บทที่ 1: ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร?

เครื่องควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์หรือเครื่องควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเครื่องมือที่สำคัญในระบบพลังงานแสงอาทิตย์เกือบทั้งหมดที่ใช้แบตเตอรี่เป็นวิธีการจัดเก็บพลังงานเคมี ใช้ในแบบสแตนด์อะโลนหรือ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบผสมผสาน แต่ไม่ใช้ในระบบผูกกริดแบบตรงซึ่งไม่มีแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้

ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบสแตนด์อะโลน

ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบสแตนด์อะโลน

ฟังก์ชั่นพื้นฐานสองอย่างนั้นง่ายมาก:

  1. ป้องกันแบตเตอรี่จากการชาร์จไฟเกิน
  2. บล็อกการไหลของกระแสย้อนกลับ

การชาร์จไฟมากเกินไปอาจส่งผลให้แบตเตอรี่ร้อนจัดหรืออาจเกิดไฟไหม้ได้ แบตเตอรี่ที่ถูกน้ำท่วมรอบลึกมากเกินไปอาจปล่อยก๊าซไฮโดรเจนซึ่งระเบิดได้ ยิ่งไปกว่านั้นการชาร์จไฟมากเกินไปจะทำลายแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วทำให้อายุการใช้งานสั้นลงอย่างมาก

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่เผาแล้ว

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่เผาแล้ว

ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์สามารถป้องกันการไหลย้อนกลับจากแบตเตอรี่ไปยังแผงโซลาร์เซลล์ในเวลากลางคืนเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์ต่ำกว่าแบตเตอรี่

นอกจากนี้ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์ยังมีคุณสมบัติเสริมอื่น ๆ เช่นเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบตเตอรี่และการชดเชยการตัดการเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำ (LVD) การควบคุมโหลด (ค่ำถึงรุ่งเช้า) จอแสดงผลการตรวจสอบระยะไกลและการควบคุมโหลดการผัน

มาดูบทความเพื่อตรวจสอบฟังก์ชั่นและคุณสมบัติเหล่านี้ทีละรายการ

บทที่ 2: การชาร์จแบตเตอรี่: การชาร์จแบบหลายขั้นตอน

แต่ก่อนที่เราจะดำดิ่งลงไปโดยตรง บทที่ 3: หน้าที่และคุณสมบัติของตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์เรามาดูข้อมูลที่จำเป็นเกี่ยวกับการชาร์จแบตเตอรี่กันดีกว่า

หากคุณคุ้นเคยกับข้อมูลนี้อยู่แล้วคุณสามารถข้ามไปยังบทที่ 3 ได้จากที่นี่

เทน้ำลงในถ้วย

เทน้ำลงในถ้วย

2.1 การตีความโดยย่อ

ลองนึกภาพการเทน้ำลงในถ้วย - ในตอนแรกคุณจะเทในอัตราที่เร็วขึ้น เมื่อถ้วยใกล้เต็มการไหลของน้ำจะช้าลงเพื่อไม่ให้น้ำล้นออกจากถ้วย ในทางตรงกันข้ามหากคุณเทน้ำในอัตราที่เร็วขึ้นเรื่อย ๆ มันยากที่คุณจะหยุดการไหลได้ทันเวลาในตอนท้ายและน้ำจะล้นออกจากถ้วยนั้น

ชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

ชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

ทฤษฎีเดียวกันนี้ใช้กับการชาร์จแบตเตอรี่:

  • เมื่อแบตเตอรี่เหลือน้อยตัวควบคุมการชาร์จจะจ่ายพลังงานจำนวนมากเพื่อการชาร์จที่รวดเร็ว
  • เมื่อแบตเตอรี่ใกล้เต็มแบตเตอรี่จะทำให้เครื่องชาร์จช้าลงโดยการควบคุมแรงดันและกระแส
  • เมื่อแบตเตอรี่เต็มแบตเตอรี่จะส่งพลังงานเพียงหยดเดียวเพื่อให้ชาร์จเต็ม

นี่คือสิ่งที่เรียกว่าการชาร์จแบบหลายขั้นตอน

2.2 ตัวอย่าง: 3-4 สเตจ

กำหนดจุด:

เพื่อให้แน่ใจว่าคุณสามารถเข้าใจเนื้อหาต่อไปนี้ได้อย่างง่ายดายซึ่งอ้างถึงตัวอย่างของการชาร์จแบบหลายขั้นตอน (3-4 ขั้นตอน) ก่อนอื่นเรามาอธิบายศัพท์แสง "จุดที่กำหนด"

โดยสังเขป

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ถูกตั้งค่าให้เปลี่ยนอัตราการชาร์จที่แรงดันไฟฟ้าเฉพาะซึ่งเรียกว่าจุดที่กำหนด

โดยปกติแล้วจุดที่ตั้งไว้จะได้รับการชดเชยอุณหภูมิและเราจะพูดถึงหัวข้อนี้หลังจากตัวอย่างการชาร์จแบบหลายขั้นตอน

ตอนนี้เรามาดูตัวอย่างโดยละเอียด

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างจาก MorningStar ซึ่งมีการชาร์จ 4 ขั้นตอน

MorningStar 4 ขั้นตอนของการชาร์จ

ที่มา: MorningStar การชาร์จ 4 ขั้นตอน

2.2.1 ขั้นที่ 1: การเรียกเก็บเงินจำนวนมาก

ในขั้นตอนนี้แบตเตอรีแบตเตอรีเหลือน้อยและแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งไว้ ดังนั้นตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์จะส่งพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ให้มากที่สุดไปยังแบตเตอรีเพื่อชาร์จใหม่

2.2.2 ขั้นที่ 2: ค่าการดูดซึม

เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงจุดที่กำหนดแรงดันไฟฟ้าดูดซับแรงดันขาออกของตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์จะรักษาค่าที่ค่อนข้างคงที่ อินพุตแรงดันไฟฟ้าคงที่จะป้องกันแบตเตอรีจากความร้อนสูงเกินไปและแก๊สมากเกินไป โดยทั่วไปแบตเตอรีแบตเตอรีสามารถชาร์จจนเต็มได้ในขั้นตอนนี้

2.2.3 ขั้นที่ 3: ค่าลอย

อย่างที่เราทราบกันดีว่าแบตเตอรีแบตเตอรีถูกชาร์จจนเต็มในขั้นตอนการดูดซับและแบตเตอรี่ที่ชาร์จจนเต็มจะไม่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีได้อีกต่อไป พลังงานเพิ่มเติมจากตัวควบคุมการชาร์จจะเปลี่ยนเป็นความร้อนและแก๊สเท่านั้นเนื่องจากมีการชาร์จไฟมากเกินไป

หากินจากการแตะ

หากินจากการแตะ

ขั้นตอนการลอยได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันแบตเตอรีแบตเตอรีจากการชาร์จไฟเกินในระยะยาว ในขั้นตอนนี้ตัวควบคุมการชาร์จจะลดแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จและให้พลังงานในปริมาณเล็กน้อยเช่นหยดเพื่อรักษาแบตเตอรีแบตเตอรีและป้องกันไม่ให้เกิดความร้อนและการปล่อยก๊าซเพิ่มเติม

2.2.4 ขั้นที่ 4: ค่าปรับสมดุล

ประจุอีควอไลซ์ใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าการชาร์จแบบดูดซับเพื่อปรับระดับเซลล์ทั้งหมดในแบตเตอรี อย่างที่เราทราบกันดีว่าแบตเตอรี่ในซีรีส์หรือ / และแนวขนานเป็นแบตเตอรีแบตเตอรี หากเซลล์บางเซลล์ในแบตเตอรีไม่ได้รับการชาร์จจนเต็มขั้นตอนนี้จะทำให้เซลล์เหล่านี้ได้รับการชาร์จใหม่จนเต็มและทำปฏิกิริยาทางเคมีของแบตเตอรี่ทั้งหมด

น้ำเดือด

น้ำเดือด

เนื่องจากเป็นไปตามขั้นตอนที่ 3 (เมื่อแบตเตอรีเต็ม) เมื่อเราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและส่งพลังงานไปยังแบตเตอรี่มากขึ้นอิเล็กโทรไลต์จะดูเหมือนว่ากำลังเดือด ตามความเป็นจริงมันไม่ร้อน เป็นไฮโดรเจนที่สร้างขึ้นจากอิเล็กโทรไลต์ทำให้เกิดฟองจำนวนมาก ฟองอากาศเหล่านี้กวนอิเล็กโทรไลต์

การกวนอิเล็กโทรไลต์อย่างสม่ำเสมอด้วยวิธีนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับแบตเตอรีที่ถูกน้ำท่วม

เราสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นการคิดราคาแพงเกินไปเป็นระยะ แต่ก็มีประโยชน์ (บางครั้งจำเป็น) กับแบตเตอรี่บางชนิดเช่นแบตเตอรี่ที่ถูกน้ำท่วมและแบตเตอรี่ที่ไม่ได้ปิดผนึกเช่น AGM และ Gel

โดยทั่วไปคุณจะพบในข้อกำหนดของแบตเตอรี่ว่าค่าอีควอไลเซอร์ควรอยู่ได้นานแค่ไหนจากนั้นตั้งค่าพารามิเตอร์ในตัวควบคุมการชาร์จตามนั้น

2.3 ทำไมแบตเตอรีที่ถูกน้ำท่วมจึงต้องมีการปรับสมดุล

ในระยะสั้น

เพื่อป้องกันการเกิดซัลเฟตของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด

ปฏิกิริยาทางเคมีของการคายประจุ

ปฏิกิริยาทางเคมีของการคายประจุ

ปฏิกิริยาทางเคมีของการคายประจุแบตเตอรี่ทำให้เกิดผลึกซัลเฟตตะกั่วอ่อนซึ่งโดยปกติจะยึดติดกับพื้นผิวของแผ่นเปลือกโลก หากแบตเตอรี่ยังคงทำงานในสภาพเช่นนี้เมื่อเวลาผ่านไปผลึกซัลเฟตที่อ่อนนุ่มจะทวีคูณและหนักขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้ยากที่จะเปลี่ยนกลับไปเป็นของอ่อนหรือแม้กระทั่งกระตุ้นวัสดุที่เป็นส่วนหนึ่งของ อิเล็กโทรไลต์

การเกิดซัลเฟตของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดคือการระบาดของความล้มเหลวของแบตเตอรี่ ปัญหานี้เกิดขึ้นบ่อยในแบตเตอรีแบตเตอรีที่ชาร์จไฟไว้ในระยะยาว

หากชาร์จจนหมดแล้วผลึกซัลเฟตอ่อนสามารถเปลี่ยนกลับเป็นวัสดุที่ใช้งานได้ แต่แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์แทบจะไม่ได้รับการชาร์จเต็มโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไม่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีซึ่งแผงโซลาร์เซลล์มีขนาดเล็กเกินไปหรือแบตเตอรี่มีขนาดใหญ่เกินไป .

แบตเตอรีตะกั่วกรด

แบตเตอรีตะกั่วกรด

การชาร์จไฟเกินเป็นระยะที่ไฟฟ้าแรงสูงสามารถแก้ปัญหานี้ได้ กล่าวคือการชาร์จแบบอีควอไลเซอร์ซึ่งทำงานด้วยไฟฟ้าแรงสูงจะสร้างฟองอากาศและทำให้อิเล็กโทรไลต์กวน นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมด่านที่ 4 จึงมีความสำคัญต่อแบตเตอรี่ที่ถูกน้ำท่วม ในระบบสุริยะนอกกริดหลายแห่งเรามักใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า + เครื่องชาร์จเพื่อปรับสมดุลแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ถูกน้ำท่วมเป็นระยะ ๆ

2.4 ชุดควบคุมจุดเทียบกับอุณหภูมิ

ตั้งแต่ set-point การดูดซับ (ขั้นที่ 2), float set-point (ขั้นที่ 3) และ set-point ที่ทำให้เท่ากัน (ขั้นที่ 4) ทั้งหมดนี้สามารถชดเชยอุณหภูมิได้หากมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิเราขอสงวนคำบางคำไว้เล็กน้อยนี้ หัวข้อ.

ในตัวควบคุมการชาร์จขั้นสูงบางชุดจุดชาร์จแบบหลายขั้นตอนจะผันผวนตามอุณหภูมิของแบตเตอรี่ สิ่งนี้เรียกว่าคุณลักษณะ "การชดเชยอุณหภูมิ"

ตัวควบคุมมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิและเมื่ออุณหภูมิของแบตเตอรี่ต่ำจุดที่ตั้งไว้จะเพิ่มขึ้นและในทางกลับกันจะปรับตามเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

หัววัดเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

หัววัดเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

ตัวควบคุมบางตัวมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิในตัวดังนั้นจึงต้องติดตั้งไว้ใกล้กับแบตเตอรี่เพื่อตรวจจับอุณหภูมิ คนอื่น ๆ อาจมีหัววัดอุณหภูมิที่ควรต่อเข้ากับแบตเตอรี่โดยตรง สายเคเบิลจะเชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์เพื่อรายงานอุณหภูมิของแบตเตอรี่

หากแบตเตอรี่ของคุณถูกนำไปใช้ในสถานการณ์ที่มีความผันผวนของอุณหภูมิมากกว่า 15 องศาเซลเซียสทุกวันควรใช้ตัวควบคุมที่มีการชดเชยอุณหภูมิ

2.5 ชุดควบคุมจุดเทียบกับประเภทแบตเตอรี่

เมื่อเรามาถึงประเภทแบตเตอรี่ขอแนะนำบทความอื่นเกี่ยวกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบ Deep-Cycle ซึ่งมี 2 ประเภทคือแบบท่วมและแบบปิดผนึก แบตเตอรี่ตะกั่วกรดไม่เพียง แต่ประหยัด แต่ยังแพร่หลายในตลาดอีกด้วย

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ประเภทต่างๆ

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ประเภทต่างๆ

ประเภทแบตเตอรี่ยังส่งผลต่อการออกแบบ set-point สำหรับตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวควบคุมที่ทันสมัยมีคุณสมบัติช่วยให้คุณสามารถเลือกประเภทแบตเตอรี่ก่อนที่จะเชื่อมต่อกับระบบพลังงานแสงอาทิตย์

2.6 การกำหนดจุดที่เหมาะสมที่สุด

ในที่สุดเราก็มาถึงทฤษฎีเกี่ยวกับการกำหนดจุดเซตในอุดมคติ พูดตรงๆมันเป็นเรื่องของสมดุลระหว่างการชาร์จอย่างรวดเร็วและการชาร์จแบบหยด ผู้ใช้ระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ควรคำนึงถึงปัจจัยต่างๆเช่นอุณหภูมิโดยรอบความเข้มของแสงอาทิตย์ประเภทของแบตเตอรี่และแม้แต่โหลดเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน

จำเป็นต้องรับมือกับปัจจัย 1 หรือ 2 อันดับแรกเท่านั้น ซึ่งก็เพียงพอแล้วในกรณีส่วนใหญ่

บทที่ 3: อะไรคือหน้าที่ของตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์?

3.1 การป้องกันการคิดราคาแพงเกินไป

เมื่อชาร์จแบตเตอรี่จนหมดแล้วจะไม่สามารถเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ไว้เป็นพลังงานเคมีได้ แต่หากใช้พลังงานอย่างต่อเนื่องกับแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มในอัตราที่สูงพลังงานจะเปลี่ยนเป็นความร้อนและก๊าซซึ่งจะแสดงเป็นแบตเตอรี่ที่ท่วมขังและมีฟองอากาศจำนวนมากจากอิเล็กโทรไลต์ นั่นคือก๊าซไฮโดรเจนซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี ก๊าซเหล่านี้เป็นอันตรายเนื่องจากสามารถระเบิดได้ การชาร์จไฟมากเกินไปยังช่วยเร่งอายุแบตเตอรี่ จากนั้นเราต้องมีตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์

แบตเตอรี่เสียหายเนื่องจากการชาร์จไฟเกิน

แบตเตอรี่เสียหายเนื่องจากการชาร์จไฟเกิน

หน้าที่หลักของตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์คือการควบคุมแรงดันและกระแสที่สร้างโดยแผงโซลาร์เซลล์ที่ไปที่แบตเตอรี่เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่เกินและรับประกันว่าแบตเตอรี่จะอยู่ในสภาพการทำงานที่ปลอดภัยและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

หน่วยงานกำกับดูแลมี 3 ประเภท:

1. ตัวควบคุมปัจจุบัน

ตัวควบคุมกระแสจะทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ เพียงแค่เปิดหรือปิดวงจรเพื่อควบคุมการไหลของพลังงานไปยังแบตเตอรีเช่นเดียวกับการชาร์จจำนวนมากในระยะที่ 1 โดยปกติจะเรียกว่า shunt controllers ซึ่งไม่ได้ใช้อีกต่อไปเนื่องจากเทคโนโลยีล้าสมัย

2. การมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM)

ตัวควบคุม Shunt ปิดกระแสไฟอย่างสมบูรณ์ในขณะที่ตัวควบคุม PWM จะลดกระแสลงเรื่อย ๆ PWM คล้ายกับการชาร์จแบบลอยตัวขั้นที่ 3

เราจะมีการอภิปรายเชิงลึกเกี่ยวกับ PWM และ MPPT เมื่อเราเริ่มหัวข้อ: PWM VS MPPT อันไหนดีกว่ากัน

3. ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

การควบคุมแรงดันไฟฟ้าเป็นเรื่องปกติ ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์จะควบคุมการชาร์จโดยตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ มันค่อนข้างง่าย เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงค่าที่กำหนดคอนโทรลเลอร์จะป้องกันแบตเตอรี่จากการชาร์จไฟเกินโดยการลดกำลังไฟ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลดลงเนื่องจากการใช้พลังงานจำนวนมากคอนโทรลเลอร์จะอนุญาตให้ชาร์จไฟจำนวนมากได้อีกครั้ง

3.2 การปิดกั้นกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ

หน้าที่หลักประการที่สองคือป้องกันการไหลย้อนกลับ

ในเวลากลางคืนหรือเมื่อใดก็ตามที่ไม่มีแสงแดดแผงโซลาร์เซลล์จะไม่มีพลังงานที่จะแปลงเป็นไฟฟ้าและในระบบพลังงานแสงอาทิตย์แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรีแบตเตอรีจะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์เนื่องจากเราทุกคน รู้กระแสไฟฟ้าจากไฟฟ้าแรงสูงไปยังแรงดันไฟฟ้าต่ำ ดังนั้นหากไม่มีตัวควบคุมประจุกระแสไฟฟ้าจะไหลจากแบตเตอรีไปยังแผงโซลาร์เซลล์ซึ่งเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานเนื่องจากระบบพลังงานแสงอาทิตย์ใช้ความพยายามในการรวบรวมพลังงานในระหว่างวัน แต่เสียเพียงเล็กน้อยในเวลากลางคืน แม้ว่าการสูญเสียจะเป็นสัดส่วนเพียงเล็กน้อยจากพลังงานทั้งหมดที่รวบรวมได้ แต่ก็ไม่ยากที่จะแก้ไข

การปิดกั้นกระแสย้อนกลับในเวลากลางคืน

การปิดกั้นกระแสย้อนกลับในเวลากลางคืน

ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์สามารถจัดการกับปัญหานี้ได้

ตัวควบคุมส่วนใหญ่อนุญาตให้ไหลจากแผงโซลาร์เซลล์ไปยังแบตเตอรีแบตเตอรีเท่านั้นโดยออกแบบให้เป็นเซมิคอนดักเตอร์ในวงจรซึ่งส่งกระแสไปในทิศทางเดียวเท่านั้น

ตัวควบคุมบางตัวมีสวิตช์เชิงกลซึ่งเรียกอีกอย่างว่ารีเลย์ เมื่อรีเลย์คลิกเปิดและปิดคุณจะได้ยินเสียงดัง เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์ต่ำกว่าแบตเตอรีแบตเตอรีจะตรวจจับแล้วปิดวงจรโดยถอดแผงโซลาร์เซลล์ออกจากแบตเตอรีแบตเตอรี

3.3 การควบคุมโหลด

ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์บางตัวได้รับการออกแบบให้มีการควบคุมโหลดทำให้คุณสามารถเชื่อมต่อโหลด DC ได้เช่นหลอดไฟ LED (ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมอยู่ในเว็บไซต์ของเรา ไฟถนน LED พลังงานแสงอาทิตย์แบบ all-in-one) ตรงไปยังตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์และตัวควบคุมโหลดจะเปิดและปิดหลอดไฟตามการตั้งค่าล่วงหน้า (แรงดันแบตเตอรี่เซ็นเซอร์ตาแมวหรือตัวจับเวลา)

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ในไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ในไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์

ตัวอย่างเช่นโดยทั่วไปจะมีตัวจับเวลาในไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ LED และตัวควบคุมโหลดจะอ่านเวลาจากตัวจับเวลาจากนั้นดำเนินการคำสั่ง: เปิดไฟ LED เวลา 7:00 น. ตอนค่ำและปิดเวลา 6:00 น. เช้าวันรุ่งขึ้น. หรือตัวควบคุมโหลดจะอ่านข้อมูลจากเซ็นเซอร์ตาแมวจากนั้นควบคุมการเปิดและปิด LED ตามความสว่างของสภาพแวดล้อมโดยรอบ

3.4 ตัดการเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำ (LVD)

ลองนึกภาพว่าคุณกำลังต้มน้ำในหม้อและลืมปิดไฟจนกว่าน้ำเดือดจะระเหยทั้งหมด ไม่มีน้ำในหม้อแห้งและหม้อร้อนเกินไปอีกต่อไป หม้อถูกทำลายอย่างถาวร ในทำนองเดียวกันการปล่อยแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ออกจนหมดจะทำให้แบตเตอรี่เสียหายถาวร

หม้อที่ถูกเผา

หม้อที่ถูกเผา

แบตเตอรี่รอบลึก ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ความลึกของการปลดปล่อย (DOD) อาจมากถึง 80% อย่างไรก็ตามพวกมันมีความอ่อนไหวต่อความเสียหายถาวรหากปล่อยออกมามากถึง 90% หรือที่แย่กว่านั้นคือ 100%

หากคุณรอเพื่อปิดโหลด DC จากแบตเตอรี่จนกว่าคุณจะพบว่าไฟของคุณลดลงความเสียหายของแบตเตอรี่อาจเกิดขึ้นได้แล้ว ความจุของแบตเตอรี่และอายุการใช้งานจะลดลงทุกครั้งเมื่อเกิดการคายประจุมากเกินไป หากแบตเตอรี่ถูกตั้งค่าให้ทำงานในสถานะการคายประจุมากเกินไปในช่วงเวลาหนึ่งแบตเตอรี่จะถูกทำลายอย่างรวดเร็ว

ทางออกเดียวที่ใช้งานได้จริงในการป้องกันแบตเตอรี่จากการคายประจุมากเกินไปคือการปิดและเปิดโหลด (เช่นเครื่องใช้ไฟฟ้าไฟ LED และอื่น ๆ ) หากแรงดันไฟฟ้าหายจากการชาร์จจำนวนมาก

โดยปกติหากแบตเตอรี่ 12V ลดลงเหลือ 10.9 โวลต์แบตเตอรี่จะใกล้จะคายประจุมากเกินไป ในทำนองเดียวกัน 21.9 โวลต์สำหรับแบตเตอรี่ 24 โวลต์

แรงดันไฟฟ้าต่ำตัดการเชื่อมต่อ

แรงดันไฟฟ้าต่ำตัดการเชื่อมต่อ

หากระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในบ้านของคุณมีโหลด DC อยู่บ้างจำเป็นต้องมีคุณสมบัติ LVD LVD บางตัวรวมอยู่ในตัวควบคุมการชาร์จในขณะที่คนอื่นไม่ได้

3.5 การป้องกันโอเวอร์โหลด

ฟิวส์

ฟิวส์

เมื่อการไหลของกระแสอินพุตสูงกว่าที่วงจรสามารถจัดการได้อย่างปลอดภัยระบบของคุณจะโอเวอร์โหลด ซึ่งอาจทำให้ระบบของคุณร้อนเกินไปหรือทำให้เกิดไฟไหม้ได้ การโอเวอร์โหลดอาจเกิดจากสาเหตุที่แตกต่างกันเช่นการออกแบบสายไฟผิด (ไฟฟ้าลัดวงจร) หรืออุปกรณ์ที่มีปัญหา (พัดลมติดค้าง) โดยทั่วไปการรีเซ็ตปุ่มกดถูกออกแบบมาสำหรับวงจรป้องกันการโอเวอร์โหลด

อย่างไรก็ตามมีการป้องกันการโอเวอร์โหลดในตัวในตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์แต่ละตัว ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่มักต้องการการป้องกันความปลอดภัยสองเท่า: ฟิวส์หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ หากความสามารถในการรับสายไฟมีขนาดเล็กกว่าขีด จำกัด การโอเวอร์โหลดของคอนโทรลเลอร์คุณจำเป็นต้องตั้งฟิวส์หรือเบรกเกอร์ในวงจรของคุณ

3.6 การแสดงผล

การแสดงผลของตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์จะแตกต่างกันไปจากไฟแสดงสถานะ LED ไปจนถึงหน้าจอ LCD พร้อมข้อมูลแรงดันและกระแส การแสดงผลระบบพลังงานแสงอาทิตย์คือแผงหน้าปัดคอนโซลสำหรับรถยนต์ ข้อมูลเหล่านี้ให้ข้อมูลโดยละเอียดเพื่อให้คุณสามารถตรวจสอบสถานะของแบตเตอรีแบตเตอรีของคุณได้ว่าคุณใช้หรือสร้างพลังงานได้เท่าใด

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมไฟ LED

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมไฟ LED

หากระบบของคุณมีจอภาพในตัวอยู่แล้วคุณสมบัติการแสดงผลจะไม่สำคัญ แม้แต่จอภาพที่ถูกที่สุดก็มีมิเตอร์พื้นฐานเช่นเดียวกับที่คอนโทรลเลอร์มี

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมหน้าจอ LCD

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมหน้าจอ LCD

บทที่ 4: ตัวควบคุมการชาร์จ PWM

4.1 อภิธานศัพท์ที่ต้องรู้

ในตอนต้นเราจะอ่านอภิธานศัพท์ - ดูตารางต่อไปนี้

น้อยเซลล์VocVmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • โวค แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดคือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในเซลล์ PV เมื่อคุณวัดแผงโซลาร์เซลล์ในเงื่อนไขการทดสอบมาตรฐานตามทฤษฎี (STC) โดยเชื่อมต่อกับโวลต์มิเตอร์เท่านั้น แรงดันไฟฟ้าที่มิเตอร์ได้รับคือ Voc
  • Vmpแรงดันไฟฟ้าที่กำลังสูงสุดคือแรงดันไฟฟ้าขาออกของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เมื่อเชื่อมต่อกับระบบ PV
  • แรงดัน เป็นแรงดันอ้างอิงที่ใช้ในการจัดประเภทอุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ในระบบนอกตาราง ในระบบผูกกริดแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย (12v, 24v และ 48v) จะไม่มีความหมาย

แผงโซลาร์เซลล์ Monocrystalline 120V ขนาด 12W ที่ระบุพร้อมสี่เหลี่ยมซิลิกอน 36 ชิ้น

แผงโซลาร์เซลล์ Monocrystalline 120V ขนาด 12W ที่ระบุพร้อมสี่เหลี่ยมซิลิกอน 36 ชิ้น

แม้ว่าการชาร์จแบตเตอรี่จะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น แต่แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยสามารถช่วยคุณค้นหาอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง (เช่นแบตเตอรีแบตเตอรี) ที่แผงโซลาร์เซลล์สามารถจับคู่ได้

ดังนั้น

จริงๆแล้วแผงโซลาร์เซลล์ 12V มี Voc ที่ 22V และ Vmp ที่ 17V โดยมีช่องสี่เหลี่ยมซิลิกอน 36 ชิ้นที่ด้านหน้า

ในทำนองเดียวกัน

แผงโซลาร์เซลล์ 24V มี Voc ที่ 44V และ Vmp ที่ 36V พร้อมซิลิคอนสี่เหลี่ยม 72 ชิ้น

คุณอาจสงสัยว่าทำไมแผง 12 โวลต์ไม่ใช่ 12 โวลต์?

นี่คือข้อตกลง

4.2 ทำไมแผง 12 โวลต์ถึง 17 โวลต์

แบตเตอรี่ 12V ที่ชาร์จเต็มแล้วมีค่าประมาณ 12.6 โวลต์ ในการชาร์จแบตเตอรี่ 12V เราต้องการแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่สูงขึ้น - ประมาณ 13.7-14.4 โวลต์จากแผงโซลาร์เซลล์ แต่ทำไมเราออกแบบแผงโซลาร์เซลล์ Vmp เป็น 17V ไม่ใช่แค่ 14V?

Voc ของแผงโซลาร์เซลล์ถูกวัดภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐานหรือ STC และ Vmp ยังวัดภายใต้ STC ซึ่งอุณหภูมิแวดล้อมไม่ร้อนเกินไปความเข้มของแสงแดดก็สมบูรณ์แบบ - ไม่มีเมฆไม่มีหมอกควัน อย่างไรก็ตามเราไม่ได้โชคดีอย่างนั้นเสมอไป หากเราพบกับสภาพอากาศเลวร้ายตัวอย่างเช่นวันที่ฟ้าครึ้มหรือมีเมฆมากแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์จะลดลง ดังนั้นแผงควรได้รับการออกแบบให้มีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมเพื่อให้ระบบของคุณยังคงสามารถรับแรงดันไฟฟ้าได้เพียงพอแม้ว่าสภาพอากาศจะไม่เหมาะสมก็ตาม คือไม่มีแสงแดด

4.3 ประเภทตัวควบคุมการชาร์จ:

ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์มี 3 ประเภท:

  • ตัวควบคุม Shunt
  • PWM
  • MPPT

ตัวควบคุม Shunt: เรากล่าวถึงตัวควบคุม shunt เมื่อเราพูดถึงกฎข้อบังคับในปัจจุบัน - พวกมันทำหน้าที่เหมือนสวิตช์เปิดและปิดการไหลของกระแสไปยังแบตเตอรี่ คุณอาจยังเห็นระบบเก่าอยู่บ้างแม้ว่าระบบเหล่านี้จะถูกนำออกจากตลาดไปแล้วก็ตาม PWM และ MPPT เป็น 2 ประเภทหลักที่มีอยู่ในปัจจุบัน

ไปที่ PWM ก่อน

4.4 ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์ PWM คืออะไร?

PWM (Pulse Width Modulated) ทำงานโดยการปรับความกว้างพัลส์ปัจจุบัน

PWM ส่งไปยังพัลส์การชาร์จแบตเตอรีเป็นระยะ ๆ แทนที่จะส่งกำลังไฟที่คงที่ มันทำงานเหมือนกับการชาร์จแบบลอยตัวระยะที่ 3 ซึ่งสร้างกระแสน้ำไหลลงสู่แบตเตอรี่

แต่ความเร็ว (ความถี่) และความยาว (ความกว้าง) ของพัลส์จะถูกกำหนดโดยสถานะของแบตเตอรี่ที่ตรวจพบ หากแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้วและโหลดในระบบไม่ทำงาน PWM จะส่งพัลส์สั้น ๆ ทุกๆสองสามวินาทีเท่านั้น สำหรับแบตเตอรี่ที่หมดแล้วพัลส์จะใกล้จะต่อเนื่อง นี่คือหลักการทำงานเบื้องต้น

แม้ว่า PWM จะมีราคาไม่แพงกว่า MPPT เนื่องจากพัลส์ที่คมชัดทำให้ PWM สร้างขึ้นเมื่อประมวลผลสวิตช์เปิดและปิดอย่างรวดเร็วในระหว่างการทำงานทีวีวิทยุหรือสัญญาณโทรศัพท์ของคุณมักจะถูกรบกวน นั่นคือข้อเสียโดยธรรมชาติของ PWM

เมื่อระบบของคุณเลือก PWM เป็นตัวควบคุมการชาร์จสิ่งสำคัญคือต้องทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ระบุของแผงโซลาร์เซลล์เหมือนกับแรงดันไฟฟ้าที่ระบุของแบตเตอรี

คือ

PWM ในระบบ 12V

PWM ในระบบ 12V

หากแบตเตอรีแบตเตอรีของคุณเป็น 12V คุณต้องเลือกแผงโซลาร์เซลล์ 12V ด้วย

PWM ในระบบ 24V

PWM ในระบบ 24V

และถ้าแบตเตอรีแบตเตอรีของคุณเป็น 24V คุณต้องใช้แผงโซลาร์เซลล์ 24V หรือต่อแผงโซลาร์เซลล์ 12V สองชุดเข้าด้วยกันเพื่อให้เป็น 24V

PWM ในระบบ 48V

PWM ในระบบ 48V

แต่ถ้าแบตเตอรีแบตเตอรีของคุณเป็น 48V คุณจะต้องต่อแผงโซลาร์เซลล์ 12V สี่ชุดในซีรีส์หรือแผงโซลาร์เซลล์ 24V สองชุดต่อเนื่องกันเพื่อให้ได้ 48V

เป็นต้น

ในขณะเดียวกันตรวจสอบให้แน่ใจว่าข้อมูลจำเพาะของ PWM ตรงกับแบตเตอรีแบตเตอรีของคุณด้วย

4.5 ฉันต้องการตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่แค่ไหน: PWM

จะปรับขนาด PWM อย่างไรเมื่อเราออกแบบระบบ PV นอกกริด?

ขั้นตอนที่ 1รับ Isc (แอมป์ลัดวงจร) และแผงโซลาร์เซลล์ Voc (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด) จากแผ่นป้ายและหาจำนวนสายที่ขนานกันในแผงโซลาร์เซลล์

แผ่นป้ายแผงเซลล์แสงอาทิตย์

แผ่นป้ายแผงโซลาร์เซลล์

จากแผ่นป้าย

เราอ่าน Voc 22.1V และ Isc 8.68A และเรายืนยันว่าเป็นแผงโซลาร์เซลล์ 12V เล็กน้อยจาก Voc

เริ่มต้นด้วยตัวอย่างง่ายๆและสมมติว่าเรามีเพียง 1 สตริงที่ขนานกัน

ขั้นตอนที่ 2, คูณ Isc ด้วยจำนวนสตริงแบบขนาน

8.68Isc x 1 สตริง = 8.68A

ขั้นตอนที่ 3คูณด้วย 1.25 ปัจจัยด้านความปลอดภัย (เหตุใดปัจจัยจึงเป็น 1.25: อ้างถึง NEC 690.8 (A) (1) กระแสวงจรไฟฟ้าโซลาร์เซลล์)

8.68Isc x 1 สตริง x 1.25 = 10.85A

ดังนั้นเราสามารถเลือก PWM ที่กำลังรับน้ำหนักปัจจุบันควรมากกว่า 10.85A

PWM ในระบบ 24V 2 สาย

PWM ในระบบ 24V 2 สาย

ตอนนี้เรามาตรวจสอบอีกตัวอย่างหนึ่งด้วย 2 สายใน 2 แนวโดยใช้พาเนล 140w เดียวกันที่กล่าวถึงในตอนนี้

แต่จำไว้ว่า - เราใช้ตัวควบคุมการชาร์จ PWM ดังนั้นเราต้องใส่ใจกับจำนวนแผงที่อยู่ในสายเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ตรงกับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี

ในตัวอย่างนี้เรามี 2 สายคู่ขนานและ 2 แผงในอนุกรมดังนั้นแผงโซลาร์เซลล์จึงใช้สำหรับระบบแบตเตอรี่ 24V

8.68Isc x 2 สตริง x 1.25 = 21.7A

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ 25A PWM ก็เพียงพอแล้ว

บทที่ 5: ตัวควบคุมการชาร์จ MPPT

5.1 MPPT Solar Charge Controller ทำงานอย่างไร?

ความหมายของ MPPT คืออะไร?

MPPT เป็นคำย่อของ Maximum Power Point Tracking ซึ่งเป็นประเภทของการติดตามแบบดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์

MPPT มีความซับซ้อนมากขึ้น - และราคาแพงกว่า - จากทั้งสอง MPPT มีประสิทธิภาพการแปลงประมาณ 94% - 98% นั่นคือไฟเข้า (จากแผงโซลาร์เซลล์) เกือบเท่ากับไฟออก (ไปยังแบตเตอรีแบตเตอรี)

ตัวควบคุมการชาร์จ MPPT จะอ่านเอาต์พุตของแผงโซลาร์เซลล์และแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เพื่อหาจุดรับพลังงานที่ดีที่สุดในการดึงจากแผงโซลาร์เซลล์ จากนั้น MPPT จะลดแรงดันไฟฟ้าลงเพื่อให้เป็นไปตามแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ในขณะที่เพิ่มกระแส การทำเช่นนี้ MPPT สามารถเพิ่มพลังงานที่เราได้รับจากแผงโซลาร์เซลล์ได้เกือบ 40% เมื่อเทียบกับ PWM เนื่องจาก PWM ไม่สามารถเพิ่มกระแสเพื่อติดตามจุดพลังงานสูงสุดได้

ซึ่งแตกต่างจาก PWM ซึ่งต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่ตรงกันทั้งสองด้าน MPPT สามารถนำไปใช้กับระบบ PV ซึ่งแรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะสูงกว่าแบตเตอรีแบตเตอรี คุณลักษณะนี้ทำให้ MPPT มีข้อดีหลายประการซึ่งเราจะพูดถึงในบทที่ 6

ตอนนี้

มาดูตัวอย่างกันดีกว่าเพื่อให้คุณจับประเด็นได้อย่างรวดเร็ว

5.2 ขนาด mppt solar charge controller?

จำแผง 20V ที่ระบุพร้อมเซลล์ 60 ชิ้นได้หรือไม่?

ในวงจร PWM มีขนาดใหญ่เกินไปที่จะจับคู่แบตเตอรีขนาด 12V และเล็กเกินไปสำหรับแบตเตอรีขนาด 24V แต่ MPPT สามารถแก้ไขสถานการณ์ที่น่าอับอายนี้ได้

แผง 20V มี 30Vmp และ 9A Imp และกำลังไฟ = 30 x 9 = 270W

สมมติว่าแผง 20V ใช้กับแบตเตอรี่ 12V MPPT จะแปลง 30V ลงเป็นประมาณ 14V เพื่อชาร์จแบตเตอรี่และเพิ่มกระแสเพื่อให้สามารถดึงพลังงานสูงสุดจากแผงโซลาร์เซลล์ได้

ถ้าเราลด 30V เป็น 14V อัตราที่ลดลงคือ

30 / 14 = 2.14

จากนั้นกระแสที่เพิ่มขึ้นคือ

9 x 2.14 = 19.28 ก.

ในที่สุด

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 วัตต์ (กำลังไฟฟ้าเท่ากับกำลังออก);

เนื่องจากกระแสไฟขาออกคือ 19.28A เราจึงคูณด้วยปัจจัยปลอดภัย 1.25

เราได้รับ

19.28 x 1.25 = 24.1 ก.

ดังนั้นจะเป็นการดีที่เราจะเลือก MPPT ที่มีความจุปัจจุบันมากกว่า 24.1A

อีกตัวอย่างหนึ่งที่มี 2 สายใน 2 แนวโดยใช้แผง 20V ที่ระบุเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ 12V: กำลังไฟทั้งหมดเป็น

270 x 4 = 1080 วัตต์

ผลลัพธ์ปัจจุบันจะเป็น

1080/14 = 77.14 ก.

คูณด้วย 1.25

77.14 x 1.25 = 96.43 ก.

ดังนั้นเราจะเลือก 100A MPPT

5.3 ขนาดตัวควบคุมการชาร์จ: แรงดันไฟฟ้าของตัวควบคุม

อีกสิ่งหนึ่งที่เราต้องให้ความสนใจเมื่อปรับขนาดตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์คือแรงดันไฟฟ้า ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคอนโทรลเลอร์สามารถรับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจากแผงควบคุมได้ ตัวควบคุมการชาร์จ 150V สามารถพกพาแผงควบคุมขนาด 20v ได้สามชุดเท่านั้น คุณอาจสงสัยว่า… 3 x 20 = 60V? ที่ห่าง 150V!

ทำไม?

นั่นเป็นเพราะแรงดันไฟฟ้าจริงที่แผงโซลาร์เซลล์สร้างขึ้นอาจสูงกว่า 20V มาก บางครั้งสูงกว่า Vmp 30V ดังนั้นเราจึงใช้ Voc ในการคำนวณ Voc = 38V.

3 x 38 = 114V

จากนั้นแผง 20V ที่ระบุสามชุดในซีรีส์คือ 114V

ตาราง NEC 690.7

ตาราง NEC 690.7

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแผงจะเพิ่มขึ้นในสภาพอากาศหนาวเย็นโปรดดู NEC ตารางที่ 690.7 จากนั้นเราเลือกปัจจัยที่ปลอดภัยที่สุด 1.25 คูณ 114v ด้วย 1.25

เราได้รับ

114 x 1.25 = 142.5V.

ตอนนี้คุณสามารถเข้าใจได้แล้วว่าทำไมคอนโทรลเลอร์ 150V จึงรองรับ 20V สามชุดเท่านั้นโดยเฉพาะในฤดูหนาว

ปัจจุบันคอนโทรลเลอร์ที่พัฒนาขึ้นใหม่อาจมีแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นมาก บางรุ่นรองรับอินพุตได้มากถึง 700V ด้วยซ้ำ สิ่งนี้สำคัญมากเมื่อแผงโซลาร์เซลล์ของคุณอยู่ห่างจากแบตเตอรีแบตเตอรีของคุณ

ลองสำรวจเหตุผลในบทที่ 6

บทที่ 6: PWM เทียบกับ MPPT

6.1 PWM เทียบกับ MPPT: อันไหนดีกว่ากัน?

เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของคอนโทรลเลอร์ทั้งสอง (PWM & MPPT) ในบทก่อนหน้านี้ เราสังเกตกันดีว่า PWM ไม่ได้แปลงแรงดันไฟฟ้าพิเศษเป็นกระแสซึ่งส่งผลให้อัตราการแปลงพลังงานต่ำ กล่าวอีกนัยหนึ่ง PWM ไม่ได้ถ่ายโอนพลังงานทั้งหมดที่แผงโซลาร์เซลล์เก็บรวบรวมไปยังแบตเตอรี่ แต่ MPPT มักจะติดตามจุดพลังงานสูงสุดจากแผงควบคุมและปรับกระแสและแรงดันให้เหมาะสมเพื่อให้สามารถถ่ายโอนพลังงานทั้งหมดที่แผงโซลาร์เซลล์รวบรวม ไปยังแบตเตอรี่

PWM กับ MPPT

PWM กับ MPPT

ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมจะอธิบายสิ่งนี้อย่างชัดเจน:

สูตรทางกายภาพพื้นฐาน:

กำลังไฟฟ้า (วัตต์) = V (โวลต์) x I (แอมป์)

หากเราใช้แผงโซลาร์เซลล์ 12V, 100W เล็กน้อยเพื่อชาร์จระบบแบตเตอรี่ 12V Vmp จริงคือ 17V และเราสามารถคำนวณเอาต์พุตปัจจุบันได้:

ฉัน = กำลัง / V

ผม = 100/17 = 5.88 แอมป์

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเอาต์พุตของแผงคือ 17V และ 5.88A

สถานการณ์จำลอง 1: ระบบเซลล์แสงอาทิตย์มีตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์ PWM

PWM จะลากแรงดันไฟฟ้าลงไปที่แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ - ประมาณ 14V หลังจากผ่าน PWM พลังงานแสงอาทิตย์จะเหลือเพียง 14V และ 5.88A

นั่นคือ:

P = V x I = 14 x 5.88 = 82.32 วัตต์

สถานการณ์จำลอง 2: ระบบโซลาร์เซลล์มาพร้อมกับตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์ MPPT

MPPT ไม่เพียง แต่ลากแรงดันไฟฟ้าลงไปที่ 14V แต่ยังเพิ่มกระแสไฟฟ้าเพื่อให้พลังงานเกือบเท่ากับกำลังไฟ

ดังนั้นหากแรงดันไฟฟ้าลดลง 17/14 = 1.21

จากนั้นกระแสไฟฟ้าไปยังแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น 1.21 เราจะได้รับ

5.88 x 1.21 = 7.11A

พลังงานทั้งหมดออก

P = 14 x 7.11 = 99.54 ว

ในตัวอย่างนี้ PWM เสียพลังงานคือ

99.54 - 82.32 = 17.22 ว

พลังงานเกือบ 20% ไม่ได้เปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีจากแบตเตอรี่ หากเราพิจารณาสถานการณ์ในแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่การสูญเสียอาจมหาศาลมาก

ดังนั้นจึงควรใช้ MPPT สำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่

6.2 จุดแข็งของ MPPT

ก) ประสิทธิภาพการแปลงสูง

หากระบบเซลล์แสงอาทิตย์ของคุณมาพร้อมกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ MPPT จะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดในการเพิ่มการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์โดยเฉพาะในสภาพอากาศหนาวเย็นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแผงจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง อัตราการแปลง MPPT อาจเพิ่มขึ้นจาก 20% เป็น 40% นั่นคือพลังงานสีเขียวและฟรีที่ช่วยประหยัดเงินในบิลของคุณ

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ในระยะไกล

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ในระยะไกล

b) ลดการสูญเสียพลังงานในสายเคเบิลหรือลดต้นทุนในการซื้อสายเคเบิล

โปรดจำไว้ สูตรกฎของโอห์ม

V (โวลต์) = R (โอห์ม) x I (แอมป์)

กำลังขับ P(วัตต์) = V (โวลต์) x I (แอมป์)

So

การสูญเสียความต้านทาน PR(วัตต์) = R (โอห์ม) x I2 (แอมป์)

จากนั้นหากติดตั้งแผง PV ของคุณเป็นระยะทางไกลจากแบตเตอรีแบตเตอรีของคุณการสูญเสียพลังงานของความต้านทานสายเคเบิลก็มีมาก (PR = R x ฉัน2  ). ที่นี่ R แสดงถึงความต้านทานของสายเคเบิล R เพิ่มขึ้นเมื่อความยาวสายเคเบิลเพิ่มขึ้น:

สูตรต้านทานสายเคเบิล

สูตรต้านทานสายเคเบิล

แต่ถ้าเราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์เป็นสองเท่าโดยการเดินสายไฟในอนุกรมเพิ่มเติมตาม P = V x I ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของกำลังขับทั้งหมด Pดังนั้นกระแสผ่านสายเคเบิลฉันควรเป็นครึ่งหนึ่ง

ในที่สุดความต้านทาน PR(วัตต์) = R (โอห์ม) x I2 (แอมป์) จะเป็นหนึ่งในสี่กว่าที่ผ่านมา

ในความเป็นจริงด้วย MPPT คุณสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้สูงขึ้นเพื่อลดการไหลของกระแส

ในกรณีนี้เราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแผงควบคุมเพื่อลดการสูญเสียความต้านทานผ่านสายเคเบิลและเนื่องจากเราใช้ MPPT ซึ่งติดตามการเก็บเกี่ยวพลังงานสูงสุดจากแผงควบคุมอยู่เสมอเราจึงไม่มีแรงดันไฟฟ้าเสียอย่างที่ PWM อาจมี

เราสามารถตรวจสอบหัวข้อนี้จากแง่มุมอื่น หากคุณไม่สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแผงได้คุณต้องหาวิธีแก้ปัญหาเพื่อลดความต้านทานของสายเคเบิลเนื่องจากความต้านทาน = ความต้านทาน×ความยาว / พื้นที่ดูเหมือนว่าวิธีเดียวคือการใช้สายเคเบิลที่มีพื้นที่ขวางขนาดใหญ่และนั่นจะเป็นอีกวิธีที่ใหญ่ จำนวนเงินที่จะใช้จ่าย

สรุปได้ว่าเมื่อมาพร้อมกับระบบขนาดเล็ก PWM เป็นทางออกที่ดีเนื่องจากมีราคาไม่แพง แต่สำหรับระบบขนาดใหญ่เพื่อปรับปรุงอัตราการแปลงและไม่ต้องเสียความสามารถของแผงโซลาร์เซลล์ในการควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ MPPT จึงเป็นที่ต้องการ MPPT จะถูกนำไปใช้กับระบบไฟฟ้าที่สูงขึ้นเสมอ

6.3 ข้อดีข้อเสีย

การเรียนรู้ข้อมูลที่มีความรู้จากเนื้อหาก่อนหน้านี้เป็นสิ่งที่จำเป็นก่อนที่จะตัดสินใจซื้อเครื่องควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับระบบ PV ของคุณ ขอแนะนำให้ใช้ตารางเปรียบเทียบแสดงความแตกต่างระหว่าง PWM และ MPPT ดังนั้นเราจึงรวบรวมข้อดีข้อเสียไว้ด้วยกันเพื่อให้คุณตรวจสอบได้สะดวกยิ่งขึ้น

ข้อดีจุดด้อย
PWM
  • เทคโนโลยี PWM มีอยู่ในระบบ PV มานานแล้วและเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างเสถียรและเป็นผู้ใหญ่
  • คุ้มค่าและราคาไม่แพงสำหรับผู้บริโภคส่วนใหญ่
  • PWM สามารถทนต่อโหลดได้สูงสุด 60 แอมป์ในปัจจุบัน
  • PWM ส่วนใหญ่มีโครงสร้างการกระจายความร้อนที่เหมาะสมทำให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง
  • PWM มีหลายขนาดเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลาย
  • หากใช้ PWM กับระบบสุริยะโซลาร์เซลล์แรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์จะต้องตรงกับแบตเตอรีแบตเตอรี
  • กำลังรับน้ำหนักปัจจุบันของ PWM เดียวยังไม่ได้รับการพัฒนาและยังคงสูงถึง 60 แอมป์เท่านั้น
  • ตัวควบคุมการชาร์จ PWM ที่มีขนาดเล็กกว่าบางตัวไม่สามารถอยู่ในรายการ UL เนื่องจากการออกแบบโครงสร้างที่ไม่ดี
  • PWM ขนาดเล็กบางรุ่นไม่มีอุปกรณ์ท่อร้อยสายไฟ
  • PWM มีปัญหาสัญญาณรบกวนในบางครั้ง ตัวควบคุมสร้างเสียงรบกวนในทีวีหรือวิทยุ
  • PWM จำกัด การขยายตัวของระบบสุริยะโซลาร์เซลล์ในระดับหนึ่ง
  • ไม่สามารถใช้กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์นอกตารางไฟฟ้าแรงสูงได้
MPPT
  • MPPT ช่วยเพิ่มการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์และอัตรานี้มีประสิทธิภาพมากกว่า PWM ถึง 40%
  • MPPT สามารถใช้ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่
  • MPPT สามารถทนกระแสโหลดได้สูงสุด 80 แอมป์
  • MPPT มีการรับประกันที่ยาวนานกว่า PWM
  • MPPT ไม่ จำกัด การขยายแผงโซลาร์เซลล์ในระบบ
  • MPPT เป็นโซลูชันเดียวสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฮบริด
  • MPPT แพงกว่า PWM ราคาของบางรุ่นเป็นสองเท่าของตัวควบคุมการชาร์จ PWM
  • เนื่องจาก MPPT มีส่วนประกอบและฟังก์ชันมากกว่าขนาดทางกายภาพจึงใหญ่กว่า PWM
  • MPPT มีความซับซ้อนมากกว่าดังนั้นโดยส่วนใหญ่เราต้องปฏิบัติตามคำแนะนำเมื่อปรับขนาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์
  • ตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ MPPT บังคับให้แผงโซลาร์เซลล์ต่อสายเป็นสายอย่างต่อเนื่อง

6.4 ระบบ Solar PV ทุกระบบจำเป็นต้องมีตัวควบคุมการชาร์จหรือไม่?

คำตอบคือไม่

โดยทั่วไปหากแผงโซลาร์เซลล์ของคุณมีขนาดน้อยกว่า 5 วัตต์สำหรับแบตเตอรี่ทุกๆ 100 แอมป์ชั่วโมงคุณก็ไม่จำเป็นต้องมีตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์

นี่คือสูตรที่เราสามารถใช้ได้:

Quotient = ความจุแบตเตอรี่ (ชั่วโมงแอมป์) / Imp ของแผงโซลาร์เซลล์ (แอมป์)

หากผลหารมีขนาดใหญ่กว่า 200 คุณไม่จำเป็นต้องมีคอนโทรลเลอร์ มิฉะนั้นคุณควรติดตั้งคอนโทรลเลอร์

ตัวอย่างเช่นหากคุณมีแบตเตอรี่ 200AH และแผง 20W ผลหารจะเป็น 200 / 1.18 = 169.5; ในกรณีนี้คุณต้องมีตัวควบคุม

หากคุณมีแบตเตอรี่ 400AH และแผง 10W ผลหารจะเป็น 400 / 0.59 = 677.9; ในกรณีนี้คุณไม่จำเป็นต้องมีตัวควบคุม

อภิธานศัพท์

  • กำหนดคะแนนแรงดันไฟฟ้าเฉพาะที่กำหนดไว้สำหรับตัวควบคุมการชาร์จเพื่อเปลี่ยนอัตราการชาร์จ
  • กระทรวง: Depth of Discharge สัดส่วนของความจุแบตเตอรี่ (แอมป์ชั่วโมง) ที่ถอดออกจากแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้ว ตัวอย่างเช่นหากความจุแบตเตอรี่ทั้งหมดคือ 100 Ah และ 40 Ah หมดประจุแล้ว DoD จะเท่ากับ 40%
  • แบตเตอรี่รอบลึก: แบตเตอรี่ตะกั่วกรดซึ่งสามารถคายประจุออกได้อย่างล้ำลึกจนมีประจุไฟฟ้าต่ำ แบตเตอรี่รอบลึกมี DoD สูง
  • ภูตผีปีศาจ: กระแสไฟฟ้าสูงสุด ผลหารของกำลังสูงสุดโดย Vmp
  • เอสทีซี: เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐานสภาวะที่เหมาะสมที่สุดในห้องปฏิบัติการที่มีการทดสอบฟิกซ์เจอร์
  • Voc: แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในเซลล์ PV เมื่อคุณวัดแผงโซลาร์เซลล์ในเงื่อนไขการทดสอบมาตรฐานทางทฤษฎี (STC) โดยเชื่อมต่อกับโวลต์มิเตอร์เท่านั้น แรงดันไฟฟ้าที่มิเตอร์ได้รับคือ Voc
  • Vmp: แรงดันไฟฟ้าที่กำลังสูงสุดแรงดันขาออกของแผงโซลาร์เซลล์เมื่อเชื่อมต่อกับระบบ PV
  • แรงดัน: แรงดันไฟฟ้าอ้างอิงที่ใช้ในการจัดประเภทอุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ในระบบนอกกริด ในระบบผูกกริดแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย (12v, 24v และ 48v) จะไม่มีความหมาย
  • Isc: กระแสไฟฟ้าลัดวงจรกระแสไฟฟ้าสูงสุดในวงจรภายนอกที่ไม่มีโหลดหรือความต้านทานใด ๆ