Kapitola 1: Co je to solární regulátor nabíjení?

Regulátor solárního nabíjení nebo regulátor solárního nabíjení je důležitým nástrojem téměř ve všech solárních systémech, které používají baterie jako řešení skladování chemické energie. Používá se samostatně nebo hybridní solární systémy ale nepoužívá se v systémech s přímým připojením k síti, které nemají dobíjecí baterie.

samostatný solární systém

Samostatný solární systém

Jeho dvě základní funkce jsou velmi jednoduché:

  1. Zabraňuje přebíjení baterií
  2. Blokuje tok zpětného proudu.

Přebíjení může mít za následek přehřátí baterie nebo, v krajním případě, požár. Přeplněné hluboce zaplavené baterie mohou také emitovat plyn vodíku, který je výbušný. Přebíjení navíc baterii rychle zničí, čímž se dramaticky zkrátí její životnost.

Spálená olověná baterie

Spálená olověná baterie

Regulátory solárního nabíjení mohou bránit toku zpětného proudu z baterií do solárních panelů v noci, když je napětí solárních panelů nižší než napětí baterií.

Regulátory solárního nabíjení mají navíc další volitelné funkce, jako je teplotní čidlo a kompenzace teploty baterie, odpojení od nízkého napětí (LVD), řízení zátěže (od soumraku do úsvitu), displeje, dálkové monitorování a řízení přesměrování zátěže.

Pojďme se ponořit do článku a postupně tyto funkce a funkce zkontrolovat.

Kapitola 2: Nabíjení baterie: Vícestupňové nabíjení

Ale než se ponoříme přímo do Kapitola 3: Funkce a vlastnosti solárního regulátoru nabíjení, měli bychom se podívat na potřebné informace o nabíjení baterie.

Pokud jste již s touto informací obeznámeni, můžete přejít na kapitolu 3 odtud.

Nalijte vodu do šálku

Nalijte vodu do šálku

2.1 Stručný výklad

Představte si, že nalijete vodu do šálku - na začátku budete nalévat rychleji; když je šálek téměř plný, průtok vody se zpomalí, takže voda nebude přetékat z šálku. Naopak, pokud budete stále nalévat vodu rychlejším tempem, je pro vás těžké na konci zastavit tok včas a voda z té šálky přetekne.

Nabíjení solární baterie

Nabíjení solární baterie

Stejná teorie platí i pro nabíjení baterie:

  • Když je baterie téměř vybitá, regulátor nabíjení dodává spoustu energie pro rychlé nabití
  • Když je baterie téměř plná, zpomalí nabíječku regulací jejího napětí a proudu.
  • Když je baterie plná, vyšle pouze pramínek energie, aby byla plně nabitá.

Jedná se o takzvané vícestupňové nabíjení.

2.2 Příklad: 3-4 fáze

Nastavit body:

Abychom se ujistili, že snadno porozumíte následujícímu obsahu, který odkazuje na příklad vícestupňového nabíjení (3–4 fáze), vysvětlíme si nejprve žargon „stanovené body“.

Stručně,

regulátor solárního nabíjení je nastaven na změnu své rychlosti nabíjení při konkrétních napětích, která se nazývají požadované hodnoty.

Nastavené hodnoty jsou obvykle teplotně kompenzovány a tomuto tématu se budeme věnovat po příkladu vícestupňového nabíjení.

Pojďme si nyní podrobně projít příklad

Následuje příklad z MorningStar, který má 4 fáze nabíjení.

MorningStar 4 fáze nabíjení

Zdroj: MorningStar, 4 fáze nabíjení

2.2.1 Fáze 1: Hromadné nabíjení

V této fázi je baterie vybitá a její napětí je nižší než nastavená hodnota absorpčního napětí. Regulátor solárního nabíjení tedy pošle co nejvíce dostupné sluneční energie do banky baterií pro dobití.

2.2.2 Fáze 2: Absorpční poplatek

Když jeho napětí dosáhne žádané hodnoty absorpčního napětí, výstupní napětí solárního regulátoru nabíjení udrží relativně konstantní hodnotu. Stabilní vstup napětí zabraňuje přehřátí baterie a nadměrnému plynování. V této fázi by se baterie mohla běžně plně nabít.

2.2.3 Fáze 3: Plovoucí náboj

Jak víme, baterie je ve fázi absorpce plně nabitá a plně nabitá baterie již nemůže přeměňovat sluneční energii na energii chemickou. Další energie z regulátoru nabíjení se změní pouze na topení a plynování, protože se přebíjí.

Pramínek z kohoutku

Pramínek z kohoutku

Plovoucí fáze je navržena tak, aby zabránila dlouhodobému přebíjení baterie. V této fázi regulátor nabíjení sníží nabíjecí napětí a dodá velmi malé množství energie, jako jsou kapky, aby udržel baterii a zabránil dalšímu zahřívání a plynování

2.2.4 Fáze 4: Vyrovnávací poplatek

Vyrovnávací nabíjení používá vyšší napětí než je absorpční nabíjení, aby se vyrovnaly všechny články v bateriovém bloku. Jak víme, baterie v sérii nebo paralelně tvoří sadu baterií. Pokud některé články v bateriové baterii nejsou plně nabité, v této fázi dojde k jejich úplnému nabití a dokončení všech chemických reakcí baterie.

Vařící voda

Vařící voda

Jelikož následuje fáze 3 (když je banka baterií plně nabitá), když zvýšíme napětí a pošleme více energie do baterií, elektrolyty budou vypadat, že se vaří. Ve skutečnosti to není horké; je to vodík generovaný z elektrolytů a produkující spoustu bublin. Tyto bubliny míchají elektrolyty.

Pravidelné míchání elektrolytů tímto způsobem je pro zaplavenou bateriovou baterii zásadní.

Můžeme to považovat za pravidelné přebíjení, ale je to prospěšné (někdy zásadní) pro určité baterie, jako jsou zaplavené baterie a neuzavřené baterie, jako jsou AGM a Gel.

Obyčejně můžete ve specifikacích baterií najít, jak dlouho by mělo vyrovnávací nabíjení trvat, a podle toho nastavit parametr v ovladači nabíjení.

2.3 Proč zaplavené banky baterií potřebují vyrovnání

Ve zkratce,

aby se zabránilo sulfataci olověného akumulátoru.

chemická reakce při vybíjení

Chemická reakce vybití

Chemické reakce vybití baterie generují měkké krystaly síranu olovnatého, které jsou obvykle připevněny k povrchu desek. Pokud baterie bude i nadále fungovat v takovém stavu, jak čas plyne, měkké sulfátové krystaly se množí a jsou ještě tvrdší a tvrdší, takže je docela obtížné je převést zpět na měkké nebo dokonce dále aktivovat materiály, které byly součástí elektrolyt.

Sulfatace olověných baterií je metlou selhání baterie. Tento problém je běžný v dlouhodobých, nedostatečně nabitých bateriích.

Pokud jsou plně nabité, lze měkké sulfátové krystaly přeměnit zpět na aktivní materiály, ale solární baterie se málokdy plně nabije, zejména v případě špatně navrženého solárního FV systému, kde je buď solární panel příliš malý, nebo je baterie příliš velká .

Sulfatace olověného akumulátoru

Sulfatace olověného akumulátoru

Tento problém může vyřešit pouze periodické přebíjení při vysokém napětí; jmenovitě vyrovnávací nabíjení, které pracuje při vysokém napětí, generuje bubliny a míchá elektrolyt. Proto je 4. etapa pro zaplavenou bateriovou baterii nezbytná. V mnoha solárních systémech mimo síť obvykle používáme generátor + nabíječku k periodickému vyrovnávání zaplavené solární baterie podle specifikace baterie.

2.4 Nastavení žádané hodnoty vs. teplota

Vzhledem k tomu, že žádaná hodnota absorpce (stupeň 2), žádaná hodnota plováku (stupeň 3) a vyrovnávací žádaná hodnota (stupeň 4) mohou být všechny kompenzovány na teplotu, pokud je k dispozici teplotní senzor, chtěli bychom ušetřit pár slov pro tento malý téma.

V některých pokročilých regulátorech nabíjení kolísají žádané hodnoty vícestupňového nabíjení s teplotou baterie. Tato funkce se nazývá „teplotní kompenzace“.

Regulátor má teplotní čidlo, a když je teplota baterie nízká, nastavená hodnota se zvýší a naopak - odpovídajícím způsobem se upraví, jakmile se teplota zvýší.

Sonda teplotního senzoru

Sonda teplotního senzoru

Některé regulátory mají zabudovaná teplotní čidla, proto musí být pro detekci teploty instalována v blízkosti baterie. Jiné mohou mít teplotní sondu, která by měla být připojena přímo k baterii; kabel jej připojí k řídicí jednotce pro hlášení teploty baterie.

Pokud jsou vaše baterie použity v situaci, kdy je kolísání teploty každý den větší než 15 stupňů Celsia, je vhodnější použít regulátor s teplotní kompenzací.

2.5 Ovládací body nastavení vs. typ baterie

Pokud jde o typ baterie, doporučuje se další článek o solárních bateriích.

Většina solárních energetických systémů využívá olověné baterie s hlubokým cyklem, z nichž jsou 2 typy: zaplavený a uzavřený. Olověný akumulátor je nejen ekonomický, ale také na trhu převládající.

Různé typy solárních baterií

Různé typy solárních baterií

Typy baterií také ovlivňují konstrukci žádaných hodnot pro solární regulátory nabíjení; moderní řadiče mají funkci, která vám umožní vybrat typy baterií před připojením k solárnímu systému.

2.6 Stanovení ideálních požadovaných hodnot

Nakonec se dostáváme k teorii o určování ideálních požadovaných hodnot. Upřímně řečeno, jde spíše o rovnováhu mezi rychlým nabíjením a udržovacím udržovacím nabíjením. Uživatel solárního systému by měl vzít v úvahu různé faktory, jako je okolní teplota, intenzita slunečního záření, typ baterie a dokonce i zatížení domácích spotřebičů.

Je nutné vyrovnat se pouze s top 1 nebo 2 faktory; to ve většině případů stačí.

Kapitola 3: Jaká je funkce solárního regulátoru nabíjení?

3.1 Zabránění přebíjení

Když je baterie zcela nabitá, nemůže ukládat více sluneční energie jako chemickou energii. Pokud je však na plně nabitou baterii nepřetržitě přiváděno napájení vysokou rychlostí, energie se změní na teplo a plynování, které by se projevilo jako zaplavená baterie se spoustou bublin z elektrolytů. To je plynný vodík, který je generován chemickou reakcí. Tyto plyny jsou nebezpečné, protože jsou výbušné. Přebíjení také zrychluje stárnutí baterie. A pak potřebujeme regulátor solárního nabíjení.

Poškozená baterie v důsledku přebití

Poškozená baterie v důsledku přebití

Hlavní funkcí regulátoru solárního nabíjení je regulovat napětí a proud generovaný solárními panely vedoucími k bateriím, aby se zabránilo jejich přebití a zaručit baterie bezpečný pracovní stav a delší životnost.

Existují 3 typy regulátorů:

1. Regulátor proudu

Regulátor proudu funguje jako spínač. Jednoduše zapíná nebo vypíná obvod, aby řídil tok energie do baterie, stejně jako hromadné nabíjení 1. stupně. Obvykle se jim říká směšovače, které se již nepoužívají kvůli jejich zastaralé technologii.

2. Pulzní šířková modulace (PWM)

Regulátory bočníku zcela vypnou proud, zatímco regulátor PWM proud postupně snižuje. PWM je podobnější plovoucímu nabíjení 3. stupně.

Když začneme téma: PWM VS MPPT, který z nich je lepší, budeme podrobně diskutovat o PWM a MPPT.

3. Regulátor napětí

Regulace napětí je běžná. Regulátor solárního nabíjení reguluje nabíjení v závislosti na napětí baterie. Je to docela jednoduché. Když napětí baterie dosáhne určité hodnoty, regulátor chrání baterii před přebitím snížením výkonu. Když napětí baterie poklesne z důvodu velkého součtu spotřeby energie, regulátor umožní opětovné hromadné nabíjení.

3.2 Blokovací zpětný proud

Druhou hlavní funkcí je zabránit zpětnému toku proudu.

V noci nebo kdykoli není sluneční světlo, solární panel nemá sílu přeměnit se na elektřinu a v solárním systému bude napětí baterie baterie vyšší než napětí solárního panelu, protože všichni znát tok elektřiny z vysokého napětí na nízké napětí. Bez regulátoru nabíjení tedy bude elektřina proudit z banky baterií na solární panel, což je plýtvání energií, protože solární systém vyvíjí úsilí sbírat energii během dne, ale v noci jich trochu ztrácí. I když je ztráta v poměru k celkové shromážděné energii jen malá část, není těžké ji vyřešit.

Blokování zpětného proudu v noci

Blokování zpětného proudu v noci

Solární regulátor nabíjení si s tímto problémem poradí.

Většina regulátorů umožňuje, aby tok procházel pouze ze solárního panelu do sady baterií tím, že do obvodu navrhl polovodič, který pouze prochází proudy v jednom směru.

Některé ovladače mají mechanický spínač, který se také nazývá relé. Když relé zapne a vypne, uslyšíte klapavý zvuk. Když je napětí solárních panelů nižší než napětí baterie, detekuje a poté vypne obvod a odpojí solární panely od baterie.

3.3 Řízení zátěže

Některé regulátory solárního nabíjení jsou navrženy s řízením zátěže, což umožňuje připojení stejnosměrného zátěže, například LED lampy (konkrétní příklad je na našem webu all-in-one solární LED pouliční osvětlení), přímo do solárního regulátoru nabíjení a řízení zátěže zapne a vypne lampu podle jejích přednastavených hodnot (napětí baterie, snímače fotobuněk nebo časovače).

Regulátor solárního nabíjení ve slunečním pouličním osvětlení

Regulátor solárního nabíjení ve slunečním pouličním osvětlení

Například běžně existují časovače v LED solárních pouličních světlech a řízení zátěže přečte čas z časovače a poté provede příkaz: rozsvítí LED v 7:00 za soumraku a vypne v 6:00 příští ráno. Nebo řízení zátěže přečte informace ze snímače fotobuněk a poté ovládá zapnutí a vypnutí LED podle jasu okolního prostředí.

3.4 Nízkonapěťové odpojení (LVD)

Představte si, že vaříte vodu v hrnci a zapomenete vypnout oheň, dokud se vařící voda úplně neodpaří; už v suchém hrnci není voda a hrnec se přehřívá. Hrnec je trvale zničen. Stejně tak úplné vybití solární baterie způsobí její trvalé poškození.

Spálený hrnec

Spálený hrnec

Baterie s hlubokým cyklem jsou široce používány v solárních systémech. Hloubka vybití (DOD) může být až 80%; jsou však náchylné k trvalému poškození, pokud jsou vybité až o 90%, nebo ještě hůře, o 100%.

Pokud počkáte, až vypnete stejnosměrný proud z baterií, dokud nesvítí světla, mohlo dojít k poškození baterie. Kapacita baterie i životnost se sníží pokaždé, když dojde k přebíjení. Pokud by byla baterie nastavena tak, aby po určitou dobu fungovala v tomto stavu přebíjení, rychle by se zničila.

Jediným praktickým řešením k ochraně baterií před nadměrným vybitím je vypínání a zapínání zátěží (například spotřebičů, světel LED atd.), Pokud se napětí obnovilo z hromadného nabíjení.

Typicky, pokud 12V baterie klesne na 10.9 voltů, bude baterie na pokraji přebíjení. Stejným způsobem 21.9 voltů pro 24V baterii.

Odpojení nízkého napětí

Odpojení nízkého napětí

Pokud má váš domácí solární systém nějaké stejnosměrné zátěže, je funkce LVD nezbytná. Některé LVD jsou integrovány do regulátorů nabíjení, zatímco jiné ne.

3.5 Ochrana proti přetížení

Pojistka

Pojistka

Když je tok vstupního proudu mnohem vyšší než to, s čím si obvod bezpečně poradí, váš systém se přetíží. To může vést k přehřátí systému nebo dokonce k požáru. Přetížení může být způsobeno různými důvody, například nesprávnou konstrukcí zapojení (zkrat) nebo problematickým zařízením (zaseknutý ventilátor). Obvykle je resetování tlačítka navržen pro ochranný obvod proti přetížení.

V každém regulátoru solárního nabíjení je však zabudována ochrana proti přetížení; velké solární systémy obvykle vyžadují dvojitou bezpečnostní ochranu: pojistky nebo jističe. Pokud je nosnost vodiče menší než mez přetížení regulátoru, je nutné ve vašem obvodu nastavit pojistku nebo jistič.

3.6 Displeje

Displeje solárních regulátorů nabíjení se liší od indikátorů LED po displeje LCD s informacemi o napětí a proudu. Displeje solárních systémů jsou to, co jsou palubní desky konzoly pro automobily. Poskytují vám podrobná data, abyste mohli sledovat stav vaší baterie: kolik energie používáte nebo generujete.

Regulátor solárního nabíjení s LED indikátory

Regulátor solárního nabíjení s LED indikátory

Pokud váš systém již má samostatný monitor, pak by funkce zobrazení nebyla důležitá. I ten nejlevnější monitor by zahrnoval základní měřiče, stejně jako řadiče.

Regulátor solárního nabíjení s LCD obrazovkou

Regulátor solárního nabíjení s LCD obrazovkou

Kapitola 4: Regulátor nabíjení PWM

4.1 Glosáře, které potřebujete znát

Na začátku projdeme některé glosáře - viz následující tabulka.

NominálníBuňkyVocVmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • Voc, napětí naprázdno, je maximální napětí na FV článku, když měříte solární panel v teoreticky standardních zkušebních podmínkách (STC) pouze s připojeným voltmetrem. Napětí, které měřič přijímá, je Voc.
  • Vmp, napětí při maximálním výkonu, je výstupní napětí solárních panelů při připojení k FV systému.
  • Jmenovité napětí je referenční napětí používané ke kategorizaci solárních zařízení v systému mimo síť. V systému připojeném k síti jsou nominální napětí (12 V, 24 V a 48 V) bezvýznamná.

120W nominální monokrystalický solární panel 12V s 36 kusy křemíkových čtverců

120W nominální monokrystalický solární panel 12V s 36 kusy křemíkových čtverců

Ačkoli nabíjení baterie vyžaduje vyšší napětí, jmenovité napětí vám může pomoci najít odpovídající zařízení (například bateriový svazek), se kterým se solární panel vyrovná.

Takže,

12V solární panel má ve skutečnosti Voc 22 V a Vmp 17 V, s 36 kusy křemíkových čtverců na přední straně.

Podobně,

24V solární panel má Voc 44V a Vmp 36V, se 72 kusy křemíkových čtverců.

Mohlo by vás zajímat: proč 12voltový panel nemá 12 voltů?

tady je dohoda.

4.2 Proč jsou 12voltové panely 17 voltů

Plně nabitá 12V baterie je ve skutečnosti přibližně 12.6 voltů; k nabíjení 12V baterie potřebujeme vyšší vstupní napětí - asi 13.7-14.4 voltů ze solárního panelu. Ale proč jsme navrhli solární panel Vmp na 17V a ne jen 14V?

Voc solárního panelu se měří za standardních testovacích podmínek nebo STC a Vmp se také měří za STC, kde okolní teplota není příliš vysoká, intenzita slunečního svitu je dokonalá - žádné mraky, žádný opar. Ne vždy však máme takové štěstí. Pokud narazíme na špatné počasí - například v mlhavé nebo zamračené dny - napětí solárního panelu poklesne; panely by proto měly být navrženy s nějakým zvláštním napětím, aby váš systém mohl stále přijímat dostatečné napětí, i když počasí není ideální; tj. žádné sluneční světlo.

4.3 Typy regulátoru nabíjení:

Existují 3 typy regulátorů solárního nabíjení:

  • Řídicí jednotky bočníku
  • PWM
  • MPPT

Řídicí jednotky směšovače: Zmínili jsme směšovače, když jsme mluvili o regulaci proudu - fungují stejně jako spínač, zapínají a vypínají tok proudu do baterie. Stále můžete vidět několik na starých systémech, i když již byly staženy z trhu. PWM a MPPT jsou 2 hlavní typy, které dnes převládají.

Teď

Pojďme nejprve do PWM.

4.4 Co je regulátor solárního nabíjení PWM?

PWM (Pulse Width Modulated), doslovně, funguje modulací jeho aktuální šířky pulzu.

PWM posílá do baterie přerušované nabíjecí impulzy, spíše než stálý výkon. Funguje spíše jako plovoucí nabíjení stupně 3, které generuje prameny proudů do baterie.

Jak rychlý (frekvence) a jak dlouhý (šířka) by měl být puls produkován, je však určen stavem baterie, kterou detekuje. Pokud je baterie již plně nabitá a zátěž v systému nefunguje, PWM vyšle každých několik sekund pouze velmi krátký puls; u vybité baterie by pulsy byly téměř nepřetržité. Toto je základní pracovní princip.

Ačkoli PWM je levnější než MPPT, kvůli ostrému pulzu, který PWM generuje, může při zpracování rychlého zapnutí a vypnutí během práce často docházet k rušení vašich televizních, rádiových nebo telefonních signálů. To je inherentní nevýhoda PWM.

Když váš systém zvolí PWM jako regulátor nabíjení, je důležité, aby jmenovité napětí solárních panelů bylo stejné jako jmenovité napětí baterie;

a to,

PWM v systému 12V

PWM v systému 12V

pokud máte baterii 12V, musíte zvolit také 12V solární panel.

PWM v systému 24V

PWM v systému 24V

A pokud je vaše bateriová banka 24V, musíte použít 24V solární panel nebo zapojit dva 12V solární panely do série, aby byl 24V.

PWM v systému 48V

PWM v systému 48V

Pokud je však vaše baterie 48V, musíte zapojit čtyři 12V solární panely v sérii nebo dva 24V solární panely v sérii, abyste získali 48V.

A tak dále.

Mezitím se ujistěte, že specifikace PWM odpovídají také specifikacím vaší baterie.

4.5 Jak velký potřebuji regulátor solárního nabíjení: PWM

Jak dimenzovat PWM, když navrhujeme FV systém mimo síť?

Krok 1, Získejte z jeho typového štítku solární panel Isc (zkratové zesilovače) a solární panel Voc (napětí naprázdno) a zjistěte, kolik řetězců je paralelně v solárním poli.

typový štítek solárního panelu

Typový štítek solárního panelu

Z typového štítku,

čteme Voc 22.1V a Isc 8.68A a potvrzujeme, že se jedná o nominální 12V solární panel od Voc.

Začněme jednoduchým příkladem a předpokládejme, že máme pouze 1 řetězec paralelně.

Krok 2, Vynásobte Isc počtem řetězců paralelně.

8.68 Isc x 1 řetězec = 8.68 A.

Krok 3, vynásobte koeficientem bezpečnosti 1.25. (Proč je faktor 1.25: viz NEC 690.8 (A) (1) Proudy fotovoltaických zdrojů v obvodu)

8.68 Isc x 1 řetězec x 1.25 = 10.85 A.

Můžeme tedy zvolit PWM, jehož aktuální zátěžová kapacita by měla být větší než 10.85 A.

PWM v systému 24V 2 strun

PWM v systému 24V 2 strun

Podívejme se nyní na další příklad se 2 řetězci ve 2 paralelních verzích pomocí stejného 140w panelu, který jsme právě zmínili.

Ale pamatujte - používáme regulátor nabíjení PWM, takže musíme věnovat pozornost tomu, kolik panelů je v řetězcích, aby se napětí solárního pole shodovalo s napětím baterie.

V tomto příkladu máme 2 paralelní řetězce a 2 panely v sérii, takže solární pole je pro 24V bateriový systém.

8.68 Isc x 2 řetězce x 1.25 = 21.7 A.

Stačil by solární regulátor nabíjení PWM 25A.

Kapitola 5: Regulátor nabíjení MPPT

5.1 Jak funguje solární regulátor nabíjení MPPT?

Jaký je význam MPPT?

MPPT je zkratka pro Maximum Power Point Tracking, což je druh elektronického digitálního sledování.

MPPT je sofistikovanější - a také dražší - z těchto dvou. MPPT má účinnost konverze přibližně 94% - 98%. To znamená, že napájení (ze solárního panelu) se téměř rovná napájení (do baterie).

Regulátory nabíjení MPPT snímají výstup solárních panelů a napětí baterií, aby zjistily nejlepší bod napájení ze solárního panelu; poté MPPT sníží napětí tak, aby splňovalo nabíjecí napětí baterie, zatímco zvyšuje proud. Tímto způsobem může MPPT zvýšit energii, kterou nakonec získáme ze solárních panelů, o téměř 40% ve srovnání s PWM, protože PWM nemůže zvýšit proud, aby sledoval maximální bod výkonu.

Na rozdíl od PWM, které vyžaduje, aby se napětí shodovalo s oběma stranami, lze MPPT aplikovat na FV systém, jehož napětí solárního pole je vyšší než napětí baterie. Tato funkce přináší MPPT mnoho výhod, kterým se budeme věnovat v kapitole 6

Teď,

pojďme k příkladům, abyste rychle zachytili bod.

5.2 Jak dimenzovat solární regulátor nabíjení mppt?

Pamatujete si nominální 20V panely s 60 kusy článků?

V obvodu PWM jsou příliš velké, aby odpovídaly bateriové baterii 12V a příliš malé pro bateriovou banku 24V, ale MPPT může tuto trapnou situaci vyřešit.

20V panel má 30Vmp a 9A Imp a jeho jmenovitý výkon = 30 x 9 = 270W.

Předpokládejme, že 20V panel platí pro 12V baterii. MPPT převede 30 V na přibližně 14 V, aby nabila baterii, a zvyšuje proud tak, aby mohl odebírat maximální výkon ze solárního panelu.

Pokud vezmeme 30V až 14V, snížená rychlost je

30 / 14 = 2.14.

Pak je zvýšený proud

9 x 2.14 = 19.28 A.

Konečně,

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 wattů (napájení se rovná napájení);

protože výstupní proud je 19.28 A, vynásobíme 1.25 bezpečným faktorem.

Dostaneme

19.28 x 1.25 = 24.1 A.

Bude tedy dobré, že zvolíme MPPT s aktuální kapacitou větší než 24.1 A.

Další příklad se 2 strunami ve 2 paralelních režimech, které používají nominální panel 20 V k nabíjení 12V baterie: celkový výkon je

270 x 4 = 1080 W.

Aktuální výstup by byl

1080/14 = 77.14 A.

Vynásobte 1.25

77.14 x 1.25 = 96.43 A.

Takže si vybereme 100A MPPT.

5.3 Dimenzování regulátoru nabíjení: napětí regulátoru

Ještě jedna věc, kterou musíme věnovat pozornost při dimenzování regulátoru solárního nabíjení, je napětí. Ujistěte se, že je ovladač schopen přenášet vstupní napětí z panelů. Regulátor nabíjení 150 V může nést pouze tři 20V jmenovité panely v sérii. Možná se divíte… 3 x 20 = 60V? To je daleko od 150V!

Proč?

Je to proto, že skutečné napětí, které solární panely generují, může být mnohem vyšší než 20V; někdy vyšší než Vmp 30V. K výpočtu tedy použijeme Voc. Voc = 38V.

3 x 38 = 114 V

Pak tři nominální 20V panel v sérii je 114V

Tabulka NEC 690.7

Tabulka NEC 690.7

Protože se napětí panelu v chladném počasí zvýší, postupujte podle tabulky 690.7 NEC. Pak vyzvedneme nejbezpečnější faktor, 1.25, vynásobíme 114v 1.25,

dostaneme

114 x 1.25 = 142.5 V.

Nyní můžete pochopit, proč 150V ovladač může podporovat pouze tři 20V v sérii, zejména v zimě.

V dnešní době by nově vyvinuté ovladače mohly mít mnohem vyšší napětí; některé modely dokonce podporují až 700V vstup. To je velmi důležité, když je vaše solární pole usazeno daleko od vaší baterie.

Prozkoumejme důvod v kapitole 6.

Kapitola 6: PWM vs. MPPT

6.1 PWM vs. MPPT: Který je lepší?

O vlastnostech obou ovladačů (PWM a MPPT) jsme se dozvěděli v předchozích kapitolách. Dobře jsme si všimli, že PWM nepřevádí zvláštní napětí na proudy, což má za následek nízkou míru převodu energie. Jinými slovy, PWM nepřenáší veškerou energii shromážděnou solárními panely na baterie, ale MPPT vždy sleduje maximální bod výkonu z panelů a podle toho upravuje své proudy a napětí, aby mohl přenášet veškerou energii shromážděnou solárními panely na baterii.

PWM vs. MPPT

PWM vs. MPPT

Konkrétní příklad to jasně vysvětlí:

Základní fyzikální vzorec:

Výkon (W) = V (V) x I (A)

Pokud použijeme nominální 12V, 100W solární panel k nabíjení 12V bateriového systému, skutečný Vmp je 17V a můžeme vypočítat jeho aktuální výstup:

I = výkon / V

I = 100/17 = 5.88 ampérů

Nyní víme, že výstup na panelu je 17 V a 5.88 A.

Scénář 1: Fotovoltaický systém je vybaven solárním regulátorem nabíjení PWM.

PWM stáhne napětí dolů na nabíjecí napětí baterie - přibližně 14V. Po průchodu PWM zůstává solární energie pouze 14 V a 5.88 A.

To je:

P = V x I = 14 x 5.88 = 82.32 W.

Scénář 2: Fotovoltaický systém je vybaven solárním regulátorem nabíjení MPPT.

MPPT nejenže stáhne napětí na 14 V, ale také zvýší proud, takže se výkon téměř rovná napájení.

Pokud tedy napětí poklesne o 17/14 = 1.21

Pak se proud na baterii zvýší o 1.21, dostaneme

5.88 x 1.21 = 7.11 A.

Celkový výkon

P = 14 x 7.11 = 99.54 W.

V tomto příkladu je ztráta energie PWM

99.54 - 82.32 = 17.22 W.

Téměř 20% energie nebylo převedeno na chemickou energii baterie. Pokud vezmeme v úvahu scénář ve velkém slunečním poli, ztráta by mohla být obrovská.

Je tedy lepší použít MPPT pro velké solární pole.

6.2 Silné stránky MPPT

a) Vysoká účinnost konverze

Pokud je váš fotovoltaický systém vybaven velkým solárním polem, MPPT by byla nejlepší volbou pro posílení přeměny solární energie, zejména v chladném počasí, protože napětí panelu stoupá s poklesem teploty. Konverzní poměr MPPT by se mohl zvýšit z 20% na 40%. To je zelená a bezplatná energie, která opravdu šetří peníze na vašem účtu.

Pole solárních panelů ve vzdálenosti

Pole solárních panelů ve vzdálenosti

b) Nižší energetické ztráty v kabelech nebo nižší náklady na nákup kabelů.

Prosím pamatuj Ohmův zákon

V (volty) = R (ohm) x I (zesilovače)

Výstupní výkon P(Watty) = V (volty) x I (zesilovače)

So

Ztráta odporu PR(W) = R (Ohm) x I.2 (Zesilovače)

Poté, pokud jsou vaše FV panely instalovány ve velké vzdálenosti od baterie, je ztráta energie odporu kabelu značná (strR = R x I2  ). Zde R představuje odpor kabelů. R se zvyšuje s délkou kabelu:

Vzorec odporu kabelu

Vzorec odporu kabelu

Pokud ale zdvojnásobíme napětí solárního pole zapojením do více sérií, podle P = V x I, nedojde ke změně celkového výkonu P, takže proud přes kabel I by měl být poloviční.

Nakonec odpor PR(W) = R (Ohm) x I.2 (Zesilovače) bude čtvrtina než dříve.

Ve skutečnosti s MPPT můžete zvýšit napětí solárního pole ještě výše, abyste snížili tok proudu.

V tomto případě zvýšíme napětí panelu, abychom snížili ztrátu odporu kabely, a protože používáme MPPT, který vždy sleduje, aby získal maximální výkon z panelů, nemáme žádné napěťové ztráty, jak může mít PWM.

Mohli bychom toto téma přezkoumat z jiného hlediska. Pokud nemůžete zvýšit napětí panelů, musíte najít nějaké řešení ke snížení odporu kabelů, protože odpor = odpor × délka / plocha se zdá být jediným způsobem použití kabelů s velkými příčnými plochami, a to bude další obrovský součet peněz na útratu.

Připomeňme, že pokud jde o malé systémy, je PWM dobrým řešením, protože je levné, ale pro velké systémy je výhodnější MPPT, aby se zlepšila míra konverze a neplýtvala kapacita solárních panelů využíváním solární energie. MPPT by se vždy používalo na systémy s vyšším výkonem.

6.3 Klady a zápory

Než se rozhodnete koupit solární regulátor nabíjení pro váš FV systém, je nutné se naučit informace z předchozího obsahu. Navrhuje se také srovnávací tabulka se seznamem rozdílů mezi PWM a MPPT. Spojili jsme tedy jejich klady a zápory, abychom vám usnadnili kontrolu.

KladyNevýhody
PWM
  • Technologie PWM je v FV systémech k dispozici po dlouhou dobu a jedná se o relativně stabilní a vyspělou technologii
  • Jsou nákladově efektivní a jsou cenově dostupné pro většinu spotřebitelů
  • PWM v současné době vydrží zatížení až 60 ampérů
  • Většina PWM má rozumnou strukturu rozptylu tepla, která jim umožňuje nepřetržitě pracovat
  • PWM se dodává v různých velikostech, aby vyhovovaly široké škále aplikací
  • Pokud se PWM aplikuje na fotovoltaické solární systémy, musí se napětí solárního panelu shodovat s napětím baterie
  • Aktuální zátěžová kapacita jednoho PWM nebyla vyvinuta a stále je pouze do 60 ampérů
  • Některé menší regulátory nabíjení PWM nemohou být uvedeny na seznamu UL kvůli jejich špatné konstrukci
  • Některé menší PWM nemají tvarovky potrubí
  • PWM má někdy problémy s rušením signálu. Řadiče generují šum v televizi nebo rádiu
  • PWM do jisté míry omezuje rozšiřování fotovoltaických solárních systémů
  • Nelze jej použít na vysokonapěťová solární pole mimo síť
MPPT
  • MPPT maximalizuje přeměnu solární energie z FV panelů a sazby mohou být o 40% účinnější než PWM
  • MPPT lze použít v případech, kdy je napětí solárního panelu vyšší než napětí baterie.
  • MPPT vydrží zatěžovací proud až 80 ampérů
  • MPPT nabízí delší záruky než PWM
  • MPPT neomezuje expanzi solárních panelů v systému
  • MPPT je jediné řešení pro hybridní solární systém
  • MPPT jsou dražší než PWM. Cena některých modelů je dvojnásobná než u řadiče nabíjení PWM
  • Protože MPPT má více komponent a funkcí, je jeho fyzická velikost větší než PWM.
  • MPPT jsou složitější, takže při dimenzování solárního pole musíme většinu času postupovat podle pokynů
  • Solární regulátor MPPT neustále nutí pole solárních panelů zapojené do řetězců

6.4 Potřebuje každý solární FV systém regulátor nabíjení?

Odpověď zní ne.

Obecně platí, že pokud váš solární panel má méně než 5 wattů na každých 100 ampérhodinových baterií, nepotřebujete solární regulátor nabíjení.

Zde je vzorec, který můžeme použít:

Kvocient = kapacita baterie (Amp Hour) / Imp solárního panelu (Amps)

Pokud je kvocient větší než 200, nepotřebujete ovladač; jinak byste měli nainstalovat ovladač.

Například pokud máte 200AH baterii a 20W panel, kvocient by byl 200 / 1.18 = 169.5; v takovém případě potřebujete ovladač.

Pokud máte 400AH baterii a 10W panel, kvocient by byl 400 / 0.59 = 677.9; v takovém případě nepotřebujete ovladač.

Slovník pojmů

  • Nastavit bodyKonkrétní napětí, která byla nastavena pro regulátory nabíjení, aby měnily rychlosti nabíjení.
  • DoD: Depth of Discharge, poměr kapacity baterie (ampérhodiny) odebraný z plně nabité baterie. Například pokud je celková kapacita baterie 100 Ah a 40 Ah je již vybitá, pak DoD je 40%.
  • Baterie pro hluboký cyklus: Olověný akumulátor, který lze vždy hluboce vybít na nízkou úroveň nabití. Baterie s hlubokým cyklem mají vysokou DoD.
  • Imp: Proud při maximálním výkonu; podíl maximálního výkonu podle Vmp.
  • STC: Standardní zkušební podmínky, ideální podmínky v laboratoři, kde se zkouší přípravek.
  • Voc: Napětí naprázdno, maximální napětí na FV článku, když měříte solární panel v teoreticky standardních zkušebních podmínkách (STC) s připojeným pouze voltmetrem. Napětí, které měřič dostane, je Voc.
  • Vmp: Napětí při maximálním výkonu, výstupní napětí solárního panelu, když je připojen k FV systému.
  • Jmenovité napětí: Referenční napětí používané ke kategorizaci solárních zařízení v systému mimo síť. V systému připojeném k síti jsou jmenovitá napětí (12 V, 24 V a 48 V) bezvýznamná.
  • Isc: Zkratový proud, maximální proud přes externí obvod, který je bez zátěže nebo odporu.