Bab 1: Apa itu pengontrol muatan surya?

Pengontrol muatan surya, atau pengatur muatan surya, adalah instrumen penting di hampir semua sistem tenaga surya yang menggunakan baterai sebagai solusi penyimpanan energi kimia. Ini digunakan dalam stand-alone atau sistem tenaga surya hibrida tetapi tidak digunakan dalam sistem yang terikat jaringan lurus, yang tidak memiliki baterai yang dapat diisi ulang.

sistem tenaga surya yang berdiri sendiri

Sistem tenaga surya yang berdiri sendiri

Dua fungsi dasarnya sangat sederhana:

  1. Mencegah baterai dari pengisian yang berlebihan
  2. Menghalangi aliran arus balik.

Pengisian daya yang berlebihan dapat menyebabkan baterai menjadi terlalu panas, atau, dalam kemungkinan yang ekstrim, kebakaran. Baterai banjir siklus dalam yang diisi berlebihan juga bisa mengeluarkan gas hidrogen, yang mudah meledak. Terlebih lagi, pengisian yang berlebihan akan dengan cepat merusak baterai, sehingga memperpendek umurnya secara dramatis.

Baterai timbal-asam yang terbakar

Baterai timbal-asam yang terbakar

Pengontrol muatan tenaga surya dapat menghalangi aliran arus balik dari baterai ke panel surya di malam hari ketika tegangan panel surya lebih rendah dari tegangan baterai.

Selain itu, pengontrol pengisian tenaga surya memiliki fitur opsional lainnya, seperti sensor suhu & kompensasi baterai, Pemutusan tegangan rendah (LVD), Kontrol beban (senja hingga fajar), Layar, pemantauan jarak jauh, dan kontrol beban pengalihan.

Mari selami artikel untuk memeriksa fungsi & fitur ini satu per satu.

Bab 2: Mengisi baterai: Pengisian multi-tahap

Namun sebelumnya kita terjun langsung ke dalam Bab 3: Fungsi dan fitur pengontrol muatan surya, sebaiknya kita melihat informasi yang diperlukan tentang mengisi daya baterai.

Jika Anda sudah cukup familiar dengan informasi ini, Anda dapat melompat ke bab 3 dari sini.

Tuang air ke dalam cangkir

Tuang air ke dalam cangkir

2.1 Interpretasi singkat

Bayangkan menuangkan air ke dalam cangkir - pada awalnya, Anda akan menuangkan lebih cepat; Saat cangkir hampir penuh, aliran air melambat sehingga air tidak meluap dari cangkir. Sebaliknya, jika Anda terus menuangkan air dengan kecepatan yang lebih cepat, sulit bagi Anda untuk menghentikan aliran tepat pada waktunya, dan air akan meluap dari cangkir itu.

Mengisi baterai surya

Mengisi baterai surya

Teori yang sama berlaku untuk pengisian baterai:

  • Saat baterai hampir habis, pengontrol pengisian daya mengirimkan banyak energi untuk pengisian cepat
  • Ketika baterai hampir penuh, ini memperlambat pengisi daya dengan mengatur tegangan dan arusnya.
  • Saat baterai penuh, ia hanya mengirimkan sedikit daya untuk mengisi daya penuh.

Inilah yang disebut pengisian multi-tahap.

2.2 Contoh: 3-4 Tahapan

Set Poin:

Untuk memastikan Anda dapat dengan mudah memahami konten berikut, yang merujuk pada contoh pengisian daya multi-tahap (3-4 Tahapan), pertama-tama mari kita jelaskan jargon "titik setel".

Secara singkat,

pengontrol muatan surya disetel untuk mengubah laju pengisiannya pada tegangan tertentu, yang disebut titik setel.

Titik setel biasanya dikompensasi suhu, dan kita akan membahas topik ini setelah contoh pengisian daya multi-tahap.

Sekarang, mari kita lihat contoh secara detail

Berikut ini adalah contoh dari MorningStar, yang memiliki 4 tahap pengisian daya.

MorningStar 4 tahap pengisian daya

Sumber: MorningStar, 4 tahap pengisian daya

2.2.1 Tahap 1: Pengisian Massal

Pada tahap ini, bank baterai rendah, dan voltase lebih rendah dari titik setel voltase absorpsi. Jadi, pengontrol pengisian daya surya akan mengirimkan sebanyak mungkin energi matahari ke bank baterai untuk diisi ulang.

2.2.2 Tahap 2: Biaya Penyerapan

Ketika voltase mencapai titik setel voltase absorpsi, voltase keluaran pengontrol muatan surya akan mempertahankan nilai yang relatif konstan. Input tegangan yang stabil mencegah bank baterai dari panas berlebih dan gas yang berlebihan. Biasanya, bank baterai dapat terisi penuh pada tahap ini.

2.2.3 Tahap 3: Muatan apung

Seperti yang kita ketahui, bank baterai terisi penuh pada tahap penyerapan, dan baterai yang terisi penuh tidak dapat mengubah energi matahari menjadi energi kimia lagi. Daya lebih lanjut dari pengontrol pengisian daya hanya akan diubah menjadi pemanas dan gas, karena pengisian daya berlebih.

Trickle dari tap

Trickle dari tap

Tahap float dirancang untuk mencegah bank baterai dari pengisian daya berlebih dalam jangka panjang. Pada tahap ini, pengontrol muatan akan mengurangi voltase pengisian dan memberikan jumlah daya yang sangat kecil, seperti tetesan, untuk menjaga bank baterai dan mencegah pemanasan lebih lanjut dan penggunaan gas.

2.2.4 Tahap 4: Biaya penyamaan

Muatan penyeimbang menggunakan tegangan yang lebih tinggi daripada pengisian daya absorpsi, untuk meratakan semua sel di bank baterai. Seperti yang kita ketahui, baterai dalam seri atau / dan paralel merupakan bank baterai. Jika beberapa sel di bank baterai tidak terisi penuh, tahap ini akan membuat semuanya terisi penuh dan menyelesaikan semua reaksi kimia baterai.

Air mendidih

Air mendidih

Karena mengikuti tahap 3 (ketika bank baterai terisi penuh), ketika kita menaikkan tegangan dan mengirim lebih banyak daya ke baterai, elektrolit akan terlihat seperti mendidih. Sebenarnya, itu tidak panas; itu adalah hidrogen yang dihasilkan dari elektrolit, menghasilkan banyak gelembung. Gelembung ini mengaduk elektrolit.

Mengaduk elektrolit secara teratur dengan cara ini sangat penting untuk bank baterai yang banjir.

Kami dapat menganggapnya sebagai overcharge berkala, tetapi bermanfaat (terkadang penting) untuk baterai tertentu, seperti baterai yang banjir dan baterai yang tidak tersegel, seperti RUPS dan Gel.

Biasanya Anda dapat menemukan dalam spesifikasi baterai berapa lama pengisian ekualisasi harus bertahan, dan kemudian mengatur parameter dalam pengontrol pengisian daya yang sesuai.

2.3 Mengapa bank baterai yang banjir membutuhkan pemerataan

Singkatnya,

untuk mencegah sulfasi baterai timbal-asam.

reaksi kimia pemakaian

Reaksi kimia pengosongan

Reaksi kimia pengosongan baterai menghasilkan kristal sulfat timbal lunak, yang biasanya menempel pada permukaan pelat. Jika baterai terus bekerja dalam kondisi seperti ini, seiring berjalannya waktu, kristal sulfat lunak akan berlipat ganda dan menjadi semakin keras dan keras, membuatnya sangat sulit untuk diubah kembali menjadi yang lunak, atau bahkan mengaktifkan lebih lanjut bahan yang merupakan bagian dari elektrolit.

Sulfasi baterai timbal-asam adalah momok dari kegagalan baterai. Masalah ini umum terjadi pada bank baterai yang berdaya tahan rendah dalam jangka panjang.

Jika terisi penuh, kristal sulfat lunak dapat diubah kembali menjadi bahan aktif, tetapi baterai surya jarang terisi penuh, terutama dalam sistem PV surya yang tidak dirancang dengan baik, di mana panel surya terlalu kecil atau bank baterai terlalu besar .

Sulfasi baterai timbal-asam

Sulfasi baterai timbal-asam

Hanya kelebihan muatan berkala pada tegangan tinggi yang dapat mengatasi masalah ini; yaitu pengisian ekualisasi, yang bekerja pada tegangan tinggi, menghasilkan gelembung dan mengaduk elektrolit. Itulah mengapa tahap 4 sangat penting untuk bank baterai yang banjir. Di banyak tata surya off-grid, kita biasanya menggunakan generator + charger untuk menyamakan baterai solar yang banjir secara berkala, sesuai dengan spesifikasi baterai.

2.4 Mengontrol titik setel vs. suhu

Karena titik setel absorpsi (tahap 2), titik setel float (tahap 3) dan titik setel ekualisasi (tahap 4) semua dapat dikompensasikan untuk suhu jika ada sensor suhu, kami ingin menyisihkan beberapa kata untuk artikel ini. tema.

Di beberapa pengontrol pengisian daya tingkat lanjut, titik setel pengisian multi-tahap berfluktuasi dengan suhu baterai. Ini disebut fitur "kompensasi suhu".

Pengontrol memiliki sensor suhu, dan saat suhu baterai rendah, titik setel akan dinaikkan, dan sebaliknya - akan menyesuaikan setelah suhu semakin tinggi.

Pemeriksaan sensor suhu

Pemeriksaan sensor suhu

Beberapa pengontrol memiliki sensor suhu internal, sehingga harus dipasang di dekat baterai untuk mendeteksi suhu. Orang lain mungkin memiliki probe suhu yang harus dipasang ke baterai secara langsung; kabel akan menghubungkannya ke pengontrol untuk melaporkan suhu baterai.

Jika baterai Anda diterapkan pada situasi di mana fluktuasi suhu lebih besar dari 15 derajat Celcius setiap hari, lebih baik menggunakan pengontrol dengan kompensasi suhu.

2.5 Mengontrol titik setel vs. jenis baterai

Ketika kita membahas jenis baterai, artikel lain tentang baterai surya direkomendasikan.

Sebagian besar sistem tenaga surya mengadopsi baterai asam timbal dalam siklus, yang terdiri dari 2 jenis: tipe banjir dan tipe tertutup. Baterai yang dibanjiri timbal-asam tidak hanya ekonomis, tetapi juga lazim di pasaran.

Berbagai jenis baterai surya

Berbagai jenis baterai surya

Jenis baterai juga memengaruhi desain titik setel untuk pengontrol pengisian daya surya; pengontrol modern memiliki fitur untuk memungkinkan Anda memilih jenis baterai sebelum menghubungkan ke sistem tenaga surya.

2.6 Menentukan set point yang ideal

Akhirnya, kita sampai pada teori tentang menentukan titik setel yang ideal. Sejujurnya, ini lebih tentang keseimbangan antara pengisian cepat dan pengisian tetesan perawatan. Pengguna sistem tenaga surya harus mempertimbangkan berbagai faktor, seperti suhu lingkungan, intensitas matahari, jenis baterai, dan bahkan beban peralatan rumah tangga.

Penting untuk hanya mengatasi 1 atau 2 faktor teratas; itu sudah cukup dalam banyak kasus.

Bab 3: Apa fungsi pengontrol muatan matahari?

3.1 Mencegah biaya berlebih

Saat baterai terisi penuh, baterai tidak dapat menyimpan lebih banyak energi matahari sebagai energi kimia. Tetapi jika daya terus menerus dialirkan ke baterai yang terisi penuh dengan kecepatan tinggi, daya akan berubah menjadi panas dan gas, yang akan muncul sebagai baterai yang terendam dengan banyak gelembung dari elektrolitnya. Itu adalah gas hidrogen yang dihasilkan dari reaksi kimia. Gas-gas ini berbahaya karena bersifat eksplosif. Pengisian berlebihan juga mempercepat penuaan baterai. Dan kemudian kita membutuhkan pengontrol muatan matahari.

Baterai rusak karena overcharge

Baterai rusak karena overcharge

Fungsi utama solar charge controller adalah untuk mengatur tegangan dan arus yang dihasilkan oleh panel surya menuju baterai untuk mencegah baterai dari pengisian yang berlebihan dan menjamin baterai dalam kondisi kerja yang aman dan umur yang lebih panjang.

Ada 3 jenis regulator:

1. Pengatur arus

Regulator arus bertindak seperti sakelar. Ini hanya mengaktifkan atau menonaktifkan sirkuit untuk mengontrol aliran energi ke bank baterai, seperti pengisian massal tahap 1. Mereka biasanya disebut pengontrol shunt, yang tidak lagi digunakan karena teknologinya yang sudah usang.

2. Modulasi lebar pulsa (PWM)

Pengontrol shunt mematikan arus sepenuhnya, sedangkan pengontrol PWM mengurangi arus secara bertahap. PWM lebih mirip dengan pengisian float tahap 3.

Kita akan membahas lebih dalam tentang PWM dan MPPT saat kita memulai topik: PWM VS MPPT mana yang lebih baik.

3. Pengatur tegangan

Regulasi voltase biasa terjadi. Pengontrol muatan matahari mengatur pengisian sebagai respons terhadap tegangan baterai. Ini cukup sederhana. Ketika tegangan baterai mencapai nilai tertentu, pengontrol melindungi baterai dari pengisian yang berlebihan dengan mengurangi daya. Ketika voltase baterai turun karena konsumsi daya yang besar, pengontrol akan memungkinkan pengisian massal lagi.

3.2 Memblokir arus balik

Fungsi utama kedua adalah untuk mencegah aliran arus balik.

Pada malam hari, atau ketika tidak ada sinar matahari, panel surya tidak memiliki daya untuk diubah menjadi listrik, dan, dalam sistem tenaga surya, tegangan bank baterai akan lebih tinggi daripada tegangan panel surya, karena kita semua mengetahui aliran listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah. Jadi, tanpa pengontrol muatan, listrik akan mengalir dari bank baterai ke panel surya, yang merupakan pemborosan daya, karena sistem tenaga surya berupaya mengumpulkan energi di siang hari tetapi membuang sedikit energi di malam hari. Meskipun kerugian hanya sedikit dibandingkan dengan total energi yang terkumpul, tidaklah sulit untuk menyelesaikannya.

Memblokir Arus Balik di malam hari

Memblokir Arus Balik di malam hari

Pengontrol muatan surya dapat mengatasi masalah ini.

Sebagian besar pengontrol memungkinkan aliran hanya dari panel surya ke bank baterai dengan merancang semikonduktor ke dalam rangkaian, yang hanya melewatkan arus dalam satu arah.

Beberapa pengontrol memiliki sakelar mekanis, yang juga disebut relai. Saat relai menyala dan mati, Anda akan mendengar suara gemerincing. Ketika tegangan panel surya lebih rendah dari pada bank baterai, ia mendeteksi dan kemudian mematikan sirkuit, memutuskan hubungan panel surya dari bank baterai.

3.3 Kontrol beban

Beberapa pengontrol muatan surya dirancang dengan kontrol beban, memungkinkan Anda untuk menghubungkan beban DC, seperti lampu LED (contoh konkret ada di situs web kami lampu jalan LED surya all-in-one), langsung ke pengontrol pengisian daya surya, dan pengatur beban akan menyalakan dan mematikan lampu sesuai dengan pengaturan awal (voltase baterai, sensor fotosel, atau pengatur waktu).

Pengontrol muatan surya di lampu jalan surya

Pengontrol muatan surya di lampu jalan surya

Misalnya, biasanya ada pengatur waktu di lampu jalan tenaga surya LED, dan pengatur beban akan membaca waktu dari pengatur waktu lalu menjalankan perintah: nyalakan LED pada pukul 7:00 saat senja dan matikan pukul 6 pagi. pagi selanjutnya. Atau kontrol beban akan membaca informasi dari sensor fotosel dan kemudian mengontrol hidup dan mati LED sesuai dengan kecerahan lingkungan sekitar.

3.4 Pemutusan tegangan rendah (LVD)

Bayangkan Anda sedang merebus air di dalam panci dan Anda lupa mematikan api sampai air mendidih itu benar-benar menguap; tidak ada lagi air di panci kering dan panci terlalu panas. Panci hancur secara permanen. Dengan cara yang sama, mengosongkan baterai surya sepenuhnya akan menyebabkan kerusakan permanen pada baterai.

Panci yang dibakar

Panci yang dibakar

Baterai siklus dalam banyak digunakan dalam sistem tenaga surya. Depth of Discharge (DOD) bisa mencapai 80%; Namun, mereka rentan terhadap kerusakan permanen jika dibuang hingga 90% atau, lebih buruk lagi, 100%.

Jika Anda menunggu untuk mematikan beban DC dari baterai Anda sampai Anda menemukan lampu Anda meredup, kerusakan baterai mungkin sudah terjadi. Baik kapasitas baterai maupun usia harapan hidup akan berkurang setiap kali terjadi pengosongan berlebih. Jika baterai diatur untuk bekerja dalam kondisi pengosongan berlebih semacam ini untuk jangka waktu tertentu, baterai akan cepat rusak.

Satu-satunya solusi praktis untuk melindungi baterai dari pengosongan berlebih adalah dengan mematikan dan menyalakan beban (seperti peralatan, lampu LED, dan sebagainya), asalkan voltase telah pulih dari pengisian massal.

Biasanya, jika baterai 12V turun menjadi 10.9 volt, baterai akan hampir habis pemakaiannya. Dengan cara yang sama, 21.9 volt untuk baterai 24V.

Pemutusan tegangan rendah

Pemutusan tegangan rendah

Jika tata surya rumah Anda memiliki beberapa beban DC, fitur LVD diperlukan. Beberapa LVD terintegrasi ke dalam pengontrol muatan sementara yang lainnya tidak.

3.5 Perlindungan kelebihan beban

Sekering

Sekering

Ketika aliran arus masukan jauh lebih tinggi daripada yang dapat ditangani rangkaian dengan aman, sistem Anda kelebihan beban. Hal ini dapat menyebabkan sistem Anda menjadi terlalu panas atau bahkan menyebabkan kebakaran. Beban berlebih dapat disebabkan oleh berbagai alasan, seperti desain kabel yang salah (korsleting), atau alat yang bermasalah (kipas macet). Biasanya, pengaturan ulang tombol dirancang untuk sirkuit perlindungan beban berlebih.

Namun, ada perlindungan kelebihan beban bawaan di setiap pengontrol muatan surya; sistem tenaga surya yang besar biasanya membutuhkan perlindungan keamanan ganda: sekering atau pemutus arus. Jika daya dukung kabel lebih kecil dari batas beban berlebih pengontrol, maka memasang sekering atau pemutus di sirkuit Anda adalah suatu keharusan.

3.6 Tampilan

Tampilan pengontrol solar charge bervariasi dari indikator LED hingga tampilan layar LCD, dengan informasi voltase dan arus. Tampilan pada sistem tenaga surya adalah seperti apa dasbor konsol untuk mobil. Mereka memberi Anda data terperinci sehingga Anda dapat memantau keadaan bank baterai Anda: berapa banyak energi yang Anda gunakan atau hasilkan.

Pengontrol muatan surya dengan indikator LED

Pengontrol muatan surya dengan indikator LED

Jika sistem Anda sudah memiliki monitor mandiri, maka fitur tampilan tidak akan menjadi penting. Bahkan monitor termurah pun akan menyertakan pengukur dasar, seperti halnya pengontrol.

Pengontrol muatan surya dengan Layar LCD

Pengontrol muatan surya dengan Layar LCD

Bab 4: Pengontrol muatan PWM

4.1 Daftar istilah yang perlu diketahui

Pada awalnya, kita akan membahas beberapa glosarium - lihat tabel berikut.

NominalSelVocVmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • Voc, tegangan sirkuit terbuka, adalah tegangan maksimum di sel PV, ketika Anda mengukur panel surya dalam kondisi pengujian standar teoritis (STC) dengan hanya voltmeter yang terhubung. Tegangan yang diterima meter adalah Voc.
  • Vmp, tegangan pada daya maksimum, adalah tegangan keluaran panel surya saat dihubungkan dengan sistem PV.
  • Tegangan nominal adalah tegangan referensi yang digunakan untuk mengkategorikan peralatan surya dalam sistem off-grid. Dalam sistem grid-terikat, tegangan nominal (12v, 24v dan 48v) tidak ada artinya.

Panel surya monokristalin 120V nominal 12W dengan 36 buah kotak silikon

Panel surya monokristalin 120V nominal 12W dengan 36 buah kotak silikon

Meskipun pengisian baterai membutuhkan voltase yang lebih tinggi, voltase nominal dapat membantu Anda mengetahui peralatan yang sesuai (seperti bank baterai) yang cocok dengan panel surya.

Jadi,

panel surya 12V sebenarnya memiliki Voc 22V dan Vmp 17V, dengan 36 buah kotak silikon di sisi depan.

Demikian pula,

panel surya 24V memiliki Voc 44V dan Vmp 36V, dengan 72 buah kotak silikon.

Anda mungkin bertanya-tanya: mengapa panel 12 volt bukan 12 volt?

inilah kesepakatannya.

4.2 Mengapa panel 12 volt sama dengan 17 volt

Baterai 12V yang terisi penuh sebenarnya kira-kira 12.6 volt; untuk mengisi baterai 12V, kita membutuhkan tegangan input yang lebih tinggi - sekitar 13.7-14.4 volt dari panel surya. Tetapi mengapa kami mendesain panel surya Vmp ke 17V dan bukan hanya 14V?

Voc panel surya diukur di bawah Kondisi Uji Standar atau STC, dan Vmp juga diukur di bawah STC, di mana suhu lingkungan tidak terlalu panas, intensitas sinar matahari sempurna - tidak ada awan, tidak ada kabut. Namun, kami tidak selalu seberuntung itu. Jika kami mengalami cuaca buruk - misalnya, hari berkabut atau mendung - tegangan panel surya akan turun; jadi, panel harus dirancang dengan tegangan ekstra sehingga sistem Anda masih dapat menerima tegangan yang cukup, meskipun cuaca tidak ideal; yaitu tidak ada sinar matahari.

4.3 Jenis pengontrol pengisian daya:

Ada 3 jenis pengontrol muatan surya:

  • Pengontrol shunt
  • PWM
  • MPPT

Pengontrol shunt: Kami menyebutkan pengontrol shunt ketika kami berbicara tentang regulasi saat ini - mereka bertindak seperti sakelar, menghidupkan dan mematikan aliran arus ke baterai. Anda mungkin masih melihat beberapa di sistem lama, meskipun sudah dikeluarkan dari pasar. PWM dan MPPT adalah 2 tipe utama yang berlaku saat ini.

Sekarang

Mari kita masuk ke PWM dulu.

4.4 Apa itu pengontrol muatan surya PWM?

PWM (Pulse Width Modulated), secara harfiah, bekerja dengan memodulasi lebar pulsa saat ini.

PWM mengirimkan pulsa pengisian daya terputus-putus ke baterai daripada keluaran daya yang stabil. Ini beroperasi lebih seperti pengisian float tahap-3 yang menghasilkan tetesan arus ke baterai.

Tetapi seberapa cepat (frekuensi) dan berapa panjang (lebar) pulsa harus diproduksi ditentukan oleh keadaan baterai yang dideteksi. Jika baterai sudah terisi penuh, dan beban di sistem tidak berfungsi, PWM hanya akan mengirimkan pulsa yang sangat pendek setiap beberapa detik; untuk baterai yang habis, pulsa akan mendekati kontinu. Ini adalah prinsip kerja dasar.

Meskipun PWM lebih murah daripada MPPT, karena pulsa tajam yang dihasilkan PWM, saat memproses sakelar hidup dan mati yang cepat selama bekerja, sinyal TV, radio, atau telepon Anda mungkin sering terganggu. Itulah sisi negatif dari PWM.

Ketika sistem Anda memilih PWM sebagai pengontrol muatan, penting untuk membuat voltase nominal panel surya sama dengan voltase nominal bank baterai;

yaitu,

PWM dalam sistem 12V

PWM dalam sistem 12V

jika bank baterai Anda 12V, Anda juga harus memilih panel surya 12V.

PWM dalam sistem 24V

PWM dalam sistem 24V

Dan jika bank baterai Anda 24V, maka Anda harus menggunakan panel surya 24V, atau menyambungkan dua panel surya 12V secara seri, untuk membuatnya menjadi 24V.

PWM dalam sistem 48V

PWM dalam sistem 48V

Tetapi jika bank baterai Anda 48V, maka Anda perlu memasang empat panel surya 12V secara seri, atau dua panel surya 24V secara seri, untuk mendapatkan 48V.

Dan sebagainya.

Sementara itu, pastikan spesifikasi PWM sesuai dengan bank baterai Anda juga.

4.5 Seberapa besar pengontrol solar charge yang saya perlukan: PWM

Bagaimana mengukur PWM ketika kita merancang sistem PV off-grid?

Langkah 1, Dapatkan panel surya Isc (Short Circuit Amps) dan Voc (Open-Circuit Voltage) dari papan namanya, dan cari tahu berapa banyak string secara paralel dalam array surya.

papan nama panel surya

Papan nama panel surya

Dari papan nama,

kami membaca Voc 22.1V dan Isc 8.68A, dan kami mengonfirmasi bahwa itu adalah panel surya 12V nominal dari Voc.

Mari kita mulai dengan contoh sederhana dan asumsikan kita hanya memiliki 1 string yang paralel.

Langkah 2, Kalikan Isc dengan jumlah string secara paralel.

8.68Isc x 1 string = 8.68A

Langkah 3, kalikan dengan 1.25 faktor keamanan. (Mengapa faktornya adalah 1.25: lihat NEC 690.8 (A) (1) Arus Sirkuit Sumber Fotovoltaik)

8.68Isc x 1 string x 1.25 = 10.85A

Jadi, kita dapat memilih PWM yang kapasitas muatnya saat ini harus lebih besar dari 10.85A.

PWM dalam sistem string 24V 2

PWM dalam sistem string 24V 2

Sekarang, mari kita periksa contoh lain dengan 2 string dalam 2 paralel menggunakan panel 140w yang sama yang tadi disebutkan.

Tapi ingat - kita menggunakan pengontrol muatan PWM, jadi kita perlu memperhatikan berapa banyak panel dalam string sehingga tegangan panel surya cocok dengan tegangan bank baterai.

Dalam contoh ini, kami memiliki 2 string paralel dan 2 panel secara seri, jadi array surya untuk sistem baterai 24V.

8.68Isc x 2 senar x 1.25 = 21.7A

Pengontrol muatan surya 25A PWM sudah cukup.

Bab 5: Pengontrol pengisian MPPT

5.1 Bagaimana cara kerja MPPT solar charge controller?

Apa arti dari MPPT?

MPPT adalah singkatan dari Maximum Power Point Tracking, yang merupakan jenis pelacakan digital elektronik.

MPPT lebih canggih - dan juga lebih mahal - dari keduanya. MPPT memiliki efisiensi konversi sekitar 94% - 98%. Artinya daya masuk (dari panel surya) hampir sama dengan daya keluar (ke bank baterai).

Pengontrol pengisian MPPT membaca output panel surya dan voltase baterai untuk mengetahui titik daya terbaik untuk diambil dari panel surya; kemudian, MPPT menurunkan voltase untuk memenuhi voltase pengisian baterai sambil menaikkan arus. Dengan melakukan ini, MPPT dapat meningkatkan energi yang akhirnya kami dapatkan dari panel surya hampir 40%, dibandingkan dengan PWM, karena PWM tidak dapat meningkatkan arus untuk melacak titik daya maksimum.

Tidak seperti PWM, yang membutuhkan tegangan yang cocok dengan kedua sisi, MPPT dapat diterapkan ke sistem PV, yang tegangan susunan surya lebih tinggi dari pada bank baterai. Fitur ini memberikan banyak keuntungan pada MPPT, yang akan kita bahas di Bab 6

Sekarang,

mari kita lanjutkan ke contoh sehingga Anda dapat menangkap intinya dengan cepat.

5.2 Bagaimana ukuran mppt solar charge controller?

Ingat panel 20V nominal dengan 60 buah sel?

Di sirkuit PWM, mereka terlalu besar untuk menyesuaikan dengan bank baterai 12V dan terlalu kecil untuk bank baterai 24V, tetapi MPPT dapat mengatasi situasi yang memalukan ini.

Panel 20V memiliki 30Vmp dan 9A Imp, dan daya pengenalnya = 30 x 9 = 270W.

Asumsikan panel 20V berlaku untuk baterai 12V. MPPT akan mengubah 30V menjadi sekitar 14V untuk mengisi baterai, dan meningkatkan arus sehingga dapat menarik daya maksimum dari panel surya.

Jika kita menurunkan 30V menjadi 14V, tingkat penurunannya adalah

30 / 14 = 2.14.

Kemudian arus yang meningkat

9 x 2.14 = 19.28A.

Akhirnya,

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 watt (daya sama dengan daya keluar);

karena arus keluaran adalah 19.28A, kami mengalikan dengan 1.25 faktor aman.

Kita mendapatkan

19.28 x 1.25 = 24.1A.

Jadi alangkah baiknya kita memilih MPPT dengan kapasitas arus lebih besar dari 24.1A.

Contoh lain dengan 2 string dalam 2 paralel menggunakan panel 20V nominal untuk mengisi baterai 12V: total daya yang masuk adalah

270 x 4 = 1080 W.

Output saat ini akan

1080/14 = 77.14A.

Kalikan dengan 1.25

77.14 x 1.25 = 96.43A.

Jadi, kami akan memilih MPPT 100A.

5.3 Ukuran pengontrol muatan: tegangan pengontrol

Satu hal lagi yang perlu kita perhatikan saat mengukur pengontrol muatan surya adalah voltase. Pastikan pengontrol mampu membawa tegangan input dari panel. Pengontrol muatan 150V hanya dapat membawa tiga panel nominal 20v secara seri. Anda mungkin bertanya-tanya… 3 x 20 = 60V? Itu jauh dari 150V!

Mengapa?

Itu karena tegangan sebenarnya yang dihasilkan panel surya bisa jauh lebih tinggi dari 20V; terkadang, lebih tinggi dari Vmp 30V. Jadi, kami menggunakan Voc untuk melakukan kalkulasi. Voc = 38V.

3 x 38 = 114V

Kemudian tiga panel nominal 20V secara seri adalah 114V

Tabel NEC 690.7

Tabel NEC 690.7

Karena tegangan panel akan meningkat dalam cuaca dingin, lihat Tabel NEC 690.7. Kemudian kita ambil faktor teraman, 1.25, kalikan 114v dengan 1.25,

kita mendapatkan

114 x 1.25 = 142.5V.

Sekarang Anda dapat memahami mengapa pengontrol 150V hanya dapat mendukung tiga seri 20V, terutama di musim dingin.

Saat ini, pengontrol yang baru dikembangkan dapat memiliki voltase yang jauh lebih tinggi; beberapa model bahkan mendukung input 700V. Ini sangat penting ketika susunan surya Anda diletakkan jauh dari bank baterai Anda.

Mari kita telusuri alasannya di bab 6.

Bab 6: PWM vs MPPT

6.1 PWM vs. MPPT: Mana yang lebih baik?

Kami telah mempelajari tentang fitur kedua pengontrol (PWM & MPPT) di bab-bab sebelumnya. Kami mencatat dengan baik bahwa PWM tidak mengubah tegangan ekstra menjadi arus, yang menghasilkan tingkat konversi daya yang rendah. Dengan kata lain, PWM tidak mentransfer semua energi yang dikumpulkan oleh panel surya ke baterai, tetapi MPPT selalu melacak titik daya maksimum dari panel dan menyesuaikan arus dan tegangannya sehingga dapat mentransfer semua energi yang dikumpulkan oleh panel surya. ke baterai.

PWM vs MPPT

PWM vs MPPT

Contoh konkret akan menjelaskan ini dengan jelas:

Rumus fisik dasar:

Daya (watt) = V (Volt) x I (Amps)

Jika kita menggunakan panel surya 12V, 100W nominal untuk mengisi sistem baterai 12V, Vmp sebenarnya adalah 17V, dan kita dapat menghitung keluarannya saat ini:

I = Daya / V

I = 100/17 = 5.88 amp

Sekarang kita tahu keluaran panelnya adalah 17V dan 5.88A.

Skenario 1: Sistem fotovoltaik adalah dengan pengontrol muatan surya PWM.

PWM akan menyeret voltase turun ke voltase pengisian baterai - kira-kira 14V. Setelah melalui PWM, energi matahari hanya tersisa 14V dan 5.88A.

Yaitu:

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

Skenario 2: Sistem fotovoltaik menggunakan pengontrol muatan surya MPPT.

MPPT tidak hanya menarik tegangan ke 14V, tetapi juga meningkatkan arus, sehingga daya hampir sama dengan power out.

Jadi, jika tegangan berkurang 17/14 = 1.21

Kemudian arus ke baterai meningkat 1.21, kita dapatkan

5.88 x 1.21 = 7.11A

Total daya keluar

P = 14 x 7.11 = 99.54 W.

Dalam contoh ini, daya yang terbuang oleh PWM adalah

99.54 - 82.32 = 17.22W

Hampir 20% energi tidak diubah menjadi energi kimia baterai. Jika kita mempertimbangkan skenario dalam susunan surya yang besar, kerugiannya bisa sangat besar.

Jadi sebaiknya gunakan MPPT untuk solar array yang besar.

6.2 Kekuatan MPPT

a) Efisiensi konversi tinggi

Jika sistem fotovoltaik Anda dilengkapi dengan susunan surya yang besar, MPPT akan menjadi pilihan terbaik untuk meningkatkan konversi energi matahari, terutama dalam cuaca dingin, karena tegangan panel akan naik saat suhu turun. Tingkat konversi MPPT bisa naik dari 20% menjadi 40%. Energi hijau dan gratis itulah yang benar-benar menghemat uang untuk tagihan Anda.

Array panel surya di kejauhan

Array panel surya di kejauhan

b) Kehilangan energi yang lebih rendah pada kabel atau biaya yang lebih rendah untuk membeli kabel.

Tolong ingat Rumus hukum Ohm

V (Volt) = R (Ohm) x I (Amps)

Daya keluaran P.(Watt) = V (Volt) x I (Amps)

So

Kerugian resistansi P.R(Watt) = R (Ohm) x I.2 (Amps)

Kemudian, jika panel PV Anda dipasang jauh dari bank baterai Anda, kehilangan daya tahanan kabel cukup besar (P.R = R x I2  ). Di sini R mewakili hambatan kabel. R bertambah seiring bertambahnya panjang kabel:

Rumus tahanan kabel

Rumus tahanan kabel

Tetapi jika kita menggandakan Tegangan array surya dengan menghubungkannya dengan lebih banyak seri, menurut P. = V x I, tidak ada perubahan total daya keluaran, jadi arus yang melalui kabel I harus setengah.

Terakhir, resistensi PR(Watt) = R (Ohm) x I.2 (Amps) akan menjadi seperempat dari sebelumnya.

Faktanya, dengan MPPT, Anda bisa menaikkan tegangan solar array lebih tinggi lagi untuk mengurangi aliran arus.

Dalam hal ini, kami meningkatkan voltase panel untuk mengurangi kerugian resistansi melalui kabel, dan karena kami menggunakan MPPT, yang selalu melacak untuk memanen daya maksimum dari panel, kami tidak memiliki pemborosan voltase seperti yang mungkin dimiliki PWM.

Kita dapat meninjau topik ini dari aspek lain. Jika Anda tidak dapat menaikkan tegangan panel, maka Anda harus mencari solusi untuk mengurangi hambatan kabel, karena hambatan = resistivitas × panjang / luas, tampaknya satu-satunya cara adalah dengan menggunakan kabel dengan area melintang yang besar, dan itu akan menjadi besar lainnya. sejumlah uang untuk dibelanjakan.

Ringkasnya, ketika datang dengan sistem kecil, PWM adalah solusi yang baik karena murah, tetapi untuk sistem besar, untuk meningkatkan tingkat konversi dan tidak menyia-nyiakan kapasitas panel surya untuk memanfaatkan energi matahari, MPPT lebih disukai. MPPT akan selalu diterapkan pada sistem tenaga yang lebih tinggi.

6.3 Pro dan kontra

Mempelajari informasi yang berpengetahuan dari konten sebelumnya diperlukan sebelum membuat keputusan untuk membeli pengontrol pengisian daya surya untuk sistem PV Anda. Tabel perbandingan, yang mencantumkan perbedaan antara PWM dan MPPT, juga disarankan. Jadi, kami menggabungkan pro dan kontra mereka untuk membuatnya lebih nyaman bagi Anda untuk meninjau.

ProKekurangan
PWM
  • Teknologi PWM telah tersedia di sistem PV untuk waktu yang lama dan merupakan teknologi yang relatif stabil dan matang
  • Mereka hemat biaya dan terjangkau bagi kebanyakan konsumen
  • PWM dapat menahan beban hingga 60 amp saat ini
  • Kebanyakan PWM memiliki struktur pembuangan panas yang masuk akal yang memungkinkannya bekerja terus menerus
  • PWM hadir dalam berbagai ukuran agar sesuai dengan berbagai aplikasi
  • Jika PWM diterapkan pada sistem surya fotovoltaik, tegangan panel surya harus sesuai dengan tegangan pada bank baterai
  • Kapasitas beban saat ini dari satu PWM belum dikembangkan dan masih hanya sampai 60 amp
  • Beberapa pengontrol pengisian daya PWM berukuran lebih kecil tidak dapat terdaftar di UL karena desain strukturnya yang buruk
  • Beberapa PWM berukuran lebih kecil tidak memiliki alat kelengkapan saluran
  • PWM terkadang memiliki masalah interferensi sinyal. Pengontrol menghasilkan kebisingan di TV atau radio
  • PWM membatasi perluasan tata surya fotovoltaik sampai batas tertentu
  • Itu tidak dapat diterapkan pada susunan surya off-grid tegangan tinggi
MPPT
  • MPPT memaksimalkan konversi energi matahari dari panel PV, dan tarifnya bisa 40% lebih efisien daripada PWM
  • MPPT dapat digunakan jika tegangan panel surya lebih tinggi dari tegangan baterai.
  • MPPT dapat menahan arus beban hingga 80 amp
  • MPPT memiliki jaminan yang lebih lama daripada PWM
  • MPPT tidak membatasi perluasan panel surya di dalam sistem
  • MPPT adalah satu-satunya solusi untuk sistem tenaga surya hibrida
  • MPPT lebih mahal dari PWM. Harga beberapa model dua kali lipat dari harga pengontrol biaya PWM
  • Karena MPPT memiliki lebih banyak komponen dan fungsi, ukuran fisiknya lebih besar dari PWM.
  • MPPT lebih rumit, jadi sebagian besar waktu, kita perlu mengikuti panduan saat mengukur array surya
  • Pengontrol surya MPPT terus-menerus memaksa susunan panel surya yang dikabelkan dalam string

6.4 Apakah setiap sistem PV surya membutuhkan pengontrol muatan?

Jawabannya adalah tidak.

Umumnya, jika panel surya Anda kurang dari 5 watt untuk setiap 100 amp jam baterai, maka Anda tidak memerlukan pengontrol pengisian daya surya.

Berikut rumus yang bisa kita gunakan:

Hasil Bagi = Kapasitas Baterai (Amp Jam) / Imp panel surya (Amps)

Jika hasil bagi lebih besar dari 200, Anda tidak memerlukan pengontrol; jika tidak, Anda sebaiknya memasang pengontrol.

Misalnya, jika Anda memiliki baterai 200AH dan panel 20W, hasil bagi akan menjadi 200 / 1.18 = 169.5; dalam hal ini, Anda memerlukan pengontrol.

Jika Anda memiliki baterai 400AH dan panel 10W, hasil bagi akan menjadi 400 / 0.59 = 677.9; dalam hal ini, Anda tidak memerlukan pengontrol.

Glosarium

  • Tetapkan PoinTegangan spesifik yang ditetapkan untuk pengontrol pengisian daya untuk mengubah kecepatan pengisian.
  • DoD: Depth of Discharge, proporsi kapasitas baterai (amp jam) yang dikeluarkan dari baterai yang terisi penuh. Misalnya, jika total kapasitas baterai 100 Ah dan 40 Ah sudah habis, maka DoD-nya adalah 40%.
  • Baterai Deep Cycle: Baterai timbal-asam, yang selalu dapat dikosongkan ke kondisi pengisian rendah. Baterai siklus dalam memiliki DoD yang tinggi.
  • Imp: Arus pada daya maksimum; hasil bagi daya maksimum dengan Vmp.
  • STC: Kondisi pengujian standar, kondisi ideal di laboratorium tempat perlengkapan diuji.
  • Voc: Tegangan sirkuit terbuka, tegangan maksimum di sel PV, ketika Anda mengukur panel surya dalam kondisi pengujian standar teoritis (STC) dengan hanya voltmeter yang terhubung. Tegangan yang didapat pengukur adalah Voc.
  • Vmp: Tegangan pada daya maksimum, tegangan keluaran panel surya saat dihubungkan ke sistem PV.
  • Tegangan nominal: Tegangan referensi yang digunakan untuk mengkategorikan peralatan surya dalam sistem off-grid. Dalam sistem grid-terikat, tegangan nominal (12v, 24v dan 48v) tidak ada artinya.
  • Adalah C: Arus hubung singkat, arus maksimum yang melintasi rangkaian eksternal tanpa beban atau hambatan.