Controlador de càrrega de la bateria solar: circuit, principi de funcionament, mètodes de connexió

L'energia solar es limita fins ara (a nivell domèstic) a la creació de plaques fotovoltaiques de relativament baixa potència.Però independentment del disseny del convertidor fotoelèctric de llum solar en corrent, aquest dispositiu està equipat amb un mòdul anomenat controlador de càrrega de bateria solar.

De fet, la instal·lació de fotosíntesi solar inclou una bateria recarregable, un dispositiu d'emmagatzematge de l'energia rebuda del panell solar. Aquesta font d'energia secundària és la que serveix principalment pel controlador.

En l'article que presentem, entendrem el disseny i els principis de funcionament d'aquest dispositiu, i també considerarem com connectar-lo.

Controladors solars

Un mòdul electrònic anomenat controlador solar està dissenyat per realitzar una sèrie de funcions de control durant el procés de càrrega/descàrrega bateria de bateria solar.

Quan la llum solar cau a la superfície d'un panell solar instal·lat, per exemple, al terrat d'una casa, les fotocèl·lules del dispositiu converteixen aquesta llum en corrent elèctric.

L'energia resultant, de fet, es podria subministrar directament a la bateria d'emmagatzematge. Tanmateix, el procés de càrrega/descàrrega d'una bateria té les seves pròpies subtileses (determinats nivells de corrents i voltatges). Si descuideu aquestes subtileses, la bateria simplement fallarà en un curt període de funcionament.

Per evitar conseqüències tan tristes, es dissenya un mòdul anomenat controlador de càrrega per a una bateria solar.

A més de controlar el nivell de càrrega de la bateria, el mòdul també controla el consum d'energia.En funció del grau de descàrrega, el circuit del controlador de càrrega de la bateria solar regula i estableix el nivell de corrent necessari per a la càrrega inicial i posterior.

Depenent de la potència del controlador de càrrega de la bateria solar, els dissenys d'aquests dispositius poden tenir configuracions molt diferents

En general, en termes simples, el mòdul proporciona una "vida" sense preocupacions a la bateria, que periòdicament acumula i allibera energia als dispositius de consum.

Tipus utilitzats a la pràctica

A nivell industrial, s'han llançat i s'estan produint dos tipus de dispositius electrònics, el disseny dels quals és apte per a la instal·lació en un sistema d'energia solar:

1. Dispositius de la sèrie PWM.
2. Dispositius de la sèrie MPPT.

El primer tipus de controlador per a una bateria solar es pot anomenar "vell". Aquests esquemes es van desenvolupar i posar en funcionament als albors del desenvolupament de l'energia solar i eòlica.

El principi de funcionament del circuit controlador PWM es basa en algorismes de modulació d'amplada de pols. La funcionalitat d'aquests dispositius és una mica inferior a la dels dispositius més avançats de la sèrie MPPT, però en general també funcionen amb força eficàcia.

Un dels models de controlador de càrrega de la bateria de l'estació solar populars a la societat, malgrat que el circuit del dispositiu està fet amb tecnologia PWM, que es considera obsoleta.

Els dissenys que utilitzen la tecnologia de seguiment del punt de màxima potència (seguiment del límit de potència màxima) es distingeixen per un enfocament modern de les solucions de circuits i proporcionen una major funcionalitat.

Però si comparem ambdós tipus de controlador i, sobretot, amb un esbiaixament cap a l'àmbit domèstic, els dispositius MPPT no es veuen amb la llum rosada en què tradicionalment s'anuncien.

Controlador tipus MPPT:

• té un cost més elevat;
• té un algorisme de configuració complex;
• dóna un guany de potència només en panells d'una gran àrea.

Aquest tipus d'equips és més adequat per als sistemes d'energia solar global.

Un controlador dissenyat per funcionar com a part d'una instal·lació d'energia solar. És un representant de la classe de dispositius MPPT, més avançats i eficients

Per a les necessitats d'un usuari normal d'un entorn domèstic, que, per regla general, té panells d'àrea petita, és més rendible comprar i operar un controlador PWM (PWM) amb el mateix efecte.

Esquemes de blocs dels controladors

Els diagrames esquemàtics dels controladors PWM i MPPT per considerar-los amb un ull simple són un punt massa complex associat a una comprensió subtil de l'electrònica. Per tant, és lògic considerar només diagrames estructurals. Aquest enfocament és comprensible per a una àmplia gamma de persones.

Opció 1: dispositius PWM

La tensió del panell solar viatja a través de dos conductors (positiu i negatiu) fins a l'element estabilitzador i el circuit resistiu separador. A causa d'aquesta peça del circuit, s'obté una igualació de potencial de la tensió d'entrada i, fins a cert punt, organitzen la protecció de l'entrada del controlador per sobrepassar el límit de tensió d'entrada.

Cal destacar aquí: cada model de dispositiu individual té un límit de tensió d'entrada específic (indicat a la documentació).

Això és aproximadament el que sembla el diagrama de blocs dels dispositius fets sobre la base de tecnologies PWM.Per al funcionament com a part de petites estacions domèstiques, aquest enfocament de circuit proporciona una eficiència bastant suficient

A continuació, la tensió i el corrent es limiten al valor requerit pels transistors de potència. Aquests components del circuit estan al seu torn controlats pel xip controlador a través del xip controlador. Com a resultat, la sortida d'un parell de transistors de potència estableix el valor normal de tensió i corrent per a la bateria.

El circuit també conté un sensor de temperatura i un controlador que controla el transistor de potència, que regula la potència de càrrega (protecció contra la descàrrega profunda de la bateria). El sensor de temperatura controla l'estat de calefacció d'elements importants del controlador PWM.

En general, el nivell de temperatura dins de la caixa o als dissipadors de calor dels transistors de potència. Si la temperatura supera els límits establerts a la configuració, el dispositiu apaga totes les línies elèctriques actives.

Opció 2: dispositius MPPT

La complexitat del circuit en aquest cas es deu a la seva incorporació a una sèrie d'elements que construeixen l'algorisme de control necessari amb més cura, en funció de les condicions de funcionament.

Els nivells de tensió i corrent es controlen i comparen mitjançant circuits comparadors i, a partir dels resultats de la comparació, es determina la potència de sortida màxima.

Disseny de circuits en forma estructural per a controladors de càrrega basats en tecnologies MPPT. Ja s'observa aquí un algorisme més complex per a la supervisió i el control de dispositius perifèrics.

La principal diferència entre aquest tipus de controlador i els dispositius PWM és que són capaços d'ajustar el mòdul d'energia solar a la màxima potència, independentment de les condicions meteorològiques.

Els circuits d'aquests dispositius implementen diversos mètodes de control:

• pertorbacions i observacions;
• augment de la conductivitat;
• escombrat actual;
• tensió constant.

I en el segment final de l'acció global, també s'utilitza un algorisme per comparar tots aquests mètodes.

Mètodes de connexió del controlador

Tenint en compte el tema de les connexions, cal tenir en compte immediatament: per a la instal·lació de cada dispositiu individual, una característica característica és treballar amb una sèrie específica de panells solars.

Així, per exemple, si s'utilitza un controlador dissenyat per a una tensió d'entrada màxima de 100 volts, una sèrie de plaques solars hauria de sortir una tensió no superior a aquest valor.

Qualsevol instal·lació d'energia solar funciona segons la regla d'equilibrar les tensions de sortida i entrada de la primera etapa. El límit superior de la tensió del controlador ha de correspondre al límit superior de la tensió del panell

Abans de connectar el dispositiu, heu de decidir la ubicació de la seva instal·lació física. D'acord amb les normes, la ubicació d'instal·lació s'ha de triar en zones seques i ben ventilades. Eviteu la presència de materials inflamables a prop del dispositiu.

La presència de fonts de vibració, calor i humitat a les proximitats del dispositiu és inacceptable. El lloc d'instal·lació s'ha de protegir de la precipitació i la llum solar directa.

Tecnologia de connexió per a models PWM

Gairebé tots els fabricants de controladors PWM requereixen que els dispositius estiguin connectats en la seqüència exacta.

La tècnica de connectar controladors PWM a dispositius perifèrics no és especialment difícil. Cada placa està equipada amb terminals etiquetats. Aquí només cal seguir la seqüència d'accions

Els dispositius perifèrics s'han de connectar totalment d'acord amb les designacions dels terminals de contacte:

1. Connecteu els cables de la bateria als terminals de la bateria del dispositiu d'acord amb la polaritat indicada.
2. Enceneu el fusible de protecció directament al punt de contacte del cable positiu.
3. Connecteu els conductors procedents de la bateria del panell solar als contactes del controlador destinats al panell solar. Observa la polaritat.
4. Connecteu una làmpada de prova de la tensió adequada (normalment 12/24V) als terminals de càrrega del dispositiu.

La seqüència especificada no s'ha de violar. Per exemple, connectar panells solars primer quan la bateria no està connectada està estrictament prohibit. En fer això, l'usuari corre el risc de "cremar" el dispositiu. EN aquest material El diagrama de muntatge de plaques solars amb una bateria es descriu amb més detall.

A més, per als controladors de la sèrie PWM, no es permet connectar un inversor de tensió als terminals de càrrega del controlador. L'inversor s'ha de connectar directament als terminals de la bateria.

Procediment per connectar dispositius MPPT

Els requisits generals d'instal·lació física per a aquest tipus de dispositius no difereixen dels sistemes anteriors. Però la configuració tecnològica sovint és una mica diferent, ja que els controladors MPPT sovint es consideren dispositius més potents.

Per als controladors dissenyats per a nivells de potència elevats, es recomana utilitzar cables de gran secció transversal equipats amb tapes metàl·liques per a les connexions del circuit d'alimentació.

Per exemple, per a sistemes potents, aquests requisits es complementen amb el fet que els fabricants recomanen utilitzar un cable per a línies de connexió elèctrica dissenyat per a una densitat de corrent d'almenys 4 A/mm². És a dir, per exemple, per a un controlador amb un corrent de 60 A, necessiteu un cable per connectar-vos a la bateria amb una secció d'almenys 20 mm.².

Els cables de connexió s'han d'equipar amb terminals de coure, ben enganxats amb una eina especial. Els terminals negatius del panell solar i de la bateria han d'estar equipats amb adaptadors amb fusibles i interruptors.

Aquest enfocament elimina les pèrdues d'energia i garanteix un funcionament segur de la instal·lació.

Diagrama de blocs de connexió d'un potent controlador MPPT: 1 – panell solar; 2 – Controlador MPPT; 3 – bloc de terminals; 4,5 - fusibles; 6 - interruptor d'alimentació del controlador; 7.8 – bus de terra

Abans de connectar panells solars Quan us connecteu al dispositiu, assegureu-vos que la tensió als terminals correspongui o sigui inferior a la tensió que es pot subministrar a l'entrada del controlador.

Connexió de perifèrics al dispositiu MTTP:

1. Canvieu els interruptors del panell i de la bateria a la posició "apagat".
2. Traieu els fusibles de protecció del panell i de la bateria.
3. Connecteu els terminals de la bateria amb un cable als terminals del controlador de la bateria.
4. Connecteu els terminals del panell solar amb un cable als terminals del controlador indicats amb el signe corresponent.
5. Connecteu el terminal de terra al bus de terra amb un cable.
6. Instal·leu el sensor de temperatura al controlador segons les instruccions.

Després d'aquests passos, heu de tornar a inserir el fusible de la bateria prèviament retirat i girar l'interruptor a la posició "encesa". Apareixerà un senyal de detecció de bateria a la pantalla del controlador.

A continuació, després d'una breu pausa (1-2 minuts), substituïu el fusible del panell solar retirat anteriorment i gireu l'interruptor del panell a la posició "encesa".

La pantalla del dispositiu mostrarà el valor de tensió del panell solar. Aquest moment indica l'èxit del llançament de la instal·lació d'energia solar.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

La indústria produeix dispositius multifacètics pel que fa a dissenys de circuits. Per tant, és impossible donar recomanacions inequívoques sobre la connexió de totes les instal·lacions sense excepció.

No obstant això, el principi principal per a qualsevol tipus de dispositiu segueix sent el mateix: sense connectar la bateria als busos del controlador, la connexió a panells fotovoltaics és inacceptable. Requisits similars s'apliquen per a la inclusió en el règim inversor de tensió. S'ha de considerar com un mòdul independent connectat a la bateria mitjançant contacte directe.

Si teniu l'experiència o els coneixements necessaris, compartiu-los amb els nostres lectors. Deixa els teus comentaris al bloc següent. Aquí podeu fer una pregunta sobre el tema de l'article.