Здравствуйте. Попробую я сегодня рассказать про достаточно маломощный (10А ток заряда и разряда) контроллер заряда аккумуляторной батареи от солнечных панелей.
В обзоре подробные фото контроллера внутри и снаружи, а также тестирование…
Итак, всем известно, что солнечные панели преобразовывают световое излучение в электрический ток, таким образом в дневное время можно получать электрическую энергию от Солнца. Для того, чтобы сохранить эту энергию для использования в тёмное время суток, солнечную силовую установку необходимо оборудовать аккумулятором, который в светлое время суток будет заряжаться, а в тёмное отдавать энергию потребителям.
Но для чего же нужен контроллер заряда? И действительно, достаточно просто соединить солнечную батарею с аккумулятором, и при наличии хоть какого-то света, а ещё лучше - Солнца, от солнечной батареи пойдет зарядный ток в аккумулятор и без использования контроллера. Однако у каждого аккумулятора есть предельное значение напряжения, превышение которого ведёт к перезаряду, кипению электролита и в конечном итоге к выходу из строя аккумулятора. То же самое можно сказать и о цикле разряда. Также нельзя разряжать аккумуляторы ниже определённого для каждого типа аккумулятора напряжения. Вот для этих целей и служит контроллер заряда, который следит за правильным зарядом и разрядом аккумулятора, а также имеет и некоторые дополнительные функции. Бывают контроллеры релейного типа, которые просто подключают и отключают солнечную панель от аккумулятора при достижении максимального напряжения, а также бывают контроллеры с ШИМ модуляцией, которые могут регулировать напряжение выдаваемое на аккумулятор. Вторые предпочтительнее, т.к. они более полно заряжают аккумулятор.
В данном случае расскажу о таком контроллере с ШИМ. В виду его небольшой мощности, основное его предназначение - управление автономным освещением. Но обо всём по порядку.
Комплект состоит из самого контроллера и инструкции на английском языке:
Могу сказать, что подобные инструкции читаю редко, но в эту заглянул.
Общий вид и размеры:
Размеры продублирую цифрами: 14х9х3 см (приблизительно);
Корпус сделан из пластика, с 4 «ушами» для крепления, на передней панели присутствуют:
1. Группа из 3 светодиодов (слева сверху). Левый зеленый показывает наличие тока от солнечной панели, средний 2-х цветный индицирует состояние заряда батареи (красный - батарея разряжена, зелёный - батарея заряжена) и правый жёлтый - активация нагрузки;
2. 7 сегментный с точкой индикатор красного цвета для индикации выбранного режима работы;
3. Кнопка под 7 сегментным индикатором для выбора нужного режима работы;
4. Винтовые клеммники для подключения солнечной панели, аккумуляторной батареи, нагрузки.
На обратной стороне корпуса присутствует металлическая пластина, крепящаяся к корпусу 4-мя саморезами, служащая радиатором для силовых транзисторов.
Заглянем внутрь:
Со схемотехнической точки зрения ничего говорить не буду, для интересующихся на фотографиях видны наименования микросхем. Отмечу лишь достаточно аккуратный монтаж и возможность увеличения мощности прибора путём добавления силовых транзисторов на отсутствующие места, естественно делать это нужно с умом.
Перейдём к тестированию, для этого дополнительно к обозреваемому контроллеру нам понадобятся элементы солнечной панели (о них расскажу как-нибудь в другой раз), кусок ламината для крепления этих элементов, 12 вольтовый свинцовый аккумулятор, провода, термоклей, припой, флюс, мультиметр, регулируемый источник питания постоянного тока, 12 вольтовая светодиодная лента играющая роль нагрузки:
Выходные напряжения каждого солнечного элемента используемых для тестирования, судя по ТХ производителя, около 6 вольт, поэтому нам необходимо соединить последовательно 3 таких элемента и закрепить эти элементы и провода с помощью термоклея на куске ламината.
Проверяем что получилось:
Напряжение 17 вольт, ток КЗ всего 7 мА, с напряжением всё нормально, но с током не густо, хотя отмечу, элементы в тени. Откроем шторы:
Напряжение 20 вольт, ток КЗ около 40 мА, уже что-то.
Собираем тестовый макет:
Светодиодная лента не светится, что соответствует выбранному 17 режиму (см.инструкцию), при котором нагрузка включается только при отсутствии тока от солнечной панели, что соответствует тёмному времени суток. Мультиметр показывает 27 мА зарядного тока.
На следующем видео демонстрация работы автоматического освещения при смене дня и ночи (как это так и следующее видео лучше смотреть на весь экран, чтобы подсказки корректно отображались):
Для дальнейших экспериментов подключим вместо аккумуляторной батареи регулируемый источник питания постоянного тока и первым экспериментом будет измерение тока покоя прибора. Т.е. какой ток потребляет контроллер заряда без солнечной панели и нагрузки:
Оказалось всего 5 мА, что сравнимо с током саморазряда аккумулятора.
На следующем видео я постарался продемонстрировать как ведёт себя контроллер заряда при изменении напряжения на аккумуляторе при затенённых солнечных элементах:
Немного слов о режимах работы:
0 - нагрузка включена постоянно (этот режим можно использовать для общего применения);
16 - включение/выключение нагрузки осуществляется кнопкой управления;
17 - нагрузка включена в темное время суток;
01...15 - включение нагрузки после заката на столько часов, какой режим выбран (1...15)
Что еще можно сказать? Контроллер вполне работоспособен в своей области применения. Одной цепочки солнечных элементов явно не достаточно, необходимо впаралель добавить еще несколько, но важно не забывать развязывать их диодами, лучше использовать диоды Шоттки (прямое падение напряжения меньше).
Вот вроде бы и всё, если будут вопросы, спрашивайте в комментариях, постараюсь ответить.
P.S. Да, чуть не забыл, товар предоставлен бесплатно для тестирования.
Планирую купить +52 Добавить в избранное Обзор понравился +26 +59Это 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
Основной сложностью использования солнечной энергии в быту является ее накопление. вырабатывает электричество только в период воздействия света, но пользоваться электрикой приходится и вечером и ночью. Напрямую подключать солнечные батареи к аккумуляторам нельзя – сломается и то и другое. Используются специальные устройства – контроллеры солнечных батарей, которые можно собрать своими руками или приобрести готовые.
Виды контроллеров
Существует три типа контроллеров для солнечных батарей, отличающиеся своей функциональностью и ценой соответственно.
Какой выбирать
Как видно из описаний, первый вариант (ON/OFF контроллер) – совсем не подходит для длительного использования. Т.е. если он у вас имеется, то его можно поставить для тестирования работы системы, но затем заменить на ШИМ (PWM) контроллер или MTTP.
Последний – предпочтительнее. Технология MTTP предусматривает КПД контроллера солнечных батарей на уровне 93-97%, тогда как ШИМ дает только 65-70%. Если учитывать стоимость солнечных панелей, то покупка более дорогого контроллера оправдывается эффективностью их использования.
Стоимость
Система электроснабжения от солнечных батарей собирается, прежде всего, для экономии средств, поэтому цена на отдельные детали – очень важный момент. Предлагаемые варианты прошли испытание временем и являются оптимальным по сочетанию цена/качество:
- Solar controller 20a ссылка на алиэкспресс (откроется в новом окне) – стоимость 20,75$ - простое управление, яркий ЖК дисплей, понятный интерфейс. Отлично справляется с задачей по заряду АКБ. Технология ШИМ (PWM). Имеется возможность подключения через USB к компьютеру для настройки.
- MPPT Tracer 2210RN Solar Charge Controller Regulator ссылка на алиэкспресс (в новом окне), цена 75$ – MTTP контроллер на 20А – качественный и надежный, сертифицированный, распознает день/ночь. Высокий КПД – 97%
Видео, контроллер своими руками
Контроллер для солнечных батарей можно собрать своими руками, однако это тоже требует определенных вложений. Так, на сборку простенького ШИМ контроллера вам придется потратить 10$ на детали и 2-3 часа работы с паяльником. При стоимости готового изделия 20$ - такая перспектива уже не кажется раумной. Собрать качественный MPPT - контроллер в домашних условиях - вообще занятие невозможное, нужно и оборудование и соответствующий софт. Ролик будет полезен тем, кто любит и умеет пользоваться паяльником.
Дополнения к видео: схема контроллера, расположение деталей на печатной плате:
Схема контроллера солнечной батареи
LAY печатной платы
Расположение деталей на плате
Комментарии:
Похожие записи
Подбираем аккумулятор для солнечной электростанции
Виды садовых светильников и фонарей на солнечных батареях, как и где использовать.
На этот раз я решил сделать автомат, который автоматически включает светодиодное освещение в садовой беседке. Поскольку поблизости нет розетки, а постоянное протягивание удлинителя достаточно утомительное занятие, я решил запитать светодиоды от аккумулятора с подзарядкой от солнечных элементов.
Ранее был описан очень похожий , который освещает стеклянную полку в шкафу. Используя этот драйвер, возникла бы проблема, поскольку для освещения беседки нам нужно больше света, чем для освещения стеклянной полки. Так же, применение более мощного источника света будет быстрее разряжать аккумулятор, который может выйти из строя в результате глубокой разрядки элементов в батарее.
Чтобы этого не допустить, я решил создать простой драйвер с защитой от слишком глубокого разряда батареи на основе . В свою очередь, солнечные элементы также служат в качестве датчика освещенности, что значительно упростило всю схему.
Печатная плата имеет размеры 40мм на 45мм. Кроме того, добавлены два монтажных отверстия. Все устройство питается от трех Ni-MH аккумуляторов (1,2В/1000мАч). Для зарядки используется солнечная батарея с номинальным напряжением 5 вольт и максимальным выходным током до 80 мА. Солнечная батарея заряжает аккумуляторы через выпрямительный диод D1. Схема не имеет защиты от перезаряда батареи из-за того, что в такой конфигурации перезарядка просто невозможна.
Полностью заряженный аккумулятор должен иметь напряжение около 4,2-4,35 В Солнечная батарея вырабатывает напряжение 5В, но происходит падение на выпрямительном диоде в районе 0,7 В, что дает нам напряжение 4,3 В. Транзистор Q1 отвечает за включение освещения в ночное время и отключение его днем. База этого транзистора подключена через резистор 2,2 кОм к положительному полюсу солнечной батареи.
Когда солнечная батарея не вырабатывает электроэнергию, или она слишком маленькая, транзистор Q1 заперт. Тогда ток с вывода («REF») стабилитрона TL431 будет течь только через резистор R4, который создает делитель напряжения вместе с резисторами R2 и R3. Транзистор Q2 управляет нагрузкой в виде светодиодов. Чтобы схема работала правильно, мы не можем игнорировать резистор R5, задачей которого является подтягивание базы транзистора Q2 к плюсу источника питания.
По расчетам для имеющегося напряжения выходит, что резистор должен иметь сопротивление 100 Ом. С таким сопротивлением схема переключается очень быстро. Но проблема состоит в том, что этот резистор имеет достаточно маленькое значение, и через него течет очень большой ток. Общий ток потребления составляет около 23 мА! Я решил этот резистор заменить на резистор большего значения. В итоге я поставил резистор номиналом 1 кОм. Теперь отключение нагрузки не такое быстрое, но ток потребления сократился до 8mA.
Конечно, текущее значения 8 мА потребляется только тогда, когда солнечная батарея находится в темном месте — то есть, только в ночное время, когда горят светодиоды. И это такой же максимальный ток (8 мА), который поступает от батареи при напряжении 4,2 В. Напряжение отключения нагрузки я поставил на 2,9 В. Предельное напряжение для одной ячейки 0,9 В, что при подключении последовательно трех дает нам 2,7 В, и следовательно, у нас есть еще в запасе 0,2 В.
Схема после отключения нагрузки (т.е. при 2,9 В и ниже), потребляет только 50 мкА. Такой же ток будет, когда солнечная батарея заряжает аккумуляторы. Устройство очень отзывчиво на свет, но не на столько, чтобы уличное освещение мешало бы определить сумерки. С момента обнаружения заката до включения светодиодов на 100% проходит примерно 2 мин.
Удалив из системы транзистор Q1, резистор R1 и выпрямительный диод D1 получаем простую схему защиты аккумулятора от глубокого разряда. Подобная схема может использоваться для отключения Li-Ion или Li-Pol аккумулятора от зарядки. Ее можно использовать, например, в фонарике. Существует также возможность создания подобной защиты и на другие напряжения, для этого нужно рассчитать делитель напряжения. Формулы и пример расчета есть
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.
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.