ШИМ-контроллер солнечной зарядки — работа, размеры и выбор

Что такое контроллер заряда солнечной батареи с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)?

Что такое широтно-импульсная модуляция или ШИМ-контроллер заряда?

ШИМ (широтно-импульсная модуляция ) контроллер — это (электронный) переход между солнечными панелями и батареями:

Контроллер заряда солнечной батареи (часто называемый регулятором) идентичен стандартному зарядному устройству, т. е. он контролирует ток, протекающий от солнечной панели к блоку батарей, чтобы предотвратить перезарядка аккумуляторов. Как и в стандартном зарядном устройстве, оно может работать с различными типами аккумуляторов.

Напряжение поглощения может выбирать плавающее напряжение, а также часто может устанавливать время и выходной ток. Они лучше всего подходят для литий-железо-фосфатных батарей, поскольку, когда контроллер полностью заряжен, он остается на фиксированном уровне или поддерживает напряжение около 13,6 В (3,4 В на элемент) до конца дня.

Самый популярный профиль зарядки — это та же простая последовательность, что и в качественном сетевом адаптере, т. е. режим объемного заряда — режим поглощения — плавающий режим. Вход в режим массовой зарядки происходит по адресу:

• Рассвет утром
• Если напряжение батареи падает ниже заданного значения дольше указанного периода, например 5 секунд (повторный вход)

Этот повторный вход в массовый режим лучше работает для свинцово-кислотных аккумуляторов, поскольку падение и падение напряжения более значительны, чем для литиевых аккумуляторов, которые сохраняют более высокое и стабильное напряжение. на оставшийся период разряда.

• Публикация по теме: Контроллер заряда солнечной батареи MPPT — работа, размеры и выбор

В контроллере заряда солнечной батареи:

• Переключатель включен, когда зарядное устройство находится в режиме массовой зарядки.
• Переключатель включается и выключается при необходимости (с широтно-импульсной модуляцией), чтобы поддерживать напряжение батареи абсорбера.
• Он выключается в конце абсорбции, когда напряжение батареи снижается до плавающего напряжения.
• Переключатель включается и снова выключается по мере необходимости (широтно-импульсная модуляция), чтобы поддерживать напряжение батареи на уровне плавающего напряжения.

Обратите внимание, что когда переключатель выключен, напряжение на панели будет равно напряжению холостого хода (Voc). Когда кнопка на панели, напряжение будет на уровне напряжения батареи + напряжение между платой и контроллером уменьшается.

Лучшее соответствие ШИМ-контроллеру:

Наилучшей согласующей панелью для ШИМ-контроллера является панель с напряжением чуть выше предусмотренного для зарядки аккумулятора и с учетом температуры, как правило, плата с напряжением V_mp (максимальное напряжение) около 18 В для зарядки аккумулятора 12 В. Их иногда называют рядами 12 В, несмотря на то, что они имеют напряжение V_mp. около 18В.

Ниже представлена ​​блок-схема типичного ШИМ-контроллера заряда солнечной батареи.

Трехэтапная зарядка PMW

Оптовая оплата: Уровень объемной зарядки — это когда фотоэлектрическое устройство сохраняет большую часть заряда батареи. Устройство будет заряжать аккумулятор высоким током и напряжением, когда напряжение падает. Когда напряжение на конце батареи становится более значительным, чем это значение обслуживания во время настройки, прямая зарядка должна прекратиться.

Поглощение заряда: Обычно после первого этапа зарядки батарея некоторое время ждет, пока напряжение уменьшится естественным образом, а затем достигает стадии сбалансированной зарядки. Этап также называется зарядкой постоянным напряжением.

Плавающая оплата: Это последний этап 3-ступенчатой ​​зарядки, известной как непрерывная зарядка. Струйка представляет собой небольшой зарядный ток к аккумулятору с низкой скоростью и устойчивый. Большинство перезаряжаемых аккумуляторов теряют мощность при полном питании из-за саморазряда. Если зарядка остается на том же низком токе, что и скорость саморазряда, она может поддерживать емкость заряда.

Плюсы PWM Solar Controller:

• Регулятор ШИМ усовершенствовал и устоял.
• Простая структура и экономичность
• Простое развертывание ШИМ-регулятора
• Снижение бюджета на небольшую инициативу

Недостатки PWM-контроллера заряда солнечной батареи:

• Низкий коэффициент конверсии.
• Входное напряжение должно уравновешивать напряжение батареи.
• Меньшая масштабируемость для разработки устройств.
• Режим меньшей загрузки
• Меньше защиты;

Похожие публикации: Введение в алгоритмы максимальной мощности в фотоэлектрических системах

Функция контроллера заряда солнечной батареи:

Центральный контроллер заряда, по существу, регулирует напряжение устройства и размыкает цепь, останавливая заряд, когда напряжение аккумулятора достигает определенного значения. В других элементах управления зарядом использовалось механическое реле для открытия или отключения трассы, остановки или включения питания от электрического накопителя.

Как правило, аккумуляторы на 12 В предназначены для солнечных батарей. Солнечные панели могут передавать гораздо больше напряжения, чем требуется для зарядки аккумулятора. Напряжение заряда будет поддерживаться на максимально возможном уровне, а время, затрачиваемое на полную настройку электроаккумулятора, будет минимальным. Это помогает солнечным системам работать непрерывно оптимально. Рассеиваемая мощность проводов значительно ниже благодаря более высокому напряжению в кабелях солнечных панелей, ведущих к контроллеру заряда.

Контроллеры солнечного заряда также могут управлять потоком обратного электричества. Контроллеры заряда определят, не поступает ли питание от солнечных панелей, и разомкнут цепь, отделяющую солнечные панели от аккумуляторных устройств и останавливающую обратный ток.

Типы контроллеров солнечного зарядного устройства:

Три типа контроллера заряда солнечной батареи

1) Простое 1- или 2-фазное управление:переключает транзисторы для регулирования напряжения в один или два этапа.

2) ШИМ (широтно-импульсная модуляция):это традиционная форма контроллера заряда, например, xantrex, Blue Sky и т. д. На данный момент это отраслевая норма.

3) Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT):MPPT определяет оптимальное рабочее напряжение и силу тока дисплея солнечной панели и сопоставляет их с аккумуляторной батареей.

Размер ШИМ-контроллера заряда солнечной батареи

ШИМ-контроллеры не могут ограничивать свою текущую производительность. Они просто используют текущую коллекцию. Поэтому, если солнечная батарея будет генерировать 40 ампер тока, а используемый вами контроллер заряда рассчитан только на 30 ампер, контроллер может выйти из строя. Очень важно убедиться, что ваш контроллер заряда параллелен, совместим с панелями и имеет правильный размер.

При просмотре контроллера заряда многие элементы просматриваются в списке функций или тегов. ШИМ-контроллер будет считывать с него ампер, например, ШИМ-контроллер на 30 ампер. Он отражает, сколько ампер может выдержать контроллер, в приведенном выше примере 30 ампер. Как правило, сила тока и номинальное напряжение — это две вещи, на которые следует обращать внимание при управлении ШИМ.

Далее мы хотим посмотреть на номинальное напряжение устройства. Это сообщит нам, с каким напряжением батареи контроллера совместимы. В этой ситуации вы можете использовать аккумуляторные батареи на 12 В или 24 В. Контроллер не сможет работать с чем-то более высоким, например с аккумуляторной батареей на 48 В.

Во-вторых, важен номинальный ток батареи. В этом случае предположим, что у вас есть контроллер заряда на 30 ампер. Рекомендуется коэффициент защиты не менее 1,25, а это значит, что вы можете усреднить ток от панелей на 1,25 и тогда приравнять его к 30 амперам. Например, пять 100-ваттных панелей будут 5,29 x 5 =26,45 ампер при параллельном соединении. 26,45 ампер x 1,25 =33 ампера, и это будет слишком много для контроллера. На панель будет приходиться больше тока, чем допустимо, когда воздействие солнечных лучей превышает 1000 Вт/м^2.

В-третьих, мы должны обратить внимание на максимальное потребление солнечной энергии. Он показывает вам, сколько вольт вы можете получить на контроллере. Этот контроллер не выдерживает более 50 вольт. Он рассматривает возможность последовательного подключения 2 панелей по 100 Вт с общим напряжением 22,5 В (напряжение холостого хода) x 2 =45 вольт. В этом случае можно соединить эти две панели последовательно.

В-четвертых, нам следует взглянуть на терминалы. Каждый контроллер обычно имеет максимальный размер клеммного датчика. Это очень важно при покупке проводки для вашей машины.

И наконец, обратите внимание на тип батареи. Он сообщает нам, какие батареи совместимы с контроллером заряда. Это необходимо проверить, поскольку вы не хотите получать батареи, которые не могут питать контроллер.

Давайте рассмотрим еще один базовый пример выбора размера ШИМ-контроллера заряда солнечной батареи.

Пример:

Какой размер ШИМ-контроллера заряда подходит для солнечной панели мощностью 100 Вт, 12 В с I_SC (ток короткого замыкания) 8А?

Решение:

Нам нужно будет добавить коэффициент безопасности 25% тока, т.е. 1,25 x I_SC чтобы найти подходящий размер контроллера заряда солнечной батареи.

Так; 8А x 1,25 =10А

Следовательно, вы можете безопасно использовать 10A, 12V солнечного контроллера заряда для этой базовой системы солнечных панелей.

Другой способ, если общая подключенная нагрузка постоянного тока составляет 12 В, 95 Вт.

Номинальный ток нагрузки =общая нагрузка постоянного тока / номинальное напряжение системы =95 Вт / 12 В

Номинальный ток нагрузки =7,91 А

Коэффициент безопасности x номинальный ток нагрузки

1,25 x 7,91 =9,9 А

Наконец, метод базовой формулы мощности, т. е. P =V x I

I =(P/V) x 1,25

I =(95 Вт/12 В) x 1,25

I =9,9 А

Обратите внимание, что вам придется применять одну и ту же формулу для последовательно и параллельно соединенных солнечных панелей и батарей в соответствии с номинальным напряжением и током. Вы можете увидеть более решенный пример для определения размера контроллера заряда PWM и MMPT в предыдущем посте.

Несоответствие между PWM и MPPT контроллерами солнечной нагрузки

Суть разницы в следующем:

• При использовании ШИМ-контроллера ток выводится из панели чуть выше уровня заряда батареи, в то время как
• При использовании контроллера MPPT ток выводится из панели при нажатии кнопки «максимальное напряжение питания» (представьте себе контроллер MPPT как «интеллектуальный преобразователь постоянного тока в постоянный»).

Вы также видите такие лозунги, как "вы получите 20% или более сбора энергии от контроллера MPPT". Это дополнение также значительно отличается, и ниже приведена ссылка на то, находится ли панель под прямым солнечным светом, а контроллер находится в режиме массовой зарядки. Игнорирование снижения напряжения, используя простую панель и простую математику в качестве примера:

• Максимальный ток питания панели (имп)  =5,0 А
• Максимальное напряжение питания панели (Вмп)  =18 В

Напряжение зарядного устройства =13 В (напряжение аккумулятора может варьироваться, например, от 10,8 В полностью разряженного до 14,4 В в режиме абсорбционного заряда). При напряжении 13 В панельный усилитель будет немного выше, чем общая мощность усилителя, скажем, 5,2 А.

С ШИМ-контроллером выходная мощность панели составляет 5,2 А * 13 В =67,6 Вт. Суммарная мощность будет потребляться независимо от температуры панели, при условии, что напряжение панели остается выше напряжения батареи.

С контроллером MPPT выходная мощность панели составляет 5,0 А * 18 В =90 Вт, т. е. на 25 процентов выше. Однако это слишком амбициозно, поскольку напряжение уменьшается с повышением температуры; таким образом, предположим, что температура панели поднимается на 30°C по сравнению с температурой нормальных условий испытаний (STC), равной 25°C. Напряжение падает на 4 процента при каждых десяти градусах Цельсия, то есть всего на 12 процентов, выходная мощность MPPT составит 5 А * 15,84 В =79,2 Вт, т. е. на 17,2 процента больше мощности, чем у ШИМ-контроллера.

Итак, сбор энергии для элементов управления MPPT увеличивается, но процент увеличения сбора значительно различается в течение дня.

Преимущества зарядного устройства с ШИМ

Зарядка аккумулятора на солнечной энергии — уникальная и сложная задача. В прежние времена основные двухпозиционные регуляторы использовались для уменьшения заряда батареи от газа, когда солнечная панель обеспечивала избыточную электроэнергию. Однако по мере развития солнечных систем стало очевидно, насколько эти упрощенные инструменты мешали процессу зарядки.

Опыт двухпозиционных регуляторов заключается в ранних ошибках батареи, растущих отключениях нагрузки и растущем недовольстве потребителей. ШИМ недавно стал первым прорывом в зарядке солнечных батарей. В солнечных зарядных устройствах PWM используется оборудование, аналогичное большинству современных высококачественных зарядных устройств.

Поскольку напряжение батареи превышает контрольный предел, алгоритм ШИМ медленно снижает зарядный ток, чтобы батарея не нагревалась и не выделяла газ, при этом зарядка начинает возвращать общее количество энергии к аккумулятору в кратчайшие сроки. Это обеспечивает более высокую эффективность зарядки, быструю перезарядку и длительный срок службы аккумулятора при максимальной мощности.

Кроме того, этот новый способ зарядки солнечных батарей предлагает некоторые очень интересные и необычные преимущества пульсации ШИМ.

К ним относятся:

1. Возможность восстанавливать разряженную батарею и разряжать батарею.
2. Значительно повысить одобрение заряда батареи.
3. Сохранять высокую общую емкость аккумулятора (от 90 до 95 процентов) по сравнению с контролируемым диапазоном состояния заряда, обычно от 55 до 60 процентов.
4. Уравняйте дрейф элементов батареи.
5. Ограничить нагрев и газификацию батареи.
6. Автоматическая компенсация срока службы батареи.
7. Саморегулирование скачков напряжения и температурных эффектов в солнечных системах.

Выбор лучшего солнечного контроллера

ШИМ — неплохой недорогой вариант:

• Для небольших устройств
• Когда надежность устройства не важна (процесс зарядки).
• Для солнечных панелей с номинальным напряжением (Вмп) до 18В для зарядки аккумулятора 12В (36В для аккумулятора 24В и т.д.)
• Контроллер MPPT идеально подходит для:
• Для более разветвленных сетей, где целесообразно дополнительно собирать 20 %* или более энергии;
• Где напряжение солнечной батареи значительно больше, чем напряжение батареи, например, при использовании панелей дома для зарядки 12-вольтовых батарей;

Приложения

В последние дни метод производства электроэнергии из солнечного света стал более распространенным, чем другие альтернативные источники, а фотогальванические панели не производят вредных выбросов и не требуют сложного обслуживания. Вот несколько примеров использования солнечной энергии.

• Уличные фонари используют фотогальванические элементы для преобразования солнечного света в электрический заряд постоянного тока. Эта машина использует устройство для зарядки от солнечных батарей для хранения постоянного тока в батареях и использует его в нескольких местах.
• В домашних системах фотоэлектрический модуль используется для хозяйственных целей.
• Гибридная солнечная панель использует различные источники энергии для постоянного резервного питания других источников.

Примечание. Эта статья опубликована на сайте www.electricaltechnology.org