- типи контролерів
- ШІМ (PWM) - контролери
- МРРТ-контролери
- Контролер заряду для вітрогенератора
- Корисні поради експлуатації контролерів
- висновки
типи контролерів
ШІМ (PWM) - контролери
МРРТ-контролери
Контролер заряду для вітрогенератора
Корисні поради експлуатації контролерів
висновки
У складі будь-якої автономної мережі електричного живлення на базі сонячних батарей присутній спеціальний пристрій, який має контролювати процес накопичення і витрачання енергії. Його називають контролер заряду. Необхідність застосування контролерів обумовлена тим, що альтернативні джерела працюють не постійно, їх працездатність залежить від погодних умов - Сонячні батареї забезпечують заряд акумуляторів тільки в світлий час доби, коли є сонце і плюс до всього акумулятори вимогливі до зарядних характеристикам.
Контролери заряду забезпечують не тільки контроль накопичення енергії, а й безпеку роботи всієї системи в цілому. Вони можуть виконувати такі функції:
- автоматичне підключення акумуляторних батарей на зарядку від сонячних панелей;
- вибір оптимального режиму зарядки;
- контроль розряду батареї шляхом відключення споживачів;
- захист від неправильної полярності при підключенні, КЗ або обриву ланцюга;
- регулювання ступеня заряду батареї;
- підключення навантаження при заповненні заряду;
- облік витрати електроенергії і т. д.
Всі ці функції значно подовжують термін служби акумуляторних батарей, а також оптимізують процес зберігання і витрати енергії. Як правило, контролери надходять в експлуатацію з уже заданими параметрами напруг контролю і відключення. Однак деякі моделі дозволяють налаштовувати граничні рівні напруги в залежності від конкретних умов експлуатації.
Сьогодні найбільш поширеними є свинцево-кислотні акумулятори, в тому числі: AGM, GEL, OPzV і OPzS, які широко застосовуються в автономних системах. Особливістю їх експлуатації, на відміну від лужних акумуляторних батарей, є чутливість до перезарядити і повним розрядами. Кожен глибокий розряд або перезаряд відображаються на їх характеристиках, зокрема, істотно скорочується термін служби, а в гіршому випадку це може привести до виходу з ладу акумулятора. Тому при досягненні повного заряду АБ, необхідно обмежувати силу струму. В іншому випадку, це призведе до закипання електроліту і виділення газів, що в свою чергу, створює тиск усередині акумуляторного корпусу і може спровокувати вибух акумуляторної батареї.
Лужні акумулятори менш чутливі до перезарядити. Однак відсутність контролю цієї процедури також залишає негативні наслідки. Щоб уникнути таких наслідків і максимально продовжити термін служби акумуляторних батарей, в цих системах також необхідно використовувати контролери заряду.
типи контролерів
Найпростішими контролерами є автомати відключення. При зниженні напруги батареї вони підключають джерело енергії і автоматично відключають при підвищенні напруги АБ до встановленого значення. Але через низький ККД, такі пристрої виявилися малоефективними і в даний час практично не застосовуються. Використання новітніх технологій дозволяє створювати більш досконалі пристрої для забезпечення коректної роботи автономних систем електроживлення.
Сьогодні існують два основних види контролерів заряду, для систем на основі сонячних батарей:
- контролери з широтно-імпульсною модуляцією - ШІМ (PWM);
- контролери стеження за максимальною точкою потужності: МРРТ.
ШІМ (PWM) - контролери
ШІМ - контролери забезпечують багаторівневий процес заряду батареї: наповнення, поглинання, вирівнювання і підзарядка (підтримка). На першому рівні, при максимально розрядженою батареї, відбувається пряме підключення сонячних батарей до акумулятора. Заряд здійснюється максимальним струмом.
При досягненні певного напруги відбувається перемикання на другий рівень з включенням режиму широтно-імпульсної модуляції. Напруга в системі підтримується постійним, а струм заряду поступово знижується, пропорційно заряду.
На третьому рівні включається режим підзарядки для герметичних батарей, т. К. Дані акумулятори не вимагають вирівнюючого заряду. А для рідко-електролітних спочатку включається режим вирівнювання, а потім режим підтримки.
Рис 1. Графік заряду ШІМ контролера
ШІМ-контролери, змінюючи силу зарядного струму пропорційно ступеня заряду АБ і в подальшому вирівнювання напруга банок, запобігають перегріву і утворення газів, формують ефект десульфурации пластин. В остаточному підсумку контролери на основі широтно-імпульсної модуляції значно подовжують термін експлуатації акумулятора.
ШІМ - контролери поділяються на два типи: послідовні і шунтові.
Послідовні контролери забезпечують безпеку підключення джерела енергії до споживачів і до акумуляторів. При відключенні навантаження і батарей напруга джерела живлення підтримується на рівні холостого ходу.
Шунтові контролери замикають джерело живлення (сонячні батареї) з'єднує безпосередньо минаючи акумуляторні батареї.
- Низький рівень втрати потужності за рахунок прямого підключення;
- Слабка ступінь електромагнітних завад;
- Слабкий рівень падіння величини напруги в ключах.
Переваги Недоліки Послідовні контролери
- Дозволяють використовувати одночасно різні джерела енергії;
- Низький нагрів під час регулювання;
- При повному заряді джерело відключається.
- Наявність втрат в послідовних ключах;
- Значні електромагнітні перешкоди, викликані великими стрибками струмів регулювання.
шунтові контролери
- Низький рівень втрати потужності за рахунок прямого підключення;
- Слабка ступінь електромагнітних завад;
- Слабкий рівень падіння величини напруги в ключах.
- Значне нагрівання під час регулювання;
- Неможливо використовувати інші джерела енергії, за винятком сонячних панелей.
МРРТ-контролери
МРРТ - контролери забезпечують постійний контроль над точками максимальної потужності сонячних батарей (Рис 2). Цим досягається найефективніше використання енергії, що виробляється. Автоматика постійно оцінює силу струму і рівень напруги, що видаються сонячними батареями, для визначення оптимального співвідношення пар: напруга-струм. Крім цього, проводиться контроль ступеня зарядженості АБ для пропорційного зниження сили струму зарядки.
МРРТ - контролери дозволяють знімати більш високу напругу з джерела живлення, а потім його конвертувати в найбільш ефективне напруга для заряду батарей. При цьому оптимальне напруга заряду завжди буде відрізнятися від стандартного напруги батареї. При низькому заряді батареї ця величина буде вище для забезпечення насичення (абсорбції). При слабкій освітленості, коли величина напруги на фотоелементах буде нижче, ніж напруга АБ, контролери підвищать його для забезпечення заряду.
У порівнянні з ШІМ контролерами МРРТ пристрої більш ефективні, вони забезпечують більш високий ККД і добре працюють навіть при затіненні 30-40% сонячних панелей. При зниженні освітленості, наявності хмар або зниженні температури, вони збільшують віддачу енергії, отже, збільшують потужність системи. Істотною перевагою МРРТ - контролерів є те, що висока напруга на вході дає можливість зменшити перетин використовуваних кабелів і збільшити відстань від сонячних панелей до контролера. Застосування МРРТ-контролерів дозволяє збільшити на 15-35% ефективність використання сонячних батарей. Завдяки МРРТ-пристроїв процес заряду батарей проводиться при досить низькій освітленості.
Рис 2. Залежність потужності від струму і напруги.
Переваги Недоліки МРРТ контролери
- Дозволяють підключати різні джерела енергії;
- Різна величина напруги на вході і виході;
- Забезпечують гальванічну розв'язку «вхід-вихід»;
- Високий ККД вироблення енергії за рахунок постійного контролю над ТММ джерела живлення.
- Висока вартість;
- Складність технології виробництва;
- Наявність втрат на перетворенні.
Контролер заряду для вітрогенератора
Контролер заряду для вітрогенератора практично нічим не відрізняється від пристрою, що застосовується в сонячних батареях. Основна їх відмінність полягає в інших вольтамперних характеристиках. Кожен пристрій має свої параметрами струму, що виробляється, відповідно певний контролер може застосовуватися тільки з технічно сумісними пристроями.
Батареї, які використовуються в вітрогенераторних установках, найчастіше піддаються перевантаження, перезаряду. На відміну від сонячних станцій, вітрові установки схильні до великих стрибків енергії. З урахуванням цих особливостей, контролер вирівнює ток
При великих поривах вітру, більш ефективним методом для запобігання руйнування вітрогенератора є задіяння тенів. Контролер підключається через тени до фаз генератора. Такий підхід дозволяє скидати на тени великі струми, відбирати у генератора велику потужність, тим самим при необхідності сильно пригальмовувати установку.
Практично всі виробники виготовляють контролери з індивідуальними параметрами, для конкретних моделей вітрогенераторів.
Корисні поради експлуатації контролерів
Вибір контролерів необхідно проводити за такими параметрами:
- величина вхідної напруги;
- величина напруги АБ;
- величина вхідного струму;
- величина вихідного струму.
Максимальна вхідна напруга МРРТ-контролерів має бути більше величини напруги холостого ходу сонячних батарей як мінімум на 20%, рекомендується коммутировать сонячні батареї таким образів, щоб їх напруга була приблизно в 2 рази більше напруги акумуляторів. Максимальний струм від СБ не повинен перевищувати максимально допустимі вхідний струм в контролер.
ШІМ-контролери підбираються по силі струму КЗ сонячних батарей з запасом не менше 10%, а напруга, що комутуються СБ, повинна відповідати напрузі акумуляторів.
Більшість моделей сучасних контролерів оснащуються вбудованою компенсацією температури навколишнього середовища. При відхиленні температури від стандартного значення, яке зазвичай приймають +25 оС, проводиться зміна величини напруги заряду.
Контролери заряду в основному призначені для використання в альтернативних системах на базі свинцево-кислотних АБ. При цьому зарядка за допомогою таких контролерів лужних батарей (літій-іонні, нікель-кадмієві і т. П.) Не допускається.
висновки
Контролери заряду необхідно використовувати тільки в тих системах, для яких вони призначені. Якщо система автономного живлення скомпонована на базі двох альтернативних джерел (гібридна), то використовувати один універсальний контролер не рекомендується. У цьому випадку доцільно встановити два різних контролера, для кожної підсистеми окремо або використовувати спеціальний гібридний контролер.
Для альтернативних систем автономного живлення на базі сонячних батарей ефективніше використовувати МРРТ-контролери, ШІМ контролери краще використовувати в невеликих системах. Для вітрогенераторів оптимальним вибором є ШІМ-контролери.
Перейти до вибору контролерів