Дополнительное оборудование → Контроллеры заряда

Контроллеры заряда для солнечных систем

Каталог солнечных контроллеров заряда находится здесь

контроллер заряда

Контроллер заряда-разряда аккумуляторной батареи (АКБ) несомненно является одним из важнейших компонентов солнечной электростанции(СЭС). Он выступает своеобразным связующим звеном между солнечной батареей и аккумуляторной батареей. В его основные функциональные обязанности входит:

— автоматическое подключение солнечной батареи на заряд АКБ;
— многостадийный заряд аккумуляторной батареи;
— автоматическое отключение солнечной батареи при полном заряде АКБ;
— автоматическое отключение нагрузки при установленном уровне разряда АКБ;
— переподключение нагрузки при восполнении заряда АКБ;

Все эти функции необходимы для сохранения ресурса аккумуляторной батареи, преждевременный выход из строя которой повышает расходы на обслуживание системы. Систематический перезаряд приводит к кипению электролита и вспучиванию герметичных АКБ. Глубокий же разряд опасен для аккумуляторов тем, что ведет к сульфатации пластин и гибели АКБ. Особенно чувствительны к перезаряду и переразряду свинцово-кислотные аккумуляторы, наиболее часто применяемые в фотоэлектрических системах. Подробнее об аккумуляторных батареях, их типах, особенностях применения и многом другом читайте в разделе «Аккумуляторы». Сейчас популярны контроллеры двух типов: технологии ШИМ (PWM) - широтно-импульсная модуляция(Pulse-width modulation) и МРРТ - поиск точки максимальной мощности(Maximum Power Point Tracking). Существовавшие ранее модели контроллеров отключали солнечный модули при полной зарядке АКБ путем их закорачивания. Это ограничивало область применения подобных контроллеров лишь солнечными батареями, которые не боятся короткого замыкания. Контроллер с ШИМ - это последовательный контроллер и он отключает зарядку не закорачивая солнечные модули. Его алгоритм работы позволяет достигать 100% уровень зарядки аккумулятора. Происходит это в 4 стадии, которые выполняются автоматически в зависимости от фактического уровня заряда АКБ:

заряд аккумулятора

1) Стадия Основной заряд/Накопление/Bulk. Когда АКБ получает полностью весь ток солнечной батареи;

2) Стадия Поглощающий заряд/Насыщение/Absorbtion/ШИМ заряд. Когда напряжение на АКБ достигает определенного уровня, контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ тока заряда. Это позволяет избежать перегрева и газообразования в аккумуляторе. Ток уменьшается по мере заряда АКБ;

3) Стадия Поддерживающий заряд/Равновесие/Float. Когда АКБ полностью заряжена, зарядное напряжение уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования в батарее. АКБ поддерживается в заряженном состоянии;

4) Стадия Уравновешивающий заряд(выравнивание/equalization).Только для АКБ открытого типа. Многие батареи с жидким электролитом улучшают свою работу при периодическом заряде до газообразования, при этом выравниваются напряжения на различных банках АКБ и происходит очищение пластин и перемешивание электролита. Зарядка аккумуляторов уравнительным зарядом – это метод контролируемой перезарядки, который предусматривает перемешивание электролита и восстанавливает неиспользуемые зоны материала пластин, что полностью восстанавливает емкость аккумуляторов. Процесс стадии выравнивания сопровождается большим газовыделением - образуются газообразные водород и кислород. Во избежание взрыва необходимо предусмотреть достаточную вентиляцию и устранить все источники зажигания.

Солнечный контроллер заряда

Большинство контроллеров имеют неизменные пользовательские (заводские) настройки режимов заряда. Наиболее правильный же заряд АКБ обеспечивают контроллеры, позволяющие настройку типа, емкости АКБ, напряжений заряда рекомендованных производителем АКБ.

ШИМ-контроллеры обычно применяются в небольших система от 100 Вт до 2 кВт, где нужна зарядка аккумуляторов небольшой емкости и установлено немного модулей. Некоторые из них имеют как светодиодную индикацию, так и LCD-экраны, на которые выводится вся текущая информации о работе системы. Ниже приводятся в виде таблицы сокращенные технические характеристики ШИМ-контроллера на примере Steca PR3030:

Напряжение	12/24В
Максимальный входной ток	30А
Максимальный ток нагрузки	30А
Максимальное собственное потребление	12ма
Напряжение ударного заряда	14.4/28.8В
Напряжение поддержки	13.9/27.8В(для герметичных АКБ) 14.1/28.2В(для АКБ с жидким электролитом)
Напряжение выравнивания(для АКБ с жидким электролитом)	14.7/29.4В
Напряжение защитного отключения нагрузки(SOC,30%)	11.1/22.2В
Напряжение повторного подключения нагрузки(SOC>50%)	12.6/25.2В
Интервал рабочих температур	-10...+50°С
Размер терминалов	16/25мм*2
Класс защиты	IP22
Габаритные размеры	1879644мм
Вес	350г

Когда напряжение на АБ достигает определенного значения, алгоритм ШИМ постепенно снижает ток заряда для предотвращения перегрева, вспухания или закипания аккумуляторов. Однако заряд АБ продолжается для достижения максимального количества энергии, запасаемой в АБ. Более того, сокращается время заряда. Результатом является более высокий КПД процесса заряда, быстрый заряд и полностью заряженная батарея. Аккумуляторы, которые заряжаются с использованием алгоритма ШИМ, будут поддерживаться при очень высоком среднем уровне заряженности в типичной солнечной системе электроснабжения. Кроме обеспечения более высокой резервной емкости в системе, срок службы аккумуляторной батареи может быть значительно увеличен. При использовании алгоритма ШИМ выравнивание элементов возможно и при более низких напряжениях. ШИМ заряд позволяет поддерживать отдельные элементы аккумуляторной батареи в более сбалансированном состоянии. Это важно при использовании герметичных аккумуляторов, которые не допускают газовыделения. Также, это очень полезно при использовании при заряде аккумуляторов от солнечных батарей, так как на практике в солнечных системах электроснабжения очень редко бывают случаи, когда возможно поддержание напряжения на АБ на высоком уровне в течение длительного времени. Специальное исследование контроллеров с ШИМ показало, что контроллеры повышали восприимчивость АБ к заряду именно вследствие использования широтно-импульсной модуляции тока заряда. Контроллеры ШИМ позводили даже увеличить эффективность заряда АБ на 2-8% даже по сравнению с контроллерами, которые поддерживали постоянно высокое напряжение на АБ. Ряд испытаний показал, что алгоритм ШИМ имеет значительные преимущества для повышения восприимчивости АБ к заряду. Это исследование, проведенное Morningstar, было проведено в одинаковых тестовых условиях. Контроллер с ШИМ позволял "закачать" в аккумулятор на 20%-30% больше энергии от солнечных батарей, чем on-off контроллер.

Контроллер заряда

Контроллер МРРТ работает по технологии управления максимальными пиками энергии. Это технология, которая позволяет заряжать АКБ с номинальным напряжением более низким, чем номинальное напряжение солнечной батареи. Например появляется возможность зарядки АКБ с номинальным напряжением 12В от солнечной батареи с номинальным напряжением 24В, 48В, 60В или более. Это происходит за счет отслеживания точки максимальной мощности (Maximum Power Point Tracking) и преобразования напряжения СБ в более низкое, но с бОльшей силой тока, мощность источника при подобном преобразовании сохраняется. КПД МРРТ контроллеров составляет порядка 94-98%-очень высокая эффективность! Иначе говоря, чтобы шел заряд аккумуляторной батареи, солнечный модуль должен подать напряжение на батарею более высокое, чем напряжение АКБ. Рабочее напряжение модуля с номинальным напряжением 12В при стандартных условиях паспортизации(освещенность 1000Вт/м2, температура 25°С, спектр АМ1.5) обычно находится в пределах 17-18В. Такое рабочее напряжение солнечного модуля выбирается для того, чтобы в жаркий солнечный день рабочее напряжение нагревшегося гораздо выше 25°С модуля снизившись примерно до 15В, по прежнему превышало напряжение полного заряда АКБ(при температуре 25°С это напряжение для свинцово-кислотного аккумулятора равно 14,4В). По другому дело обстоит при облачности низкой освещенности. При одинаковом номинальном напряжении СБ и АКБ может в условиях низкой освещенности возникнуть ситуация, когда напряжение солнечной батареи меньше напряжения аккумулятора, и соответственно зарядки нет. Но ситуация меняется, когда несколько последовательно соединенных модулей с напряжением превышающим номинальное напряжение АКБ подключаются на вход контроллера МРРТ. Чем выше общее напряжение модулей, тем при более низкой освещенности продолжает происходить зарядка аккумулятора. Представленные на рынке МРРТ контроллеры допускают входное напряжение в интервале 75-150В в зависимости от модели и фирмы производителя. Хотя в последнее время стали появляться и контроллеры с максимальным входным напряжением до 200В. Самые мощные контроллеры рассчитаны на входной ток 60-80А. Это позволяет подключать на один контроллер солнечные модули суммарной мощности до 4000Вт при системном напряжении 48В. Контроллер автоматически находит точку максимальной мощности системы солнечных модулей. Это позволяет получить прибавку в 30% к генерируемой модулями мощности в целом за год. Алгоритмы поиска точки максимальной мощности разнообразны, каждый имеет свои особенности и каждый производитель МРРТ контроллеров использует свои. Этапы зарядки МРРТ контроллера идентичны этапам зарядки контроллера с ШИМ. Многие контроллеры МРРТ позволяют выбор системного напряжения, широкие настройки для заряда АКБ, выполнять выравнивающий заряд для АКБ с жидким электролитом по расписанию, имеют счетчики сгенерированной солнечными модулями энергии в А*ч или Вт*ч посуточно(последние 128 дней), помесячно и таким образом позволяют наблюдать энергетический баланс в системе, индицируют мгновенную мощность солнечных модулей, входное напряжение солнечных модулей, суммарный ток массива солнечных модулей, напряжение в точке максимальной мощности(МРРТ), ток в точке максимальной мощности, температуру АКБ(при наличии температурного датчика), при помощи дополнительного оборудования или самостоятельно (MS TriStar MPPT) могут транслировать основные характеристики в сеть интернет, имеют вспомогательный выход(AUX) c помощью которого можно управлять внешними и внутренними функциями в зависимости от температуры и напряжения на АКБ или на солнечных модулях, возможность объединения в общую сеть с «себе подобными» или другими совместимыми продуктами для оптимального взаимодействия и обмена информацией и др. Т.е. имеют широчайший набор настроек какой только можно желать. Тем не менее список дополнительных функций растет ежегодно.

Контроллер заряда МРРТ

Большинство предлагаемых на рынке контроллеров имеет большое количество степеней защиты:

— Защита от неверной полярности подключения СБ, АКБ и нагрузки;
— Защита от короткого замыкания (КЗ) на входе (СБ);
— Защита от КЗ в нагрузке;
— Защита от перегрева;
— Защита нагрузки от перенапряжения на входе;
— Защита от молний варистором;
— Защита от обрыва в цепи АКБ;
— Предотвращение разряда АКБ через СБ в ночное время;
— Электронный предохранитель.

Контроллеры с жидкокристаллическими дисплеями могут отображать массу полезной информации:
— уровень заряда АКБ в процентах, называемый SOC (State Of Charge);
— напряжение на АКБ;
— ток солнечной батареи;
— ток зарядки АКБ;
— ток в цепи нагрузки;
— суммарное количество накопленных А*ч от солнечной батареи;
— суммарное количество отданных нагрузке А*ч;
— предупреждение о скором отключении нагрузки.

Некоторые модели контроллеров имеют встроенные реле времени, позволяющие подключать например ночное освещение (при этом сам солнечный модуль используется контроллером в качестве фотоэлемента для оценки времени суток); могут заряжать два независимых АКБ(обычно имеют в названии Duo); некоторые модели имеют коммуникационный порт для связи с компьютером для мониторинга, записи данных и ввода дополнительных параметров; возможна утилизация излишней энергии на ТЭН; специальное тропическое(влагостойкое) исполнение;

Контроллер заряда ШИМ

Подбираются контроллеры конкретно к каждой солнечной системе индивидуально с учетом мощности как самих солнечных модулей, так и мощности нагрузки. Настоятельно рекомендуется внимательно изучать техническое описание и руководство по эксплуатации этих немаловажных в фотоэлектрической системе приборов перед включением их в систему.

Из предлагаемых на рынке контроллеров заряда мы отдаем предпочтение продукции : Xantrex, OutBack, MorningStar, Steca, Phocos, EpSolar. Здесь находится "Каталог контроллеров заряда".