Bölüm 1: Solar şarj kontrolörü nedir?

Bir solar şarj kontrolörü veya solar şarj regülatörü, pilleri kimyasal enerji depolama çözümü olarak kullanan hemen hemen tüm güneş enerjisi sistemlerinde önemli bir araçtır. Bağımsız olarak veya hibrit güneş enerjisi sistemleri ancak şarj edilebilir pilleri olmayan düz şebekeye bağlı sistemlerde kullanılmaz.

bağımsız güneş enerjisi sistemi

Bağımsız güneş enerjisi sistemi

İki temel işlevi çok basittir:

  1. Pillerin aşırı şarj olmasını önler
  2. Ters akımın akışını engeller.

Aşırı şarj, pilin aşırı ısınmasına veya çok büyük bir olasılıkla yangına neden olabilir. Aşırı şarj edilmiş derin döngülü su basmış piller, patlayıcı olan hidrojen gazı da yayabilir. Dahası, aşırı şarj, pili hızla mahvedecek ve böylece ömrünü önemli ölçüde kısaltacaktır.

Yanmış kurşun asit pil

Yanmış kurşun asit pil

Solar şarj kontrolörleri, güneş panellerinin voltajı pillerin voltajından daha düşük olduğunda gece pillerden güneş panellerine ters akım akışını engelleyebilir.

Ayrıca, solar şarj kontrolörleri, batarya sıcaklık sensörü ve kompanzasyonu, Düşük voltajlı bağlantı kesme (LVD), Yük kontrolü (gün batımından gün batımına kadar), Ekranlar, uzaktan izleme ve yönlendirme yükü kontrolü gibi diğer isteğe bağlı özelliklere sahiptir.

Bu işlevleri ve özellikleri tek tek kontrol etmek için makaleye dalalım.

Bölüm 2: Pili şarj etme: Çok aşamalı şarj

Ama doğrudan dalmadan önce Bölüm 3: Solar şarj kontrolörünün işlevleri ve özellikleri, bir pilin şarj edilmesiyle ilgili gerekli bilgilere bir göz atsak iyi olur.

Bu bilgi parçasına zaten aşina iseniz, buradan 3. bölüme geçebilirsiniz.

Bardağa su dökün

Bir bardağa su dökün

2.1 Kısa yorumlama

Bir bardağa su döktüğünüzü hayal edin - başlangıçta daha hızlı akacaksınız; bardak dolmak üzereyken su akışı yavaşlar, böylece su fincandan taşmaz. Aksine, daha hızlı bir şekilde su dökmeye devam ederseniz, sonunda akışı zamanında durdurmak sizin için zordur ve o bardaktan su taşar.

Güneş pilini şarj etme

Güneş pilini şarj etme

Aynı teori bir pili şarj etmek için de geçerlidir:

  • Pil azaldığında, şarj kontrol cihazı hızlı bir şarj için çok fazla enerji sağlar
  • Akü dolmak üzereyken voltajını ve akımını düzenleyerek şarj cihazını yavaşlatır.
  • Pil dolduğunda, tam şarjı korumak için yalnızca bir miktar güç gönderir.

Bu, çok aşamalı şarj olarak adlandırılır.

2.2 Örnek: 3-4 Aşama

Set sayıları:

Çok aşamalı bir ücretlendirme örneğini (3-4 Aşama) ifade eden aşağıdaki içeriği kolayca anlayabilmeniz için öncelikle "ayar noktaları" jargonunu açıklayalım.

Mektupta,

solar şarj kontrol cihazı, şarj oranını ayar noktaları olarak adlandırılan belirli voltajlarda değiştirecek şekilde ayarlanmıştır.

Ayar noktaları genellikle sıcaklık dengelemelidir ve bu konuyu çok aşamalı şarj örneğinden sonra tartışacağız.

Şimdi, örneği ayrıntılı olarak inceleyelim

Aşağıda, 4 aşamalı şarj olan MorningStar'dan bir örnek verilmiştir.

MorningStar 4 aşamalı şarj

Kaynak: MorningStar, 4 aşamalı şarj

2.2.1 1. Aşama: Toplu Şarj

Bu aşamada, akü grubu düşüktür ve voltajı, emilim voltajı ayar noktasından düşüktür. Bu nedenle, güneş enerjisi şarj kontrol cihazı, yeniden şarj edilmesi için batarya bankasına mümkün olduğunca fazla kullanılabilir güneş enerjisi gönderecektir.

2.2.2 Aşama 2: Soğurma Yükü

Voltajı, absorpsiyon voltajı ayar noktasına ulaştığında, solar şarj kontrol cihazının çıkış voltajı nispeten sabit bir değer tutacaktır. Sabit voltaj girişi, bir pil bankasının aşırı ısınmasını ve aşırı gazlanmasını önler. Genel olarak, pil bankası bu aşamada tamamen şarj edilebilir.

2.2.3 Aşama 3: Tampon şarj

Bildiğimiz gibi, batarya bankası emilim aşamasında tamamen şarj edilmiş durumda ve tam dolu bir batarya artık güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüremiyor. Şarj kontrol cihazından gelen daha fazla güç, aşırı şarj olduğu için yalnızca ısıtma ve gaz vermeye dönüştürülecektir.

Dokunmadan akıntı

Dokunmadan akıntı

Şamandıra aşaması, pil bankasının uzun süreli aşırı şarj olmasını önlemek için tasarlanmıştır. Bu aşamada, şarj kontrol cihazı, akü bankasını korumak ve daha fazla ısınma ve gazlanmayı önlemek için şarj voltajını düşürür ve damlama gibi çok az miktarda güç sağlar.

2.2.4 4. Aşama: Eşitleme ücreti

Dengeleme şarjı, bir akü bankasındaki tüm hücreleri dengelemek için emilim şarjından daha yüksek bir voltaj kullanır. Bildiğimiz gibi seri ve / veya paralel piller bir pil bankası oluşturur. Pil bankasındaki bazı hücreler tam olarak şarj edilmemişse, bu aşama hepsinin tamamen şarj olmasını ve tüm pil kimyasal reaksiyonlarını tamamlamasını sağlayacaktır.

Kaynayan su

Kaynayan su

Aşama 3'ü takip ettiğinden (akü grubu tamamen şarj olduğunda) voltajı yükselttiğimizde ve akülere daha fazla güç gönderdiğimizde elektrolitler kaynıyormuş gibi görünecek. Gerçekte, sıcak değil; elektrolitlerden üretilen hidrojendir ve çok fazla kabarcık üretir. Bu kabarcıklar elektrolitleri karıştırır.

Elektrolitleri bu şekilde düzenli olarak karıştırmak, su basmış bir pil bankası için çok önemlidir.

Bunu periyodik bir aşırı şarj olarak kabul edebiliriz, ancak AGM ve Jel gibi sulu aküler ve sızdırmaz aküler gibi belirli aküler için yararlıdır (bazen gereklidir).

Yaygın olarak, akü özelliklerinde dengeleme şarjının ne kadar sürmesi gerektiğini bulabilir ve ardından parametreyi şarj kontrol cihazında buna göre ayarlayabilirsiniz.

2.3 Neden su basmış akü bankalarının eşitlemeye ihtiyacı var

Kısacası,

kurşun asitli bir pilin sülfatlaşmasını önlemek için.

boşaltmanın kimyasal reaksiyonu

Boşaltmanın kimyasal reaksiyonu

Akü boşalmasının kimyasal reaksiyonları, genellikle plakaların yüzeyine yapışan yumuşak kurşun sülfat kristalleri oluşturur. Batarya bu tür bir durumda çalışmaya devam ederse, zaman geçtikçe, yumuşak sülfat kristalleri çoğalır ve daha da sertleşir, bu da onları yumuşak olanlara dönüştürmeyi oldukça zorlaştırır ve hatta bir parçası olan malzemeleri daha da etkinleştirir. elektrolit.

Kurşun asitli akülerin sülfatlaşması, akü arızasının belasıdır. Bu sorun, uzun süreli, yetersiz şarj edilmiş akü gruplarında yaygındır.

Tamamen şarj edilirse, yumuşak sülfat kristalleri tekrar aktif malzemelere dönüştürülebilir, ancak bir güneş pili nadiren tam olarak yeniden şarj edilir, özellikle de güneş panelinin çok küçük olduğu veya pil bankasının çok büyük olduğu, iyi tasarlanmamış bir güneş PV sisteminde .

Kurşun-asit akünün sülfatlanması

Kurşun-asit akünün sülfatlanması

Yalnızca yüksek voltajda periyodik bir aşırı şarj bu sorunu çözebilir; yani, yüksek voltajda çalışan dengeleme şarjı kabarcıklar oluşturur ve elektroliti karıştırır. Bu nedenle aşama 4, su basmış bir pil bankası için çok önemlidir. Çoğu şebekeden bağımsız güneş enerjisi sisteminde, su basmış güneş bataryasını batarya özelliklerine göre periyodik olarak eşitlemek için genellikle bir jeneratör + şarj cihazı kullanırız.

2.4 Kontrol ayar noktaları ile sıcaklık karşılaştırması

Absorpsiyon ayar noktası (aşama 2), şamandıra ayar noktası (aşama 3) ve eşitleme ayar noktası (aşama 4), bir sıcaklık sensörü varsa sıcaklık için telafi edilebildiğinden, bu küçük şey için birkaç kelime ayırmak istiyoruz. konu.

Bazı gelişmiş şarj denetleyicilerinde, çok aşamalı şarj ayar noktaları pilin sıcaklığıyla dalgalanır. Buna "sıcaklık telafisi" özelliği denir.

Denetleyicide bir sıcaklık sensörü bulunur ve pil sıcaklığı düşük olduğunda, ayar noktası yükseltilir ve bunun tersi de geçerlidir - sıcaklık yükseldiğinde buna göre ayarlanır.

Sıcaklık sensörü probu

Sıcaklık sensörü probu

Bazı kontrolörlerde yerleşik sıcaklık sensörleri bulunur, bu nedenle sıcaklığı algılamak için pilin yakınına kurulmaları gerekir. Diğerlerinde doğrudan aküye takılması gereken bir sıcaklık probu olabilir; pil sıcaklığını bildirmek için bir kablo onu denetleyiciye bağlayacaktır.

Pilleriniz, sıcaklık dalgalanmalarının her gün 15 santigrat dereceden daha büyük olduğu bir duruma uygulanıyorsa, sıcaklık dengelemeli bir kontrolör kullanılması tercih edilir.

2.5 Kontrol ayar noktaları ile pil türü karşılaştırması

Pil tipine geldiğimizde güneş pilleri ile ilgili bir yazı daha öneriyoruz.

Çoğu güneş enerjisi sistemi, 2 tipi olan derin döngülü, kurşun asit bataryayı kullanır: su basmış tip ve sızdırmaz tip. Kurşun asitli su basmış bir batarya sadece ekonomik değil, aynı zamanda piyasada da yaygın.

Çeşitli güneş pili türleri

Çeşitli güneş pili türleri

Pil türleri ayrıca solar şarj denetleyicileri için ayar noktalarının tasarımını da etkiler; modern kontrolörler, bir güneş enerjisi sistemine bağlanmadan önce pil tiplerini seçmenize izin verme özelliğine sahiptir.

2.6 İdeal ayar noktalarının belirlenmesi

Son olarak, ideal ayar noktalarını belirleme ile ilgili teoriye geliyoruz. Açıkçası, hızlı şarj ve bakım damlatmalı şarj arasındaki denge ile ilgili. Bir güneş enerjisi sisteminin kullanıcısı, ortam sıcaklığı, güneş yoğunluğu, pil tipi ve hatta ev aletleri yükleri gibi çeşitli faktörleri dikkate almalıdır.

Yalnızca ilk 1 veya 2 faktörle başa çıkmak gerekir; bu çoğu durumda yeterlidir.

Bölüm 3: Solar şarj kontrol cihazının işlevi nedir?

3.1 Aşırı şarjın önlenmesi

Bir pil tamamen şarj olduğunda, kimyasal enerji olarak daha fazla güneş enerjisi depolayamaz. Ancak, tam olarak şarj edilmiş bataryaya sürekli olarak yüksek hızda güç uygulanırsa, güç ısıya ve gazlaşmaya dönüşecek ve bu da elektrolitlerden çok sayıda kabarcık içeren su basmış bir batarya olarak mevcut olacaktır. Bu, kimyasal bir reaksiyondan elde edilen hidrojen gazıdır. Bu gazlar patlayıcı oldukları için tehlikelidir. Aşırı şarj etme, pilin yaşlanmasını da hızlandırır. Ve sonra bir solar şarj kontrol cihazına ihtiyacımız var.

Aşırı şarj nedeniyle hasarlı pil

Aşırı şarj nedeniyle hasarlı pil

Solar şarj kontrol cihazının ana işlevi, pillerin aşırı şarj olmasını önlemek için pillere giden güneş panellerinin ürettiği voltaj ve akımı düzenlemek ve pillerin güvenli bir çalışma koşulunu ve daha uzun bir kullanım ömrünü garanti etmektir.

3 tür düzenleyici vardır:

1. Akım regülatörü

Bir akım regülatörü bir anahtar görevi görür. Tıpkı 1. aşama toplu şarj gibi, pil bankasına giden enerji akışını kontrol etmek için devreyi açar veya kapatır. Eski teknolojileri nedeniyle artık kullanılmayan şönt kontrolörleri olarak adlandırılırlar.

2. Darbe genişlik modülasyonu (PWM)

Şönt kontrolörler akımı tamamen kapatırken, PWM kontrol cihazı akımı kademeli olarak azaltır. PWM, aşama 3 şamandıralı şarj ile daha benzerdir.

Konuya başladığımızda PWM ve MPPT hakkında derinlemesine bir tartışma yapacağız: PWM VS MPPT hangisi daha iyi.

3. Voltaj regülatörü

Voltaj regülasyonu yaygındır. Solar şarj kontrolörü, akü voltajına yanıt olarak şarjı düzenler. Oldukça basit. Bir pilin voltajı belirli bir değere ulaştığında, denetleyici gücü azaltarak pilin aşırı şarj olmasını önler. Bir pilin voltajı, büyük miktarda güç tüketimi nedeniyle düştüğünde, denetleyici yeniden toplu şarja izin verecektir.

3.2 Ters akımın engellenmesi

İkinci ana işlev, ters akım akışını önlemektir.

Geceleri veya güneş ışığı olmadığı zamanlarda, güneş panelinin elektriğe dönüşecek gücü yoktur ve bir güneş enerjisi sisteminde, pil bankasının voltajı, güneş panelinin voltajından daha yüksek olacaktır, çünkü hepimiz Yüksek gerilimden alçak gerilime elektrik akışını bilir. Dolayısıyla, bir şarj kontrol cihazı olmadan, güneş enerjisi sistemi gün içinde enerji toplamak için çaba sarf ettiğinden, ancak geceleri biraz boşa harcadığından, elektrik batarya bankasından güneş paneline akacaktır. Kayıp, toplanan toplam enerji ile orantılı olarak çok az olsa da çözülmesi zor değil.

Geceleri Ters Akımı Engelleme

Geceleri Ters Akımı Engelleme

Bir solar şarj kontrolörü bu sorunu çözebilir.

Çoğu kontrolör, devreye sadece bir yönde akımları geçiren bir yarı iletken tasarlayarak akışın yalnızca güneş panelinden bir batarya bankasına gitmesine izin verir.

Bazı denetleyicilerin, röle olarak da adlandırılan mekanik bir anahtarı vardır. Röle açılıp kapandığında, bir takırtı sesi duyacaksınız. Güneş panellerinin voltajı akü bankasının voltajından daha düşük olduğunda, devreyi algılar ve ardından kapatır, güneş panellerini akü bankasından ayırır.

3.3 Yük kontrolü

Bazı solar şarj kontrol cihazları, bir LED lamba gibi bir DC yük bağlamanıza izin veren yük kontrollü olarak tasarlanmıştır (somut bir örnek web sitemizde hepsi bir arada güneş LED sokak lambaları), doğrudan solar şarj kontrol cihazına ve yük kontrolü lambayı ön ayarlarına göre (pil voltajı, fotosel sensörü veya bir zamanlayıcı) açıp kapatacaktır.

Solar sokak lambalarında solar şarj kontrolörü

Solar sokak lambalarında solar şarj kontrolörü

Örneğin, LED solar sokak lambalarında genellikle zamanlayıcılar vardır ve yük kontrolü zamanlayıcıdan saati okuyacak ve ardından şu komutu uygulayacaktır: akşam karanlığında saat 7: 00'da LED'i açın ve sabah 6: 00'da kapatın. sonraki sabah. Veya yük kontrolü, fotosel sensöründen bilgi okuyacak ve ardından ortamın parlaklığına göre LED'i açıp kapatacaktır.

3.4 Düşük voltaj bağlantı kesme (LVD)

Bir tencerede su kaynattığınızı ve kaynar su tamamen buharlaşana kadar ateşi kapatmayı unuttuğunuzu hayal edin; artık kuru kapta su kalmaz ve kap aşırı ısınır. Pot kalıcı olarak yok edildi. Aynı şekilde, bir güneş pilini tamamen boşaltmak, pilin kalıcı olarak hasar görmesine neden olacaktır.

Yanmış pot

Yanmış pot

Derin devirli piller güneş enerjisi sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Deşarj Derinliği (DOD)% 80'e kadar çıkabilir; ancak,% 90'a veya daha da kötüsü% 100'e kadar boşaltıldıklarında kalıcı hasara karşı hassastırlar.

Işıklarınızın söndüğünü bulana kadar pillerinizden DC yükünü kapatmak için beklerseniz, pil hasarı çoktan gerçekleşmiş olabilir. Her aşırı deşarj olduğunda hem pil kapasitesi hem de kullanım ömrü azalacaktır. Pil bir süre bu tür bir aşırı deşarj durumunda çalışmaya ayarlanmış olsaydı, çabucak bozulurdu.

Pilleri aşırı deşarjdan korumanın tek pratik çözümü, voltajın toplu şarjdan geri kazanılması koşuluyla, yükleri (cihazlar, LED ışıklar vb.) Kapatıp açmaktır.

Tipik olarak, bir 12V batarya 10.9 volta düşerse, batarya aşırı deşarj eşiğinde olacaktır. Aynı şekilde 21.9V pil için 24 volt.

Düşük voltaj bağlantı kesme

Düşük voltaj bağlantı kesme

Ev güneş sisteminizde bazı DC yükleri varsa, LVD özelliği gereklidir. Bazı LVD'ler şarj kontrolörlerine entegre edilirken diğerleri değildir.

3.5 Aşırı yük koruması

Sigorta

Sigorta

Giriş akımı akışı, devrenin güvenle başa çıkabileceğinden çok daha yüksek olduğunda, sisteminiz aşırı yüklenir. Bu, sisteminizin aşırı ısınmasına ve hatta yangına neden olabilir. Aşırı yük, yanlış bir kablolama tasarımı (kısa devre) veya sorunlu bir cihaz (sıkışmış bir fan) gibi farklı nedenlerden kaynaklanabilir. Genellikle, aşırı yük koruma devresi için bir basmalı düğme sıfırlama tasarlanmıştır.

Bununla birlikte, her bir solar şarj kontrol cihazında yerleşik bir aşırı yük koruması vardır; büyük güneş enerjisi sistemleri genellikle çift güvenlik koruması gerektirir: sigortalar veya devre kesiciler. Tel taşıma kapasitesi, kontrolörün aşırı yük sınırından küçükse, devrenizde bir sigorta veya kesici kurmanız şarttır.

3.6 Ekranlar

Solar şarj kontrol cihazlarının ekranları, voltaj ve akım bilgileriyle birlikte LED göstergelerden LCD ekranlara kadar değişir. Güneş enerjisi sistemlerine yönelik ekranlar, arabalar için konsol gösterge tablolarıdır. Pil bankanızın durumunu (ne kadar enerji kullandığınızı veya ürettiğinizi) izleyebilmeniz için size ayrıntılı veriler sağlarlar.

LED göstergeli solar şarj kontrolörü

LED göstergeli solar şarj kontrolörü

Sisteminizde halihazırda bağımsız bir monitör varsa, bu durumda görüntüleme özelliği önemli olmayacaktır. En ucuz monitör bile, kontrolörlerin sahip olduğu gibi temel sayaçları içerir.

LCD Ekranlı solar şarj kontrolörü

LCD Ekranlı solar şarj kontrolörü

Bölüm 4: PWM şarj kontrolörü

4.1 Bilinmesi gereken sözlükler

Başlangıçta, bazı sözlüklerden geçeceğiz - aşağıdaki tabloya bakın.

NominalHücrelerVocvmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • ses, açık devre voltajı, bir güneş panelini teorik olarak standart test koşullarında (STC) yalnızca bir voltmetre bağlıyken ölçtüğünüzde, bir PV hücresindeki maksimum voltajdır. Sayacın aldığı voltaj Voc'dur.
  • vmp, maksimum güçteki voltaj, PV sistemine bağlandığında güneş panellerinin çıkış voltajıdır.
  • Nominal Gerilim Şebekeden bağımsız bir sistemdeki güneş ekipmanını sınıflandırmak için kullanılan bir referans voltajdır. Şebekeye bağlı bir sistemde, nominal voltajlar (12v, 24v ve 48v) anlamsızdır.

120 adet silikon kare ile 12W nominal 36V Monokristal güneş paneli

120 adet silikon kare ile 12W nominal 36V Monokristal güneş paneli

Bir pili şarj etmek daha yüksek voltaj gerektirse de, nominal voltajlar, bir güneş panelinin eşleşebileceği ilgili ekipmanı (bir pil bankası gibi) bulmanıza yardımcı olabilir.

Yani,

Bir 12V güneş paneli aslında 22V Voc ve 17V Vmp'ye sahiptir ve ön tarafında 36 adet silikon kare vardır.

Benzer şekilde,

24V güneş paneli, 44 adet silikon kare ile 36V Voc ve 72V Vmp'ye sahiptir.

Merak ediyor olabilirsiniz: 12 voltluk bir panel neden 12 volt değil?

işte anlaşma.

4.2 12 voltluk paneller neden 17 volttur?

Tam olarak şarj edilmiş bir 12V pil aslında yaklaşık 12.6 volttur; 12V bir bataryayı şarj etmek için daha yüksek giriş voltajına ihtiyacımız var - bir güneş panelinden yaklaşık 13.7-14.4 volt. Ama neden Vmp güneş panelini sadece 17V değil de 14V olarak tasarladık?

Bir güneş panelinin Voc değeri, Standart Test Koşulları veya STC altında ölçülür ve Vmp, ortam sıcaklığının çok sıcak olmadığı, güneş ışığının yoğunluğunun mükemmel olduğu - bulut yok, pus yokken STC altında da ölçülür. Ancak biz her zaman o kadar şanslı değiliz. Bazı kötü hava koşullarıyla karşılaşırsak - örneğin, puslu veya bulutlu günler - bir güneş panelinin voltajı düşecektir; bu nedenle, hava koşulları ideal olmasa bile sisteminizin yeterli voltajı alabilmesi için paneller bir miktar ekstra voltajla tasarlanmalıdır; yani güneş ışığı yok.

4.3 Şarj kontrolör türleri:

3 tip solar şarj kontrolörü vardır:

  • Şönt kontrolörleri
  • PWM
  • MPPT

Şönt kontrolörleri: Mevcut düzenlemeden bahsettiğimizde şönt kontrolörlerinden bahsetmiştik - tıpkı bir anahtar gibi davranarak, bir aküye akım akışını açıp kapatıyorlar. Halihazırda piyasadan kaldırılmış olsalar da, eski sistemlerde birkaç tane görebilirsiniz. PWM ve MPPT, bugün hakim olan 2 ana türdür.

şimdi

Önce PWM'ye gidelim.

4.4 PWM solar şarj kontrolörü nedir?

PWM (Darbe Genişliği Modülasyonlu), kelimenin tam anlamıyla, mevcut darbe genişliğini modüle ederek çalışır.

PWM, sabit bir güç çıkışı yerine aküye aralıklı şarj darbeleri gönderir. Daha çok, aküye akım damlacıkları oluşturan aşama 3 şamandıralı şarj gibi çalışır.

Ancak darbenin ne kadar hızlı (frekans) ve ne kadar uzun (genişlik) üretilmesi gerektiği, algıladığı pilin durumuna göre belirlenir. Pil zaten tam olarak şarj edilmişse ve sistemdeki yükler çalışmıyorsa, PWM birkaç saniyede bir yalnızca çok kısa bir darbe gönderir; boşalmış bir batarya için darbeler sürekliliğe yakın olacaktır. Bu temel çalışma prensibidir.

PWM, MPPT'den daha ucuz olsa da, PWM'nin ürettiği keskin darbe nedeniyle, çalışma sırasında hızlı bir açma ve kapama düğmesini işlerken, TV'niz, radyolarınız veya telefon sinyalleriniz sıklıkla karışabilir. PWM'nin doğal dezavantajı budur.

Sisteminiz şarj kontrolörü olarak PWM'yi seçtiğinde, güneş panellerinin nominal gerilimini bir batarya grubunun nominal gerilimiyle aynı yapmak önemlidir;

yani,

12V sistemde PWM

12V sistemde PWM

Akü bankanız 12V ise 12V güneş paneli de seçmelisiniz.

24V sistemde PWM

24V sistemde PWM

Ve pil bankanız 24V ise, 24V yapmak için 12V'luk bir güneş paneli kullanmanız veya seri olarak iki 24V güneş paneli bağlamanız gerekir.

48V sistemde PWM

48V sistemde PWM

Ancak pil bankanız 48V ise, 12V elde etmek için seri olarak dört 24V güneş paneli veya seri olarak iki 48V güneş paneli bağlamanız gerekir.

Ve benzerleri.

Bu arada, PWM özelliklerinin de pil bankanızdakilerle eşleştiğinden emin olun.

4.5 Ne kadar büyük bir solar şarj kontrol cihazına ihtiyacım var: PWM

Şebekeden bağımsız bir PV sistemi tasarlarken bir PWM'yi nasıl boyutlandırabiliriz?

1. Adım, Isc (Kısa Devre Amperleri) ve Voc (Açık Devre Voltajı) güneş panelini isim plakasından alın ve güneş dizisinde paralel kaç dizi olduğunu bulun.

güneş paneli isim plakası

Güneş paneli isim plakası

İsim plakasından,

Voc 22.1V ve Isc 8.68A'yı okuyoruz ve Voc'tan nominal 12V güneş paneli olduğunu onaylıyoruz.

Basit bir örnekle başlayalım ve paralel olarak sadece 1 dizimiz olduğunu varsayalım.

2. Adım, Isc'yi paralel dizelerin sayısıyla çarpın.

8.68Isc x 1 dize = 8.68A

3. Adım1.25 güvenlik faktörü ile çarpın. (Neden 1.25: NEC 690.8 (A) (1) Fotovoltaik Kaynak Devresi Akımlarına bakın)

8.68Isc x 1 dizi x 1.25 = 10.85A

Dolayısıyla, mevcut yük kapasitesinin 10.85A'dan büyük olması gereken bir PWM seçebiliriz.

24V 2 dizili sistemde PWM

24V 2 dizili sistemde PWM

Şimdi, az önce bahsedilen aynı 2w paneli kullanarak 2 paralelde 140 dizeli başka bir örneği kontrol edelim.

Ancak unutmayın - bir PWM şarj kontrol cihazı kullanıyoruz, bu nedenle dizilerde kaç panel olduğuna dikkat etmemiz gerekir, böylece güneş dizisinin voltajı pil bankasının voltajıyla eşleşir.

Bu örnekte, seri olarak 2 paralel dizimiz ve 2 panelimiz var, bu nedenle güneş dizisi 24V akü sistemi içindir.

8.68Isc x 2 dizi x 1.25 = 21.7A

25A PWM solar şarj kontrol cihazı yeterli olacaktır.

Bölüm 5: MPPT şarj kontrolörü

5.1 MPPT solar şarj kontrolörü nasıl çalışır?

MPPT'nin anlamı nedir?

MPPT, bir tür elektronik dijital izleme olan Maksimum Güç Noktası İzleme'nin kısaltmasıdır.

MPPT, ikisinden daha karmaşık ve aynı zamanda daha pahalıdır. MPPT, yaklaşık% 94 -% 98 dönüşüm verimliliğine sahiptir. Bu, güç girişi (güneş panelinden) neredeyse güç çıkışına (pil bankasına) eşittir.

MPPT şarj kontrolörleri, güneş panelinden çekilecek en iyi güç noktasını bulmak için güneş panellerinin çıkışını ve pillerin voltajını okur; daha sonra MPPT, akımı yükseltirken akü şarj voltajını karşılamak için voltajı düşürür. Bunu yaparak, MPPT, sonunda güneş panellerinden aldığımız enerjiyi PWM'ye kıyasla neredeyse% 40 artırabilir, çünkü PWM maksimum güç noktasını izlemek için akımı artıramaz.

Voltajların her iki tarafla eşleşmesini gerektiren PWM'den farklı olarak, MPPT, PV sistemine uygulanabilir, bu güneş enerjisi dizisi voltajı, pil bankasının voltajından daha yüksektir. Bu özellik, MPPT'ye Bölüm 6'da tartışacağımız birçok avantaj sağlar.

Şimdi,

Konuyu hızlı bir şekilde yakalayabilmeniz için örneklere geçelim.

5.2 mppt solar şarj kontrol cihazı nasıl boyutlandırılır?

20 adet hücreli nominal 60V panelleri hatırlıyor musunuz?

PWM devresinde, 12V akü bankasıyla eşleşemeyecek kadar büyük ve 24V akü bankası için çok küçüktür, ancak MPPT bu utanç verici durumu çözebilir.

20V panel 30Vmp ve 9A Imp'ye sahiptir ve nominal gücü = 30 x 9 = 270W.

20V panelin 12V akü için geçerli olduğunu varsayın. MPPT, pili şarj etmek için 30V'u yaklaşık 14V'a çevirecek ve akımı artırarak güneş panelinden maksimum güç çekebilecektir.

30V'u 14V'a düşürürsek, düşen oran

30 / 14 = 2.14.

Sonra artan akım

9 x 2.14 = 19.28A.

En sonunda,

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 watt (giriş gücü, güç çıkışı demektir);

çıkış akımı 19.28A olduğundan, 1.25 güvenli faktör ile çarpıyoruz.

Alırız

19.28 x 1.25 = 24.1A.

Bu nedenle, akım kapasitesi 24.1A'dan büyük olan bir MPPT seçmemiz iyi olacaktır.

2V pili şarj etmek için nominal 2V paneli kullanan 20 paralelde 12 dizeli başka bir örnek: toplam güç girişi

270 x 4 = 1080 W.

Mevcut çıktı

1080/14 = 77.14A.

1.25 ile çarpın

77.14 x 1.25 = 96.43A.

Yani, bir 100A MPPT seçeceğiz.

5.3 Şarj kontrol cihazı boyutlandırması: kontrolörün voltajı

Bir solar şarj kontrol cihazını boyutlandırırken dikkat etmemiz gereken bir şey daha voltajdır. Denetleyicinin panellerden giriş voltajını taşıyabildiğinden emin olun. 150V'luk bir şarj kontrol cihazı, seri olarak yalnızca üç adet 20v nominal paneli taşıyabilir. Merak edebilirsiniz… 3 x 20 = 60V? Bu 150V'den çok uzak!

Neden?

Bunun nedeni, güneş panellerinin ürettiği gerçek voltajın 20V'den çok daha yüksek olabilmesidir; bazen Vmp 30V'den daha yüksektir. Yani, hesaplamayı yapmak için Voc kullanıyoruz. Voc = 38V.

3x38 = 114V

Ardından seri olarak üç nominal 20V panel 114V'dur

NEC tablosu 690.7

NEC tablosu 690.7

Soğuk havada panel voltajı artacağından, NEC Tablo 690.7'ye bakın. Sonra en güvenli faktör olan 1.25'i alırız, 114v'yi 1.25 ile çarparız,

elde ederiz

114 x 1.25 = 142.5V.

Şimdi, 150V kontrol cihazının, özellikle kışın, seri olarak yalnızca üç 20V destekleyebileceğini anlayabilirsiniz.

Günümüzde, yeni geliştirilen kontrolörler çok daha yüksek voltajlara sahip olabilir; hatta bazı modeller 700V kadar girişi destekler. Bu, güneş paneliniz pil bankanızdan uzağa yerleştirildiğinde çok önemlidir.

Nedenini 6. bölümde inceleyelim.

Bölüm 6: PWM ve MPPT

6.1 PWM ve MPPT: Hangisi daha iyi?

Her iki denetleyicinin (PWM ve MPPT) özelliklerini önceki bölümlerde öğrendik. PWM'nin ekstra gerilimi akımlara dönüştürmediğini ve bunun da düşük güç dönüştürme oranlarına yol açtığını iyi not ettik. Başka bir deyişle PWM, güneş panelleri tarafından toplanan tüm enerjiyi akülere aktarmaz, ancak MPPT, panellerden maksimum güç noktasını her zaman takip eder ve akımlarını ve gerilimini buna göre ayarlar, böylece güneş paneli tarafından toplanan tüm enerjiyi aktarabilir bataryaya.

PWM ve MPPT

PWM ve MPPT

Somut bir örnek bunu açıkça açıklayacaktır:

Temel fiziksel formül:

Güç (watt) = V (Volt) x I (Amper)

12V akü sistemini şarj etmek için nominal 100V, 12W güneş paneli kullanırsak, gerçek Vmp 17V'dir ve mevcut çıkışını hesaplayabiliriz:

I = Güç / V

I = 100/17 = 5.88 amper

Artık panel çıkışının 17V ve 5.88A olduğunu biliyoruz.

Senaryo 1: Fotovoltaik sistem, PWM solar şarj kontrol cihazına sahiptir.

PWM voltajı akü şarj voltajına (yaklaşık 14V) sürükleyecektir. PWM'den geçtikten sonra, güneş enerjisi yalnızca 14V ve 5.88A olarak kalır.

Yani:

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

Senaryo 2: Fotovoltaik sistem, MPPT solar şarj kontrol cihazına sahiptir.

MPPT sadece voltajı 14V'a düşürmekle kalmaz, aynı zamanda akımı da arttırır, böylece güç neredeyse güç kesintisine eşit olur.

Öyleyse, voltaj 17/14 = 1.21 azalırsa

Daha sonra aküye giden akım 1.21 artar,

5.88 x 1.21 = 7.11 A

Toplam güç çıkışı

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

Bu örnekte, PWM tarafından boşa harcanan güç

99.54 - 82.32 = 17.22 W

Neredeyse% 20 enerji pilin kimyasal enerjisine dönüştürülmedi. Senaryoyu büyük bir güneş enerjisi dizisinde ele alırsak, kayıp çok büyük olabilir.

Bu nedenle, büyük güneş dizisi için MPPT kullanmak daha iyidir.

6.2 MPPT'nin güçlü yönleri

a) Yüksek dönüşüm verimliliği

Fotovoltaik sisteminiz geniş bir güneş paneliyle gelirse, MPPT, özellikle soğuk havalarda, sıcaklık düştükçe panel voltajı yükseleceğinden, güneş enerjisi dönüşümünü artırmak için en iyi seçim olacaktır. MPPT dönüşüm oranı% 20'den% 40'a yükselebilir. Bu, faturanızda gerçekten tasarruf sağlayan yeşil ve ücretsiz enerjidir.

Uzakta güneş paneli dizisi

Uzakta güneş paneli dizisi

b) Kablolarda daha düşük enerji kaybı veya daha düşük kablo satın alma maliyeti.

Lütfen hatırla Ohm kanunu formülü

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

Çıkış gücü P(Watt) = V (Volt) x I (Amper)

So

Direnç kaybı PR(Watt) = R (Ohm) x I2 (Amper)

Daha sonra, PV panelleriniz pil bankanızdan uzun bir mesafeye kurulursa, kablo direncindeki güç kaybı önemli ölçüde (PR = RxI2  ). Burada R, kabloların direncini temsil eder. Kablo uzunluğu arttıkça R artar:

Kablo direnci formülü

Kablo direnci formülü

Ancak, P'ye göre güneş enerjisi dizisinin voltajını daha fazla seri bağlayarak ikiye katlarsak = V x I, toplam güç çıkışında değişiklik yok, bu yüzden kablodan geçen akım yarı yarıya olmalıdır.

Son olarak, direnç PR(Watt) = R (Ohm) x I2 (Amper) öncekinden dörtte bir olacak.

Aslında, MPPT ile, akım akışını azaltmak için güneş enerjisi dizisinin voltajını daha da yükseltebilirsiniz.

Bu durumda, kablolardan kaynaklanan direnç kaybını azaltmak için panelin voltajını arttırıyoruz ve her zaman panellerden maksimum güç elde etmek için takip eden MPPT kullandığımız için, PWM'nin sahip olabileceği voltaj kaybımız yok.

Bu konuyu başka bir açıdan inceleyebiliriz. Panel voltajını yükseltemezseniz, direnç = direnç × uzunluk / alan olarak kablo direncini azaltmak için bir çözüm bulmanız gerekir, tek yol geniş enine alanlara sahip kablolar kullanmak gibi görünüyor ve bu başka bir büyük olacak harcanacak toplam para.

Özetlemek gerekirse, küçük sistemler söz konusu olduğunda PWM, ucuz olduğu için iyi bir çözümdür, ancak büyük sistemler için, dönüşüm oranlarını iyileştirmek ve güneş enerjisini kullanmak için güneş paneli kapasitesini boşa harcamamak için MPPT tercih edilir. MPPT her zaman daha yüksek güç sistemlerine uygulanacaktır.

6.3 Artılar ve eksiler

PV sisteminiz için bir solar şarj kontrol cihazı satın almaya karar vermeden önce önceki içerikten bilgili bilgiler öğrenmek gereklidir. PWM ve MPPT arasındaki farkı listeleyen bir karşılaştırma tablosu da önerilmektedir. Bu nedenle, incelemenizi daha kolay hale getirmek için artılarını ve eksilerini bir araya getiriyoruz.

ArtılarEksiler
PWM
  • PWM teknolojisi uzun süredir PV sistemlerinde mevcuttur ve nispeten kararlı ve olgun bir teknolojidir
  • Uygun maliyetlidirler ve çoğu tüketici için uygun maliyetlidirler
  • PWM şu anda 60 amper yüke kadar dayanabilir
  • Çoğu PWM, sürekli çalışmasına izin veren makul bir ısı yayma yapısına sahiptir.
  • PWM, geniş bir uygulama yelpazesine uyacak şekilde farklı boyutlarda gelir
  • PWM, fotovoltaik güneş sistemlerine uygulanırsa, güneş panelinin voltajı pil bankasınınki ile eşleşmelidir.
  • Tek bir PWM'nin mevcut yük kapasitesi geliştirilmemiştir ve hala yalnızca 60 ampere kadar çıkmaktadır.
  • Bazı küçük boyutlu PWM şarj kontrolörleri, zayıf yapı tasarımları nedeniyle UL listesinde olamaz
  • Bazı daha küçük boyutlu PWM'lerin boru bağlantı parçaları yoktur
  • PWM'de bazen sinyal parazit sorunları olabilir. Denetleyiciler TV veya radyolarda gürültü üretir
  • PWM, fotovoltaik güneş sistemlerinin genişlemesini bir dereceye kadar sınırlıyor
  • Yüksek voltajlı şebekeden bağımsız güneş panellerine uygulanamaz
MPPT
  • MPPT, güneş enerjisinin PV panellerinden dönüşümünü en üst düzeye çıkarır ve oranlar PWM'den% 40 daha verimli olabilir
  • MPPT, güneş paneli voltajının akü voltajından yüksek olduğu durumlarda kullanılabilir.
  • MPPT, 80 ampere kadar yük akımına dayanabilir
  • MPPT, PWM'den daha uzun garantilere sahiptir
  • MPPT, sistemdeki güneş panellerinin genişlemesini sınırlamaz
  • MPPT, hibrit bir güneş enerjisi sistemi için tek çözümdür
  • MPPT, PWM'den daha pahalıdır. Bazı modellerin fiyatı, bir PWM şarj kontrol cihazının iki katıdır
  • MPPT'nin daha fazla bileşeni ve işlevi olduğundan, fiziksel boyutu PWM'den daha büyüktür.
  • MPPT daha karmaşıktır, bu nedenle çoğu zaman güneş dizisini boyutlandırırken bir kılavuz izlememiz gerekir.
  • MPPT güneş kontrol cihazı, dizelerle bağlı güneş paneli dizisini sürekli olarak zorlar

6.4 Her güneş PV sistemi bir şarj kontrol cihazına ihtiyaç duyar mı?

Cevap hayır.

Genel olarak, güneş paneliniz her 5 amper saatlik pil için 100 watt'tan azsa, bir güneş şarj kontrol cihazına ihtiyacınız yoktur.

İşte kullanabileceğimiz bir formül:

Bölüm = Batarya Kapasitesi (Amp Saat) / Güneş paneli Imp (Amper)

Bölüm 200'den büyükse, bir denetleyiciye ihtiyacınız yoktur; aksi takdirde, bir denetleyici kurmanız daha iyi olur.

Örneğin, bir 200AH piliniz ve 20W paneliniz varsa, bölüm 200 / 1.18 = 169.5 olacaktır; bu durumda bir denetleyiciye ihtiyacınız vardır.

400AH piliniz ve 10W paneliniz varsa, bölüm 400 / 0.59 = 677.9 olacaktır; bu durumda bir denetleyiciye ihtiyacınız yoktur.

sözlükler

  • Set sayılarıŞarj kontrolörlerinin şarj oranlarını değiştirmesi için ayarlanan belirli voltajlar.
  • Savunma Bakanlığı: Deşarj Derinliği, tamamen şarj edilmiş bir pilden çıkarılan pil kapasitesinin (amper saat) oranı. Örneğin, toplam pil kapasitesi 100 Ah ise ve 40 Ah zaten boşaldıysa, DoD% 40'tır.
  • Derin Döngü Pil: Her zaman derin bir şekilde düşük şarj durumuna kadar deşarj edilebilen kurşun asitli akü. Derin döngülü piller yüksek DoD'ye sahiptir.
  • ith: Maksimum güçte akım; maksimum gücün Vmp ile bölümü.
  • STC: Standart test koşulları, bir fikstürün test edildiği bir laboratuardaki ideal koşullar.
  • Voc: Açık devre voltajı, bir PV hücresindeki maksimum voltaj, bir güneş panelini teorik olarak standart test koşullarında (STC) yalnızca voltmetre bağlıyken ölçtüğünüzde. Sayacın aldığı voltaj Voc'dur.
  • vmp: Maksimum güçteki voltaj, bir güneş panelinin PV sistemine bağlandığında çıkış voltajı.
  • Nominal Gerilim: Şebekeden bağımsız bir sistemde güneş ekipmanını sınıflandırmak için kullanılan bir referans voltajı. Şebekeye bağlı bir sistemde, nominal voltajlar (12v, 24v ve 48v) anlamsızdır.
  • Isc: Kısa devre akımı, herhangi bir yük veya direnç olmadan harici bir devrede maksimum akım.