Regulator polnjenja sončne baterije: shema, princip delovanja, načini priključitve

Sončna energija je trenutno omejena (na gospodinjski ravni) na izdelavo fotovoltaičnih panelov relativno nizke moči. Toda ne glede na konstrukcijo fotovoltaičnega pretvornika sončne svetlobe v tok, je ta naprava opremljena z modulom, imenovanim krmilnik polnjenja sončne baterije.

Dejansko shema naprave za pretvorbo sončne svetlobe vključuje akumulatorsko baterijo – hranilnik energije, pridobljene iz sončne plošče. Prav ta sekundarni vir energije je primarno oskrbovan s krmilnikom.

V predstavljenem članku bomo preučili zgradbo in principe delovanja te naprave ter si ogledali načine njene priključitve.

Krmilniki za sončne baterije

Elektronski modul, imenovan krmilnik za sončno baterijo, je namenjen izvajanju cele vrste kontrolnih funkcij med postopkom polnjenja/praznjenja akumulatorja sončne baterije.

Ko na površino sončne plošče, nameščene na primer na strehi hiše, pade sončna svetloba, fotocelice naprave to svetlobo pretvorijo v električni tok.

Pridobljena energija bi se sicer lahko neposredno dovajala v akumulatorsko baterijo. Vendar ima postopek polnjenja/praznjenja akumulatorskih baterij svoje posebnosti (določene ravni tokov in napetosti). Če te posebnosti zanemarimo, bo AKB v kratkem času delovanja preprosto odpovedala.

Da bi se izognili takšnim žalostnim posledicam, je namenjen modul, imenovan krmilnik polnjenja za sončno baterijo.

Modul poleg nadziranja stopnje napolnjenosti akumulatorja spremlja tudi porabo energije. Glede na stopnjo izpraznjenosti shema krmilnika polnjenja akumulatorja iz sončne baterije uravnava in nastavlja raven toka, potrebno za začetno in nadaljnje polnjenje.

Konstrukcije teh naprav imajo lahko glede na moč krmilnika polnjenja akumulatorskih baterij sončne energetske naprave zelo različne konfiguracije.

Na splošno, če rečemo preprosto, modul zagotavlja brezskrbno 'življenje' za AKB, ki občasno shranjuje in oddaja energijo porabniškim napravam.

V praksi uporabljene vrste

Na industrijski ravni je vzpostavljena in se izvaja proizvodnja dveh vrst elektronskih naprav, katerih izvedba je primerna za vgradnjo v shemo sončnega energetskega sistema:

1. Naprave serije PWM.
2. Naprave serije MPPT.

Prvo vrsto krmilnika za sončno baterijo lahko imenujemo 'starček'. Takšne sheme so bile razvite in dane v uporabo že v zgodnjih dneh sončne in vetrne energije.

Načelo delovanja sheme PWM krmilnika temelji na algoritmih širokopulzne modulacije. Funkcionalnost takih naprav nekoliko zaostaja za naprednejšimi napravami serije MPPT, vendar na splošno delujejo prav tako precej učinkovito.

Eden izmed priljubljenih modelov krmilnika polnjenja AKB sončne postaje v družbi, kljub temu da je shema naprave izvedena po tehnologiji PWM, ki velja za zastarelo.

Konstrukcije, pri katerih se uporablja tehnologija Maximum Power Point Tracking (sledenje največje meje moči), se odlikujejo s sodobnim pristopom k shematskim rešitvam in zagotavljajo večjo funkcionalnost.

A če primerjamo obe vrsti krmilnika in še posebej z nagibom k gospodinjski sferi, MPPT naprave niso videti v tako rožnati luči, v kakršni jih tradicionalno oglašujejo.

Krmilnik tipa MPPT:

• ima višjo ceno;
• ima zapleten algoritem nastavitve;
• daje prednost v moči le na panelih večje površine.

Ta vrsta opreme je primernejša za sisteme globalne sončne energije.

Krmilnik, namenjen za uporabo v sestavi sončne energetske naprave. Je predstavnik razreda MPPT naprav – bolj dovršenih in učinkovitih.

Za potrebe običajnega uporabnika iz gospodinjskega okolja, ki ima praviloma panele majhne površine, je ugodneje kupiti in z enakim učinkom uporabljati PWM krmilnik.

Strukturne sheme krmilnikov

Principialne sheme PWM in MPPT krmilnikov za laično presojo – to je preveč zapleteno, povezano s podrobnim razumevanjem elektronike. Zato je smiselno obravnavati le strukturne sheme. Tak pristop je razumljiv širokemu krogu ljudi.

Možnost #1 – naprave PWM

Napetost s sončnega panela po dveh vodnikih (pozitivnem in negativnem) pride do stabilizacijskega elementa in ločilne uporovne verige. S pomočjo tega dela vezja dosežemo izenačenje potencialov vhodne napetosti in do neke mere organiziramo zaščito vhoda krmilnika pred prekoračitvijo mejne vhodne napetosti.

Tu je treba poudariti: vsak posamezni model naprave ima določeno mejno vhodno napetost (navedeno v dokumentaciji).

Približno tako izgleda strukturna shema naprav, izdelanih na osnovi PWM tehnologij. Za uporabo v sestavi manjših gospodinjskih postaj takšen shemski pristop zagotavlja povsem zadostno učinkovitost.

Nato se napetost in tok omejita do potrebne vrednosti s pomočjo močnostnih tranzistorjev. Te komponente vezja pa upravlja čip krmilnika preko mikrosheme gonilnika. Posledično se na izhodu para močnostnih tranzistorjev vzpostavi normalna vrednost napetosti in toka za akumulator.

Prav tako je v vezju prisoten temperaturni senzor in gonilnik, ki upravlja močnostni tranzistor, s katerim se uravnava moč bremena (zaščita pred globokim praznjenjem akumulatorja). S temperaturnim senzorjem se spremlja stanje segrevanja pomembnih elementov PWM krmilnika.

Običajno raven temperature znotraj ohišja ali na hladilnikih močnostnih tranzistorjev. Če temperatura preseže meje, nastavljene v nastavitvah, naprava izklopi vse linije aktivnega napajanja.

Možnost #2 – naprave MPPT

Kompleksnost vezja je v tem primeru pogojena z dopolnitvijo s celo vrsto elementov, ki zgradijo potreben nadzorni algoritem bolj natančno, glede na pogoje delovanja.

Ravni napetosti in toka se spremljajo in primerjajo s shemami komparatorjev, po rezultatih primerjave pa se določi maksimum moči na izhodu.

Shemska rešitev v strukturni obliki za krmilnike polnjenja, osnovane na tehnologijah MPPT. Tu že opazimo bolj zapleten algoritem nadzora in upravljanja perifernih naprav.

Glavna razlika med to vrsto krmilnikov in napravami PWM je v tem, da lahko prilagajajo sončni modul za največjo moč ne glede na vremenske razmere.

Shema takih naprav omogoča več metod nadzora:

• motnje in opazovanje;
• naraščajoča prevodnost;
• tokovno pometanje;
• konstantna napetost.

V končnem delu skupnega delovanja se uporablja tudi algoritem primerjave vseh teh metod.

Načini priključitve krmilnikov

Ko obravnavamo temo priključitev, je treba takoj opozoriti: za namestitev vsake posamezne naprave je značilno delo z določeno serijo sončnih panelov.

Tako na primer, če se uporablja krmilnik, ki je zasnovan za največjo vhodno napetost 100 voltov, mora serija sončnih panelov na izhodu oddajati napetost, ki ni večja od te vrednosti.

Vsak sončni energetski sistem deluje po pravilu ravnovesja izhodnih in vhodnih napetosti prve stopnje. Zgornja meja napetosti krmilnika mora ustrezati zgornji meji napetosti panela.

Pred priključitvijo naprave je treba določiti mesto njene fizične namestitve. V skladu s pravili je treba za mesto namestitve izbrati suhe, dobro prezračevane prostore. Izključena je prisotnost vnetljivih materialov v bližini naprave.

Prepovedana je prisotnost virov vibracij, toplote in vlage v neposredni bližini naprave. Mesto namestitve je treba zaščititi pred vplivom padavin in neposredne sončne svetlobe.

Tehnika priključitve modelov PWM

Skoraj vsi proizvajalci PWM-krmilnikov zahtevajo, da se upošteva natančno zaporedje priključitve naprav.

Tehnika povezave krmilnikov PWM z obrobnimi napravami ni posebej zahtevna. Vsaka plošča je opremljena z označenimi sponkami. Tukaj je preprosto treba upoštevati zaporedje korakov.

Obrobne naprave je treba priključiti v popolnem skladu z oznakami kontaktnih sponk:

1. Priključite kable akumulatorja na sponke naprave za akumulator v skladu z navedeno polarnostjo.
2. Neposredno na mestu stika pozitivnega kabla vključite zaščitno varovalko.
3. Na kontaktih krmilnika, namenjenih za sončni panel, pritrdite vodnike, ki prihajajo iz sončnih panelov. Upoštevajte polarnost.
4. Na izhode obremenitve naprave priključite kontrolno lučko ustrezne napetosti (običajno 12/24 V).

Navedenega zaporedja ne smemo kršiti. Na primer, sončnih panelov ni dovoljeno priključiti najprej, če akumulator ni priključen. S takšnimi dejanji uporabnik tvega, da 'zažge' napravo. V tem gradivu je podrobneje opisana shema sestave sončnih baterij z akumulatorjem.

Prav tako za krmilnike serije PWM ni dovoljeno priključiti napetostnega razsmernika na priključne sponke bremena krmilnika. Razsmernik je treba povezati neposredno s sponkami akumulatorske baterije.

Postopek priključitve naprav MPPT

Splošne zahteve za fizično namestitev te vrste naprav se ne razlikujejo od prejšnjih sistemov. Toda tehnološka namestitev je pogosto nekoliko drugačna, saj se krmilniki MPPT pogosto obravnavajo kot močnejše naprave.

Za krmilnike, namenjene visokim ravnem moči, je pri priključkih napajalnih tokokrogov priporočljivo uporabljati kable velikih presekov, opremljene s kovinskimi končniki.

Na primer, za močne sisteme so te zahteve dopolnjene s tem, da proizvajalci priporočajo uporabo kabla za napajalne priključne linije, ki je zasnovan za gostoto toka najmanj 4 A/mm². To pomeni, na primer, za krmilnik s tokom 60 A je potreben kabel za priključitev na akumulatorsko baterijo s presekom najmanj 20 mm².

Povezovalni kabli morajo biti opremljeni z bakrenimi končniki, tesno stisnjenimi s posebnim orodjem. Negativne sponke sončne plošče in akumulatorske baterije je treba opremiti s priključki z varovalkami in stikali.

Tak pristop izključuje energetske izgube in zagotavlja varno delovanje naprave.

Strukturna shema priključitve močnega krmilnika MPPT: 1 – sončna plošča; 2 – krmilnik MPPT; 3 – priključna letvica; 4,5 – taljive varovalke; 6 – stikalo napajanja krmilnika; 7,8 – ozemljitvena zbiralka

Pred priključitvijo sončnih plošč na napravo se prepričajte, da je napetost na sponkah enaka ali manjša od napetosti, ki jo je dovoljeno dovesti na vhod krmilnika.

Priključitev periferije na napravo MTTP:

1. Stikali sončne plošče in akumulatorske baterije preklopite v položaj 'izklopljeno'.
2. Odstranite zaščitne varovalke na plošči in akumulatorski bateriji.
3. Povežite s kablom sponke akumulatorske baterije s sponkami krmilnika za akumulatorsko baterijo.
4. Priključite s kablom priključke sončne plošče na sponke krmilnika, označene z ustreznim znakom.
5. Povežite s kablom ozemljitveno sponko z ozemljitveno zbiralko.
6. Namestite temperaturni senzor na krmilnik v skladu z navodili.

Po teh korakih je treba namestiti prej odstranjeno varovalko akumulatorske baterije in preklopiti stikalo v položaj 'vklopljeno'. Na zaslonu krmilnika se bo prikazal signal zaznavanja akumulatorske baterije.

Nato po kratkem premoru (1-2 min) namestite prej odstranjeno varovalko sončne plošče in preklopite stikalo plošče v položaj 'vklopljeno'.

Zaslon naprave bo prikazal vrednost napetosti sončne plošče. Ta trenutek kaže na uspešen zagon sončne energetske naprave.

Zaključki in koristen video na to temo

Industrija proizvaja naprave, ki so večplastne z vidika shematskih rešitev. Zato ni mogoče dati enoznačnih priporočil glede priključitve vseh naprav brez izjeme.

Vendar glavno načelo za vse vrste naprav ostaja enotno: brez priključitve akumulatorja na vodila krmilnika je povezava s fotovoltaičnimi paneli nedopustna. Podobne zahteve veljajo tudi za vključitev v vezje napetostnega razsmernika. Ta naj se obravnava kot ločen modul, ki se na akumulator priključi z neposrednim kontaktom.

Če imate potrebne izkušnje ali znanje, prosimo, delite jih z našimi bralci. Pustite svoje komentarje v spodnjem bloku. Tukaj lahko postavite vprašanje v zvezi s temo članka.