạc / xả pin có sự tinh tế riêng (mức dòng điện và điện áp nhất định). Nếu bạn bỏ qua những điểm tinh tế này, pin trong một thời gian ngắn hoạt động sẽ đơn giản là hỏng.

Để không có hậu quả đáng buồn như vậy, một mô-đun gọi là bộ điều khiển sạc cho pin mặt trời được thiết kế.

Ngoài việc theo dõi mức pin, mô-đun cũng giám sát mức tiêu thụ năng lượng. Tùy thuộc vào mức độ phóng điện, mạch của bộ điều khiển sạc pin từ pin mặt trời sẽ điều chỉnh và đặt mức hiện tại cần thiết cho lần sạc đầu tiên và sau đó.

Tùy thuộc vào công suất của bộ điều khiển sạc pin của nhà máy điện mặt trời, thiết kế của các thiết bị này có thể có cấu hình rất khác nhau

Nói chung, về mặt đơn giản, mô-đun cung cấp "tuổi thọ" vô tư cho pin, định kỳ tích lũy và cung cấp năng lượng cho các thiết bị tiêu dùng.

Các loại thực hành

Ở cấp độ công nghiệp, hai loại thiết bị điện tử đã được đưa ra và đang được sản xuất, việc thực hiện phù hợp để lắp đặt trong mạch hệ thống năng lượng mặt trời:

1. Các thiết bị loạt PWM.
2. Thiết bị loạt MPPT.

Loại bộ điều khiển đầu tiên cho pin mặt trời có thể được gọi là "ông già". Những kế hoạch như vậy đã được phát triển và đưa vào hoạt động vào buổi bình minh của sự hình thành năng lượng mặt trời và gió.

Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển PWM dựa trên các thuật toán điều chế độ rộng xung. Chức năng của các thiết bị như vậy có phần thua kém các thiết bị dòng MPPT tiên tiến hơn, nhưng nhìn chung chúng cũng hoạt động khá hiệu quả.

Một trong những mô hình phổ biến nhất trong hệ thống sạc năng lượng mặt trời cho bộ điều khiển sạc pin của trạm năng lượng mặt trời, mặc dù thực tế là mạch của thiết bị được chế tạo bằng công nghệ PWM, được coi là lỗi thời

Các thiết kế sử dụng công nghệ Theo dõi điểm tối đa (theo dõi giới hạn công suất tối đa) được phân biệt bằng cách tiếp cận hiện đại với các giải pháp mạch điện và cung cấp nhiều chức năng hơn.

Nhưng nếu bạn so sánh cả hai loại bộ điều khiển và đặc biệt là với sự thiên vị đối với quả cầu trong nước, các thiết bị MPPT sẽ không nhìn vào ánh sáng rực rỡ mà chúng được quảng cáo theo truyền thống.

Bộ điều khiển loại MPPT:

• có chi phí cao hơn;
• có một thuật toán điều chỉnh tinh vi;
• chỉ tăng sức mạnh trên các tấm của một khu vực quan trọng.

Loại thiết bị này phù hợp hơn cho các hệ thống năng lượng mặt trời toàn cầu.

Bộ điều khiển, được thiết kế để hoạt động như một phần của thiết kế nhà máy điện mặt trời. Là đại diện của lớp thiết bị MPPT - tiên tiến và hiệu quả hơn

Sẽ có lợi hơn khi mua và vận hành bộ điều khiển PWM (PWM) với cùng hiệu quả cho nhu cầu của người dùng thông thường từ môi trường gia đình, thường có các bảng điều khiển diện tích nhỏ.

Sơ đồ khối của bộ điều khiển

Sơ đồ nguyên lý của bộ điều khiển PWM và MPPT để xem xét bởi cái nhìn hẹp hòi của chúng - đây là một khoảnh khắc quá phức tạp, cùng với sự hiểu biết tinh tế về điện tử. Do đó, thật hợp lý khi chỉ xem xét các sơ đồ cấu trúc. Cách tiếp cận này là dễ hiểu đối với một loạt các cá nhân.

Tùy chọn # 1 - Thiết bị PWM

Điện áp từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời thông qua hai dây dẫn (cộng và trừ) đến phần tử ổn định và chuỗi điện trở chia. Do đoạn mạch này, thu được sự cân bằng tiềm năng của điện áp đầu vào và, ở một mức độ nào đó, chúng tổ chức bảo vệ đầu vào bộ điều khiển vượt quá ranh giới điện áp đầu vào.

Cần nhấn mạnh ở đây: mỗi kiểu máy riêng lẻ của thiết bị có một ranh giới cụ thể cho điện áp đầu vào (được chỉ định trong tài liệu).

Đây là sơ đồ cấu trúc của các thiết bị dựa trên công nghệ PWM. Đối với hoạt động như một phần của các trạm nhỏ trong nước, cách tiếp cận mạch như vậy mang lại hiệu quả cao

Hơn nữa, điện áp và dòng điện được giới hạn ở giá trị yêu cầu bởi các bóng bán dẫn điện. Các thành phần mạch này, lần lượt, được điều khiển bởi chip điều khiển thông qua chip điều khiển. Kết quả là, điện áp đầu ra của cặp bóng bán dẫn đặt giá trị bình thường của điện áp và dòng điện cho pin.

Ngoài ra trong mạch còn có cảm biến nhiệt độ và trình điều khiển điều khiển bóng bán dẫn điện, điều chỉnh công suất tải (bảo vệ chống phóng điện sâu của pin). Cảm biến nhiệt độ theo dõi trạng thái làm nóng của các yếu tố quan trọng của bộ điều khiển PWM.

Thông thường mức nhiệt độ bên trong vỏ hoặc trên bộ tản nhiệt của bóng bán dẫn điện. Nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn được đặt trong cài đặt, thiết bị sẽ ngắt kết nối tất cả các đường dây điện đang hoạt động.

Tùy chọn # 2 - Dụng cụ MPPT

Sự phức tạp của sơ đồ trong trường hợp này là do nó được thêm vào một số phần tử xây dựng thuật toán điều khiển cần thiết cẩn thận hơn, dựa trên các điều kiện làm việc.

Mức điện áp và dòng điện được theo dõi và so sánh bởi các mạch so sánh, và công suất đầu ra tối đa được xác định từ kết quả so sánh.

Sơ đồ mạch cấu trúc cho bộ điều khiển sạc dựa trên công nghệ MPPT. Một thuật toán tinh vi hơn để điều khiển và điều khiển các thiết bị ngoại vi đã được ghi chú ở đây.

Sự khác biệt chính giữa loại bộ điều khiển và thiết bị PWM này là chúng có thể điều chỉnh mô-đun năng lượng mặt trời thành công suất tối đa, bất kể điều kiện thời tiết.

Mạch của các thiết bị như vậy thực hiện một số phương pháp điều khiển:

• rối loạn và quan sát;
• tăng độ dẫn điện;
• quét hiện tại;
• điện áp không đổi.

Và trong phân đoạn cuối cùng của hành động chung, một thuật toán để so sánh tất cả các phương thức này cũng được sử dụng.

Cách kết nối bộ điều khiển

Xem xét chủ đề của các kết nối, cần lưu ý ngay lập tức: để cài đặt từng thiết bị riêng lẻ, một tính năng đặc trưng là công việc với một loạt các tấm pin mặt trời cụ thể.

Vì vậy, ví dụ, nếu một bộ điều khiển được sử dụng được thiết kế cho điện áp đầu vào tối đa 100 volt, một loạt các tấm pin mặt trời sẽ xuất ra không quá giá trị này ở đầu ra.

Bất kỳ nhà máy điện mặt trời nào cũng hoạt động theo quy tắc cân bằng của điện áp đầu ra và đầu vào của giai đoạn đầu tiên. Giới hạn điện áp trên của bộ điều khiển phải tương ứng với giới hạn điện áp trên của bảng điều khiển

Trước khi kết nối thiết bị, cần xác định vị trí lắp đặt vật lý. Theo quy định, phòng khô, thông gió tốt nên được chọn làm nơi lắp đặt. Sự hiện diện của các vật liệu dễ cháy gần thiết bị được loại trừ.

Sự hiện diện của các nguồn rung, nhiệt và độ ẩm trong vùng lân cận ngay lập tức của thiết bị là không thể chấp nhận được. Vị trí lắp đặt phải được bảo vệ khỏi lượng mưa và ánh sáng mặt trời trực tiếp.

Kỹ thuật kết nối mô hình PWM

Hầu như tất cả các nhà sản xuất bộ điều khiển PWM đều yêu cầu tuân theo trình tự chính xác của các thiết bị kết nối.

Kỹ thuật kết nối bộ điều khiển PWM với các thiết bị ngoại vi không đặc biệt phức tạp. Mỗi bảng được trang bị các thiết bị đầu cuối có nhãn. Nó chỉ yêu cầu bạn tuân theo chuỗi hành động

Các thiết bị ngoại vi phải được kết nối đầy đủ theo chỉ định của các đầu nối tiếp xúc:

1. Kết nối dây pin tại các cực của thiết bị pin theo cực được chỉ định.
2. Tại điểm tiếp xúc của dây dương, bật cầu chì bảo vệ.
3. Trên các tiếp điểm bộ điều khiển dành cho bảng điều khiển năng lượng mặt trời, hãy sửa các dây dẫn đến từ các tấm pin mặt trời. Quan sát cực tính.
4. Kết nối đèn thử của điện áp tương ứng (thường là 12/24 V) với các cực của tải của thiết bị.

Trình tự được chỉ định không được vi phạm. Ví dụ, nghiêm cấm kết nối các tấm pin mặt trời ở nơi đầu tiên với pin không được kết nối. Bằng những hành động như vậy, người dùng sẽ gặp rủi ro khi đốt cháy thiết bị. Trong những thứ này sơ đồ lắp ráp các tấm pin mặt trời với pin được mô tả chi tiết hơn.

Ngoài ra, đối với các bộ điều khiển dòng PWM, không được phép kết nối một biến tần điện áp với các đầu nối tải của bộ điều khiển. Biến tần nên được kết nối trực tiếp với các cực pin.

Quy trình kết nối thiết bị MPPT

Yêu cầu chung để cài đặt vật lý cho loại thiết bị này không khác với các hệ thống trước đó. Nhưng việc cài đặt công nghệ thường hơi khác một chút, vì bộ điều khiển MPPT thường được coi là thiết bị mạnh hơn.

Đối với các bộ điều khiển được thiết kế cho mức năng lượng cao, nên sử dụng cáp có tiết diện lớn được trang bị đầu nối kim loại trên các kết nối mạch điện

Ví dụ, đối với các hệ thống mạnh, các yêu cầu này được bổ sung bởi thực tế là các nhà sản xuất khuyên nên sử dụng cáp cho các đường kết nối nguồn, được thiết kế cho mật độ hiện tại ít nhất 4 A / mm². Ví dụ, đối với bộ điều khiển cho dòng điện 60 A, bạn cần cáp để kết nối với pin với tiết diện tối thiểu 20 mm².

Cáp kết nối phải được trang bị các vấu đồng, được buộc chặt bằng một công cụ đặc biệt. Các cực âm của bảng điều khiển năng lượng mặt trời và pin phải được trang bị bộ điều hợp với cầu chì và công tắc.

Cách tiếp cận này giúp loại bỏ tổn thất năng lượng và đảm bảo vận hành an toàn khi lắp đặt.

Sơ đồ khối kết nối của bộ điều khiển MPPT mạnh mẽ: 1 - bảng điều khiển năng lượng mặt trời; 2 - Bộ điều khiển MPPT; 3 - khối đầu cuối; 4,5 - cầu chì; 6 - công tắc nguồn điều khiển; 7.8 - lốp xe mặt đất

Trước khi kết nối tấm pin mặt trời đối với thiết bị, đảm bảo rằng điện áp ở các cực khớp với hoặc nhỏ hơn điện áp cho phép áp dụng cho đầu vào của bộ điều khiển.

Kết nối các thiết bị ngoại vi với thiết bị MTTP:

1. Chuyển đổi bảng điều khiển và chuyển đổi pin sang vị trí off off.
2. Tháo cầu chì bảo vệ trên bảng và pin.
3. Kết nối các cực pin với các cực của bộ điều khiển cho cáp pin.
4. Kết nối cáp với các thiết bị đầu cuối của bảng điều khiển năng lượng mặt trời với các thiết bị đầu cuối bộ điều khiển được đánh dấu bằng dấu tương ứng.
5. Kết nối thiết bị đầu cuối mặt đất với xe buýt mặt đất bằng cáp.
6. Lắp đặt cảm biến nhiệt độ trên bộ điều khiển theo hướng dẫn.

Sau các bước này, cần phải thay thế cầu chì pin đã được tháo ra trước đó và đặt công tắc ở vị trí trên trên máy. Tín hiệu phát hiện pin xuất hiện trên màn hình bộ điều khiển.

Sau đó, sau một khoảng dừng ngắn (1-2 phút), đặt cầu chì đã tháo ra trước đó của bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào vị trí và đặt công tắc bảng điều khiển ở vị trí trên đường trên trên.

Màn hình thiết bị sẽ hiển thị giá trị điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Khoảnh khắc này cho thấy sự ra mắt thành công của một nhà máy điện mặt trời đang hoạt động.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Ngành công nghiệp sản xuất các thiết bị nhiều mặt về các giải pháp mạch. Do đó, không thể đưa ra các khuyến nghị rõ ràng liên quan đến việc kết nối tất cả các cài đặt mà không có ngoại lệ.

Tuy nhiên, nguyên tắc chính cho tất cả các loại thiết bị vẫn giống nhau: không kết nối pin với các bus điều khiển, kết nối với các tấm quang điện là không thể chấp nhận được. Yêu cầu tương tự áp dụng để đưa vào chương trình. biến tần. Nó nên được coi là một mô-đun riêng biệt được kết nối với pin bằng cách tiếp xúc trực tiếp.

Nếu bạn có kinh nghiệm hoặc kiến ​​thức cần thiết, xin vui lòng chia sẻ nó với độc giả của chúng tôi. Để lại ý kiến ​​của bạn vào ô bên dưới. Ở đây bạn có thể đặt câu hỏi về chủ đề của bài viết.