1 장 : 태양 광 충전 컨트롤러 란?

태양열 충전 컨트롤러 또는 태양열 충전 조절기는 배터리를 화학 에너지 저장 솔루션으로 사용하는 거의 모든 태양 광 발전 시스템에서 중요한 도구입니다. 독립 실행 형 또는 하이브리드 태양 광 발전 시스템 충전식 배터리가없는 직선 그리드 연결 시스템에는 사용되지 않습니다.

독립형 태양 광 발전 시스템

독립형 태양 광 발전 시스템

두 가지 기본 기능은 매우 간단합니다.

  1. 배터리 과충전 방지
  2. 역전 류의 흐름을 차단합니다.

과충전은 배터리 과열 또는 극단적 인 경우 화재를 유발할 수 있습니다. 과충전 된 딥 사이클 플러드 배터리는 폭발적인 수소 가스를 방출 할 수도 있습니다. 또한 과충전은 배터리를 빠르게 망가뜨려 수명을 크게 단축시킵니다.

연소 된 납축 전지

연소 된 납축 전지

태양 광 충전 컨트롤러는 태양 광 패널의 전압이 배터리의 전압보다 낮을 때 야간에 배터리에서 태양 광 패널로의 역전 류 흐름을 차단할 수 있습니다.

또한 태양 광 충전 컨트롤러에는 배터리 온도 센서 및 보상, 저전압 차단 (LVD), 부하 제어 (황혼부터 새벽까지), 디스플레이, 원격 모니터링 및 전환 부하 제어와 같은 기타 옵션 기능이 있습니다.

이러한 기능과 기능을 하나씩 확인하는 기사를 살펴 보겠습니다.

2 장 : 배터리 충전 : 다단계 충전

그러나 우리가 직접 들어가기 전에 3 장 : 태양 광 충전 컨트롤러의 기능 및 특징, 배터리 충전에 필요한 정보를 살펴 보는 것이 좋습니다.

이 정보에 이미 익숙하다면 여기에서 3 장으로 넘어갈 수 있습니다.

컵에 물을 붓는다

컵에 물을 붓는다

2.1 간략한 해석

컵에 물을 붓는다 고 상상해보십시오. 처음에는 더 빠른 속도로 부을 것입니다. 컵이 가득 차면 물의 흐름이 느려지므로 컵에서 물이 넘치지 않습니다. 반대로 물을 더 빠른 속도로 계속 부으면 마지막에 제 시간에 흐름을 멈추기 어렵고 그 컵에서 물이 넘칠 것입니다.

태양 전지 충전

태양 전지 충전

배터리 충전에도 동일한 이론이 적용됩니다.

  • 배터리가 부족하면 충전 컨트롤러가 빠른 충전을 위해 많은 에너지를 제공합니다.
  • 배터리가 거의 가득 차면 전압과 전류를 조절하여 충전기 속도를 늦 춥니 다.
  • 배터리가 가득 차면 완전히 충전 된 상태를 유지하기 위해 소량의 전력 만 보냅니다.

이것은 소위 다단계 충전입니다.

2.2 예 : 3-4 단계

세트 포인트 :

다단계 충전 (3-4 단계)의 예를 참조하는 다음 내용을 쉽게 이해할 수 있도록 먼저 "설정 점"이라는 용어를 설명하겠습니다.

간단히 말해

태양 광 충전 컨트롤러는 설정 포인트라고하는 특정 전압에서 충전 속도를 변경하도록 설정되어 있습니다.

설정 점은 일반적으로 온도 보상되며 다단계 충전의 예 후에이 주제에 대해 논의 할 것입니다.

이제 예제를 자세히 살펴 보겠습니다.

다음은 4 단계 충전으로 구성된 MorningStar의 예시입니다.

MorningStar 4 단계 충전

출처 : MorningStar, 4 단계 충전

2.2.1 1 단계 : 대량 충전

이 단계에서 배터리 뱅크는 낮고 전압은 흡수 전압 설정 값보다 낮습니다. 따라서 태양열 충전 컨트롤러는 충전을 위해 가능한 한 많은 태양 에너지를 배터리 뱅크에 보냅니다.

2.2.2 2 단계 : 흡수 전하

전압이 흡수 전압 설정 값에 도달하면 태양 광 충전 컨트롤러의 출력 전압이 비교적 일정한 값을 유지합니다. 안정적인 전압 입력은 배터리 뱅크의 과열 및 과도한 가스 발생을 방지합니다. 일반적으로 배터리 뱅크는이 단계에서 완전히 충전 될 수 있습니다.

2.2.3 3 단계 : 플로트 충전

아시다시피 배터리 뱅크는 흡수 단계에서 완전히 충전되며 완전히 충전 된 배터리는 더 이상 태양 에너지를 화학 에너지로 변환 할 수 없습니다. 충전 컨트롤러의 추가 전력은 과충전이므로 가열 및 가스 공급으로 만 바뀝니다.

탭에서 물방울

탭에서 물방울

플로트 스테이지는 배터리 뱅크가 장기간 과충전되는 것을 방지하도록 설계되었습니다. 이 단계에서 충전 컨트롤러는 배터리 뱅크를 유지하고 추가 가열 및 가스 공급을 방지하기 위해 충전 전압을 낮추고 물방울과 같은 매우 적은 양의 전력을 제공합니다.

2.2.4 4 단계 : 이퀄라이제이션 요금

균등 충전은 흡수 충전보다 높은 전압을 사용하여 배터리 뱅크의 모든 셀을 평평하게 만듭니다. 아시다시피 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리는 배터리 뱅크를 구성합니다. 배터리 뱅크의 일부 셀이 완전히 재충전되지 않은 경우이 단계는 모두 완전히 재충전되고 모든 배터리 화학 반응을 완료합니다.

끓는 물

끓는 물

3 단계 (배터리 뱅크가 완전히 충전되었을 때)를 따르기 때문에 전압을 높이고 배터리에 더 많은 전력을 보내면 전해질이 끓는 것처럼 보일 것입니다. 실제로는 뜨겁지 않습니다. 전해질에서 생성 된 수소로 많은 기포를 생성합니다. 이 거품은 전해질을 휘젓습니다.

이러한 방식으로 정기적으로 전해질을 저어주는 것은 배터리가 넘쳐나는 경우 필수적입니다.

주기적인 과충전으로 간주 할 수 있지만 AGM 및 Gel과 같은 밀폐형 배터리가 아닌 침수 배터리와 같은 특정 배터리에는 유익합니다 (때로는 필수).

일반적으로 배터리 사양에서 균등 충전이 지속되어야하는 시간을 찾은 다음 그에 따라 충전 컨트롤러에서 매개 변수를 설정할 수 있습니다.

2.3 침수 된 배터리 뱅크에 균등화가 필요한 이유

즉,

납산 배터리의 황화를 방지합니다.

방전의 화학 반응

방전의 화학 반응

배터리 방전의 화학 반응은 일반적으로 판 표면에 부착되는 연 황산 납 결정을 생성합니다. 배터리가 이러한 종류의 조건에서 계속 작동하면 시간이 지남에 따라 연 황산염 결정이 번식하여 더욱 단단 해지고 단단 해져서 연질 결정으로 다시 전환하기가 매우 어렵게되거나 일부인 물질을 활성화하기가 더욱 어려워집니다. 전해질.

납축 배터리의 황화는 배터리 고장의 재앙입니다. 이 문제는 장기간 저 충전 된 배터리 뱅크에서 흔히 발생합니다.

완전히 충전되면 연 황산염 결정이 활성 물질로 다시 전환 될 수 있지만, 특히 태양 전지판이 너무 작거나 배터리 뱅크가 큰 경우 잘 설계되지 않은 태양 광 PV 시스템에서 태양 전지는 거의 완전히 충전되지 않습니다. .

납산 배터리의 황화

납산 배터리의 황화

고전압에서의주기적인 과충전 만이이 문제를 해결할 수 있습니다. 즉, 고전압에서 작동하는 균등 충전은 기포를 생성하고 전해질을 교반합니다. 이것이 침수 된 배터리 뱅크에 4 단계가 필수적인 이유입니다. 많은 독립형 태양 광 시스템에서 우리는 일반적으로 발전기 + 충전기를 사용하여 배터리 사양에 따라 침수 된 태양 전지를 주기적으로 균등화합니다.

2.4 제어 설정 점 대 온도

흡수 설정 값 (2 단계), 부동 설정 값 (3 단계) 및 균등화 설정 값 (4 단계)은 온도 센서가 있으면 온도를 모두 보상 할 수 있으므로이 부분에 대해 몇 가지 설명을하겠습니다. 이야기.

일부 고급 충전 컨트롤러에서는 다단계 충전 설정 값이 배터리 온도에 따라 변동합니다. 이를 "온도 보상"기능이라고합니다.

컨트롤러에는 온도 센서가 있으며 배터리 온도가 낮 으면 설정 값이 올라가고 그 반대도 마찬가지입니다. 온도가 올라가면 그에 따라 조정됩니다.

온도 센서 프로브

온도 센서 프로브

일부 컨트롤러에는 온도 센서가 내장되어 있으므로 온도를 감지하려면 배터리 근처에 설치해야합니다. 다른 것들은 배터리에 직접 부착해야하는 온도 프로브를 가지고있을 수 있습니다. 케이블로 컨트롤러에 연결하여 배터리 온도를보고합니다.

매일 온도 변동이 15 ° C 이상인 상황에서 배터리를 사용하는 경우 온도 보상 기능이있는 컨트롤러를 사용하는 것이 좋습니다.

2.5 제어 설정 점 대 배터리 유형

배터리 유형에 관해서는 태양 전지에 대한 다른 기사를 권장합니다.

대부분의 태양 광 발전 시스템은 딥 사이클 납축 배터리를 채택하고 있으며, 그중 침수 형과 밀폐형의 두 가지 유형이 있습니다. 납축 배터리는 경제적 일뿐만 아니라 시장에서도 널리 사용되고 있습니다.

다양한 태양 전지 유형

다양한 태양 전지 유형

배터리 유형은 태양열 충전 컨트롤러의 설정 점 설계에도 영향을 미칩니다. 최신 컨트롤러에는 태양 광 발전 시스템에 연결하기 전에 배터리 유형을 선택할 수있는 기능이 있습니다.

2.6 이상적인 설정 점 결정

마지막으로 이상적인 설정 점을 결정하는 이론에 도달합니다. 솔직히 말해서 빠른 충전과 유지 보수 세류 충전 사이의 균형에 관한 것입니다. 태양 광 발전 시스템 사용자는 주변 온도, 태양 광 강도, 배터리 유형 및 가전 제품 부하와 같은 다양한 요소를 고려해야합니다.

상위 1 개 또는 2 개 요소에만 대처할 필요가 있습니다. 대부분의 경우 충분합니다.

3 장 : 태양 광 충전 컨트롤러의 기능은 무엇입니까?

3.1 과충전 방지

배터리가 완전히 충전되면 더 많은 태양 에너지를 화학 에너지로 저장할 수 없습니다. 그러나 완전히 충전 된 배터리에 고속으로 전력을 계속 공급하면 전력이 열과 가스로 바뀌어 전해질에서 많은 기포가있는 범람 된 배터리로 나타납니다. 그것이 바로 화학 반응에서 생성되는 수소 가스입니다. 이러한 가스는 폭발성이 있으므로 위험합니다. 과충전은 또한 배터리 노화를 가속화합니다. 그리고 태양 광 충전 컨트롤러가 필요합니다.

과충전으로 인한 배터리 손상

과충전으로 인한 배터리 손상

태양 광 충전 컨트롤러의 주요 기능은 배터리로가는 태양 광 패널에서 생성되는 전압과 전류를 조절하여 배터리의 과충전을 방지하고 배터리의 안전한 작동 조건과 긴 수명을 보장하는 것입니다.

세 가지 유형의 조정기가 있습니다.

1. 전류 레귤레이터

전류 조절기는 스위치처럼 작동합니다. 1 단계 대량 충전과 마찬가지로 단순히 회로를 켜거나 끄고 배터리 뱅크로의 에너지 흐름을 제어합니다. 일반적으로 분로 컨트롤러라고 불리며 오래된 기술로 인해 더 이상 사용되지 않습니다.

2. 펄스 폭 변조 (PWM)

션트 컨트롤러는 전류를 완전히 차단하는 반면 PWM 컨트롤러는 전류를 점진적으로 감소시킵니다. PWM은 3 단계 부동 충전과 더 유사합니다.

주제를 시작할 때 PWM과 MPPT에 대해 심도있게 논의 할 것입니다. PWM VS MPPT 어느 것이 더 낫습니다.

3. 전압 조정기

전압 조정이 일반적입니다. 태양 광 충전 컨트롤러는 배터리 전압에 따라 충전을 조절합니다. 아주 간단합니다. 배터리의 전압이 일정 값에 도달하면 컨트롤러는 전력을 줄여 배터리가 과충전되지 않도록 보호합니다. 많은 전력 소비로 인해 배터리 전압이 떨어지면 컨트롤러는 다시 대량 충전을 허용합니다.

3.2 역전 류 차단

두 번째 주요 기능은 역전 류 흐름을 방지하는 것입니다.

밤에 또는 햇빛이 없을 때 태양 광 패널은 전기로 변환 할 전력이 없으며, 태양 광 발전 시스템에서는 배터리 뱅크의 전압이 태양 광 패널의 전압보다 높을 것입니다. 전기가 고전압에서 저전압으로 흐른다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 충전 컨트롤러가 없으면 태양 광 발전 시스템이 낮에는 에너지를 수집하지만 밤에는 에너지를 조금 낭비하기 때문에 배터리 뱅크에서 태양 전지판으로 전기가 흐르게되어 전력 낭비가됩니다. 수집 된 총 에너지에 비례하여 손실이 조금만 발생하지만 해결하기가 어렵지 않습니다.

야간 역전 류 차단

야간 역전 류 차단

태양 광 충전 컨트롤러가이 문제를 처리 할 수 ​​있습니다.

대부분의 컨트롤러는 한 방향으로 만 전류를 전달하는 반도체를 회로에 설계하여 태양 전지판에서 배터리 뱅크로만 흐름을 허용합니다.

일부 컨트롤러에는 릴레이라고도하는 기계식 스위치가 있습니다. 릴레이가 딸깍 소리를 내고 꺼지면 덜컹 거리는 소리가 들립니다. 태양 전지판의 전압이 배터리 뱅크의 전압보다 낮 으면 회로를 감지 한 다음 꺼서 전지판에서 태양 전지판을 분리합니다.

3.3 부하 제어

일부 태양 광 충전 컨트롤러는 부하 제어 기능으로 설계되어 LED 램프와 같은 DC 부하를 연결할 수 있습니다 (구체적인 예는 당사 웹 사이트에 있습니다. 올인원 태양 광 LED 가로등), 태양열 충전 컨트롤러에 직접 연결하면 부하 제어가 사전 설정 (배터리 전압, 광전지 센서 또는 타이머)에 따라 램프를 켜고 끕니다.

태양 광 가로등의 태양 광 충전 컨트롤러

태양 광 가로등의 태양 광 충전 컨트롤러

예를 들어 LED 태양 광 가로등에는 일반적으로 타이머가 있으며 부하 제어는 타이머에서 시간을 읽은 다음 명령을 실행합니다.해질 무렵 오후 7시에 LED를 켜고 오전 00시에 끕니다. 다음 날 아침. 또는 부하 제어는 광전지 센서에서 정보를 읽은 다음 주변 환경의 밝기에 따라 LED를 켜고 끕니다.

3.4 저전압 차단 (LVD)

냄비에 물을 끓이고 있는데 끓는 물이 완전히 증발 할 때까지 불을 끄는 것을 잊었다 고 상상해보십시오. 더 이상 마른 냄비에 물이없고 냄비가 과열되지 않습니다. 냄비는 영구적으로 파괴됩니다. 마찬가지로 태양 전지를 완전히 방전하면 배터리가 영구적으로 손상됩니다.

구운 냄비

구운 냄비

딥 사이클 배터리 태양 광 발전 시스템에 널리 사용됩니다. 방전 깊이 (DOD)는 최대 80 %까지 가능합니다. 그러나 최대 90 % 또는 100 %까지 방전되면 영구적 인 손상을 입을 수 있습니다.

조명이 어두워 질 때까지 배터리에서 DC 부하를 끌 때까지 기다리면 배터리 손상이 이미 발생했을 수 있습니다. 배터리 용량과 기대 수명은 과방 전이 발생할 때마다 감소합니다. 배터리가 일정 시간 동안 이러한 종류의 과방 전 상태에서 작동하도록 설정되어 있으면 금방 망가질 것입니다.

과방 전으로부터 배터리를 보호하는 유일한 실질적인 해결책은 전압이 대량 충전에서 회복 된 경우 부하 (예 : 가전 제품, LED 조명 등)를 끄고 켜는 것입니다.

일반적으로 12V 배터리가 10.9V로 떨어지면 배터리가 과방 전되기 직전입니다. 같은 방식으로 21.9V 배터리의 경우 24V입니다.

저전압 차단

저전압 차단

가정용 태양 광 시스템에 일부 DC 부하가있는 경우 LVD 기능이 필요합니다. 일부 LVD는 충전 컨트롤러에 통합되어 있지만 나머지는 그렇지 않습니다.

3.5 과부하 보호

퓨즈

퓨즈

입력 전류 흐름이 회로가 안전하게 처리 할 수있는 것보다 훨씬 높으면 시스템 과부하가 발생합니다. 이로 인해 시스템이 과열되거나 화재가 발생할 수 있습니다. 과부하는 잘못된 배선 설계 (단락) 또는 문제가있는 기기 (팬 고착)와 같은 여러 가지 이유로 인해 발생할 수 있습니다. 일반적으로 푸시 버튼 리셋은 과부하 보호 회로를 위해 설계되었습니다.

그러나 각 태양열 충전 컨트롤러에는 과부하 보호 기능이 내장되어 있습니다. 대형 태양 광 발전 시스템에는 일반적으로 퓨즈 또는 회로 차단기의 이중 안전 보호가 필요합니다. 전선 전달 용량이 컨트롤러의 과부하 한계보다 작 으면 회로에 퓨즈 또는 차단기를 설정해야합니다.

3.6 디스플레이

태양열 충전 컨트롤러의 디스플레이는 전압 및 전류 정보와 함께 LED 표시기에서 LCD 화면 디스플레이까지 다양합니다. 태양 광 발전 시스템에 대한 디스플레이는 자동차에 대한 콘솔 대시 보드입니다. 배터리 뱅크 상태 (사용하거나 생성하는 에너지의 양)를 모니터링 할 수 있도록 자세한 데이터를 제공합니다.

LED 표시기가있는 태양 광 충전 컨트롤러

LED 표시기가있는 태양 광 충전 컨트롤러

시스템에 이미 독립형 모니터가있는 경우 디스플레이 기능은 중요하지 않습니다. 가장 저렴한 모니터조차도 컨트롤러와 마찬가지로 기본 미터를 포함합니다.

LCD 화면이있는 태양 광 충전 컨트롤러

LCD 화면이있는 태양 광 충전 컨트롤러

4 장 : PWM 충전 컨트롤러

4.1 알아야 할 용어집

처음에는 몇 가지 용어집을 살펴 보겠습니다. 다음 표를 참조하십시오.

공칭휘발성 유기 화합물 (VOC)Vmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • 보컬, 개방 회로 전압은 전압계 만 연결된 상태에서 이론적으로 표준 테스트 조건 (STC)에서 태양 전지판을 측정 할 때 PV 전지의 최대 전압입니다. 미터가받는 전압은 Voc입니다.
  • Vmp, 최대 전력에서의 전압은 PV 시스템과 연결될 때 태양 전지판의 출력 전압입니다.
  • 공칭 전압 독립형 시스템에서 태양 광 장비를 분류하는 데 사용되는 기준 전압입니다. 계통 연계 시스템에서 공칭 전압 (12v, 24v 및 48v)은 의미가 없습니다.

120W 공칭 12V 단결정 태양 전지판 (실리콘 사각형 36 개 포함)

120W 공칭 12V 단결정 태양 전지판 (실리콘 사각형 36 개 포함)

배터리를 충전하려면 더 높은 전압이 필요하지만 공칭 전압은 태양 전지판이 일치 할 수있는 해당 장비 (예 : 배터리 뱅크)를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

그래서,

12V 태양 전지판은 실제로 Voc가 22V이고 Vmp가 17V이며 전면에 실리콘 사각형이 36 개 있습니다.

마찬가지로,

24V 태양 전지판의 Voc는 44V이고 Vmp는 36V이며 72 개의 실리콘 사각형이 있습니다.

궁금 할 것입니다. 왜 12 볼트 패널이 12 볼트가 아닌가?

여기에 거래가 있습니다.

4.2 12 볼트 패널이 17 볼트 인 이유

완전히 충전 된 12V 배터리는 실제로 약 12.6V입니다. 12V 배터리를 충전하려면 더 높은 입력 전압 (태양 전지판에서 약 13.7-14.4V)이 필요합니다. 그런데 왜 우리는 태양 전지판 Vmp를 17V가 아닌 14V로 설계했을까요?

태양 전지판의 Voc는 표준 테스트 조건 또는 STC 하에서 측정되며 Vmp는 주변 온도가 너무 뜨겁지 않고 햇빛의 강도가 완벽합니다. 구름도없고 안개도없는 STC에서도 측정됩니다. 그러나 우리는 항상 그렇게 운이 좋은 것은 아닙니다. 예를 들어 흐리거나 흐린 날과 같은 악천후가 발생하면 태양 전지판의 전압이 떨어집니다. 따라서 패널은 날씨가 이상적이지 않더라도 시스템이 충분한 전압을받을 수 있도록 약간의 추가 전압으로 설계되어야합니다. 즉, 햇빛이 없습니다.

4.3 충전 컨트롤러 유형 :

태양 광 충전 컨트롤러에는 3 가지 유형이 있습니다.

  • 션트 컨트롤러
  • PWM
  • MPPT

션트 컨트롤러 : 전류 조절에 대해 이야기 할 때 션트 컨트롤러를 언급했습니다. 스위치처럼 작동하여 배터리로 흐르는 전류를 켜고 끕니다. 이미 시장에서 제거되었지만 오래된 시스템에서 여전히 몇 가지를 볼 수 있습니다. PWM과 MPPT는 오늘날 널리 사용되는 두 가지 주요 유형입니다.

지금

먼저 PWM에 대해 살펴 보겠습니다.

4.4 PWM 태양 광 충전 컨트롤러는 무엇입니까?

PWM (Pulse Width Modulated)은 말 그대로 현재 펄스 폭을 변조하여 작동합니다.

PWM은 안정적인 전력 출력이 아닌 배터리 간헐적 인 충전 펄스를 보냅니다. 배터리에 흐르는 전류를 생성하는 3 단계 플로트 충전처럼 작동합니다.

그러나 펄스가 생성되는 속도 (주파수)와 길이 (폭)는 감지하는 배터리 상태에 따라 결정됩니다. 배터리가 이미 완전히 충전되어 있고 시스템의 부하가 작동하지 않는 경우 PWM은 몇 초마다 매우 짧은 펄스 만 보냅니다. 방전 된 배터리의 경우 펄스는 거의 연속적입니다. 이것이 기본 작동 원리입니다.

PWM은 MPPT보다 저렴하지만 PWM이 생성하는 날카로운 펄스로 인해 작업 중 빠른 켜기 및 끄기 스위치를 처리 할 때 TV, 라디오 또는 전화 신호가 종종 간섭을받을 수 있습니다. 이것이 PWM의 본질적인 단점입니다.

시스템에서 PWM을 충전 컨트롤러로 선택할 때 태양 전지판의 공칭 전압을 배터리 뱅크의 공칭 전압과 동일하게 만드는 것이 중요합니다.

즉,

12V 시스템의 PWM

12V 시스템의 PWM

배터리 뱅크가 12V이면 12V 태양 전지판도 선택해야합니다.

24V 시스템의 PWM

24V 시스템의 PWM

배터리 뱅크가 24V이면 24V 태양 전지판을 사용하거나 12V 태양 전지판 두 개를 직렬로 연결하여 24V로 만들어야합니다.

48V 시스템의 PWM

48V 시스템의 PWM

그러나 배터리 뱅크가 48V 인 경우 12V를 얻으려면 24 개의 48V 태양 전지판을 직렬로 연결하거나 XNUMX 개의 XNUMXV 태양 전지판을 직렬로 연결해야합니다.

등등.

한편, PWM 사양이 배터리 뱅크의 사양과 일치하는지 확인하십시오.

4.5 태양 광 충전 컨트롤러의 크기 : PWM

독립형 PV 시스템을 설계 할 때 PWM의 크기를 조정하는 방법은 무엇입니까?

단계 1, Isc (Short Circuit Amps) 및 Voc (개방 회로 전압) 태양 전지판을 명판에서 가져와 태양 전지판에 병렬로 연결된 스트링 수를 파악합니다.

태양 전지판 명판

태양 전지판 명판

명찰에서

우리는 Voc 22.1V 및 Isc 8.68A를 읽고 Voc의 공칭 12V 태양 전지판임을 확인합니다.

간단한 예제로 시작하고 병렬로 하나의 문자열 만 있다고 가정합니다.

단계 2, Isc에 병렬로 연결된 문자열 수를 곱합니다.

8.68Isc x 1 문자열 = 8.68A

단계 3, 1.25 안전 계수를 곱합니다. (인자가 1.25 인 이유 : NEC 690.8 (A) (1) 태양 광 소스 회로 전류 참조)

8.68Isc x 1 문자열 x 1.25 = 10.85A

따라서 현재 부하 용량이 10.85A보다 커야하는 PWM을 선택할 수 있습니다.

24V 2 스트링 시스템의 PWM

24V 2 스트링 시스템의 PWM

이제 방금 언급 한 동일한 2w 패널을 사용하여 2 개의 병렬로 된 140 개의 문자열로 다른 예를 확인하겠습니다.

그러나 기억하십시오 – 우리는 PWM 충전 컨트롤러를 사용하고 있으므로 태양 전지판의 전압이 배터리 뱅크의 전압과 일치하도록 얼마나 많은 패널이 스트링에 있는지주의를 기울여야합니다.

이 예에서는 2 개의 병렬 스트링과 2 개의 패널이 직렬로 연결되어 있으므로 태양 광 어레이는 24V 배터리 시스템 용입니다.

8.68Isc x 2 스트링 x 1.25 = 21.7A

25A PWM 태양 광 충전 컨트롤러이면 충분합니다.

5 장 : MPPT 충전 컨트롤러

5.1 MPPT 태양열 충전 컨트롤러는 어떻게 작동합니까?

MPPT의 의미는 무엇입니까?

MPPT는 전자 디지털 추적의 일종 인 Maximum Power Point Tracking의 약자입니다.

MPPT는 두 가지 중 더 정교하고 더 비쌉니다. MPPT는 약 94 % – 98 %의 변환 효율성을 가지고 있습니다. 즉, 태양 광 패널로부터의 전원 입력은 배터리 뱅크로의 전원 출력과 거의 같습니다.

MPPT 충전 컨트롤러는 태양 전지판의 출력과 배터리 전압을 읽어 태양 전지판에서 끌어 올 수있는 최적의 전력 지점을 파악합니다. 그런 다음 MPPT는 전류를 높이면서 배터리 충전 전압을 충족시키기 위해 전압을 낮 춥니 다. 이렇게함으로써 MPPT는 PWM에 비해 태양 전지판에서 최종적으로 얻는 에너지를 거의 40 %까지 증가시킬 수 있습니다. PWM은 최대 전력 지점을 추적하기 위해 전류를 증가시킬 수 없기 때문입니다.

양측의 전압이 일치해야하는 PWM과 달리 MPPT는 태양 전지판의 전압이 배터리 뱅크의 전압보다 높은 PV 시스템에 적용될 수 있습니다. 이 기능은 MPPT에 많은 이점을 제공하며, 이에 대해서는 6 장에서 설명합니다.

지금,

요점을 빠르게 파악할 수 있도록 예제로 이동하겠습니다.

5.2 mppt 태양 광 충전 컨트롤러의 크기를 조정하는 방법은 무엇입니까?

20 개의 셀이있는 공칭 60V 패널을 기억하십니까?

PWM 회로에서는 12V 배터리 뱅크에 비해 너무 크고 24V 배터리 뱅크에 비해 너무 작지만 MPPT는 이러한 당혹스러운 상황을 해결할 수 있습니다.

20V 패널에는 30Vmp 및 9A Imp가 있으며 정격 전력 = 30 x 9 = 270W입니다.

20V 패널이 12V 배터리에 적용된다고 가정합니다. MPPT는 배터리를 충전하기 위해 30V를 약 14V로 변환하고 태양 전지판에서 최대 전력을 끌어 올 수 있도록 전류를 증가시킵니다.

30V를 14V로 낮추면 감소 된 속도는

30 / 14 = 2.14입니다.

그러면 증가 된 전류는

9 x 2.14 = 19.28A.

마지막으로,

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 와트 (전원 입력은 전원 출력과 같음)

출력 전류가 19.28A이므로 1.25 안전 계수를 곱합니다.

우리는 얻는다

19.28 x 1.25 = 24.1A.

따라서 전류 용량이 24.1A보다 큰 MPPT를 선택하는 것이 좋습니다.

2V 배터리를 충전하기 위해 공칭 2V 패널을 사용하여 20 개의 병렬로 12 개의 스트링을 사용하는 또 다른 예 : 입력되는 총 전력은 다음과 같습니다.

270 x 4 = 1080W.

현재 출력은

1080/14 = 77.14A.

1.25 곱하기

77.14 x 1.25 = 96.43A.

그래서 우리는 100A MPPT를 선택할 것입니다.

5.3 충전 컨트롤러 크기 : 컨트롤러의 전압

태양 광 충전 컨트롤러의 크기를 조정할 때주의해야 할 또 하나는 전압입니다. 컨트롤러가 패널에서 입력 전압을 전달할 수 있는지 확인하십시오. 150V 충전 컨트롤러는 직렬로 20 개의 3v 공칭 패널 만 운반 할 수 있습니다. 궁금 할 것입니다… 20 x 60 = 150V? 그것은 XNUMXV에서 멀리 떨어져 있습니다!

이유는 무엇입니까?

이는 태양 전지판이 생성하는 실제 전압이 20V보다 훨씬 높을 수 있기 때문입니다. 때로는 Vmp 30V보다 높습니다. 그래서 우리는 계산을 위해 Voc을 사용합니다. Voc = 38V.

3 x 38 = 114V

그러면 직렬로 연결된 세 개의 공칭 20V 패널은 114V입니다.

NEC 표 690.7

NEC 표 690.7

추운 날씨에는 패널 전압이 증가하므로 NEC 표 690.7을 참조하십시오. 그런 다음 가장 안전한 계수 인 1.25를 선택하고 114v에 1.25를 곱합니다.

우리가 얻을

114 x 1.25 = 142.5V.

이제 150V 컨트롤러가 특히 겨울철에 직렬로 20 개의 XNUMXV 만 지원할 수있는 이유를 이해할 수 있습니다.

요즘 새로 개발 된 컨트롤러는 훨씬 더 높은 전압을 가질 수 있습니다. 일부 모델은 700V 입력까지 지원합니다. 이것은 태양 전지판이 배터리 뱅크에서 멀리 떨어져있을 때 매우 중요합니다.

6 장에서 그 이유를 살펴 보겠습니다.

6 장 : PWM 대 MPPT

6.1 PWM vs. MPPT : 어느 것이 더 낫습니까?

이전 장에서 두 컨트롤러 (PWM 및 MPPT)의 기능에 대해 배웠습니다. PWM은 추가 전압을 전류로 변환하지 않으므로 전력 변환 속도가 낮습니다. 즉, PWM은 태양 전지판에서 수집 한 모든 에너지를 배터리로 전달하지 않지만 MPPT는 항상 전지판에서 최대 전력 지점을 추적하고 그에 따라 전류와 전압을 조정하여 태양 전지판에서 수집 한 모든 에너지를 전달할 수 있습니다. 배터리에.

PWM 대 MPPT

PWM 대 MPPT

구체적인 예는 이것을 명확하게 설명합니다.

기본 물리적 공식 :

전력 (와트) = V (볼트) x I (암페어)

공칭 12V, 100W 태양 전지판을 사용하여 12V 배터리 시스템을 충전하는 경우 실제 Vmp는 17V이며 현재 출력을 계산할 수 있습니다.

나는 = 전력 / V

나는 = 100/17 = 5.88 암페어

이제 패널 출력이 17V 및 5.88A임을 알 수 있습니다.

시나리오 1 : 태양 광 시스템에는 PWM 태양 광 충전 컨트롤러가 있습니다.

PWM은 전압을 배터리 충전 전압 (약 14V)까지 끌어 내립니다. PWM을 통과 한 후 태양 에너지는 14V 및 5.88A 만 유지됩니다.

그건은 다음과 같습니다 :

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

시나리오 2 : 태양 광 시스템은 MPPT 태양 광 충전 컨트롤러와 함께 있습니다.

MPPT는 전압을 14V로 끌어 올릴뿐만 아니라 전류도 증가시켜 전력이 거의 전력을 뽑아내는 것과 같습니다.

따라서 전압이 17/14 = 1.21만큼 감소하면

그런 다음 배터리 전류가 1.21만큼 증가하면

5.88 x 1.21 = 7.11A

총 출력

P = 14 x 7.11 = 99.54W

이 예에서 PWM에 의해 낭비되는 전력은 다음과 같습니다.

99.54 – 82.32 = 17.22W

거의 20 %의 에너지는 배터리 화학 에너지로 변환되지 않았습니다. 대형 태양열 어레이의 시나리오를 고려하면 손실이 엄청날 수 있습니다.

따라서 대형 태양열 어레이에는 MPPT를 사용하는 것이 좋습니다.

6.2 MPPT의 강점

a) 높은 변환 효율

태양 광 시스템이 대형 태양열 어레이와 함께 제공되는 경우 MPPT는 특히 추운 날씨에 태양 에너지 변환을 높이는 데 가장 좋은 선택이 될 것입니다. 온도가 떨어지면 패널 전압이 상승하기 때문입니다. MPPT 전환율은 20 %에서 40 %로 상승 할 수 있습니다. 그것은 당신의 청구서에서 실제로 돈을 절약하는 친환경적이고 자유로운 에너지입니다.

멀리있는 태양 전지판 어레이

멀리있는 태양 전지판 어레이

b) 케이블의 에너지 손실을 낮추거나 케이블 구매 비용을 낮 춥니 다.

기억하십시오 옴의 법칙 공식

V (볼트) = R (옴) x I (암페어)

출력 전력 P(와트) = V (볼트) x I (암페어)

So

저항 손실 PR(와트) = R (옴) x I2 (앰프)

그런 다음 PV 패널이 배터리 뱅크에서 먼 거리에 설치되면 케이블 저항의 전력 손실이 상당합니다 (PR = R x 나2  ). 여기서 R은 케이블의 저항을 나타냅니다. R은 케이블 길이가 늘어남에 따라 증가합니다.

케이블 저항 공식

케이블 저항 공식

그러나 P에 따라 더 많은 직렬로 배선하여 태양 전지판의 전압을 두 배로 늘리면 = V x I, 총 전력 출력의 변화 없음 P, 그래서 케이블을 통과하는 전류는 절반이어야합니다.

마지막으로 저항 PR(와트) = R (옴) x I2 (Amps)는 이전보다 XNUMX/XNUMX이 될 것입니다.

실제로 MPPT를 사용하면 태양 전지판의 전압을 훨씬 더 높여 전류 흐름을 줄일 수 있습니다.

이 경우 케이블을 통한 저항 손실을 줄이기 위해 패널의 전압을 높이고, 항상 패널에서 최대 전력을 수확하기 위해 추적하는 MPPT를 사용하기 때문에 PWM처럼 전압 낭비가 없습니다.

다른 측면에서이 주제를 검토 할 수 있습니다. 패널 전압을 올릴 수없는 경우 저항 = 저항률 × 길이 / 면적으로 케이블 저항을 줄이기위한 해결책을 찾아야합니다. 지출 할 금액입니다.

요약하자면, 소형 시스템의 경우 PWM은 저렴하기 때문에 좋은 솔루션이지만 대형 시스템의 경우 전환율을 높이고 태양 에너지를 활용하는 태양 전지판 용량을 낭비하지 않으려면 MPPT가 바람직합니다. MPPT는 항상 고전력 시스템에 적용됩니다.

6.3 장점과 단점

PV 시스템 용 태양열 충전 컨트롤러를 구매하기로 결정하기 전에 이전 콘텐츠에서 지식이 풍부한 정보를 학습해야합니다. PWM과 MPPT의 차이점을 나열한 비교 테이블도 제안됩니다. 그래서 우리는 당신이 더 편리하게 리뷰 할 수 있도록 그들의 장단점을 모았습니다.

장점단점
PWM
  • PWM 기술은 PV 시스템에서 오랫동안 사용 가능했으며 비교적 안정적이고 성숙한 기술입니다.
  • 비용 효율적이며 대부분의 소비자에게 저렴합니다.
  • PWM은 현재 최대 60A의 부하를 견딜 수 있습니다.
  • 대부분의 PWM은 지속적으로 작동 할 수있는 적절한 방열 구조를 가지고 있습니다.
  • PWM은 다양한 애플리케이션에 맞게 다양한 크기로 제공됩니다.
  • PWM이 태양 광 태양 광 시스템에 적용되면 태양 전지판의 전압이 배터리 뱅크의 전압과 일치해야합니다.
  • 단일 PWM의 현재 부하 용량은 개발되지 않았으며 여전히 최대 60A에 불과합니다.
  • 일부 소형 PWM 충전 컨트롤러는 구조 설계가 좋지 않아 UL 등재가 불가능합니다.
  • 일부 소형 PWM에는 도관 피팅이 없습니다.
  • PWM에는 때때로 신호 간섭 문제가 있습니다. 컨트롤러는 TV 또는 라디오에서 소음을 생성합니다.
  • PWM은 광전지 태양계의 확장을 어느 정도 제한합니다.
  • 고전압 독립형 태양 광 어레이에는 적용 할 수 없습니다.
MPPT
  • MPPT는 PV 패널에서 태양 에너지의 변환을 최대화하고 속도는 PWM보다 40 % 더 효율적일 수 있습니다.
  • MPPT는 태양 전지판 전압이 배터리 전압보다 높은 경우에 사용할 수 있습니다.
  • MPPT는 최대 80A의 부하 전류를 견딜 수 있습니다.
  • MPPT는 PWM보다 더 긴 보증을 제공합니다.
  • MPPT는 시스템의 태양 전지판 확장을 제한하지 않습니다.
  • MPPT는 하이브리드 태양 광 발전 시스템을위한 유일한 솔루션입니다.
  • MPPT는 PWM보다 비쌉니다. 일부 모델의 가격은 PWM 충전 컨트롤러의 두 배입니다.
  • MPPT에는 더 많은 구성 요소와 기능이 있기 때문에 물리적 크기가 PWM보다 큽니다.
  • MPPT는 더 복잡하므로 대부분의 경우 태양열 어레이의 크기를 조정할 때 가이드를 따라야합니다.
  • MPPT 태양 광 컨트롤러는 줄로 연결된 태양 광 패널 어레이를 지속적으로 강요합니다.

6.4 모든 태양 광 PV 시스템에 충전 컨트롤러가 필요합니까?

답은 없습니다.

일반적으로 태양 전지판이 5 암페어 시간 배터리 당 100 와트 미만이면 태양열 충전 컨트롤러가 필요하지 않습니다.

사용할 수있는 공식은 다음과 같습니다.

지수 = 배터리 용량 (Amp Hour) / 태양 전지판 Imp (Amps)

몫이 200보다 크면 컨트롤러가 필요하지 않습니다. 그렇지 않으면 컨트롤러를 설치하는 것이 좋습니다.

예를 들어, 200AH 배터리와 20W 패널이있는 경우 몫은 200 / 1.18 = 169.5입니다. 이 경우 컨트롤러가 필요합니다.

400AH 배터리와 10W 패널이있는 경우 몫은 400 / 0.59 = 677.9입니다. 이 경우 컨트롤러가 필요하지 않습니다.

용어집

  • 세트 포인트충전 컨트롤러가 충전 속도를 변경하도록 설정된 특정 전압입니다.
  • 국방부: 방전 깊이, 완전히 충전 된 배터리에서 제거 된 배터리 용량 (암페어 시간)의 비율입니다. 예를 들어 총 배터리 용량이 100Ah이고 40Ah가 이미 방전 된 경우 DoD는 40 %입니다.
  • 딥 사이클 배터리: 항상 낮은 충전 상태로 심방 전 될 수있는 납축 배터리. 딥 사이클 배터리는 DoD가 높습니다.
  • 임프: 최대 전력에서 전류; Vmp에 의한 최대 전력의 몫.
  • STC: 표준 테스트 조건, 픽스처가 테스트되는 실험실의 이상적인 조건.
  • 휘발성 유기 화합물 (VOC): 전압계 만 연결된 상태에서 이론적으로 표준 테스트 조건 (STC)에서 태양 전지판을 측정 할 때 PV 전지의 최대 전압 인 개방 회로 전압입니다. 미터가 얻는 전압은 Voc입니다.
  • Vmp: 최대 전력에서의 전압, PV 시스템에 연결되었을 때 태양 광 패널의 출력 전압.
  • 공칭 전압: 독립형 시스템에서 태양 광 장비를 분류하는 데 사용되는 기준 전압입니다. 계통 연계 시스템에서 공칭 전압 (12v, 24v 및 48v)은 의미가 없습니다.
  • Isc: 단락 전류, 부 하나 저항이없는 외부 회로의 최대 전류입니다.