Kontroler ładowania słonecznego: ostateczny przewodnik

//Kontroler ładowania słonecznego: ostateczny przewodnik

Kontroler ładowania słonecznego: ostateczny przewodnik

Kontroler ładowania słonecznego: ostateczny przewodnik

Rozdział 1: Co to jest kontroler ładowania słonecznego?

Kontroler ładowania słonecznego lub regulator ładowania słonecznego jest ważnym instrumentem w prawie wszystkich systemach energii słonecznej, które wykorzystują akumulatory jako rozwiązanie do magazynowania energii chemicznej. Jest używany w trybie samodzielnym lub hybrydowe systemy energii słonecznej ale nieużywane w prostych systemach połączonych siecią, które nie mają akumulatorów.

samodzielny system zasilania słonecznego

Samodzielny system zasilania słonecznego

Dwie podstawowe funkcje są bardzo proste:

  1. Zapobiega przeładowaniu akumulatorów
  2. Blokuje przepływ prądu wstecznego.

Przeładowanie może doprowadzić do przegrzania akumulatora lub, w skrajnym przypadku, pożaru. Przeładowane głęboko zalane akumulatory mogą również emitować gazowy wodór, który jest wybuchowy. Co więcej, przeładowanie szybko zrujnuje akumulator, tym samym znacznie skracając jego żywotność.

Spalona bateria kwasowo-ołowiowa

Spalona bateria kwasowo-ołowiowa

Kontrolery ładowania słonecznego mogą wykluczać przepływ prądu wstecznego z baterii do paneli słonecznych w nocy, gdy napięcie paneli słonecznych jest niższe niż napięcie baterii.

Ponadto kontrolery ładowania słonecznego mają inne opcjonalne funkcje, takie jak czujnik temperatury akumulatora i kompensacja, odłącznik niskiego napięcia (LVD), kontrola obciążenia (od zmierzchu do świtu), wyświetlacze, zdalne monitorowanie i kontrola obciążenia przekierowania.

Zanurzmy się w artykule, aby sprawdzić te funkcje i cechy jeden po drugim.

JAK TEN ARTYKUŁ? KLIKNIJ TUTAJ, ABY TWEET IT

Rozdział 2: Ładowanie baterii: Ładowanie wieloetapowe

Powrót do indeksów

Ale zanim zanurzymy się bezpośrednio w Rozdział 3: Funkcje i cechy kontrolera ładowania słonecznego, lepiej przyjrzyjmy się niezbędnym informacjom na temat ładowania baterii.

Jeśli znasz już tę informację, możesz do niej przejść rozdział 3 stąd.

Wlej wodę do kubka

Wlej wodę do filiżanki

2.1 Krótka interpretacja

Wyobraź sobie nalewanie wody do kubka - na początku nalewaj szybciej; gdy kubek jest prawie pełny, przepływ wody zwalnia, aby woda nie przelewała się z kubka. Wręcz przeciwnie, jeśli nadal wylewasz wodę z większą prędkością, trudno jest zatrzymać przepływ na końcu, a woda wyleje się z tego kubka.

Ładowanie baterii słonecznej

Ładowanie baterii słonecznej

Ta sama teoria dotyczy ładowania akumulatora:

  • Gdy poziom naładowania baterii jest niski, kontroler ładowania dostarcza dużo energii do szybkiego ładowania
  • Gdy akumulator jest prawie pełny, spowalnia ładowarkę poprzez regulację napięcia i prądu.
  • Gdy bateria jest pełna, wysyła tylko odrobinę energii, aby utrzymać pełne ładowanie.

Jest to tak zwane ładowanie wielostopniowe.

Przykład 2.2: Etapy 3-4

Ustaw punkty:

Aby mieć pewność, że łatwo zrozumiesz następującą treść, która odnosi się do przykładu ładowania wieloetapowego (etapy 3-4), najpierw wyjaśnijmy żargonowe „wartości zadane”.

W skrócie,

regulator ładowania słonecznego jest ustawiony na zmianę szybkości ładowania przy określonych napięciach, które są nazywane punktami nastawy.

Wartości zadane są zwykle kompensowane temperaturowo, a ten temat omówimy na przykładzie ładowania wieloetapowego.

Teraz przejrzyjmy szczegółowo ten przykład

Oto przykład z MorningStar, który ma etapy ładowania 4.

Etapy ładowania MorningStar 4

Źródło: MorningStar, etapy ładowania 4

2.2.1 Stage 1: Masowe ładowanie

Na tym etapie poziom naładowania baterii jest niski, a jej napięcie jest niższe niż wartość zadana napięcia absorpcji. Tak więc kontroler ładowania słonecznego wyśle ​​jak najwięcej dostępnej energii słonecznej do zestawu akumulatorów w celu naładowania.

2.2.2 Stage 2: ładunek absorpcyjny

Kiedy jego napięcie osiągnie wartość zadaną napięcia absorpcyjnego, napięcie wyjściowe sterownika ładowania słonecznego utrzyma względnie stałą wartość. Stałe napięcie wejściowe zapobiega przegrzaniu zestawu akumulatorów i nadmiernemu gazowaniu. Na tym etapie bank akumulatorów może być w pełni naładowany.

2.2.3 Stage 3: ładunek pływający

Jak wiemy, zespół akumulatorów jest w pełni naładowany na etapie absorpcji, a w pełni naładowany akumulator nie może już przekształcać energii słonecznej w energię chemiczną. Dalsza moc z kontrolera ładowania zamieni się tylko w ogrzewanie i gazowanie, ponieważ jest to nadmierne ładowanie.

Trickle from tap

Trickle from tap

Stopień pływakowy ma na celu zapobieganie długotrwałemu przeładowaniu zestawu akumulatorów. Na tym etapie kontroler ładowania obniży napięcie ładowania i dostarczy bardzo niewielką ilość energii, np. Strumienie, aby utrzymać zestaw akumulatorów i uniemożliwić dalsze nagrzewanie i gazowanie

2.2.4 Stage 4: Opłata wyrównawcza

Ładowanie wyrównawcze wykorzystuje wyższe napięcie niż napięcie ładowania absorpcyjnego, aby wyrównać wszystkie ogniwa w zestawie akumulatorów. Jak wiemy, baterie szeregowe i / lub równoległe stanowią zestaw baterii. Jeśli niektóre ogniwa w zestawie akumulatorów nie zostaną w pełni naładowane, ten etap sprawi, że wszystkie zostaną w pełni naładowane i zakończą wszystkie reakcje chemiczne akumulatora.

Wrzątek

Wrzątek

Ponieważ następuje on po etapie 3 (kiedy bateria akumulatorów jest w pełni naładowana), kiedy podnosimy napięcie i wysyłamy więcej energii do akumulatorów, elektrolity będą wyglądały, jakby się gotowały. W rzeczywistości nie jest gorąco; jest wodorem wytwarzanym z elektrolitów, wytwarzając wiele pęcherzyków. Pęcherzyki te mieszają elektrolity.

Regularne mieszanie elektrolitów w ten sposób jest niezbędne dla zalanego zestawu akumulatorów.

Możemy uznać to za okresowe przeładowanie, ale jest korzystne (czasami niezbędne) w przypadku niektórych akumulatorów, takich jak zalane i niezamknięte, takie jak AGM i żel.

Zwykle można znaleźć w specyfikacjach baterii, jak długo powinno trwać ładowanie wyrównawcze, a następnie odpowiednio ustawić parametr w kontrolerze ładowania.

2.3 Dlaczego zalane banki akumulatorów wymagają wyrównania

W skrócie,

aby zapobiec zasiarczeniu akumulatora ołowiowo-kwasowego.

reakcja chemiczna rozładowania

Reakcja chemiczna rozładowania

Reakcje chemiczne rozładowania akumulatora generują miękkie kryształy siarczanu ołowiu, które zwykle są przymocowane do powierzchni płytek. Jeśli akumulator będzie działał w takich warunkach, z upływem czasu miękkie kryształy siarczanu będą się rozmnażać i stają się coraz trudniejsze, co czyni je trudnymi do przekształcenia z powrotem w miękkie, lub nawet do dalszej aktywacji materiałów, które były częścią elektrolit.

Zasiarczenie akumulatorów ołowiowo-kwasowych jest plagą awarii akumulatora. Ten problem jest powszechny w długoterminowych, niedoładowanych bateriach akumulatorów.

Po całkowitym naładowaniu miękkie kryształy siarczanu można przekształcić z powrotem w materiały aktywne, ale bateria słoneczna rzadko jest w pełni naładowana, szczególnie w źle zaprojektowanym systemie fotowoltaicznym, w którym panel słoneczny jest zbyt mały lub zespół akumulatorów jest zbyt duży .

Siarczanie akumulatora kwasowo-ołowiowego

Siarczanie akumulatora kwasowo-ołowiowego

Tylko okresowe przeładowanie przy wysokim napięciu może rozwiązać ten problem; mianowicie ładowanie wyrównawcze, które działa przy wysokim napięciu, generuje bąbelki i miesza elektrolit. Właśnie dlatego etap 4 jest niezbędny dla zalanego zestawu akumulatorów. W wielu systemach solarnych poza siecią zwykle używamy generatora + ładowarki, aby okresowo wyrównywać zalany akumulator słoneczny, zgodnie ze specyfikacją akumulatora.

2.4 Punkty kontrolne a temperatura

Ponieważ nastawa absorpcji (etap 2), nastawa pływaka (etap 3) i nastawa wyrównania (etap 4) wszystko może być kompensowane temperaturą, jeśli istnieje czujnik temperatury, chcielibyśmy poświęcić kilka słów na to temat.

W niektórych zaawansowanych kontrolerach ładowania, wielostopniowe nastawy ładowania zmieniają się wraz z temperaturą akumulatora. Nazywa się to funkcją „kompensacji temperatury”.

Sterownik ma czujnik temperatury, a gdy temperatura akumulatora jest niska, wartość zadana zostanie podniesiona i na odwrót - odpowiednio się dostosuje, gdy temperatura wzrośnie.

Sonda czujnika temperatury

Sonda czujnika temperatury

Niektóre sterowniki mają wbudowane czujniki temperatury, dlatego muszą być instalowane w pobliżu akumulatora, aby wykryć temperaturę. Inni mogą mieć czujnik temperatury, który powinien być podłączony bezpośrednio do akumulatora; kabel połączy go ze sterownikiem, aby zgłosić temperaturę akumulatora.

Jeśli baterie są stosowane w sytuacji, gdy fluktuacja temperatury jest większa niż 15 stopni Celsjusza każdego dnia, preferowane jest zastosowanie kontrolera z kompensacją temperatury.

Wartości zadane 2.5 Control vs. typ baterii

Jeśli chodzi o typ baterii, zalecany jest kolejny artykuł na temat baterii słonecznych.

Większość systemów energii słonecznej przyjmuje akumulator ołowiowo-kwasowy o głębokim cyklu, którego są typy 2: typu zalewanego i typu szczelnego. Akumulator zalany kwasem ołowiowym jest nie tylko ekonomiczny, ale także rozpowszechniony na rynku.

Różne typy baterii słonecznych

Różne typy baterii słonecznych

Typy baterii mają również wpływ na konstrukcję nastaw dla kontrolerów ładowania słonecznego; Nowoczesne sterowniki mają tę funkcję, która pozwala wybrać typy akumulatorów przed podłączeniem do systemu energii słonecznej.

2.6 Określanie idealnych wartości zadanych

Wreszcie dochodzimy do teorii określania idealnych wartości zadanych. Szczerze mówiąc, chodzi bardziej o równowagę między szybkim ładowaniem a konserwacyjnym ładowaniem podtrzymującym. Użytkownik systemu energii słonecznej powinien wziąć pod uwagę różne czynniki, takie jak temperatura otoczenia, intensywność promieniowania słonecznego, typ baterii, a nawet obciążenia urządzeń gospodarstwa domowego.

Konieczne jest jedynie radzenie sobie z najważniejszymi czynnikami 1 lub 2; w większości przypadków to wystarczy.

JAK TEN ARTYKUŁ? KLIKNIJ TUTAJ, ABY TWEET IT

Rozdział 3: Jaka jest funkcja kontrolera ładowania słonecznego?

Powrót do indeksów

3.1 Zapobieganie przeładowaniu

Gdy akumulator jest całkowicie naładowany, nie może przechowywać więcej energii słonecznej niż energii chemicznej. Ale jeśli moc będzie stale dostarczana do w pełni naładowanego akumulatora z dużą szybkością, zamieni się on w ciepło i gazowanie, które pojawiłyby się jako zalana bateria z dużą ilością pęcherzyków z elektrolitów. To jest wodór, który powstaje w wyniku reakcji chemicznej. Gazy te są niebezpieczne, ponieważ są wybuchowe. Przeładowanie przyspiesza także starzenie się baterii. A potem potrzebujemy kontrolera ładowania słonecznego.

Uszkodzony akumulator z powodu przeładowania

Uszkodzony akumulator z powodu przeładowania

Główną funkcją kontrolera ładowania słonecznego jest regulacja napięcia i prądu, które są generowane przez panele słoneczne docierające do akumulatorów, aby zapobiec przeładowaniu akumulatorów i zagwarantować akumulatorom bezpieczne warunki pracy i dłuższą żywotność.

Istnieją typy regulatorów 3:

1. Regulator prądu

Regulator prądu działa jak przełącznik. Po prostu włącza lub wyłącza obwód, aby kontrolować przepływ energii do zestawu akumulatorów, podobnie jak ładowanie masowe na etapie 1. Zwykle nazywane są kontrolerami bocznikowymi, które nie są już używane z powodu przestarzałej technologii.

2. Modulacja szerokości impulsu (PWM)

Sterowniki bocznikowe całkowicie wyłączają prąd, podczas gdy sterownik PWM stopniowo zmniejsza prąd. PWM jest bardziej podobny do ładowania pływakowego na etapie 3.

Po rozpoczęciu tematu przeprowadzimy dogłębną dyskusję na temat PWM i MPPT: PWM VS MPPT, który jest lepszy.

3. Regulator napięcia

Regulacja napięcia jest powszechna. Sterownik ładowania słonecznego reguluje ładowanie w odpowiedzi na napięcie akumulatora. To jest dość proste. Gdy napięcie akumulatora osiągnie określoną wartość, sterownik chroni akumulator przed przeładowaniem poprzez zmniejszenie mocy. Gdy napięcie akumulatora spadnie z powodu dużej sumy poboru mocy, sterownik ponownie pozwoli na ładowanie zbiorcze.

3.2 Blokujący prąd wsteczny

Drugą główną funkcją jest zapobieganie przepływowi prądu wstecznego.

W nocy lub gdy nie ma światła słonecznego, panel słoneczny nie ma mocy, aby przekształcić się w energię elektryczną, aw systemie energii słonecznej napięcie zestawu akumulatorów będzie wyższe niż napięcie panelu słonecznego, ponieważ wszyscy znać przepływy prądu od wysokiego do niskiego napięcia. Zatem bez kontrolera ładowania energia elektryczna przepłynie z zestawu akumulatorów do panelu słonecznego, co jest marnotrawstwem energii, ponieważ system energii słonecznej stara się zbierać energię w ciągu dnia, ale marnuje jej trochę w nocy. Chociaż strata jest tylko trochę proporcjonalna do całkowitej ilości zebranej energii, nie jest trudna do rozwiązania.

Blokowanie prądu wstecznego w nocy

Blokowanie prądu wstecznego w nocy

Kontroler ładowania słonecznego poradzi sobie z tym problemem.

Większość sterowników pozwala przepływać przepływowi tylko z panelu słonecznego do zestawu akumulatorów poprzez zaprojektowanie w obwodzie półprzewodnika, który przepuszcza prądy tylko w jednym kierunku.

Niektóre sterowniki mają przełącznik mechaniczny, który jest również nazywany przekaźnikiem. Kiedy przekaźnik kliknie i wyłączy się, usłyszysz stukot. Gdy napięcie paneli słonecznych jest niższe niż napięcie baterii akumulatorów, wykrywa, a następnie wyłącza obwód, odłączając panele słoneczne od baterii akumulatorów.

Kontrola obciążenia 3.3

Niektóre sterowniki ładowania słonecznego są zaprojektowane z kontrolą obciążenia, co pozwala na podłączenie obciążenia DC, takiego jak lampa LED (konkretny przykład znajduje się na naszej stronie internetowej Kompleksowe słoneczne lampy uliczne LED), bezpośrednio do kontrolera ładowania słonecznego, a kontrola obciążenia włącza i wyłącza lampę zgodnie z jej ustawieniami wstępnymi (napięcie akumulatora, czujnik fotokomórki lub minutnik).

Kontroler ładowania słonecznego w słonecznych lampach ulicznych

Kontroler ładowania słonecznego w słonecznych lampach ulicznych

Na przykład, często występują timery w słonecznych lampach ulicznych LED, a kontrola obciążenia odczyta czas z timera, a następnie wykona polecenie: włącz diodę LED o 7: 00 pm o zmierzchu i wyłącz ją o 6: 00 am następnego ranka. Lub kontrola obciążenia odczyta informacje z czujnika fotokomórki, a następnie steruje włączaniem i wyłączaniem diody LED zgodnie z jasnością otoczenia.

3.4 Odłącznik niskiego napięcia (LVD)

Wyobraź sobie, że gotujesz wodę w garnku i zapominasz wyłączyć ogień, aż wrząca woda całkowicie odparuje; nie ma już wody w suchym garnku, a garnek się przegrzewa. Doniczka jest trwale zniszczona. W ten sam sposób całkowite rozładowanie akumulatora słonecznego spowoduje trwałe uszkodzenie akumulatora.

Spalony garnek

Spalony garnek

Baterie o głębokim cyklu są szeroko stosowane w systemach energii słonecznej. Głębokość rozładowania (DOD) może być tak duża, jak 80%; są jednak podatne na trwałe uszkodzenie, jeśli zostaną rozładowane do 90% lub, co gorsza, 100%.

Jeśli zaczekasz, aby wyłączyć obciążenie DC z akumulatorów, dopóki nie zgasną światła, uszkodzenie akumulatora mogło już nastąpić. Zarówno pojemność baterii, jak i oczekiwana żywotność będą zmniejszane za każdym razem, gdy nastąpi nadmierne rozładowanie. Gdyby bateria działała przez pewien czas w stanie nadmiernego rozładowania, szybko by się zepsuła.

Jedynym praktycznym rozwiązaniem chroniącym akumulatory przed nadmiernym rozładowaniem jest wyłączanie i włączanie obciążeń (takich jak urządzenia, światła LED itp.), Pod warunkiem, że napięcie odzyskało ładowanie luzem.

Zazwyczaj, jeśli bateria 12V spadnie do 10.9 woltów, bateria byłaby na skraju nadmiernego rozładowania. W ten sam sposób 21.9 jest zasilany z akumulatora 24V.

Wyłącznik niskiego napięcia

Wyłącznik niskiego napięcia

Jeśli domowy układ słoneczny ma pewne obciążenia DC, konieczna jest funkcja LVD. Niektóre LVD są zintegrowane z kontrolerami ładowania, podczas gdy inne nie.

3.5 Zabezpieczenie przed przeciążeniem

Bezpiecznik

Bezpiecznik

Gdy przepływ prądu wejściowego jest znacznie większy niż to, z którym obwód może bezpiecznie sobie poradzić, twój system się przeciąża. Może to doprowadzić do przegrzania systemu, a nawet spowodować pożar. Przeciążenie może być spowodowane różnymi przyczynami, takimi jak niewłaściwa konstrukcja okablowania (zwarcie) lub problematyczne urządzenie (zablokowany wentylator). Zwykle resetowanie przyciskiem jest przeznaczone dla obwodu zabezpieczenia przed przeciążeniem.

Istnieje jednak wbudowane zabezpieczenie przed przeciążeniem w każdym sterowniku ładowania słonecznego; duże systemy energii słonecznej zwykle wymagają podwójnej ochrony bezpieczeństwa: bezpieczniki lub wyłączniki. Jeśli nośność drutu jest mniejsza niż limit przeciążenia regulatora, należy koniecznie ustawić bezpiecznik lub wyłącznik w obwodzie.

Wyświetlacze 3.6

Wyświetlacze kontrolerów ładowania słonecznego różnią się od wskaźników LED po wyświetlacze ekranowe LCD z informacją o napięciu i prądzie. Wyświetlacze do systemów energii słonecznej są tym, czym są deski rozdzielczej konsoli dla samochodów. Dostarczają szczegółowych danych, abyś mógł monitorować stan swojego banku baterii: ile energii zużywasz lub generujesz.

Kontroler ładowania słonecznego ze wskaźnikami LED

Kontroler ładowania słonecznego ze wskaźnikami LED

Jeśli system ma już samodzielny monitor, funkcja wyświetlania nie byłaby ważna. Nawet najtańszy monitor zawiera podstawowe mierniki, tak jak kontrolery.

Kontroler ładowania słonecznego z ekranem LCD

Kontroler ładowania słonecznego z ekranem LCD

JAK TEN ARTYKUŁ? KLIKNIJ TUTAJ, ABY TWEET IT

Rozdział 4: Kontroler ładowania PWM

Powrót do indeksów

4.1 Potrzebne słowniki

Na początku przejrzymy słowniczki - zapoznaj się z poniższą tabelą.

NominalnyKomórkiVocVmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • Voc, napięcie w obwodzie otwartym to maksymalne napięcie na ogniwie fotowoltaicznym podczas pomiaru panelu słonecznego w teoretycznie standardowych warunkach testowych (STC) przy podłączonym tylko woltomierzu. Napięcie, które otrzymuje licznik, to Voc.
  • Vmp, napięcie przy maksymalnej mocy, to napięcie wyjściowe paneli słonecznych połączonych z systemem fotowoltaicznym.
  • Napięcie nominalne jest napięciem odniesienia stosowanym do kategoryzacji sprzętu słonecznego w systemie poza siecią. W systemie związanym z siecią napięcia nominalne (12v, 24v i 48v) są bez znaczenia.
120W nominalny monokrystaliczny panel słoneczny 12V z kawałkami silikonowych kwadratów 36

120W nominalny monokrystaliczny panel słoneczny 12V z kawałkami silikonowych kwadratów 36

Chociaż ładowanie akumulatora wymaga wyższego napięcia, napięcia nominalne mogą pomóc w znalezieniu odpowiedniego sprzętu (takiego jak zestaw akumulatorów), z którym może współpracować panel słoneczny.

Więc,

panel słoneczny 12V faktycznie ma Voc 22V i Vmp 17V, z kawałkami silikonowych kwadratów 36 z przodu.

Podobnie,

panel słoneczny 24V ma Voc z 44V i Vmp z 36V, z kawałkami silikonowych kwadratów 72.

Być może zastanawiasz się: dlaczego panel 12-volt nie jest napięciem 12?

Oto oferta.

4.2 Dlaczego panele 12 są woltami 17

W pełni naładowana bateria 12V ma w rzeczywistości w przybliżeniu wolty 12.6; aby naładować akumulator 12V, potrzebujemy wyższego napięcia wejściowego - około X woltów 13.7-14.4 z panelu słonecznego. Ale dlaczego zaprojektowaliśmy panel słoneczny Vmp do 17V, a nie tylko 14V?

Voc panelu słonecznego mierzy się w standardowych warunkach testowych lub STC, a Vmp mierzy się również w STC, gdzie temperatura otoczenia nie jest zbyt wysoka, intensywność słońca jest idealna - bez chmur, bez mgły. Jednak nie zawsze mamy tyle szczęścia. Jeśli napotkamy jakąś złą pogodę - na przykład mgliste lub pochmurne dni - napięcie panelu słonecznego spadnie; dlatego panele powinny być zaprojektowane z pewnym dodatkowym napięciem, aby system mógł nadal otrzymywać wystarczające napięcie, nawet jeśli pogoda nie jest idealna; tj. bez światła słonecznego.

Typy kontrolerów ładowania 4.3:

Istnieją typy kontrolerów ładowania słonecznego 3:

  • Kontrolery bocznikowe
  • PWM
  • MPPT

Kontrolery bocznikowe: Kiedy mówiliśmy, wspomnieliśmy o kontrolerach bocznikowych obecne rozporządzenie - działają jak przełącznik, włączając i wyłączając przepływ prądu do akumulatora. Wciąż możesz zobaczyć kilka na starych systemach, chociaż zostały one już usunięte z rynku. PWM i MPPT to główne typy 2, które dziś dominują.

Teraz

Najpierw przejdźmy do PWM.

4.4 Co to jest kontroler ładowania słonecznego PWM?

PWM (modulowana szerokość impulsu) dosłownie działa poprzez modulowanie jego bieżącej szerokości impulsu.

PWM wysyła do akumulatora przerywane impulsy ładowania zamiast stałej mocy wyjściowej. Działa bardziej jak ładowanie float na etapie 3, które generuje strumienie prądów do akumulatora.

Ale to, jak szybko (częstotliwość) i jak długo (szerokość) należy wytworzyć puls, zależy od wykrytego stanu baterii. Jeśli akumulator jest już w pełni naładowany, a obciążenia w systemie nie działają, PWM będzie wysyłał bardzo krótki impuls co kilka sekund; w przypadku rozładowanego akumulatora impulsy byłyby bliskie ciągłości. To podstawowa zasada działania.

Chociaż PWM jest tańszy niż MPPT, z powodu ostrego impulsu generowanego przez PWM, podczas przetwarzania szybkiego włączania i wyłączania podczas pracy, telewizor, radio lub sygnały telefoniczne mogą często być zakłócane. To nieodłączny minus PWM.

Kiedy twój system wybiera PWM jako kontroler ładowania, ważne jest, aby napięcie nominalne paneli słonecznych było takie samo jak napięcie nominalne zestawu akumulatorów;

mianowicie,

PWM w systemie 12V

PWM w systemie 12V

jeśli twój bank baterii to 12V, musisz również wybrać panel słoneczny 12V.

PWM w systemie 24V

PWM w systemie 24V

A jeśli twoim zestawem baterii jest 24V, musisz użyć panelu słonecznego 24V lub połączyć dwa panele słoneczne 12V szeregowo, aby uzyskać 24V.

PWM w systemie 48V

PWM w systemie 48V

Ale jeśli twoim zestawem baterii jest 48V, musisz połączyć cztery panele słoneczne 12V szeregowo lub dwa panele słoneczne 24V szeregowo, aby uzyskać 48V.

I tak dalej.

Tymczasem upewnij się, że specyfikacje PWM są również zgodne ze specyfikacją banku baterii.

4.5 Ile potrzebuję kontrolera ładowania słonecznego: PWM

Jak zmierzyć PWM, kiedy projektujemy system PV poza siecią?

Krok 1, Pobierz panel słoneczny Isc (zwarcie) i panel słoneczny Voc (napięcie o otwartym obwodzie) z jego tabliczki znamionowej i dowiedz się, ile równoległych pasm znajduje się w układzie słonecznym.

tabliczka znamionowa panelu słonecznego

Tabliczka znamionowa panelu słonecznego

Z tabliczki znamionowej

czytamy Voc 22.1V i Isc 8.68A i potwierdzamy, że jest to nominalny panel słoneczny 12V od Voc.

Zacznijmy od prostego przykładu i załóżmy, że mamy tylko ciąg 1 równolegle.

Krok 2, Pomnóż Isc przez liczbę ciągów równolegle.

8.68Isc x 1 string = 8.68A

Krok 3, pomnóż przez współczynnik bezpieczeństwa 1.25. (Dlaczego współczynnik wynosi 1.25: patrz NEC 690.8 (A) (1) Prądowe źródła prądu fotowoltaicznego)

8.68Isc x 1 string x 1.25 = 10.85A

Możemy więc wybrać PWM, którego aktualna nośność powinna być większa niż 10.85A.

PWM w systemie ciągów 24V 2

PWM w systemie ciągów 24V 2

Teraz sprawdźmy inny przykład z ciągami 2 w paralelach 2, używając tego samego panelu 140w, o którym wspomniano właśnie.

Ale pamiętajcie - używamy kontrolera ładowania PWM, dlatego musimy zwrócić uwagę na liczbę paneli w ciągach, aby napięcie paneli słonecznych odpowiadało napięciu baterii akumulatorów.

W tym przykładzie mamy równoległe łańcuchy 2 i panele 2 połączone szeregowo, więc układ słoneczny jest przeznaczony dla systemu akumulatorowego 24V.

8.68Isc x łańcuchy 2 x 1.25 = 21.7A

Wystarczyłby kontroler ładowania słonecznego 25A PWM.

JAK TEN ARTYKUŁ? KLIKNIJ TUTAJ, ABY TWEET IT

Rozdział 5: Kontroler ładowania MPPT

Powrót do indeksów

5.1 Jak działa kontroler ładowania słonecznego MPPT?

Jakie jest znaczenie MPPT?

MPPT to akronim oznaczający śledzenie punktu maksymalnej mocy, który jest rodzajem elektronicznego śledzenia cyfrowego.

MPPT jest bardziej wyrafinowany - a także droższy - z tych dwóch. MPPT ma efektywność konwersji około 94% - 98%. To znaczy, że moc na wejściu (z panelu słonecznego) jest prawie równa mocy na wyjściu (do banku baterii).

Kontrolery ładowania MPPT odczytują moc paneli słonecznych i napięcie baterii, aby obliczyć najlepszy punkt mocy do pobrania z panela słonecznego; następnie MPPT obniża napięcie, aby osiągnąć napięcie ładowania akumulatora, jednocześnie podnosząc prąd. W ten sposób MPPT może zwiększyć energię, którą ostatecznie uzyskujemy z paneli słonecznych o prawie 40%, w porównaniu z PWM, ponieważ PWM nie może zwiększyć prądu, aby śledzić maksymalny punkt mocy.

W przeciwieństwie do PWM, który wymaga, aby napięcia były zgodne z obiema stronami, MPPT można zastosować do systemu fotowoltaicznego, którego napięcie w kolektorze słonecznym jest wyższe niż w zestawie akumulatorów. Ta funkcja zapewnia MPPT wiele zalet, o których będziemy rozmawiać Rozdział 6

Teraz,

przejdźmy do przykładów, aby szybko złapać punkt.

5.2 Jak dopasować kontroler ładowania słonecznego mppt?

Pamiętasz nominalne panele 20V z kawałkami komórek 60?

W obwodzie PWM są one zbyt duże, aby pasowały do ​​zestawu akumulatorów 12V, i zbyt małe, aby dopasować zestaw akumulatorów 24V, ale MPPT może rozwiązać tę kłopotliwą sytuację.

Panel 20V ma 30Vmp i 9A Imp, a jego moc znamionowa = 30 x 9 = 270W.

Załóżmy, że panel 20V dotyczy baterii 12V. MPPT przekonwertuje 30V do około 14V w celu naładowania akumulatora i zwiększy prąd, aby mógł pobierać maksymalną moc z panelu słonecznego.

Jeśli obniżymy 30V do 14V, obniżona stawka wynosi

30 / 14 = 2.14.

Zatem zwiększony prąd wynosi

9 x 2.14 = 19.28A.

Wreszcie,

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 watów (moc równa się mocy wyjściowej);

ponieważ prąd wyjściowy to 19.28A, mnożymy przez współczynnik bezpieczny 1.25.

Dostajemy

19.28 x 1.25 = 24.1A.

Dobrze więc, że wybraliśmy MPPT o pojemności prądu większej niż 24.1A.

Kolejny przykład z ciągami 2 w paralelach 2 z użyciem nominalnego panelu 20V do ładowania akumulatora 12V: całkowita moc w

270 x 4 = 1080 W.

Wyjściowy prąd byłby

1080 / 14 = 77.14A.

Pomnóż przez 1.25

77.14 x 1.25 = 96.43A.

Tak więc wybieramy MPPT 100A.

Rozmiary kontrolera ładowania 5.3: napięcie kontrolera

Jeszcze jedną rzeczą, na którą musimy zwrócić uwagę przy doborze regulatora ładowania słonecznego, jest napięcie. Upewnij się, że kontroler jest w stanie przenosić napięcie wejściowe z paneli. Kontroler ładowania 150V może przenosić tylko trzy panele nominalne 20v szeregowo. Możesz się zastanawiać… 3 x 20 = 60V? To daleko od 150V!

Dlaczego?

Jest tak, ponieważ faktyczne napięcie wytwarzane przez panele słoneczne może być znacznie wyższe niż 20V; czasami wyższy niż Vmp 30V. Tak więc do obliczeń używamy Voc. Voc = 38V.

3 x 38 = 114V

Następnie trzy nominalne panele 20V połączone szeregowo to 114V

Tabela NEC 690.7

Tabela NEC 690.7

Ponieważ napięcie panela wzrośnie podczas niskich temperatur, patrz tabela NEC 690.7. Następnie wybieramy najbezpieczniejszy czynnik, 1.25, mnożymy 114v przez 1.25,

mamy

114 x 1.25 = 142.5V.

Teraz możesz zrozumieć, dlaczego kontroler 150V może obsługiwać tylko trzy 20V szeregowo, szczególnie w zimie.

Obecnie nowo opracowane sterowniki mogą mieć znacznie wyższe napięcia; niektóre modele obsługują nawet wejście 700V. Jest to bardzo ważne, gdy układ słoneczny jest umieszczony daleko od banku baterii.

Przeanalizujmy przyczynę w rozdziale 6.

JAK TEN ARTYKUŁ? KLIKNIJ TUTAJ, ABY TWEET IT

Rozdział 6: PWM vs. MPPT

Powrót do indeksów

6.1 PWM vs. MPPT: Który jest lepszy?

O funkcjach obu kontrolerów (PWM i MPPT) dowiedzieliśmy się w poprzednich rozdziałach. Dobrze zauważyliśmy, że PWM nie przekształca dodatkowego napięcia w prądy, co powoduje niskie współczynniki konwersji mocy. Innymi słowy, PWM nie przenosi całej energii zgromadzonej przez panele słoneczne na baterie, ale MPPT zawsze śledzi maksymalny punkt mocy z paneli i odpowiednio dostosowuje swoje prądy i napięcie, aby mógł przenosić całą energię zgromadzoną przez panel słoneczny do akumulatora.

PWM vs. MPPT

PWM vs. MPPT

Konkretny przykład wyjaśni to jasno:

Podstawowa formuła fizyczna:

Moc (waty) = V (wolty) x I (natężenie prądu)

Jeśli użyjemy nominalnego panelu słonecznego 12V, 100W do ładowania systemu akumulatorów 12V, faktycznym Vmp jest 17V i możemy obliczyć jego prąd wyjściowy:

I = moc / V.

I = 100 / 17 = wzmacniacze 5.88

Teraz wiemy, że dane wyjściowe panelu to 17V i 5.88A.

Scenariusz 1: System fotowoltaiczny jest wyposażony w kontroler ładowania słonecznego PWM.

PWM obniży napięcie do napięcia ładowania akumulatora - w przybliżeniu 14V. Po przejściu przez PWM energia słoneczna pozostaje tylko 14V i 5.88A.

Czyli:

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

Scenariusz 2: System fotowoltaiczny jest wyposażony w kontroler ładowania słonecznego MPPT.

MPPT nie tylko obniża napięcie do 14V, ale także zwiększa prąd, dzięki czemu moc prawie równa się mocy wyjściowej.

Tak więc, jeśli napięcie spadnie o 17 / 14 = 1.21

Wtedy prąd do akumulatora wzrasta o 1.21, otrzymujemy

5.88 x 1.21 = 7.11A

Całkowita moc wyjściowa

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

W tym przykładzie moc zmarnowana przez PWM wynosi

99.54 - 82.32 = 17.22W

Prawie 20% energii nie zostało przetworzone na energię chemiczną akumulatora. Jeśli weźmiemy pod uwagę scenariusz w dużym układzie paneli słonecznych, strata może być ogromna.

Dlatego lepiej jest używać MPPT dla dużych układów solarnych.

6.2 Mocne strony MPPT

a) Wysoka wydajność konwersji

Jeśli twój system fotowoltaiczny jest wyposażony w duży układ słoneczny, MPPT byłby najlepszym wyborem, aby zwiększyć konwersję energii słonecznej, szczególnie w chłodne dni, ponieważ napięcie panelu wzrośnie wraz ze spadkiem temperatury. Współczynnik konwersji MPPT może wzrosnąć z 20% do 40%. To zielona i bezpłatna energia, która naprawdę oszczędza pieniądze na rachunku.

Odległość paneli słonecznych

Odległość paneli słonecznych

b) Niższe straty energii w kablach lub niższe koszty zakupu kabli.

Proszę pamiętaj Wzór prawa Ohma

V (wolty) = R (om) x I (natężenie prądu)

Moc wyjściowa PO (Waty) = V (wolty) x I (natężenie prądu)

So

Utrata rezystancji PR(Waty) = R (Ohm) x I2 (Ampery)

Następnie, jeśli panele fotowoltaiczne są zainstalowane w dużej odległości od zestawu akumulatorów, utrata mocy rezystancji kabla jest znaczna (PR = R x I2 ). Tutaj R oznacza rezystancję kabli. R wzrasta wraz ze wzrostem długości kabla:

Wzór rezystancji kabla

Wzór rezystancji kabla

Ale jeśli podwoimy napięcie układu słonecznego, łącząc je w szeregach, zgodnie z P.O = V x I, nie ma zmiany całkowitej mocy wyjściowej P.O , więc prąd przez kabel powinienem wynosić połowę.

Wreszcie opór P.R(Waty) = R (Ohm) x I2 (Wzmacniacze) będą o ćwierć niż przedtem.

W rzeczywistości, dzięki MPPT, możesz podnieść napięcie paneli słonecznych jeszcze wyżej, aby zmniejszyć przepływ prądu.

W tym przypadku zwiększamy napięcie panelu, aby zmniejszyć stratę rezystancji przez kable, a ponieważ używamy MPPT, który zawsze śledzi, aby zebrać maksymalną moc z paneli, nie mamy strat napięcia, ponieważ PWM może mieć.

Możemy przejrzeć ten temat z innego aspektu. Jeśli nie możesz podnieść napięcia paneli, musisz znaleźć jakieś rozwiązanie, aby zmniejszyć rezystancję kabla, ponieważ rezystancja = rezystywność × długość / powierzchnia, wydaje się, że jedynym sposobem jest użycie kabli o dużych powierzchniach poprzecznych, a będzie to kolejny ogromny suma pieniędzy do wydania.

Podsumowując, jeśli chodzi o małe systemy, PWM jest dobrym rozwiązaniem, ponieważ jest niedrogie, ale dla dużych systemów, w celu poprawy współczynników konwersji i nie marnowania zdolności panelu słonecznego do wykorzystywania energii słonecznej, MPPT jest preferowane. MPPT zawsze będzie stosowane w systemach o wyższej mocy.

6.3 Plusy i minusy

Przed podjęciem decyzji o zakupie kontrolera ładowania słonecznego do systemu fotowoltaicznego konieczne jest poznanie wiedzy z poprzednich treści. Sugerowana jest również tabela porównawcza zawierająca różnicę między PWM a MPPT. Dlatego łączymy ich zalety i wady, aby ułatwić ci przejrzenie.

ZALETYWady
PWM
  • Technologia PWM jest dostępna w systemach PV od dłuższego czasu i jest stosunkowo stabilną i dojrzałą technologią
  • Są opłacalne i są dostępne dla większości konsumentów
  • PWM może obecnie wytrzymać obciążenie wzmacniaczy 60
  • Większość PWM ma rozsądną strukturę rozpraszania ciepła, która pozwala im pracować w sposób ciągły
  • PWM występuje w różnych rozmiarach, aby dopasować się do szerokiego zakresu zastosowań
  • Jeśli PWM zostanie zastosowany do fotowoltaicznych systemów słonecznych, napięcie panelu słonecznego musi być zgodne z napięciem zestawu akumulatorów
  • Obecna obciążalność pojedynczego PWM nie została opracowana i nadal wynosi tylko do wzmacniaczy 60
  • Niektórych mniejszych kontrolerów ładowania PWM nie można umieścić na liście UL ze względu na ich słabą konstrukcję
  • Niektóre PWM o mniejszych rozmiarach nie mają łączników rurowych
  • PWM ma czasem problemy z zakłóceniami sygnału. Kontrolery generują hałas w telewizji lub radiu
  • PWM w pewnym stopniu ogranicza ekspansję fotowoltaicznych systemów słonecznych
  • Nie można go stosować do wysokonapięciowych układów solarnych poza siecią
MPPT
  • MPPT maksymalizuje konwersję energii słonecznej z paneli PV, a stawki mogą być 40% bardziej wydajne niż PWM
  • MPPT można stosować w przypadkach, gdy napięcie paneli słonecznych jest wyższe niż napięcie akumulatora.
  • MPPT może wytrzymać prąd obciążenia do wzmacniaczy 80
  • MPPT oferuje dłuższe gwarancje niż PWM
  • MPPT nie ogranicza ekspansji paneli słonecznych w systemie
  • MPPT jest jedynym rozwiązaniem dla hybrydowego systemu energii słonecznej
  • MPPT są droższe niż PWM. Ceny niektórych modeli są dwukrotnie wyższe niż w przypadku kontrolera ładowania PWM
  • Ponieważ MPPT ma więcej komponentów i funkcji, jego rozmiar fizyczny jest większy niż PWM.
  • MPPT są bardziej skomplikowane, więc przez większość czasu musimy stosować się do wskazówek przy doborze rozmiaru kolektora słonecznego
  • Sterownik słoneczny MPPT stale wymusza układ paneli słonecznych połączonych szeregowo

6.4 Czy każdy słoneczny system fotowoltaiczny potrzebuje kontrolera ładowania?

Odpowiedź brzmi nie.

Zasadniczo, jeśli twój panel słoneczny jest mniejszy niż 5 watów na każdą baterię 100 amperogodzin, to nie potrzebujesz kontrolera ładowania słonecznego.

Oto wzór, którego możemy użyć:

Iloraz = pojemność baterii (godzina amperowa) / imp panelu słonecznego (amper)

Jeśli iloraz jest większy niż 200, nie potrzebujesz kontrolera; w przeciwnym razie lepiej zainstalować kontroler.

Na przykład, jeśli masz baterię 200AH i panel 20W, ilorazem byłoby 200 / 1.18 = 169.5; w takim przypadku potrzebujesz kontrolera.

Jeśli masz baterię 400AH i panel 10W, ilorazem będzie 400 / 0.59 = 677.9; w takim przypadku nie potrzebujesz kontrolera.

Glosariusze

  • Ustaw punkty: Konkretne napięcia ustawione dla kontrolerów ładowania w celu zmiany stawek ładowania.
  • DoD: Głębokość rozładowania, proporcja pojemności akumulatora (amperogodziny) usunięta z całkowicie naładowanego akumulatora. Na przykład, jeśli całkowita pojemność akumulatora wynosi 100 Ah, a 40 Ah jest już rozładowany, wówczas DoD wynosi 40%.
  • Akumulator o głębokim cyklu: Akumulator kwasowo-ołowiowy, który zawsze można głęboko rozładować do niskiego poziomu naładowania. Akumulatory głębokiego cyklu mają wysoką DoD.
  • Chochlik: Prąd przy maksymalnej mocy; iloraz maksymalnej mocy Vmp.
  • STC: Standardowe warunki testowe, idealne warunki w laboratorium, w którym testowane jest urządzenie.
  • Voc: Napięcie w obwodzie otwartym, maksymalne napięcie na ogniwie fotowoltaicznym, podczas pomiaru panelu słonecznego w teoretycznie standardowych warunkach testowych (STC) przy podłączonym tylko woltomierzu. Napięcie, które otrzymuje licznik, to Voc.
  • Vmp: Napięcie przy maksymalnej mocy, napięcie wyjściowe panelu słonecznego, gdy jest on podłączony do systemu fotowoltaicznego.
  • Napięcie nominalne: Napięcie odniesienia stosowane do kategoryzacji urządzeń słonecznych w systemie poza siecią. W systemie związanym z siecią napięcia nominalne (12v, 24v i 48v) są bez znaczenia.
  • Isc: Prąd zwarciowy, maksymalny prąd w obwodzie zewnętrznym, który nie ma żadnych obciążeń ani rezystancji.
By | 2019-12-09T07:21:48+00:00 Grudnia 9th, 2019|wiadomości z firmy|Komentarze 0