Контроллер заряда солнечной батареи: схема, принцип работы, способы подключения

Комментарии:

Если вы задумывались над альтернативным способом получения энергии и решили устанавливать солнечные батареи, то наверняка хотите сэкономить. Одной из возможностей экономии — сделать контроллер заряда своими руками. При установке солнечных генераторов — панелей, требуется много дополнительного оборудования: контроллеры заряда, аккумуляторы, для перевода тока под технические стандарты.

Рассмотрим изготовление контроллера заряда солнечной батареи своими руками.

Это устройство контролирующее уровень зарядки свинцовых аккумуляторов, не допускающее их полной разрядки и перезарядки. Если аккумулятор начнет разряжаться в аварийном режиме, аппарат снизит нагрузку и не допустит полной разрядки.

Стоит отметить, что самостоятельно изготовленный контроллер не сравниться по качеству и функционалу с промышленным, но он будет вполне достаточен для работы элетросети. В продаже попадаются изделия, изготовленные в подвальных условиях, которые имеют очень низкий уровень надежности. Если у вас не хватает средств на дорогостоящий агрегат, лучше собрать его самостоятельно.

Контроллер заряда акб от солнечных батарей изготовленный самостоятельно

Даже самодельный продукт должен соответствовать следующим условиям:

• 1,2P
• Максимально разрешенное входное напряжение должно равняться общему напряжению всех батарей без нагрузки.

На изображении ниже вы увидите схему такого электрооборудования. Для того чтобы собрать его потребуются небольшие познания в электроники и немного терпения. Конструкция немного доработана и теперь вместо диода установлен полевой транзистор, регулирующийся компаратором.
Такой контролер заряда будет достаточен для использования в сетях не высокой мощности, с использованием только . Отличается простотой изготовления и дешевизной материалов.

Контроллер заряда для солнечных батарей работает по простому принципу: когда напряжение на накопителе достигает указанного значения, он прекращает зарядку, дальше идет только капельный заряд. В случае падения напряжения показателя ниже установленного порога подача тока на аккумулятор возобновляется. Использование аккумуляторов отключается контролером когда в них заряд менее 11 V. Благодаря работе такого регулятора акб самопроизвольно не разрядится во время отсутствия солнца.

Основные характеристики схемы контролера заряда:

• Напряжение заряда V=13,8V (настраивается), измеряется при наличии тока заряда;
• Отключение нагрузки происходит когда Vbat мене 11V (настраивается);
• Включение нагрузки когда Vbat=12,5V;
• Температурная компенсация режима заряда;
• Экономичный компаратор TLC339 можно заменить на более распространенный TL393 или TL339;
• Падение напряжения на ключах менее 20mV при заряде током 0,5А.

Усовершенствованный контроллер заряда солнечной батареи

Если вы уверены в своих познаниях электронного оборудования, можно попробовать собрать более сложную схему контроллера заряда. Она более надежна и способна работать как от солнечных батарей, так и от ветрогенератора, который поможет вам получать свет по вечерам.

Выше представлена усовершенствованная схема котроллера заряда своими руками. Для изменения пороговых значений применяются подстроечные резисторы, с помощью которых вы будете регулировать параметры работы. Ток, поступающий от источника коммутируется реле. Само реле управляется ключом полевых транзисторов.

Все схемы контроллера заряда проходили проверку на практике и отлично зарекомендовали себя на протяжении нескольких лет.

Для дачи и прочих объектов, где не требуется большое потребление ресурсов, нет смысла затрачиваться на дорогостоящие элементы. Если вы имеете необходимые знания, можно доработать предложенные конструкции или добавить необходимый функционал.

Так вы можете сделать своими руками контроллер заряда при использовании устройств альтернативной энергии. Не стоит отчаиваться если первый блин вышел комом. Ведь никто не застрахован от ошибок. Немного терпения, старания и экспериментов доведут дело до конца. Зато работающее электроснабжение будет отличным поводом для гордости.

Контроллер заряда является очень важным узлом системы, в которой электрический ток создают солнечные панели. Устройство управляет зарядкой и разрядкой аккумуляторных батарей. Именно благодаря ему, батареи не могут перезарядиться и разрядиться настолько, что восстановить их рабочее состояние будет невозможно.

Такие контролеры можно сделать своими руками.

Принцип работы

При отсутствии тока с солнечной батареи контроллер находится в спящем режиме. Он не использует ни одного вата из аккумулятора. После попадания солнечных лучей на панель электрический ток начинает поступать к контроллеру. Он должен включиться. Однако индикаторный светодиод вместе с 2 слабыми транзисторами включается только тогда, когда напряжение тока достигнет 10 В.

После достижения такого напряжения ток будет проходить через диод Шоттки к аккумулятору. Если напряжение поднимется до 14 В, начнет работать усилитель U1, который откроет транзистор MOSFET. В результате светодиод погаснет, и состоится закрытие двух не мощных транзисторов. Аккумулятор заряжаться не будет. В это время будет разряжаться С2. В среднем на это уходит 3 секунды. После разрядки конденсатора С2 гистерезис U1 будет преодолен, MOSFET закроется, аккумулятор начнет заряжаться. Зарядка будет происходить до момента, когда напряжение поднимется до уровня переключения.

Самостоятельное изготовление

Если у человека имеются определенные познания в области электроники и электротехники, то можно попробовать собрать схему контроллера для солнечных панелей и ветрогенератора своими руками. Такой агрегат будет сильно уступать в функционале и эффективности промышленным серийным образцам, но в маломощных сетях его может быть вполне достаточно.

Кустарный регулирующий модуль должен отвечать основным условиям:

• 1,2P ≤ I × U. В этом уравнении используются обозначения суммарной мощности всех источников (Р), выходного тока контроллера (I), напряжения в системе при полностью разряженных АКБ (U),
• Максимальное входное напряжение контроллера должно отвечать суммарному напряжению батарей без нагрузки.

Наиболее простая схема подобного модуля будет иметь следующий вид:

Устройство, собранное своими руками, работает с такими характеристики:

• Зарядное напряжение – 13,8 В (может меняться в зависимости от номинала тока),
• Напряжение отключения – 11 В (настраивается),
• Напряжение включения – 12,5 В,
• Падение напряжения на ключах – 20 мВ при значении тока 0,5А.

Контроллеры заряда ШИМ или МРРТ типа являются одной из неотъемлемых частей любой гелиосистемы или гибридной системы на солнечных и ветрогенераторах. Они обеспечивают нормальный режим заряда аккумуляторных батарей, повышают эффективность и предотвращают их преждевременный износ, к тому же могут быть вполне собраны своими руками.

Схема подключения модуля

Клик для увеличения схемы

После снятия задней стенки можно получить доступ к печатной плате устройства.

В качестве аккумулятора была выбрана батарея 12 В емкостью 1,2 А/ч, потому, что она у автора была. На самом деле в ясный солнечный день панель сможет зарядить 2-3 таких аккумулятора. Для уменьшения опасности короткого замыкания в цепь аккумулятора включен плавкий предохранитель. Для недопущения разряда аккумулятора через солнечную панель при малом освещении последовательно с панель включен диод Шотки типа IN5817. Когда аккумулятор полностью заряжен ток, отбираемый от солнечной батареи, составляет около 50 мА, при напряжении 19 В.

В качестве тестовой нагрузки использована самодельная светодиодная фитолампа на 4-х последовательно включенных фитосветодиода мощностью 1 Вт, последовательно со светодиодами включен резистор типа МЛТ-2, сопротивлением 30 Ом. При напряжении 12,6 В, ток потребляемый лампой составит около 60 мА. Таким образом аккумулятор на 1,2 А*ч позволяет питать эту лампу около 20 часов.

В целом собранная автономная конструкция оказалась вполне работоспособной с технической точки зрения. Но с экономической точки зрения, учитывая стоимость солнечной батареи, аккумулятора и блока управления картина получается безрадостной. Солнечная батарея стоит 2700 р,  аккумулятор 12 В 1,2 А/ч стоит около 500 р, блок управления 400 р. Так же автор пробовал использовать два последовательно включенных аккумулятора 6 В 12 А/ч (они будут иметь стоимость около 3000 р), такой аккумулятор у автора заряжается за 3-4 солнечных дня, при этом ток зарядки доходит до 270 мА.

Общая стоимость использованного оборудования в минимальной комплектации 3600 р. Как несложно видеть, данная фитолампа потребляет около 0,8 Вт. При тарифе 3,5 р за 1 кВт/ч, лампа должна работать от сети при КПД источника питания 50%, около 640000 ч или 73 года только для того, что бы можно было оправдать затраты на оборудование. При этом за такой промежуток времени, несомненно, придется несколько раз полностью сменить оборудование, деградацию аккумулятора и фотоэлементов ни кто не отменял.

Схема устройства

Эти платы действительно очень сильно нагреваются, поэтому мы будем паять их немного над печатной платой. Для этого мы будем использовать жесткий медный провод, чтобы сделать ножки для печатной платы. У нас будет 4 кусочка медных проводов, чтобы сделать 4 ножки для монтажной платы. Для этого вы также можете использовать — штыревые разъемы вместо медного провода.

Солнечный элемент подключается к клеммам IN + и IN-платы зарядки TP4056 соответственно. Диод вставлен в положительный конец для защиты от обратного напряжения. Затем BAT + и BAT- платы подключаются к + ve и -ve концам батареи. Это все, что нам нужно для зарядки аккумулятора.

Теперь для питания платы Arduino нам нужно увеличить выход до 5В. Итак, мы добавляем усилитель напряжения 5 В к этой схеме. Подключите -ve батареи к IN- усилителя и ve+ к IN+, добавив переключатель между ними. Мы подключили бустерную плату прямо к зарядному устройству, но мы рекомендуем установить там SPDT-переключатель. Поэтому, когда устройство заряжает батарею, она заряжается и не используется.

Солнечные элементы подключены к входу зарядного устройства литиевой батареи (TP4056), выход которого подключен к литиевой батарее 18560. Усилитель напряжения 5 В также подключен к аккумулятору и используется для преобразования от 3,7 В постоянного тока до 5 В постоянного тока.

Напряжение зарядки обычно составляет около 4,2 В. Вход усилителя напряжения варьируется от 0,9 до 5,0 В. Таким образом, он увидит около 3,7 В на его входе, когда батарея разряжается, и 4.2 В, когда она подзаряжается. Выходной сигнал усилителя до остальной части цепи будет поддерживать его значение 5 В.

Этот проект будет очень полезен для питания удаленного регистратора данных. Как известно, источник питания всегда является проблемой для удаленного регистратора, и в большинстве случаев нет доступной розетки.

Подобная ситуация заставляет вас использовать некоторые батареи для питания вашей цепи. Но в конце концов, батарея умрет. Наш недорогой проект солнечного зарядного устройства станет отличным решением для такой ситуации.

Необходимость

При максимальном заряде аккумулятора, контроллер будет регулировать подачу тока на него, уменьшая ее до необходимой величины компенсации саморазряда устройства.  Если же аккумулятор полностью разряжается, то контроллер будет отключать любую входящую нагрузку на устройство.

Необходимость этого устройства можно свести к следующим пунктам:

1. Зарядка аккумулятора многостадийная;
2. Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
3. Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
4. Подключение зарядки от фотоэлементов в автоматическом режиме.

Контроллер заряда аккумулятора для солнечных устройств важен тем, что выполнение всех его функций в исправном режиме сильно увеличивает срок службы встроенного аккумулятора.

Схемы подключения

Существуют 3 возможные схемы подключения солнечных панелей между собой, это: последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение. Теперь о них подробнее.

Последовательное соединение

В данной схеме минусовая клемма первой панели соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и тд. Что дает такое соединение – напряжение всех панелей будет приплюсовываться. Другими словами, если вы хотите получить, например сразу 220В, данная схема поможет это сделать. но используется она крайне редко.

Разберем на примере. Имеем 4 панели с номинальной мощностью по 12В, Voc: 22.48В (это напряжение холостого хода) на выходе получаем 48В. Напряжение холостого хода = 22,48В*4=89,92В. при этом максимальная мощность тока, Imp, останется неизменной.

В данной схеме не рекомендуется использовать панели с разным значением Imp, поскольку эффективность системы будет низкая.

Параллельное соединение

Эта схема позволяет, не поднимая напряжение панелей, увеличить ток. Разберем пример. Имеем 4 панели с номинальной мощностью по 12В, напряжение холостого хода 22.48В, ток в точке максимальной мощности 5.42А. На выходе схемы номинальное напряжение и напряжение холостого хода остается без изменений, но максимальная мощность будет равна 5,42А*4=21,68А.

Последовательно-параллельное соединение

• Номинальное напряжение солнечной батареи: 12В.• Напряжение холостого хода Voc: 22.48В.• Ток в точке максимальной мощности Imp: 5.42А.

Соединив 2 солнечные панели последовательно и 2 параллельно на выходе мы получим напряжение 24В, напряжение холостого хода 44,96В, а ток при этом будет равен 5,42А*2=10,84А.

Это дает возможность получить сбалансированную систему и сэкономить на таком оборудовании как контроллера заряда аккумулятора, поскольку эму не нужно будет выдерживать большое напряжение в пике работы. Так же схема дает возможность использовать панели разной мощности, например 2 по 12В, преобразовать в 24В. Наиболее удобный вариант сети для дома.

Лучшие стационарные солнечные панели

Стационарные устройства отличаются крупными габаритами и увеличенной мощностью. Они в большом количестве устанавливаются на крышах зданий и иных свободных площадках. Предназначены для круглогодичного использования.

Sunways ФСМ-370M

4.9

★★★★★
оценка редакции

98%
покупателей рекомендуют этот товар

Модель изготовлена по технологии PERC, благодаря чему отличается стабильностью работы в неблагоприятных погодных условиях. Рама из анодированного алюминия не боится резких ударов и деформации. Высокопрочное закаленное стекло с низким поглощением ультрафиолета гарантирует сохранность панели.

Номинальная мощность составляет 370 Вт, напряжение — 24 В. Батарея может функционировать при температуре на улице от -40 до +85 °С. Диодная сборка защищает ее от перегрузок и обратных токов, снижает потери КПД при частичном затенении поверхности.

Достоинства:

• прочная стойкая к коррозии рама;
• толстое защитное стекло;
• стабильная работа в любых условиях;
• долгий срок службы.

Недостатки:

большой вес.

Sunways ФСМ-370M рекомендована для постоянного электроснабжения крупных объектов. Отличный выбор для размещения на крыше жилого дома или офисного здания.

Delta BST 200-24 M

4.9

★★★★★
оценка редакции

96%
покупателей рекомендуют этот товар

Особенностью Delta BST является гетерогенная структура монокристаллических модулей. Это улучшило способность панели абсорбировать рассеянное солнечное излучение и гарантирует ее эффективную работу даже в условиях повышенной облачности.

Пиковая мощность батареи — 200 Ватт при габаритах 1580х808х35 мм. Жесткая конструкция не боится сложных условий, а усиленная рама с дренажными отверстиями способствует стабильному функционированию панели во время непогоды. Защитный слой изготовлен из каленого просветленного стекла толщиной 3,2 мм.

Достоинства:

• стабильная работа в сложных погодных условиях;
• усиленная конструкция;
• термостойкость;
• нержавеющая рама.

Недостатки:

сложная установка.

Delta BST служит для стабильного вырабатывания энергии в любое время года и будет надежно вырабатывать электричество в течение многих лет.

Feron PS0301

4.8

★★★★★
оценка редакции

90%
покупателей рекомендуют этот товар

Солнечная панель Feron не боится сложных условий и стабильно функционирует при температуре -40..+85 °C. Металлический корпус устойчив к повреждениям и не подвержен коррозии. Мощность батареи составляет 60 Вт, размеры в готовом к работе виде — 35х1680х664 миллиметров.

При необходимости транспортировки конструкцию можно легко сложить. Для удобной и безопасной переноски предусмотрен специальный чехол из прочной синтетики. В комплект также входят две опоры, кабель с зажимами и контроллер, что позволяет сразу ввести панель в эксплуатацию.

Достоинства:

• термостойкость;
• стабильная работа в любых погодных условиях;
• прочный корпус;
• быстрая установка;
• удобная складная конструкция.

Недостатки:

высокая цена.

Feron можно использовать в любую погоду. Хороший выбор для установки в частном доме, но для получения достаточной мощности потребуется несколько таких панелей.

Woodland Sun House 120W

4.7

★★★★★
оценка редакции

85%
покупателей рекомендуют этот товар

Модель изготовлена из кремниевых поликристаллических пластин. Фотоэлементы покрыты толстым слоем закаленного стекла, что исключает риск механических повреждений и воздействия внешних факторов. Срок их службы составляет около 25 лет.

Мощность батареи 120 Вт, размеры в готовом к эксплуатации состоянии — 128х4х67 сантиметров. В комплект входит практичная сумка из износостойкого материала, упрощающая хранение и транспортировку панели. Для удобства установки на ровной поверхности предусмотрены специальные ножки.

Достоинства:

• защитное покрытие;
• быстрая установка;
• компактные размеры и удобство переноски;
• долгий срок службы;
• прочная сумка в комплекте.

Недостатки:

рама хлипковата.

Woodland Sun House способна заряжать 12-вольтные аккумуляторы. Прекрасное решение для установки на даче, охотничьей базе и в других местах, удаленных от цивилизации.

Варианты соединения гелиобатарей

Солнечные батареи состоят из нескольких отдельных панелей. Чтобы увеличить выходные параметры системы в виде мощности, напряжения и тока, элементы присоединяют друг к другу, применяя законы физики.

Соединение нескольких панелей между собой можно выполнить, применив одну из трех схем монтажа солнечных батарей:

• параллельная;
• последовательная;
• смешанная.

Параллельная схема предполагает подключение одноименных клемм друг к другу, при котором элементы имеют два общих узла схождения проводников и их разветвления.

При параллельной схеме «плюсы» соединяются с «плюсами», а «минусы» с «минусами», в результате чего выходной ток увеличивается, а напряжение на выходе остается в пределах 12 Вольт

Величина максимально возможного тока на выходе при параллельной схеме прямо пропорциональна количеству подключенных элементов. Принципы расчета количества приведены в рекомендуемой нами статье.

Последовательная схема предполагает подключение противоположных полюсов: «плюс» первой панели к «минусу» второй. Оставшийся незадействованный «плюс» второй панели и «минус» первой батареи подключают к расположенному дальше по схеме контроллеру.

Такой вид соединения создает условия для протекания электрического тока, при котором остается единственный путь для передачи энергоносителя от источника к потребителю.

При последовательной схеме подключения напряжение на выходе увеличивается и достигает отметки в 24 Вольт, чего бывает достаточно для запитки портативной техники, светодиодных ламп и некоторых электроприемников

Последовательно-параллельную или смешанную схему чаще всего используют при необходимости соединения нескольких групп батарей. Посредством применения этой схемы на выходе можно увеличить и напряжение и ток.

При последовательно-параллельной схеме подключения напряжение на выходе достигает отметки, характеристики которой наиболее подходят для решения основной массы бытовых задач

Такой вариант выгоден и в том плане, что в случае выхода из строя одного из конструктивных элементов системы, другие связующие цепи продолжают функционировать. Это существенно повышает надежность работы всей системы.

Принцип сборки комбинированной схемы построен на том, что устройства внутри каждой группы соединяются параллельно. А подключение всех групп в одну цепь осуществляется последовательно.

Комбинируя разные типы соединений, не составит труда собрать батарею с необходимыми параметрами. Главное – число соединенных элементов должно быть таким, чтобы подводимое к аккумуляторам рабочее напряжение с учетом его падения в зарядной цепи превышало напряжение самих аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи при этом обеспечивал необходимую величину зарядного тока.

Необходимость

При максимальном заряде аккумулятора, контроллер будет регулировать подачу тока на него, уменьшая ее до необходимой величины компенсации саморазряда устройства.  Если же аккумулятор полностью разряжается, то контроллер будет отключать любую входящую нагрузку на устройство.

Необходимость этого устройства можно свести к следующим пунктам:

1. Зарядка аккумулятора многостадийная;
2. Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
3. Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
4. Подключение зарядки от фотоэлементов в автоматическом режиме.

Контроллер заряда аккумулятора для солнечных устройств важен тем, что выполнение всех его функций в исправном режиме сильно увеличивает срок службы встроенного аккумулятора.

Как вам статья?