Chương 1: Bộ điều khiển điện tích năng lượng mặt trời là gì?

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời, hay bộ điều chỉnh sạc năng lượng mặt trời, là một công cụ quan trọng trong hầu hết các hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng pin làm giải pháp lưu trữ năng lượng hóa học. Nó được sử dụng độc lập hoặc hệ thống năng lượng mặt trời lai nhưng không được sử dụng trong các hệ thống nối lưới thẳng, không có pin sạc.

hệ thống điện mặt trời độc lập

Hệ thống điện mặt trời độc lập

Hai chức năng cơ bản của nó rất đơn giản:

  1. Ngăn pin sạc quá mức
  2. Chặn dòng điện ngược.

Sạc quá mức có thể dẫn đến quá nhiệt của pin hoặc trong trường hợp cực kỳ có thể là hỏa hoạn. Pin bị ngập chu kỳ sâu được sạc quá mức cũng có thể thải ra khí hydro, dễ gây nổ. Hơn nữa, sạc quá mức sẽ nhanh chóng làm hỏng pin, do đó làm giảm tuổi thọ đáng kể.

Pin axít chì bị cháy

Pin axít chì bị cháy

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời có thể ngăn chặn dòng điện ngược từ pin đến tấm pin mặt trời vào ban đêm khi điện áp của tấm pin mặt trời thấp hơn điện áp của pin.

Hơn nữa, bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời có các tính năng tùy chọn khác, chẳng hạn như cảm biến và bù nhiệt độ pin, Ngắt kết nối điện áp thấp (LVD), Điều khiển tải (hoàng hôn đến bình minh), Màn hình, giám sát từ xa và điều khiển tải chuyển hướng.

Chúng ta hãy đi sâu vào bài viết để kiểm tra từng chức năng & tính năng này.

Chương 2: Sạc pin: Sạc nhiều giai đoạn

Nhưng trước khi chúng ta trực tiếp đi sâu vào Chương 3: Chức năng và tính năng của bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời, chúng ta nên xem thông tin cần thiết về việc sạc pin.

Nếu bạn đã khá quen thuộc với phần thông tin này, bạn có thể chuyển sang chương 3 từ đây.

Đổ nước vào cốc

Đổ nước vào cốc

2.1 Giải thích ngắn gọn

Hãy tưởng tượng đổ nước vào cốc - lúc đầu, bạn sẽ đổ với tốc độ nhanh hơn; Khi cốc gần đầy, dòng nước chảy chậm lại để nước không bị tràn khỏi cốc. Ngược lại, nếu bạn cứ đổ nước với tốc độ nhanh hơn thì cuối cùng bạn khó có thể ngăn dòng chảy kịp thời và nước sẽ tràn ra khỏi cốc đó.

Sạc pin năng lượng mặt trời

Sạc pin năng lượng mặt trời

Lý thuyết tương tự cũng áp dụng cho việc sạc pin:

  • Khi pin yếu, bộ điều khiển sạc sẽ cung cấp nhiều năng lượng để sạc nhanh
  • Khi pin gần đầy, bộ sạc sẽ làm chậm bộ sạc bằng cách điều chỉnh điện áp và dòng điện.
  • Khi pin đầy, nó chỉ gửi một lượng điện nhỏ giọt để tiếp tục sạc đầy.

Đây được gọi là sạc nhiều giai đoạn.

2.2 Ví dụ: 3-4 giai đoạn

Thiết lập các điểm:

Để đảm bảo bạn có thể dễ dàng hiểu nội dung sau, đề cập đến một ví dụ về tính phí nhiều giai đoạn (3-4 Giai đoạn), trước tiên chúng ta hãy giải thích biệt ngữ “điểm thiết lập”.

Tóm lại,

bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời được thiết lập để thay đổi tốc độ sạc của nó ở các điện áp cụ thể, được gọi là điểm đặt.

Điểm đặt thường được bù nhiệt độ và chúng ta sẽ thảo luận về chủ đề này sau ví dụ về sạc nhiều giai đoạn.

Bây giờ, hãy đi qua ví dụ chi tiết

Sau đây là một ví dụ từ MorningStar, có 4 giai đoạn sạc.

MorningStar 4 giai đoạn sạc

Nguồn: MorningStar, 4 giai đoạn sạc

2.2.1 Giai đoạn 1: Phí hàng loạt

Ở giai đoạn này, pin dự phòng ở mức thấp và điện áp của nó thấp hơn điểm đặt điện áp hấp thụ. Vì vậy, bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sẽ gửi càng nhiều năng lượng mặt trời khả dụng càng tốt đến ngân hàng pin để sạc lại.

2.2.2 Giai đoạn 2: Phí hấp thụ

Khi điện áp của nó đạt đến điểm đặt điện áp hấp thụ, điện áp đầu ra của bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sẽ giữ một giá trị tương đối không đổi. Đầu vào điện áp ổn định ngăn không cho ngân hàng pin bị quá nhiệt và thoát khí quá mức. Thông thường, pin dự phòng có thể được sạc đầy ở giai đoạn này.

2.2.3 Giai đoạn 3: Phí nổi

Như chúng ta đã biết, pin dự phòng được sạc đầy ở giai đoạn hấp thụ, và pin được sạc đầy không thể chuyển đổi quang năng thành hóa năng nữa. Nguồn điện tiếp theo từ bộ điều khiển sạc sẽ chỉ được chuyển thành sưởi và tạo khí, vì nó đang sạc quá mức.

Thủ thuật từ vòi

Thủ thuật từ vòi

Phao nổi được thiết kế để ngăn pin sạc quá mức trong thời gian dài. Ở giai đoạn này, bộ điều khiển sạc sẽ giảm điện áp sạc và cung cấp một lượng điện năng rất nhỏ, giống như nhỏ giọt, để duy trì ngân hàng pin và tránh làm nóng và thoát khí.

2.2.4 Giai đoạn 4: Phí cân bằng

Sạc cân bằng sử dụng điện áp cao hơn so với sạc hấp thụ, để cân bằng tất cả các tế bào trong ngân hàng pin. Như chúng ta biết, pin mắc nối tiếp hoặc / và song song tạo thành một ngân hàng pin. Nếu một số tế bào trong bộ pin không được sạc đầy, giai đoạn này sẽ làm cho tất cả chúng được sạc lại đầy đủ và hoàn thành tất cả các phản ứng hóa học của pin.

Nước sôi

Nước sôi

Vì nó diễn ra sau giai đoạn 3 (khi bộ pin được sạc đầy), khi chúng ta tăng điện áp và gửi nhiều năng lượng hơn đến pin, các chất điện phân sẽ trông giống như chúng đang sôi. Trong thực tế, nó không phải là nóng; nó là hydro được tạo ra từ các chất điện phân, tạo ra rất nhiều bọt. Những bong bóng này khuấy động các chất điện phân.

Khuấy các chất điện phân thường xuyên theo cách này là điều cần thiết đối với một ngân hàng pin ngập nước.

Chúng ta có thể coi đây là một lần sạc quá mức định kỳ, nhưng nó có lợi (đôi khi cần thiết) đối với một số loại pin nhất định, chẳng hạn như pin bị ngập nước và pin không kín, như AGM và Gel.

Thông thường, bạn có thể tìm thấy trong thông số kỹ thuật của pin thời gian sạc cân bằng sẽ kéo dài bao lâu, sau đó đặt thông số trong bộ điều khiển sạc cho phù hợp.

2.3 Tại sao các ngân hàng pin bị ngập cần cân bằng

Trong ngắn hạn,

để ngăn chặn quá trình sulfat hóa của pin axit-chì.

phản ứng hóa học phóng điện

Phản ứng hóa học của sự phóng điện

Các phản ứng hóa học của quá trình phóng điện của pin tạo ra các tinh thể chì sunfat mềm, thường được gắn vào bề mặt của các tấm. Nếu pin tiếp tục hoạt động trong tình trạng này, khi thời gian trôi qua, các tinh thể sulfat mềm sẽ nhân lên và ngày càng cứng hơn, cứng hơn, khiến chúng trở nên khá khó khăn để chuyển đổi trở lại dạng mềm, hoặc thậm chí kích hoạt thêm các vật liệu là một phần của chất điện phân.

Sự sulfat hóa của pin axit-chì là nguyên nhân gây ra hỏng hóc pin. Sự cố này thường xảy ra ở các ngân hàng pin sạc lâu dài, thiếu pin.

Nếu được sạc đầy, các tinh thể sunfat mềm có thể được chuyển đổi trở lại thành vật liệu hoạt động, nhưng pin năng lượng mặt trời hiếm khi được sạc lại đầy đủ, đặc biệt là trong hệ thống điện mặt trời được thiết kế không tốt, trong đó tấm pin mặt trời quá nhỏ hoặc pin dự trữ quá khổ. .

Lưu huỳnh của pin axit-chì

Lưu huỳnh của pin axit-chì

Chỉ một lần sạc quá mức định kỳ ở điện áp cao mới có thể giải quyết được vấn đề này; cụ thể là sạc cân bằng, hoạt động ở điện áp cao, tạo ra bong bóng và khuấy động chất điện phân. Đó là lý do tại sao giai đoạn 4 là cần thiết đối với một ngân hàng pin bị ngập. Trong nhiều hệ thống năng lượng mặt trời không nối lưới, chúng tôi thường sử dụng máy phát điện + bộ sạc để cân bằng pin năng lượng mặt trời bị ngập theo định kỳ, theo thông số kỹ thuật của pin.

2.4 Điều khiển điểm cài đặt so với nhiệt độ

Vì điểm đặt hấp thụ (giai đoạn 2), điểm đặt phao (giai đoạn 3) và điểm đặt cân bằng (giai đoạn 4) tất cả đều có thể được bù nhiệt độ nếu có cảm biến nhiệt độ, chúng tôi muốn dành một số từ cho điều này đề tài.

Trong một số bộ điều khiển sạc nâng cao, điểm đặt sạc nhiều giai đoạn dao động theo nhiệt độ của pin. Đây được gọi là tính năng “bù nhiệt độ”.

Bộ điều khiển có cảm biến nhiệt độ, và khi nhiệt độ pin thấp, điểm cài đặt sẽ được nâng lên và ngược lại - nó sẽ điều chỉnh tương ứng khi nhiệt độ cao hơn.

Đầu dò cảm biến nhiệt độ

Đầu dò cảm biến nhiệt độ

Một số bộ điều khiển có tích hợp cảm biến nhiệt độ, vì vậy chúng phải được lắp gần pin để phát hiện nhiệt độ. Những người khác có thể có một đầu dò nhiệt độ phải được gắn trực tiếp vào pin; cáp sẽ kết nối nó với bộ điều khiển để báo nhiệt độ pin.

Nếu pin của bạn được sử dụng trong trường hợp nhiệt độ dao động lớn hơn 15 độ C mỗi ngày, bạn nên sử dụng bộ điều khiển có bù nhiệt độ.

2.5 Điểm đặt điều khiển so với loại pin

Khi chúng ta nói đến loại pin, một bài viết khác về pin năng lượng mặt trời được đề xuất.

Hầu hết các hệ thống điện mặt trời đều sử dụng pin axit-chì chu kỳ sâu, trong đó có 2 loại: loại ngập nước và loại kín. Ắc quy ngập axit chì không chỉ tiết kiệm mà còn phổ biến trên thị trường.

Các loại pin năng lượng mặt trời khác nhau

Các loại pin năng lượng mặt trời khác nhau

Loại pin cũng ảnh hưởng đến việc thiết kế điểm đặt cho bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời; bộ điều khiển hiện đại có tính năng cho phép bạn chọn các loại pin trước khi kết nối với hệ thống năng lượng mặt trời.

2.6 Xác định điểm đặt lý tưởng

Cuối cùng, chúng ta đến với lý thuyết về việc xác định các điểm đặt lý tưởng. Nói thẳng ra, đó là sự cân bằng giữa sạc nhanh và sạc nhỏ giọt trong quá trình bảo trì. Người sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời nên xem xét các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ môi trường xung quanh, cường độ mặt trời, loại pin và thậm chí cả tải của thiết bị gia đình.

Nó là cần thiết để chỉ đối phó với 1 hoặc 2 yếu tố hàng đầu; điều đó là đủ trong hầu hết các trường hợp.

Chương 3: Chức năng của bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời là gì?

3.1 Ngăn ngừa quá tải

Khi pin được sạc hoàn toàn, nó không thể lưu trữ thêm năng lượng mặt trời dưới dạng năng lượng hóa học. Nhưng nếu nguồn điện liên tục được cấp vào pin đã được sạc đầy với tốc độ cao, thì điện năng sẽ được chuyển thành nhiệt và khí, điều này sẽ xuất hiện dưới dạng một pin ngập nước với nhiều bọt từ các chất điện phân. Đó là khí hydro, được tạo ra từ một phản ứng hóa học. Những khí này rất nguy hiểm vì chúng dễ nổ. Sạc quá mức cũng làm tăng tốc độ lão hóa của pin. Và sau đó chúng ta cần một bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời.

Pin bị hỏng do sạc quá mức

Pin bị hỏng do sạc quá mức

Chức năng chính của bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời là điều chỉnh điện áp và dòng điện được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời đi đến pin để ngăn pin sạc quá mức và đảm bảo pin hoạt động an toàn và tuổi thọ cao hơn.

Có 3 loại bộ điều chỉnh:

1. Bộ điều chỉnh hiện tại

Một bộ điều chỉnh hiện tại hoạt động giống như một công tắc. Nó chỉ đơn giản là bật hoặc tắt mạch để kiểm soát dòng năng lượng đến ngân hàng pin, giống như giai đoạn 1 sạc hàng loạt. Chúng thường được gọi là bộ điều khiển shunt, không còn được sử dụng do công nghệ lỗi thời.

2. Điều chế độ rộng xung (PWM)

Bộ điều khiển Shunt ngắt dòng điện hoàn toàn, trong khi bộ điều khiển PWM giảm dòng điện dần dần. PWM tương tự hơn với giai đoạn 3 sạc phao.

Chúng ta sẽ thảo luận sâu hơn về PWM và MPPT khi bắt đầu chủ đề: PWM VS MPPT cái nào tốt hơn.

3. Bộ điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh điện áp là phổ biến. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời điều chỉnh việc sạc theo điện áp của pin. Nó khá đơn giản. Khi điện áp của pin đạt đến một giá trị nhất định, bộ điều khiển sẽ bảo vệ pin khỏi sạc quá mức bằng cách giảm công suất. Khi điện áp của pin giảm xuống do lượng điện tiêu thụ lớn, bộ điều khiển sẽ cho phép sạc lại số lượng lớn.

3.2 Chặn dòng điện ngược

Chức năng chính thứ hai là ngăn dòng điện ngược chiều.

Vào ban đêm, hoặc bất cứ khi nào không có ánh sáng mặt trời, bảng điều khiển năng lượng mặt trời không có năng lượng để chuyển đổi thành điện năng và, trong hệ thống điện mặt trời, điện áp của bộ pin sẽ cao hơn điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, vì tất cả chúng ta biết dòng điện đi từ điện áp cao đến hạ thế. Vì vậy, nếu không có bộ điều khiển sạc, điện sẽ chảy từ ngân hàng pin đến bảng điều khiển năng lượng mặt trời, gây lãng phí điện năng, vì hệ thống điện mặt trời nỗ lực thu năng lượng vào ban ngày nhưng lại lãng phí một ít năng lượng vào ban đêm. Mặc dù tổn thất chỉ tương ứng một chút so với tổng năng lượng thu được, nhưng nó không khó để giải quyết.

Chặn dòng điện ngược vào ban đêm

Chặn dòng điện ngược vào ban đêm

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời có thể giải quyết vấn đề này.

Hầu hết các bộ điều khiển cho phép dòng chỉ đi từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào một ngân hàng pin bằng cách thiết kế vào mạch một chất bán dẫn, chỉ cho dòng điện đi theo một hướng.

Một số bộ điều khiển có một công tắc cơ học, còn được gọi là rơ le. Khi rơ le nhấp vào và tắt, bạn sẽ nghe thấy âm thanh lạch cạch. Khi điện áp của các tấm pin mặt trời thấp hơn điện áp của bộ pin, nó sẽ phát hiện và sau đó ngắt mạch, ngắt kết nối các tấm pin mặt trời khỏi bộ pin.

3.3 Kiểm soát tải

Một số bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời được thiết kế với tính năng kiểm soát tải, cho phép bạn kết nối tải DC, chẳng hạn như đèn LED (một ví dụ cụ thể là trên trang web của chúng tôi đèn đường LED năng lượng mặt trời tất cả trong một), trực tiếp đến bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời và bộ điều khiển tải sẽ bật và tắt đèn theo cài đặt trước của nó (điện áp của pin, cảm biến tế bào quang hoặc bộ hẹn giờ).

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời trong đèn đường năng lượng mặt trời

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời trong đèn đường năng lượng mặt trời

Ví dụ: thường có bộ hẹn giờ trong đèn đường LED năng lượng mặt trời và bộ điều khiển tải sẽ đọc thời gian từ bộ hẹn giờ và sau đó thực hiện lệnh: bật đèn LED lúc 7 giờ tối lúc hoàng hôn và tắt đèn lúc 00 giờ sáng. sáng hôm sau. Hoặc bộ điều khiển tải sẽ đọc thông tin từ cảm biến tế bào quang điện sau đó điều khiển bật tắt đèn LED theo độ sáng của môi trường xung quanh.

3.4 Ngắt điện áp thấp (LVD)

Hãy tưởng tượng rằng bạn đang đun sôi nước trong một cái nồi và bạn quên tắt lửa cho đến khi nước sôi bốc hơi hoàn toàn; không còn nước trong nồi khô và nồi quá nóng. Nồi bị phá hủy vĩnh viễn. Tương tự, việc xả hết pin năng lượng mặt trời sẽ dẫn đến hỏng pin vĩnh viễn.

Nồi bị cháy

Nồi bị cháy

Pin chu kỳ sâu được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện mặt trời. Độ sâu xả (DOD) có thể lớn tới 80%; tuy nhiên, chúng dễ bị tổn thương vĩnh viễn nếu phóng điện lên đến 90% hoặc thậm chí tệ hơn là 100%.

Nếu bạn chờ tắt tải DC khỏi pin cho đến khi bạn thấy đèn của mình mờ đi, thì có thể đã xảy ra hỏng pin. Cả dung lượng và tuổi thọ của pin sẽ bị giảm mỗi khi tình trạng xả quá mức. Nếu pin được đặt ở trạng thái xả quá mức này trong một khoảng thời gian, nó sẽ nhanh chóng bị hỏng.

Giải pháp thực tế duy nhất để bảo vệ pin khỏi tình trạng phóng điện quá mức là tắt và bật các tải (chẳng hạn như thiết bị, đèn LED, v.v.), miễn là điện áp đã phục hồi từ quá trình sạc hàng loạt.

Thông thường, nếu pin 12V giảm xuống 10.9 volt, pin sẽ sắp xả quá mức. Theo cách tương tự, 21.9 vôn đối với pin 24V.

Ngắt điện áp thấp

Ngắt điện áp thấp

Nếu hệ thống năng lượng mặt trời tại nhà của bạn có một số tải DC, thì tính năng LVD là cần thiết. Một số LVD được tích hợp vào bộ điều khiển phí trong khi những bộ khác thì không.

3.5 Bảo vệ quá tải

Cầu chì

Cầu chì

Khi dòng điện đầu vào cao hơn nhiều so với những gì mạch có thể xử lý một cách an toàn, hệ thống của bạn sẽ bị quá tải. Điều này có thể dẫn đến hệ thống của bạn quá nóng hoặc thậm chí gây ra hỏa hoạn. Quá tải có thể do các nguyên nhân khác nhau, chẳng hạn như thiết kế dây sai (ngắn mạch) hoặc thiết bị có vấn đề (quạt bị kẹt). Thông thường, thiết lập lại bằng nút nhấn được thiết kế cho mạch bảo vệ quá tải.

Tuy nhiên, có một bảo vệ quá tải tích hợp trong mỗi bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời; hệ thống điện mặt trời lớn thường yêu cầu bảo vệ an toàn kép: cầu chì hoặc cầu dao. Nếu khả năng mang dây nhỏ hơn giới hạn quá tải của bộ điều khiển, thì việc thiết lập cầu chì hoặc cầu dao trong mạch của bạn là điều bắt buộc.

3.6 Màn hình

Màn hình của bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời thay đổi từ chỉ báo LED đến màn hình LCD, với thông tin về điện áp và dòng điện. Màn hình của hệ thống năng lượng mặt trời là những gì bảng điều khiển giao diện điều khiển cho ô tô. Chúng cung cấp cho bạn dữ liệu chi tiết để bạn có thể theo dõi trạng thái của ngân hàng pin: lượng năng lượng bạn đang sử dụng hoặc tạo ra.

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời với đèn báo LED

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời với đèn báo LED

Nếu hệ thống của bạn đã có một màn hình độc lập, thì tính năng hiển thị sẽ không quan trọng. Ngay cả màn hình rẻ nhất cũng sẽ bao gồm các đồng hồ đo cơ bản, giống như các bộ điều khiển.

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời với màn hình LCD

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời với màn hình LCD

Chương 4: Bộ điều khiển phí PWM

4.1 Bảng chú giải thuật ngữ cần biết

Ở phần đầu, chúng ta sẽ xem qua một số bảng chú giải - tham khảo bảng sau.

Hư danhTế bàoVOCVmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • Voc, điện áp hở mạch, là điện áp tối đa trên một pin PV, khi bạn đo một bảng điều khiển năng lượng mặt trời trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn về mặt lý thuyết (STC) chỉ với một vôn kế được kết nối. Điện áp mà đồng hồ nhận được là Voc.
  • Vmp, điện áp ở công suất tối đa, là điện áp đầu ra của các tấm pin mặt trời khi kết nối với hệ thống PV.
  • Điện áp danh định là điện áp tham chiếu dùng để phân loại thiết bị năng lượng mặt trời trong hệ thống không nối lưới. Trong hệ thống nối lưới, điện áp danh định (12v, 24v và 48v) là vô nghĩa.

Bảng điều khiển năng lượng mặt trời đơn tinh thể 120V danh nghĩa 12W với 36 miếng hình vuông silicon

Bảng điều khiển năng lượng mặt trời đơn tinh thể 120V danh nghĩa 12W với 36 miếng hình vuông silicon

Mặc dù sạc pin yêu cầu điện áp cao hơn, nhưng điện áp danh định có thể giúp bạn tìm ra thiết bị tương ứng (chẳng hạn như ngân hàng pin) mà bảng năng lượng mặt trời có thể phù hợp.

Vì vậy,

một bảng điều khiển năng lượng mặt trời 12V thực sự có Voc là 22V và Vmp là 17V, với 36 miếng hình vuông silicon ở mặt trước.

Tương tự,

bảng điều khiển năng lượng mặt trời 24V có Voc là 44V và Vmp là 36V, với 72 miếng hình vuông silicon.

Bạn có thể tự hỏi: tại sao bảng điều khiển 12 volt không phải là 12 volt?

đây là thỏa thuận.

4.2 Tại sao bảng 12 volt là 17 volt

Một pin 12V được sạc đầy thực tế là khoảng 12.6 volt; Để sạc pin 12V, chúng ta cần điện áp đầu vào cao hơn - khoảng 13.7-14.4 volt từ bảng năng lượng mặt trời. Nhưng tại sao chúng tôi lại thiết kế bảng điều khiển năng lượng mặt trời Vmp thành 17V chứ không chỉ 14V?

Voc của một tấm pin mặt trời được đo trong Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn hoặc STC và Vmp cũng được đo trong STC, nơi nhiệt độ xung quanh không quá nóng, cường độ nắng ở mức hoàn hảo - không có mây, không có khói mù. Tuy nhiên, không phải lúc nào chúng ta cũng may mắn như vậy. Nếu chúng ta gặp phải một số thời tiết xấu - ví dụ, những ngày trời âm u hoặc nhiều mây - điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời sẽ giảm xuống; vì vậy, các tấm pin nên được thiết kế với một số điện áp phụ để hệ thống của bạn vẫn có thể nhận đủ điện áp, ngay cả khi thời tiết không lý tưởng; tức là không có ánh sáng mặt trời.

4.3 Các loại bộ điều khiển sạc:

Có 3 loại bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời:

  • Bộ điều khiển Shunt
  • PWM
  • MPPT

Bộ điều khiển Shunt: Chúng tôi đã đề cập đến bộ điều khiển shunt khi chúng tôi nói về quy định hiện tại - chúng hoạt động giống như một công tắc, bật và tắt dòng điện đến pin. Bạn có thể vẫn thấy một số ít trên các hệ thống cũ, mặc dù chúng đã được đưa ra thị trường. PWM và MPPT là 2 loại chính phổ biến hiện nay.

Hiện nay

Đầu tiên chúng ta hãy đi vào PWM.

4.4 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời PWM là gì?

PWM (Pulse Width Modulated), theo nghĩa đen, hoạt động bằng cách điều chỉnh độ rộng xung hiện tại của nó.

PWM gửi đến pin các xung sạc không liên tục chứ không phải là một đầu ra điện ổn định. Nó hoạt động giống như sạc phao giai đoạn 3 tạo ra dòng điện nhỏ giọt đến pin.

Nhưng tốc độ (tần số) và độ dài (độ rộng) xung nên được tạo ra bởi trạng thái của pin mà nó phát hiện. Nếu pin đã được sạc đầy và các tải trong hệ thống không hoạt động, PWM sẽ chỉ gửi một xung rất ngắn sau mỗi vài giây; đối với pin đã xả, các xung sẽ gần như liên tục. Đây là nguyên tắc làm việc cơ bản.

Mặc dù PWM ít tốn kém hơn MPPT nhưng do PWM tạo ra xung sắc nét nên khi xử lý công tắc bật tắt nhanh trong quá trình làm việc, tín hiệu TV, radio hoặc điện thoại của bạn thường có thể bị nhiễu. Đó là nhược điểm cố hữu của PWM.

Khi hệ thống của bạn chọn PWM làm bộ điều khiển sạc, điều quan trọng là phải làm cho điện áp danh định của các tấm pin mặt trời giống với điện áp danh định của bộ pin;

cụ thể là

PWM trong hệ thống 12V

PWM trong hệ thống 12V

nếu ngân hàng pin của bạn là 12V, bạn cũng phải chọn bảng điều khiển năng lượng mặt trời 12V.

PWM trong hệ thống 24V

PWM trong hệ thống 24V

Và nếu ngân hàng pin của bạn là 24V, thì bạn phải sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời 24V, hoặc mắc nối tiếp hai tấm pin mặt trời 12V để tạo thành 24V.

PWM trong hệ thống 48V

PWM trong hệ thống 48V

Nhưng nếu ngân hàng pin của bạn là 48V, thì bạn cần phải nối bốn tấm pin mặt trời 12V hoặc hai tấm pin mặt trời 24V mắc nối tiếp để có được 48V.

Và như vậy.

Trong khi đó, hãy đảm bảo thông số kỹ thuật PWM cũng khớp với thông số kỹ thuật của ngân hàng pin của bạn.

4.5 Tôi cần bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời lớn như thế nào: PWM

Làm thế nào để định kích thước PWM khi chúng ta thiết kế hệ thống PV ngoài lưới?

bước 1, Lấy bảng điều khiển năng lượng mặt trời Isc (Amps ngắn mạch) và Voc (Điện áp mạch hở) từ bảng tên của nó và tìm ra có bao nhiêu chuỗi song song trong mảng năng lượng mặt trời.

bảng tên bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Bảng tên bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Từ bảng tên,

chúng tôi đọc Voc 22.1V và Isc 8.68A và chúng tôi xác nhận rằng đó là bảng điều khiển năng lượng mặt trời 12V danh nghĩa từ Voc.

Hãy bắt đầu với một ví dụ đơn giản và giả sử chúng ta chỉ có 1 chuỗi song song.

bước 2, Nhân Isc với số chuỗi song song.

8.68Isc x 1 chuỗi = 8.68A

bước 3, nhân với hệ số an toàn 1.25. (Tại sao hệ số là 1.25: tham khảo NEC 690.8 (A) (1) Dòng điện nguồn quang điện)

8.68Isc x 1 chuỗi x 1.25 = 10.85A

Vì vậy, chúng ta có thể chọn một PWM mà công suất tải hiện tại phải lớn hơn 10.85A.

PWM trong hệ thống 24V 2 dây

PWM trong hệ thống 24V 2 dây

Bây giờ, hãy kiểm tra một ví dụ khác với 2 chuỗi trong 2 song song bằng cách sử dụng cùng một bảng điều khiển 140w được đề cập vừa rồi.

Nhưng hãy nhớ - chúng tôi đang sử dụng bộ điều khiển sạc PWM, vì vậy chúng tôi cần chú ý đến số lượng bảng trong chuỗi để điện áp của mảng năng lượng mặt trời phù hợp với điện áp của ngân hàng pin.

Trong ví dụ này, chúng ta có 2 chuỗi song song và 2 tấm mắc nối tiếp, vì vậy mảng năng lượng mặt trời dành cho hệ thống pin 24V.

8.68Isc x 2 dây x 1.25 = 21.7A

Một bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời PWM 25A là đủ.

Chương 5: Bộ điều khiển phí MPPT

5.1 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời MPPT hoạt động như thế nào?

Ý nghĩa của MPPT là gì?

MPPT là từ viết tắt của Maximum Power Point Tracking, là một loại theo dõi kỹ thuật số điện tử.

MPPT phức tạp hơn - và cũng đắt hơn - trong số cả hai. MPPT có hiệu suất chuyển đổi khoảng 94% - 98%. Đó là nguồn điện vào (từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời) gần bằng với nguồn điện ra (đến ngân hàng pin).

Bộ điều khiển sạc MPPT đọc đầu ra của các tấm pin mặt trời và điện áp của pin để tìm ra điểm năng lượng tốt nhất để lấy từ tấm pin mặt trời; sau đó, MPPT giảm điện áp để đáp ứng điện áp sạc pin trong khi tăng cường độ dòng điện. Bằng cách này, MPPT có thể tăng năng lượng mà cuối cùng chúng ta nhận được từ các tấm pin mặt trời lên gần 40%, so với PWM, vì PWM không thể tăng dòng điện để theo dõi điểm công suất tối đa.

Không giống như PWM, yêu cầu điện áp phù hợp với cả hai bên, MPPT có thể được áp dụng cho hệ thống PV, điện áp của mảng năng lượng mặt trời cao hơn điện áp của ngân hàng pin. Tính năng này mang lại cho MPPT nhiều lợi thế, chúng ta sẽ thảo luận trong Chương 6

Bây giờ,

hãy chuyển sang các ví dụ để bạn có thể nắm bắt điểm nhanh chóng.

5.2 Kích thước bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời mppt như thế nào?

Hãy nhớ các bảng 20V danh nghĩa với 60 miếng tế bào?

Trong mạch PWM, chúng quá lớn để phù hợp với ngân hàng pin 12V và quá nhỏ so với ngân hàng pin 24V, nhưng MPPT có thể giải quyết tình huống đáng xấu hổ này.

Bảng điều khiển 20V có 30Vmp và 9A Imp, và công suất định mức của nó = 30 x 9 = 270W.

Giả sử bảng 20V áp dụng cho pin 12V. MPPT sẽ chuyển đổi 30V xuống khoảng 14V để sạc pin và tăng dòng điện để nó có thể lấy điện tối đa từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Nếu chúng ta giảm 30V xuống 14V, tốc độ giảm là

30 / 14 = 2.14.

Khi đó dòng điện tăng lên là

9 x 2.14 = 19.28A.

Cuối cùng,

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 watt (công suất trong tương đương với mất điện);

vì dòng điện đầu ra là 19.28A, chúng tôi nhân với hệ số an toàn 1.25.

Chúng tôi nhận được

19.28 x 1.25 = 24.1A.

Vì vậy, sẽ tốt nếu chúng tôi chọn một MPPT với công suất hiện tại lớn hơn 24.1A.

Một ví dụ khác với 2 chuỗi thành 2 song song sử dụng bảng 20V danh nghĩa để sạc pin 12V: tổng công suất trong là

270 x 4 = 1080 W.

Sản lượng hiện tại sẽ là

1080/14 = 77.14A.

Nhân với 1.25

77.14 x 1.25 = 96.43A.

Vì vậy, chúng tôi sẽ chọn MPPT 100A.

5.3 Định cỡ bộ điều khiển sạc: điện áp của bộ điều khiển

Một điều nữa chúng ta cần chú ý khi định cỡ bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời là điện áp. Đảm bảo bộ điều khiển có khả năng mang điện áp đầu vào từ các tấm. Bộ điều khiển sạc 150V chỉ có thể mang ba bảng danh định 20v mắc nối tiếp. Bạn có thể tự hỏi… 3 x 20 = 60V? Đó là xa 150V!

Tại sao?

Đó là bởi vì điện áp thực tế mà các tấm pin mặt trời tạo ra có thể cao hơn nhiều so với 20V; đôi khi, cao hơn Vmp 30V. Vì vậy, chúng tôi sử dụng Voc để thực hiện phép tính. Voc = 38V.

3 x 38 = 114V

Sau đó, ba bảng điều khiển 20V danh nghĩa mắc nối tiếp là 114V

Bảng NEC 690.7

Bảng NEC 690.7

Vì điện áp bảng điều khiển sẽ tăng trong thời tiết lạnh, hãy tham khảo Bảng 690.7 của NEC. Sau đó, chúng tôi chọn hệ số an toàn nhất, 1.25, nhân 114v với 1.25,

chúng tôi nhận

114 x 1.25 = 142.5V.

Bây giờ bạn có thể hiểu tại sao bộ điều khiển 150V chỉ có thể hỗ trợ ba 20V nối tiếp, đặc biệt là vào mùa đông.

Ngày nay, các bộ điều khiển mới được phát triển có thể có điện áp cao hơn nhiều; một số mô hình thậm chí còn hỗ trợ đầu vào 700V. Điều này rất quan trọng khi mảng năng lượng mặt trời của bạn được bố trí ở xa ngân hàng pin của bạn.

Hãy cùng tìm hiểu lý do trong chương 6.

Chương 6: PWM vs. MPPT

6.1 PWM so với MPPT: Cái nào tốt hơn?

Chúng ta đã tìm hiểu về các tính năng của cả hai bộ điều khiển (PWM & MPPT) trong các chương trước. Chúng tôi cũng lưu ý rằng PWM không chuyển đổi điện áp phụ thành dòng điện, dẫn đến tỷ lệ chuyển đổi công suất thấp. Nói cách khác, PWM không chuyển tất cả năng lượng được thu thập bởi các tấm pin mặt trời sang pin, nhưng MPPT luôn theo dõi điểm công suất tối đa từ các tấm pin và điều chỉnh dòng điện và điện áp của nó cho phù hợp để nó có thể chuyển tất cả năng lượng thu được bởi tấm pin mặt trời sang pin.

PWM so với MPPT

PWM so với MPPT

Một ví dụ cụ thể sẽ giải thích rõ điều này:

Công thức vật lý cơ bản:

Công suất (watt) = V (Volts) x I (Amps)

Nếu chúng tôi sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời 12V, 100W danh định để sạc hệ thống pin 12V, Vmp thực tế là 17V và chúng tôi có thể tính toán đầu ra hiện tại của nó:

I = Công suất / V

I = 100/17 = 5.88 amps

Bây giờ chúng ta biết đầu ra của bảng điều khiển là 17V và 5.88A.

Kịch bản 1: Hệ thống quang điện có bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời PWM.

PWM sẽ kéo điện áp xuống điện áp sạc pin - xấp xỉ 14V. Sau khi đi qua PWM, năng lượng mặt trời chỉ còn lại 14V và 5.88A.

Đó là:

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

Kịch bản 2: Hệ thống quang điện với bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời MPPT.

MPPT không chỉ kéo điện áp xuống 14V, mà còn làm tăng dòng điện, do đó nguồn điện gần như tương đương với nguồn điện.

Vì vậy, nếu hiệu điện thế giảm 17/14 = 1.21

Khi đó dòng điện vào acquy tăng 1.21, ta được

5.88 x 1.21 = 7.11A

Mất điện toàn bộ

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

Trong ví dụ này, công suất bị lãng phí bởi PWM là

99.54 - 82.32 = 17.22W

Gần 20% năng lượng không được chuyển đổi thành năng lượng hóa học của pin. Nếu chúng ta xem xét kịch bản trong một mảng năng lượng mặt trời lớn, tổn thất có thể rất lớn.

Vì vậy, tốt hơn nên sử dụng MPPT cho mảng năng lượng mặt trời lớn.

6.2 Điểm mạnh của MPPT

a) Hiệu suất chuyển đổi cao

Nếu hệ thống quang điện của bạn đi kèm với một mảng năng lượng mặt trời lớn, MPPT sẽ là lựa chọn tốt nhất để tăng cường chuyển đổi năng lượng mặt trời, đặc biệt là trong thời tiết lạnh, vì điện áp bảng điều khiển sẽ tăng lên khi nhiệt độ giảm xuống. Tỷ lệ chuyển đổi MPPT có thể tăng từ 20% lên 40%. Đó là năng lượng xanh và miễn phí thực sự tiết kiệm tiền trên hóa đơn của bạn.

Mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở khoảng cách xa

Mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở khoảng cách xa

b) Giảm tổn thất năng lượng trong cáp hoặc giảm chi phí mua cáp.

Hãy nhớ Công thức định luật Ohm

V (Vôn) = R (Ohm) x I (Amps)

Công suất đầu ra P(Watts) = V (Volts) x I (Amps)

So

Mất sức đề kháng PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Amps)

Sau đó, nếu các tấm PV của bạn được lắp đặt cách xa ngân hàng pin của bạn một khoảng cách xa, thì khả năng mất điện của điện trở cáp là đáng kể (PR = R x I2  ). Ở đây R đại diện cho điện trở của cáp. R tăng khi chiều dài cáp tăng:

Công thức điện trở cáp

Công thức điện trở cáp

Nhưng nếu chúng ta tăng gấp đôi Điện áp của mảng năng lượng mặt trời bằng cách nối chúng thành nhiều chuỗi hơn, theo P = V x I, không có sự thay đổi tổng công suất đầu raP, vì vậy dòng điện qua cáp tôi phải là một nửa.

Cuối cùng, lực cản PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Amps) sẽ là một phần tư so với trước đây.

Trên thực tế, với MPPT, bạn có thể tăng điện áp của mảng năng lượng mặt trời cao hơn nữa để giảm dòng điện.

Trong trường hợp này, chúng tôi tăng điện áp của bảng điều khiển để giảm tổn thất điện trở qua cáp và vì chúng tôi đang sử dụng MPPT, luôn theo dõi để thu công suất tối đa từ các bảng, chúng tôi không có lãng phí điện áp như PWM có thể có.

Chúng tôi có thể xem xét chủ đề này từ một khía cạnh khác. Nếu bạn không thể tăng điện áp bảng điều khiển, thì bạn phải tìm ra một số giải pháp để giảm điện trở của cáp, vì điện trở = điện trở suất × chiều dài / diện tích, có vẻ như cách duy nhất là sử dụng cáp có diện tích ngang lớn và đó sẽ là một vấn đề lớn số tiền cần chi tiêu.

Tóm lại, khi nói đến các hệ thống nhỏ, PWM là một giải pháp tốt vì nó không tốn kém, nhưng đối với các hệ thống lớn, để cải thiện tỷ lệ chuyển đổi và không lãng phí công suất khai thác năng lượng mặt trời của bảng điều khiển thì MPPT được ưu tiên hơn. MPPT sẽ luôn được áp dụng cho các hệ thống điện cao hơn.

6.3 Ưu và nhược điểm

Tìm hiểu thông tin kiến ​​thức từ nội dung trước là cần thiết trước khi đưa ra quyết định mua bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời cho hệ thống PV của bạn. Một bảng so sánh, liệt kê sự khác biệt giữa PWM và MPPT, cũng được đề xuất. Vì vậy, chúng tôi tổng hợp những ưu và nhược điểm của chúng lại với nhau để giúp bạn thuận tiện hơn khi xem xét.

Ưu điểmNhược điểm
PWM
  • Công nghệ PWM đã có mặt trong các hệ thống PV từ lâu và là một công nghệ tương đối ổn định và trưởng thành
  • Chúng tiết kiệm chi phí và phù hợp với túi tiền của hầu hết người tiêu dùng
  • PWM hiện có thể chịu tải tới 60 ampe
  • Hầu hết các PWM đều có cấu trúc tản nhiệt hợp lý cho phép chúng hoạt động liên tục
  • PWM có nhiều kích cỡ khác nhau để phù hợp với nhiều ứng dụng
  • Nếu PWM được áp dụng cho các hệ thống năng lượng mặt trời quang điện, điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời phải phù hợp với điện áp của ngân hàng pin
  • Khả năng tải hiện tại của một PWM duy nhất chưa được phát triển và vẫn chỉ lên đến 60 ampe
  • Một số bộ điều khiển phí PWM có kích thước nhỏ hơn không thể được liệt kê UL do thiết kế cấu trúc kém của chúng
  • Một số PWM có kích thước nhỏ hơn không có phụ kiện của ống dẫn
  • PWM đôi khi có vấn đề về nhiễu tín hiệu. Bộ điều khiển tạo ra tiếng ồn trong TV hoặc radio
  • PWM hạn chế sự mở rộng của các hệ thống năng lượng mặt trời quang điện ở một mức độ nào đó
  • Nó không thể được áp dụng cho các mảng năng lượng mặt trời không nối lưới điện áp cao
MPPT
  • MPPT tối đa hóa việc chuyển đổi năng lượng mặt trời từ các tấm pin PV và tỷ lệ có thể hiệu quả hơn 40% so với PWM
  • MPPT có thể được sử dụng trong trường hợp điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời cao hơn điện áp pin.
  • MPPT có thể chịu được dòng tải lên đến 80 ampe
  • MPPT có bảo hành lâu hơn PWM
  • MPPT không hạn chế việc mở rộng các tấm pin mặt trời trong hệ thống
  • MPPT là giải pháp duy nhất cho hệ thống điện mặt trời hỗn hợp
  • MPPT đắt hơn PWM. Giá của một số mô hình cao gấp đôi so với bộ điều khiển sạc PWM
  • Vì MPPT có nhiều thành phần và chức năng hơn nên kích thước vật lý của nó lớn hơn PWM.
  • MPPT phức tạp hơn, vì vậy, hầu hết thời gian, chúng ta cần làm theo hướng dẫn khi định kích thước mảng năng lượng mặt trời
  • Bộ điều khiển năng lượng mặt trời MPPT liên tục bắt buộc mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời có dây theo chuỗi

6.4 Có phải mọi hệ thống điện mặt trời đều cần bộ điều khiển sạc không?

Câu trả lời là không.

Nói chung, nếu bảng điều khiển năng lượng mặt trời của bạn ít hơn 5 watt cho mỗi pin 100 amp giờ, thì bạn không cần bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời.

Đây là công thức chúng ta có thể sử dụng:

Thương số = Dung lượng pin (Amp giờ) / Imp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời (Amps)

Nếu thương số lớn hơn 200, bạn không cần bộ điều khiển; nếu không, bạn nên cài đặt một bộ điều khiển.

Ví dụ: nếu bạn có pin 200AH và bảng điều khiển 20W, thương số sẽ là 200 / 1.18 = 169.5; trong trường hợp này, bạn cần một bộ điều khiển.

Nếu bạn có pin 400AH và bảng điều khiển 10W, thương số sẽ là 400 / 0.59 = 677.9; trong trường hợp này, bạn không cần bộ điều khiển.

Thuật ngữ

  • Thiết lập các điểmCác điện áp cụ thể đã được đặt cho bộ điều khiển sạc để thay đổi tốc độ sạc.
  • DoD: Độ sâu xả, tỷ lệ dung lượng pin (amp giờ) được lấy ra khỏi pin đã sạc đầy. Ví dụ: nếu tổng dung lượng pin là 100 Ah và 40 Ah đã được xả, thì DoD là 40%.
  • Pin chu kỳ sâu: Pin axít chì, luôn có thể phóng điện sâu đến trạng thái sạc thấp. Pin chu kỳ sâu có DoD cao.
  • Imp: Dòng điện ở công suất cực đại; thương số của công suất cực đại bằng Vmp.
  • STC: Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, điều kiện lý tưởng trong phòng thí nghiệm nơi thử nghiệm một vật cố định.
  • VOC: Điện áp hở mạch, điện áp tối đa trên một tế bào PV, khi bạn đo bảng điều khiển năng lượng mặt trời trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn về mặt lý thuyết (STC) chỉ với vôn kế được kết nối. Điện áp mà máy đo nhận được là Voc.
  • Vmp: Điện áp ở công suất tối đa, điện áp đầu ra của tấm pin mặt trời khi nó được kết nối với hệ thống PV.
  • Điện áp danh định: Điện áp tham chiếu dùng để phân loại thiết bị năng lượng mặt trời trong hệ thống không nối lưới. Trong hệ thống nối lưới, điện áp danh định (12v, 24v và 48v) là vô nghĩa.
  • Là C: Dòng điện ngắn mạch, dòng điện lớn nhất qua mạch ngoài mà không có tải hoặc điện trở nào.