第1章:ソーラー充電コントローラーとは何ですか?

ソーラー充電コントローラー、またはソーラー充電レギュレーターは、化学エネルギー貯蔵ソリューションとしてバッテリーを使用するほとんどすべての太陽光発電システムで重要な機器です。 スタンドアロンまたはスタンドアロンで使用されます ハイブリッド太陽光発電システム ただし、充電式バッテリーを備えていないストレートグリッドタイシステムでは使用されません。

スタンドアロンの太陽光発電システム

スタンドアロンの太陽光発電システム

そのXNUMXつの基本的な機能は非常に単純です。

  1. バッテリーの過充電を防ぎます
  2. 逆電流の流れを遮断します。

過充電は、バッテリーの過熱、または極端な場合には火災の原因となる可能性があります。 過充電されたディープサイクルフラッドバッテリーは、爆発性の水素ガスを放出する可能性もあります。 さらに、過充電はバッテリーをすぐに破壊し、バッテリーの寿命を劇的に短くします。

燃えた鉛蓄電池

燃えた鉛蓄電池

ソーラー充電コントローラーは、ソーラーパネルの電圧がバッテリーの電圧よりも低い夜間に、バッテリーからソーラーパネルへの逆電流の流れを妨げる可能性があります。

さらに、ソーラー充電コントローラーには、バッテリー温度センサーと補正、低電圧切断(LVD)、負荷制御(夕暮れから夜明けまで)、ディスプレイ、リモート監視、迂回負荷制御など、その他のオプション機能があります。

記事に飛び込んで、これらの機能と機能をXNUMXつずつ確認してみましょう。

第2章:バッテリーの充電:多段階充電

しかし、直接飛び込む前に 第3章:ソーラー充電コントローラーの機能と特徴、バッテリーの充電に関する必要な情報を確認したほうがよいでしょう。

この情報に既に精通している場合は、ここから第3章にジャンプできます。

カップに水を注ぐ

カップに水を注ぐ

2.1簡単な解釈

カップに水を注ぐことを想像してみてください–最初は、より速い速度で注ぐでしょう。 カップがいっぱいに近づくと、水の流れが遅くなり、カップから水が溢れ出ないようになります。 逆に、より速い速度で水を注ぎ続けると、最後に流れを止めるのが難しく、そのカップから水が溢れ出てしまいます。

ソーラーバッテリーの充電

ソーラーバッテリーの充電

同じ理論がバッテリーの充電にも当てはまります。

  • バッテリーが少なくなると、充電コントローラーは急速充電のために大量のエネルギーを供給します
  • バッテリーがいっぱいに近づくと、電圧と電流を調整して充電器の速度を落とします。
  • バッテリーがいっぱいになると、フル充電を維持するためにわずかな電力しか送信しません。

これがいわゆる多段充電です。

2.2例:3-4ステージ

セットポイント:

多段充電(3〜4段)の例である以下の内容をわかりやすくするために、まず専門用語の「設定値」について説明します。

簡単に言えば、

ソーラー充電コントローラーは、セットポイントと呼ばれる特定の電圧で充電率を変更するように設定されています。

設定値は通常温度補償されており、多段充電の例の後でこのトピックについて説明します。

それでは、例を詳しく見ていきましょう。

以下は、4段階の充電があるモーニングスターの例です。

モーニングスター4段階の充電

出典:モーニングスター、4段階の充電

2.2.1ステージ1:バルクチャージ

この段階では、バッテリーバンクは低く、その電圧は吸収電圧設定値よりも低くなっています。 したがって、ソーラー充電コントローラーは、充電のために可能な限り多くの利用可能な太陽エネルギーをバッテリーバンクに送信します。

2.2.2ステージ2:吸収電荷

その電圧が吸収電圧設定値に達すると、ソーラー充電コントローラーの出力電圧は比較的一定の値を維持します。 安定した電圧入力により、バッテリーバンクの過熱や過度のガス発生を防ぎます。 通常、バッテリーバンクはこの段階で完全に充電されます。

2.2.3ステージ3:フロートチャージ

ご存知のように、バッテリーバンクは吸収段階で完全に充電されており、完全に充電されたバッテリーは太陽エネルギーを化学エネルギーに変換できなくなります。 充電コントローラーからのそれ以上の電力は、過充電であるため、加熱とガス化にのみ変換されます。

蛇口からトリクル

蛇口からトリクル

フロートステージは、バッテリーバンクが長期間過充電されるのを防ぐように設計されています。 この段階で、充電コントローラーは充電電圧を下げ、トリクルのように非常に少量の電力を供給して、バッテリーバンクを維持し、それ以上の加熱とガス発生を防ぎます。

2.2.4ステージ4:イコライゼーション料金

イコライズ充電は、バッテリーバンク内のすべてのセルを水平にするために、吸収充電よりも高い電圧を使用します。 私たちが知っているように、直列または/および並列のバッテリーはバッテリーバンクを構成します。 バッテリーバンク内の一部のセルが完全に再充電されていない場合、この段階ですべてのセルが完全に再充電され、すべてのバッテリーの化学反応が完了します。

沸騰したお湯

沸騰したお湯

ステージ3(バッテリーバンクが完全に再充電されたとき)に続くため、電圧を上げてバッテリーにさらに電力を送ると、電解質は沸騰しているように見えます。 実際には、暑くはありません。 それは電解質から生成された水素であり、多くの気泡を生成します。 これらの泡は電解質をかき混ぜます。

このように電解液を定期的に攪拌することは、バッテリーバンクが浸水するために不可欠です。

定期的な過充電と見なすことができますが、AGMやGelなどの密閉型バッテリーではなく、フラッドバッテリーなどの特定のバッテリーには有益です(場合によっては不可欠です)。

一般的に、バッテリーの仕様でイコライゼーション充電の持続時間を見つけ、それに応じて充電コントローラーでパラメーターを設定できます。

2.3浸水したバッテリーバンクが均等化を必要とする理由

要するに、

鉛蓄電池の硫酸化を防ぐため。

放電の化学反応

放電の化学反応

バッテリー放電の化学反応により、通常はプレートの表面に付着している柔らかい硫酸鉛の結晶が生成されます。 バッテリーがこのような状態で動作し続けると、時間が経つにつれて、柔らかい硫酸塩の結晶が増殖し、さらに硬くなり、柔らかいものに戻すこと、または一部であった材料をさらに活性化することがかなり困難になります電解質。

鉛蓄電池の硫酸化は、電池の故障の惨劇です。 この問題は、長期間充電不足のバッテリーバンクでよく見られます。

完全に充電すると、柔らかい硫酸塩の結晶を活物質に戻すことができますが、ソーラーパネルが小さすぎるか、バッテリーバンクが大きすぎる、設計が不十分な太陽光発電システムでは、ソーラーバッテリーが完全に充電されることはめったにありません。 。

鉛蓄電池の硫酸化

鉛蓄電池の硫酸化

この問題を解決できるのは、高電圧での周期的な過充電だけです。 つまり、高電圧で動作する均等充電は、気泡を生成し、電解液を攪拌します。 そのため、ステージ4はバッテリーバンクの浸水に不可欠です。 多くのオフグリッドソーラーシステムでは、通常、発電機と充電器を使用して、バッテリーの仕様に従って、浸水したソーラーバッテリーを定期的に均等化します。

2.4制御設定点と温度

温度センサーがあれば、吸収設定値(ステージ2)、フロート設定値(ステージ3)、等化設定値(ステージ4)はすべて温度を補正できるので、この点について少しお話ししたいと思います。トピック。

一部の高度な充電コントローラーでは、多段充電の設定値がバッテリーの温度によって変動します。 これは「温度補償」機能と呼ばれます。

コントローラには温度センサーがあり、バッテリーの温度が低い場合は設定値が上がり、その逆も同様です。温度が高くなるとそれに応じて調整されます。

温度センサープローブ

温度センサープローブ

一部のコントローラーには温度センサーが組み込まれているため、温度を検出するにはバッテリーの近くに設置する必要があります。 他の人は、バッテリーに直接接続する必要がある温度プローブを持っているかもしれません。 ケーブルがそれをコントローラーに接続し、バッテリーの温度を報告します。

温度変動が毎日15℃を超える状況でバッテリーを使用する場合は、温度補償付きのコントローラーを採用することをお勧めします。

2.5制御設定値とバッテリータイプ

電池の種類については、太陽電池に関する別の記事をお勧めします。

ほとんどの太陽光発電システムは、ディープサイクル鉛蓄電池を採用しており、フラッドタイプとシールタイプの2種類があります。 鉛蓄電池は経済的であるだけでなく、市場でも普及しています。

さまざまな種類の太陽電池

さまざまな種類の太陽電池

バッテリーの種類は、ソーラー充電コントローラーの設定値の設計にも影響します。 最新のコントローラーには、太陽光発電システムに接続する前にバッテリーの種類を選択できる機能があります。

2.6理想的な設定値の決定

最後に、理想的な設定値を決定することについての理論に到達します。 率直に言って、それは急速充電とメンテナンストリクル充電の間の平衡についてです。 太陽光発電システムのユーザーは、周囲温度、日射強度、バッテリーの種類、さらには家電製品の負荷など、さまざまな要素を考慮する必要があります。

上位1つまたは2つの要因にのみ対処する必要があります。 ほとんどの場合、それで十分です。

第3章:ソーラー充電コントローラーの機能は何ですか?

3.1過充電の防止

バッテリーが完全に充電されると、化学エネルギーとしてそれ以上の太陽エネルギーを蓄えることができなくなります。 しかし、完全に充電されたバッテリーに高速で電力が継続的に供給されると、電力は熱とガスに変わり、電解質からの気泡がたくさんある浸水したバッテリーとして現れます。 それが化学反応で発生する水素ガスです。 これらのガスは爆発性があるため危険です。 過充電はバッテリーの劣化も加速します。 そして、ソーラー充電コントローラーが必要です。

過充電によるバッテリーの損傷

過充電によるバッテリーの損傷

ソーラー充電コントローラーの主な機能は、バッテリーに送られるソーラーパネルによって生成される電圧と電流を調整して、バッテリーの過充電を防ぎ、バッテリーの安全な動作状態と長寿命を保証することです。

レギュレーターには3つのタイプがあります。

1.電流レギュレータ

電流レギュレータはスイッチのように機能します。 ステージ1の一括充電と同様に、回路をオンまたはオフに切り替えて、バッテリーバンクへのエネルギーフローを制御するだけです。 それらは通常シャントコントローラーと呼ばれ、廃止されたテクノロジーのために使用されなくなりました。

2.パルス幅変調(PWM)

シャントコントローラーは電流を完全にシャットダウンしますが、PWMコントローラーは電流を徐々に減らします。 PWMは、ステージ3のフロート充電とより似ています。

トピックを開始するときに、PWMとMPPTについて詳細に説明します。PWMVSMPPTのどちらが優れているかです。

3.電圧レギュレータ

電圧調整は一般的です。 ソーラー充電コントローラーは、バッテリー電圧に応じて充電を調整します。 とても簡単です。 バッテリーの電圧が特定の値に達すると、コントローラーは電力を減らすことによってバッテリーを過充電から保護します。 消費電力量が多いためにバッテリーの電圧が低下すると、コントローラーは再び一括充電を許可します。

3.2逆電流の遮断

XNUMX番目の主な機能は逆電流の流れを防ぐことです。

夜間、または日光がないときはいつでも、ソーラーパネルには電気に変換する電力がありません。ソーラーパワーシステムでは、バッテリーバンクの電圧はソーラーパネルの電圧よりも高くなります。電気が高電圧から低電圧に流れることを知っています。 そのため、充電コントローラーがないと、太陽光発電システムは日中はエネルギーを集める努力をしますが、夜は少し無駄にするため、電力はバッテリーバンクからソーラーパネルに流れます。これは電力の無駄です。 損失は​​収集された総エネルギーに比例してわずかですが、解決するのは難しいことではありません。

夜間の逆電流の遮断

夜間の逆電流の遮断

ソーラー充電コントローラーはこの問題に対処できます。

ほとんどのコントローラーは、一方向にのみ電流を流す半導体を回路に設計することにより、太陽電池パネルからバッテリーバンクへの流れのみを許可します。

一部のコントローラーには、リレーとも呼ばれる機械式スイッチがあります。 リレーがオン/オフするとき、ガタガタという音が聞こえます。 ソーラーパネルの電圧がバッテリーバンクの電圧よりも低い場合、ソーラーパネルは回路を検出してオフにし、ソーラーパネルをバッテリーバンクから切り離します。

3.3負荷制御

一部のソーラー充電コントローラーは負荷制御付きで設計されており、LEDランプなどのDC負荷を接続できます(具体的な例は当社のWebサイトにあります)。 オールインワンソーラーLED街路灯)、ソーラー充電コントローラーに直接接続すると、負荷制御により、事前設定(バッテリー、フォトセルセンサー、またはタイマーの電圧)に応じてランプのオンとオフが切り替わります。

ソーラー街路灯のソーラー充電コントローラー

ソーラー街路灯のソーラー充電コントローラー

たとえば、LEDソーラー街路灯には一般的にタイマーがあり、負荷制御はタイマーから時間を読み取り、次のコマンドを実行します。夕暮れ時に午後7時にLEDをオンにし、午前00時にオフにします。翌朝。 または、負荷制御はフォトセルセンサーから情報を読み取り、周囲環境の明るさに応じてLEDのオンとオフを制御します。

3.4低電圧切断(LVD)

鍋で水を沸騰させていて、沸騰したお湯が完全に蒸発するまで火を消すのを忘れたと想像してみてください。 ドライポット内の水がなくなり、ポットが過熱します。 ポットは永久に破壊されます。 同様に、太陽電池を完全に放電すると、電池が永久的に損傷します。

焦げた鍋

焦げた鍋

ディープサイクルバッテリー 太陽光発電システムで広く使用されています。 放電深度(DOD)は80%にもなる可能性があります。 ただし、最大90%、さらに悪いことに100%放電すると、永久的な損傷を受けやすくなります。

ライトが暗くなるまでバッテリーのDC負荷をオフにするのを待つと、バッテリーの損傷がすでに発生している可能性があります。 過放電が発生するたびに、バッテリー容量と平均寿命の両方が低下します。 バッテリーがこのような過放電状態で一定期間動作するように設定されていると、バッテリーはすぐに破損します。

バッテリーを過放電から保護するための唯一の実用的な解決策は、電圧が一括充電から回復した場合に、負荷(アプライアンス、LEDライトなど)のオンとオフを切り替えることです。

通常、12Vバッテリーが10.9ボルトに低下すると、バッテリーは過放電の危機に瀕します。 同様に、21.9Vバッテリーの場合は24ボルト。

低電圧切断

低電圧切断

家庭用ソーラーシステムにDC負荷がある場合は、LVD機能が必要です。 一部のLVDは充電コントローラーに統合されていますが、他のLVDは統合されていません。

3.5過負荷保護

ヒューズ

ヒューズ

入力電流の流れが回路が安全に処理できる量よりもはるかに多い場合、システムは過負荷になります。 これにより、システムが過熱したり、火災が発生したりする可能性があります。 過負荷は、配線設計の誤り(短絡)やアプライアンスの問題(ファンのスタック)など、さまざまな理由で発生する可能性があります。 一般的に、押しボタンリセットは過負荷保護回路用に設計されています。

ただし、各ソーラー充電コントローラーには過負荷保護が組み込まれています。 大規模な太陽光発電システムでは、通常、ヒューズまたは回路ブレーカーというXNUMXつの安全保護が必要です。 配線容量がコントローラーの過負荷制限よりも小さい場合は、回路にヒューズまたはブレーカーを設定する必要があります。

3.6ディスプレイ

ソーラー充電コントローラーのディスプレイは、LEDインジケーターからLCD画面ディスプレイまでさまざまで、電圧と電流の情報が表示されます。 太陽光発電システムへのディスプレイは、自動車へのコンソールダッシュボードと同じです。 これらは詳細なデータを提供するため、バッテリーバンクの状態(使用または生成しているエネルギー量)を監視できます。

LEDインジケーター付きソーラー充電コントローラー

LEDインジケーター付きソーラー充電コントローラー

システムにすでに自己完結型のモニターがある場合、表示機能は重要ではありません。 最も安価なモニターでさえ、コントローラーと同じように基本的なメーターが含まれます。

LCDスクリーン付きソーラー充電コントローラー

LCDスクリーン付きソーラー充電コントローラー

第4章:PWM充電コントローラー

4.1知っておくべき用語集

最初に、いくつかの用語集を確認します。次の表を参照してください。

名目細胞VocVmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • Voc、 開回路電圧は、電圧計のみが接続された理論的に標準的なテスト条件(STC)でソーラーパネルを測定する場合の、PVセルの両端の最大電圧です。 メーターが受け取る電圧はVocです。
  • Vmp、最大電力での電圧は、PVシステムに接続されたときのソーラーパネルの出力電圧です。
  • 公称電圧 オフグリッドシステムでソーラー機器を分類するために使用される基準電圧です。 グリッド接続システムでは、公称電圧(12v、24v、および48v)は無意味です。

公称120Wの12V単結晶ソーラーパネル、36個のシリコンスクエア

公称120Wの12V単結晶ソーラーパネル、36個のシリコンスクエア

バッテリーの充電にはより高い電圧が必要ですが、公称電圧は、ソーラーパネルが一致する対応する機器(バッテリーバンクなど)を見つけるのに役立ちます。

そう、

12Vソーラーパネルは実際には22VのVocと17VのVmpを持ち、前面に36個のシリコンの正方形があります。

同様に、

24VソーラーパネルのVocは44V、Vmpは36Vで、72個のシリコンスクエアがあります。

あなたは不思議に思うかもしれません:なぜ12ボルトのパネルは12ボルトではないのですか?

これが取引です。

4.2ボルトのパネルが12ボルトである理由

完全に充電された12Vバッテリーは、実際には約12.6ボルトです。 12Vバッテリーを充電するには、より高い入力電圧が必要です–ソーラーパネルから約13.7〜14.4ボルト。 しかし、なぜソーラーパネルのVmpを17Vだけでなく14Vに設計したのでしょうか。

ソーラーパネルのVocは標準テスト条件またはSTCで測定され、VmpもSTCで測定されます。この場合、周囲温度はそれほど高くなく、日光の強度は完璧です。雲や霞はありません。 しかし、私たちはいつもそれほど幸運であるとは限りません。 曇りや曇りの日など、悪天候に遭遇すると、ソーラーパネルの電圧が低下します。 したがって、天候が理想的でない場合でも、システムが十分な電圧を受け取ることができるように、パネルは追加の電圧で設計する必要があります。 つまり、日光はありません。

4.3充電コントローラーの種類:

ソーラー充電コントローラーには次の3種類があります。

  • シャントコントローラー
  • PWM
  • MPPT

シャントコントローラー: 電流調整について話したときにシャントコントローラーについて言及しました。シャントコントローラーはスイッチのように機能し、バッテリーへの電流の流れをオンまたはオフにします。 古いシステムはすでに市場に出回っていますが、まだいくつか見られるかもしれません。 PWMとMPPTは、今日普及している2つの主要なタイプです。

最初にPWMに入りましょう。

4.4 PWMソーラー充電コントローラーとは何ですか?

PWM(Pulse Width Modulated)は、文字通り、現在のパルス幅を変調することによって機能します。

PWMは、安定した電力出力ではなく、断続的な充電パルスをバッテリーに送信します。 これは、バッテリーにわずかな電流を生成するステージ3フロート充電のように動作します。

ただし、パルスを生成する速度(周波数)と長さ(幅)は、検出したバッテリーの状態によって決まります。 バッテリーがすでに完全に充電されていて、システムの負荷が機能していない場合、PWMは数秒ごとに非常に短いパルスを送信するだけです。 放電したバッテリーの場合、パルスはほぼ連続的になります。 これが基本的な動作原理です。

PWMはMPPTよりも安価ですが、PWMが生成する鋭いパルスのため、作業中に高速のオン/オフスイッチを処理すると、テレビ、ラジオ、または電話の信号が干渉されることがよくあります。 これがPWMの固有の欠点です。

システムが充電コントローラーとしてPWMを選択する場合、ソーラーパネルの公称電圧をバッテリーバンクの公称電圧と同じにすることが重要です。

すなわち、

12VシステムのPWM

12VシステムのPWM

バッテリーバンクが12Vの場合は、12Vソーラーパネルも選択する必要があります。

24VシステムのPWM

24VシステムのPWM

また、バッテリーバンクが24Vの場合は、24Vソーラーパネルを使用するか、12つの24Vソーラーパネルを直列に配線してXNUMXVにする必要があります。

48VシステムのPWM

48VシステムのPWM

ただし、バッテリーバンクが48Vの場合、12Vを得るには、24つの48Vソーラーパネルを直列に配線するか、XNUMXつのXNUMXVソーラーパネルを直列に配線する必要があります。

のように。

その間、PWM仕様がバッテリーバンクの仕様とも一致していることを確認してください。

4.5必要なソーラー充電コントローラーの大きさ:PWM

オフグリッドPVシステムを設計するときにPWMのサイズを設定するにはどうすればよいですか?

ステップ1、Isc(Short Circuit Amps)およびVoc(Open-Circuit Voltage)ソーラーパネルをネームプレートから取得し、ソーラーアレイに並列にあるストリングの数を把握します。

ソーラーパネル銘板

ソーラーパネル銘板

銘板から、

Voc22.1VとIsc8.68Aを読み取り、それがVocの公称12Vソーラーパネルであることを確認します。

簡単な例から始めて、並列の文字列が1つだけであると仮定しましょう。

ステップ2、Iscに並列の文字列の数を掛けます。

8.68Isc x1文字列= 8.68A

ステップ3、1.25安全率を掛けます。 (係数が1.25である理由:NEC 690.8(A)(1)太陽光発電ソース回路電流を参照)

8.68Isc x1文字列x1.25 = 10.85A

したがって、現在の負荷容量が10.85Aより大きくなければならないPWMを選択できます。

24V2ストリングシステムのPWM

24V2ストリングシステムのPWM

さて、今述べたのと同じ2wパネルを使用して、2本の緯線に140本の弦がある別の例を確認しましょう。

ただし、覚えておいてください。PWM充電コントローラーを使用しているため、ソーラーアレイの電圧がバッテリーバンクの電圧と一致するように、ストリング内のパネルの数に注意する必要があります。

この例では、2つの並列ストリングと2つのパネルが直列に接続されているため、ソーラーアレイは24Vバッテリーシステム用です。

8.68Isc x2文字列x1.25 = 21.7A

25APWMソーラー充電コントローラーで十分です。

第5章:MPPT充電コントローラー

5.1 MPPTソーラー充電コントローラーはどのように機能しますか?

MPPTの意味は何ですか?

MPPTは、電子デジタル追跡の一種である最大電力点追従の頭字語です。

MPPTは、94つのうち、より洗練されており、さらに高価です。 MPPTの変換効率は約98%〜XNUMX%です。 つまり、(ソーラーパネルからの)パワーインは(バッテリーバンクへの)パワーアウトとほぼ同じです。

MPPT充電コントローラーは、ソーラーパネルの出力とバッテリーの電圧を読み取って、ソーラーパネルから引き出すのに最適な電力点を見つけます。 次に、MPPTは電圧を下げて、電流を上げながらバッテリーの充電電圧に合わせます。 これを行うことにより、PWMは最大電力点を追跡するために電流を増やすことができないため、MPPTはPWMと比較して最終的にソーラーパネルから得られるエネルギーをほぼ40%増やすことができます。

両側で電圧を一致させる必要があるPWMとは異なり、MPPTはPVシステムに適用できます。PVシステムでは、ソーラーアレイの電圧がバッテリーバンクの電圧よりも高くなります。 この機能はMPPTに多くの利点をもたらします。これについては、第6章で説明します。

今、

ポイントをすばやく把握できるように、例に移りましょう。

5.2 mpptソーラー充電コントローラーのサイズを決める方法は?

20個のセルを備えた公称60Vパネルを覚えていますか?

PWM回路では、12Vバッテリーバンクに合わせるには大きすぎ、24Vバッテリーバンクには小さすぎますが、MPPTはこの厄介な状況を解決できます。

20Vパネルには30Vmpと9AImpがあり、定格電力= 30 x 9 = 270Wです。

20Vパネルが12Vバッテリーに適用されると仮定します。 MPPTは30Vを約14Vに変換してバッテリーを充電し、電流を増やしてソーラーパネルから最大電力を引き出すことができるようにします。

30Vを14Vに下げると、減少するレートは

30 / 14 = 2.14。

次に、増加した電流は

9 x 2.14 = 19.28A。

最後に、

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270ワット(パワーインはパワーアウトに等しい);

出力電流は19.28Aなので、1.25の安全率を掛けます。

我々が得る

19.28 x 1.25 = 24.1A。

したがって、現在の容量が24.1Aを超えるMPPTを選択するとよいでしょう。

公称2Vパネルを使用して2Vバッテリーを充電する、20本の緯線に12本のストリングがある別の例:入力の合計電力は

270 x 4 = 1080W。

現在の出力は

1080/14 = 77.14A。

1.25を掛ける

77.14 x 1.25 = 96.43A。

したがって、100AMPPTを選択します。

5.3充電コントローラーのサイズ:コントローラーの電圧

ソーラー充電コントローラーのサイズを決めるときに注意する必要があるもう150つのことは、電圧です。 コントローラがパネルからの入力電圧を伝送できることを確認してください。 20V充電コントローラーは、直列に3つの20v公称パネルしか搭載できません。 不思議に思うかもしれません…60x150 = XNUMXV? それはXNUMXVから遠く離れています!

どうして?

これは、ソーラーパネルが生成する実際の電圧が20Vよりはるかに高くなる可能性があるためです。 時々、Vmp30Vより高い。 そのため、Vocを使用して計算を行います。 Voc = 38V。

3 x 38 = 114V

その場合、直列の20つの公称114VパネルはXNUMXVです。

NECテーブル690.7

NECテーブル690.7

寒冷時にはパネル電圧が上昇しますので、NEC表690.7をご参照ください。 次に、最も安全な係数1.25を取得し、114vに1.25を掛けます。

我々は得る

114 x 1.25 = 142.5V。

これで、特に冬に、150Vコントローラーが直列で20つのXNUMXVしかサポートできない理由を理解できます。

今日、新しく開発されたコントローラーははるかに高い電圧を持つ可能性があります。 一部のモデルは700Vの入力さえサポートします。 これは、ソーラーアレイがバッテリーバンクから遠く離れた場所に設置されている場合に非常に重要です。

第6章でその理由を探りましょう。

第6章:PWMとMPPT

6.1 PWMとMPPT:どちらが優れていますか?

前の章で、両方のコントローラー(PWMとMPPT)の機能について学習しました。 PWMは余分な電圧を電流に変換しないため、電力変換率が低くなることはよく知られています。 言い換えると、PWMはソーラーパネルによって収集されたすべてのエネルギーをバッテリーに転送しませんが、MPPTは常にパネルからの最大電力点を追跡し、それに応じて電流と電圧を調整して、ソーラーパネルによって収集されたすべてのエネルギーを転送できるようにしますバッテリーに。

PWM対MPPT

PWM対MPPT

具体的な例でこれを明確に説明します。

基本的な物理式:

電力(ワット)= V(ボルト)x I(アンペア)

公称12V、100Wのソーラーパネルを使用して12Vバッテリーシステムを充電する場合、実際のVmpは17Vであり、その電流出力を計算できます。

I =電力/ V

I = 100/17 = 5.88アンペア

これで、パネル出力が17Vおよび5.88Aであることがわかりました。

シナリオ1: 太陽光発電システムは、PWMソーラー充電コントローラーを備えています。

PWMは、電圧をバッテリー充電電圧(約14V)まで引き下げます。 PWMを通過した後、太陽エネルギーは14Vと5.88Aのままです。

ことは、次のとおりです。

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

シナリオ2: 太陽光発電システムは、MPPTソーラー充電コントローラーを備えています。

MPPTは、電圧を14Vまで引き下げるだけでなく、電流を増加させるため、電力は電力出力とほぼ等しくなります。

したがって、電圧が17/14 = 1.21減少した場合

次に、バッテリーへの電流が1.21増加し、次のようになります。

5.88 x 1.21 = 7.11A

トータルパワーアウト

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

この例では、PWMによって浪費される電力は

99.54 – 82.32 = 17.22W

ほぼ20%のエネルギーはバッテリーの化学エネルギーに変換されませんでした。 大規模なソーラーアレイでのシナリオを検討すると、損失は甚大になる可能性があります。

したがって、大規模なソーラーアレイにはMPPTを使用することをお勧めします。

6.2MPPTの長所

a)高い変換効率

太陽光発電システムに大きなソーラーアレイが付属している場合、特に寒い天候では、温度が下がるとパネル電圧が上昇するため、MPPTが太陽エネルギー変換を高めるための最良の選択です。 MPPT変換率は20%から40%に上昇する可能性があります。 それはあなたの請求書に本当にお金を節約するグリーンで自由なエネルギーです。

距離のソーラーパネルアレイ

距離のソーラーパネルアレイ

b)ケーブルのエネルギー損失またはケーブル購入コストの削減。

思い出してください オームの法則

V(ボルト)= R(オーム)x I(アンペア)

出力電力P(ワット)= V(ボルト)x I(アンペア)

So

抵抗損失PR(ワット)= R(オーム)x I2 (アンプ)

次に、PVパネルがバッテリーバンクから離れた場所に設置されている場合、ケーブル抵抗の電力損失はかなり大きくなります(PR = R x I2  )。 ここで、Rはケーブルの抵抗を表します。 Rは、ケーブルの長さが長くなるにつれて増加します。

ケーブル抵抗式

ケーブル抵抗式

しかし、Pによると、ソーラーアレイをより多くの直列に配線して、ソーラーアレイの電圧をXNUMX倍にすると = V x I、総電力出力の変化はありませんP、ケーブルを流れる電流は半分になるはずです。

最後に、抵抗PR(ワット)= R(オーム)x I2 (アンペア)は以前よりXNUMX分のXNUMXになります。

実際、MPPTを使用すると、ソーラーアレイの電圧をさらに高くして、電流を減らすことができます。

この場合、ケーブルによる抵抗損失を減らすためにパネルの電圧を上げます。また、パネルから最大電力を収集するために常に追跡するMPPTを使用しているため、PWMのように電圧を浪費することはありません。

このトピックを別の側面から検討することができます。 パネルの電圧を上げることができない場合は、ケーブルの抵抗を減らすための解決策を見つける必要があります。抵抗=抵抗率×長さ/面積として、横方向の面積が大きいケーブルを使用するのが唯一の方法のようです。これはもうXNUMXつの大きな問題になります。使うお金の合計。

要約すると、小規模なシステムの場合、PWMは安価であるため優れたソリューションですが、大規模なシステムの場合、変換率を向上させ、太陽エネルギーを利用するソーラーパネルの容量を無駄にしないために、MPPTが推奨されます。 MPPTは、常に高電力システムに適用されます。

6.3長所と短所

太陽光発電システム用のソーラー充電コントローラーの購入を決定する前に、前のコンテンツから知識のある情報を学ぶ必要があります。 PWMとMPPTの違いをリストした比較表も提案されています。 そのため、レビューをより便利にするために、長所と短所をまとめました。

プロたちコンズ
PWM
  • PWM技術はPVシステムで長い間利用可能であり、比較的安定した成熟した技術です。
  • それらは費用効果が高く、ほとんどの消費者にとって手頃な価格です
  • PWMは現在最大60アンペアの負荷に耐えることができます
  • ほとんどのPWMは、継続的に動作できるようにする合理的な熱放散構造を備えています。
  • PWMには、幅広いアプリケーションに適合するさまざまなサイズがあります
  • PWMが太陽光発電システムに適用される場合、ソーラーパネルの電圧はバッテリーバンクの電圧と一致する必要があります
  • 単一のPWMの現在の負荷容量は開発されておらず、まだ最大60アンペアです。
  • 一部の小型PWM充電コントローラーは、構造設計が不十分なため、ULリストに掲載できません。
  • 一部の小さいサイズのPWMには、コンジットのフィッティングがありません
  • PWMには信号干渉の問題がある場合があります。 コントローラーはテレビやラジオでノイズを発生します
  • PWMは太陽光発電システムの拡張をある程度制限します
  • 高電圧オフグリッドソーラーアレイには適用できません
MPPT
  • MPPTは、PVパネルからの太陽エネルギーの変換を最大化し、その速度はPWMよりも40%効率的です。
  • MPPTは、ソーラーパネルの電圧がバッテリーの電圧よりも高い場合に使用できます。
  • MPPTは最大80アンペアの負荷電流に耐えることができます
  • MPPTはPWMよりも長い保証を備えています
  • MPPTは、システム内のソーラーパネルの拡張を制限しません
  • MPPTはハイブリッド太陽光発電システムの唯一のソリューションです
  • MPPTはPWMよりも高価です。 一部のモデルの価格は、PWM充電コントローラーのXNUMX倍です。
  • MPPTにはより多くのコンポーネントと機能があるため、その物理サイズはPWMよりも大きくなります。
  • MPPTはより複雑であるため、ほとんどの場合、ソーラーアレイのサイズを決定する際にはガイドに従う必要があります
  • MPPTソーラーコントローラーは、ストリングで配線されたソーラーパネルアレイを常に強制します

6.4すべての太陽光発電システムには充電コントローラーが必要ですか?

答えはノーだ。

一般に、ソーラーパネルが5アンペア時のバッテリーごとに100ワット未満の場合は、ソーラー充電コントローラーは必要ありません。

使用できる式は次のとおりです。

商=バッテリー容量(アンペア時)/ソーラーパネルのインペア(アンペア)

商が200より大きい場合、コントローラーは必要ありません。 それ以外の場合は、コントローラーをインストールすることをお勧めします。

たとえば、200AHのバッテリーと20Wのパネルがある場合、商は200 / 1.18 = 169.5になります。 この場合、コントローラーが必要です。

400AHバッテリーと10Wパネルがある場合、商は400 / 0.59 = 677.9になります。 この場合、コントローラーは必要ありません。

用語集

  • セットポイント充電コントローラーが充電率を変更するために設定された特定の電圧。
  • DoD: 放電深度、完全に充電されたバッテリーから除去されたバッテリー容量(アンペア時)の割合。 たとえば、総バッテリー容量が100 Ahで、40 Ahがすでに放電されている場合、DoDは40%です。
  • ディープサイクルバッテリー: 鉛蓄電池。常に深く放電して低充電状態にすることができます。 ディープサイクルバッテリーは高いDoDを持っています。
  • インプ: 最大電力での電流; Vmpによる最大電力の商。
  • STC:標準的なテスト条件、フィクスチャがテストされる実験室での理想的な条件。
  • Voc: 電圧計のみを接続した理論的に標準的なテスト条件(STC)でソーラーパネルを測定する場合の、PVセルの最大電圧である開回路電圧。 メーターが取得する電圧はVocです。
  • Vmp:最大電力での電圧、PVシステムに接続されたときのソーラーパネルの出力電圧。
  • 公称電圧: オフグリッドシステムでソーラー機器を分類するために使用される基準電圧。 グリッド接続システムでは、公称電圧(12v、24v、および48v)は無意味です。
  • Isc: 短絡電流、負荷や抵抗のない外部回路の最大電流。