Контроллер для щелочных аккумуляторов

Особенности эксплуатации щелочных аккумуляторов для солнечных батарей

При использовании солнечных батарей могут применяться разнообразные аккумуляторы. Щелочные аккумуляторы находятся в их числе. Даже из названия понятно, что в роль электролита в устройстве выступает щёлочной раствор.

Более того, они делятся на три подвида:

• никель-железные;
• никель-кадмиевые;
• никель-металгидридные.

В чём, собственно, заключается основная особенность данных АКБ? Считается, что они способны хорошо, так сказать, отдавать маленькие токи, а большие отдают плохо. Если сравнивать с кислотными АКБ, то данные приборы могут разрядиться полностью и также полностью зарядится при любых температурных условиях и одинаково высоким КПД. Бытует мнение, что если устройство разрядится не в полной мере, его при этом снова начнут заряжать, то оно полноценно зарядиться не сможет, в особенности у АКБ на Ni-Cd. Это верно, но только в случае долговременного и постоянного недоразряда в течении нескольких месяцев. Проблемма устраняется простым долговременным зарядом на несколько часов больше положенного.

Еще одна особенность АКБ Ni-Cd это полноценно воспринимать и отдавать заряд при очень низких температурах до -50. Это не относится к никель-железным и никель-металгидридным АКБ. Кислотные устройства могут только хорошо отдать, а воспринять заряд только при температурах выше нуля. Это связано с тем, что плотность электролита в никель-кадмиевых аккумуляторах не меняется от уровня заряда, в отличие от остальных АКБ.

Такие устройства требуют некоторого обслуживания. В связи с этим, нужно время от времени проверять какой уровень электролита остался. Также проверяется, какой уровень зарядки имеет аккумулятор. Если они используются верно, то ресурс их будет большим — не менее двадцати лет.

Особенность никель-железных аккумуляторов невосприимчивым к малым токам. То есть ток через приборы идёт, но они не могут накопить заряд.

Преимущества АКБ никель-кадмиевых очевидны, поскольку они обладают большим ресурсом для работы, могут поддерживать напряжение при заряде. Помимо того, они обладают возможностью запасать значительное количество энергии, если говорить о расчёте единицы веса. К отрицательным характеристикам можно отнести и необходимость обслуживания.

Если сравнивать никель-металгидридные и никель-кадмиевые изделия с кислотными вариантами, то они будут стоить несколько дороже. Зато их ресурс больше. У них есть особенность, которая заключается в том, что такие устройства требуют установки в вентилируемых помещениях. Работая данные АКБ выделяют газы, как собственно и кислотные аккумуляторы. Но в переод предельной нагрузки щелочные АКБ выделяют водорода в большей степени, чем кислотные.

О щёлочных Ni-Cd батареях и о солнечных системах.

Несмотря на свои достоинства, Ni-Cd довольно нечасто применяются в автономных установках, которые работают на возобновляемых источниках. Это объясняется тем, что кислотные аккумуляторы дешевле, меньше по размерам,весу и устанавливаются в помещениях с положительной температурой. Нередко солнечные системы и кислотные батареи применяются в качестве передвижных источников энергии — опять вес, размер.

В тех системах, которые работают от солнечных панелей, АКБ Ni-Cd применяются тогда, когда к системе предьявляются довольно жесткие требования эксплуатации. Пониженная температура, повышенная влажность и отсутствие дополнительных источников энергии. Тут надо добавить, что Ni-Cd лекго выводятся из состояния полной разряженности, как только появляется хоть какие то токи заряда.

Если сравнивать с кислотными устройствами, то заряд отдается у Ni-Cd намного больше при той же емкости. Разница с кислотными составляет примерно 40-60 процентов. Если же говорить о внутреннем сопротивлении, то оно, соответственно, имеет довольно-таки большое значение. По этой причине напряжение будет падать ускоренно при больших разрядных токах. Не каждый контроллер может справиться с отслеживанием такого падения.

Как уже говорилось, место, где устанавливается АКБ, должно вентилироваться. Помимо этого, площади для установки должно быть достаточно. Для щёлочных аккумуляторов характерна габаритность, потому они нуждаются в достаточном месте, в том числе и для проведения обслуживания. Поэтому благодаря особенностям низкотемпературной работы АКБ Ni-Cd, их устанавливают в пристройках, контейнирах или просто под навесом от осадков. Тем самым экономится место полезной площади строения.

Неудивительно, что щелочные АКБ Ni-Cd очень часто применяются в автономных системах, которые получают энергию от солнечных панелей. Обыкновенно, они используются там, где здание полностью снабжается получаемой от батарей энергией. Именно в этом случае особенности таких устройств можно рассматривать как достоинство. Тем более вокруг таких зданий обычно достаточно места для размещения и солнечных батарей и аккумуляторных систем, т.к. это в основном всегда сильно удаленные от коммуникаций отдельно стоящие здания.

Источник

Контроллер заряда солнечной батареи: основные типы и нужен ли он?

Контроллер заряда для солнечной батареи

Альтернативные источники энергии с каждым годом становятся популярными, проникая во все сферы нашей жизни. Однако при кажущейся простоте внедрения инновационных способов получения недорогой энергии, реализация любого проекта потребует немалых сил. Проекты, разработанные для внедрения альтернативных методов обеспечения энергией жилых домов, оправданны, и уже очень скоро после начала работы начинают приносить результаты.

Такое устройство, как контроллер для солнечной батареи позволяет без особых усилий использовать для обеспечения электрических приспособлений бесплатные ресурсы Солнца. Оно контролирует зарядку аккумулятора (АКБ), назначением которой является генерация энергии геопанелей, с целью организовать рациональное использование генерируемого тока.

Функции контроллера

Чип, отслеживающий работу прибора, отвечающий за процесс зарядки АКБ, остается главным его компонентом. Основные функции заключается в следующем:

· если заряд достигает наибольшего значения, аппарат ограничивает в автоматическом режиме подачу тока, обеспечивая ее необходимым количеством энергии;

· если же аккумулятор разряжен, контроллер в автоматическом режиме ограничивает все входящие нагрузки.

Функции данного агрегата можно разделить на несколько пунктов:

· автоматическая регулировка процесса включения и отключения батареи в режиме зарядки/разряда аккумулятора;

· автоматическое подключение фотоэлементов для зарядки;

Контроллер играет важную роль, его функции позволяют существенно увеличить сроки службы аккумулятора, генерирующего энергию солнечных панелей.

Если Солнце отсутствует, приспособление находится в «спящем режиме». С появлением первых лучей оно продолжает оставаться в состоянии покоя. Лишь достигнув заряда в 10В, контроллер включается автоматически. Напряжение, достигнув этого показателя, после включения начинает передавать электрический ток к аккумуляторной батарее, пока уровень зарядки не достигнет значения в 14V. Достигнув этой отметки, в схеме работы происходят изменения, что прекращает подачу тока для заряда АКБ. Как только она разряжается, схема в течение трех секунд переходит в рабочий режим.

Параметры контроллера

Важным фактором, который обязательно нужно учитывать, планируя строительство системы солнечных панелей, является показатель суммарной мощности. Это означает, что мощность панелей не должна быть выше, чем показатель, определяемый путем умножения коэффициента напряжения системы на размер входного тока. Здесь обязательно нужно помнить, что контроллер солнечных панелей должен подбираться с учетом данных полностью разряженной АКБ. Не менее важно предусмотреть случаи повышенной энергии Солнца и заложить в расчеты запас для напряжения не менее 20 процентов.

Основные типы

Для обеспечения надежной защиты солнечных панелей от перезаряда используются контроллеры. Сегодня эти устройства выпускаются нескольких видов.

1. Приборы «On-Off». Они простые и обходятся пользователям относительно недорого. Главной задачей, которую выполняют такие устройства, является автоматическое прекращение подачи тока и защита аккумуляторной батареи от перегрева при полной зарядке.

2. PWM-контроллеры. Эти приборы представляют более совершенные модели типа «On-Off». Модернизация заключается в использовании более современной ШИМ-функции, которая позволяет в случае, когда достигнут максимальный показатель напряжения, не отключать полностью подачу тока, а только снизить его силу. Это позволило добиться стопроцентной зарядки аккумулятора. Однако его отличает упрощенный подход к процессу управления. Пользователю перед покупкой контроллера заряда АКБ нужно определиться, каким должен быть оптимальный показатель тока, а также позаботиться о том, чтобы устройство имело определенный запас.

3. Прибор МРРТ на сегодня является наиболее продвинутым. Его работа построена на определении точного значения максимальной величины напряжения для конкретной модели аккумулятора. Он обеспечивает непрерывный контроль тока и напряжения в системе. Получая данные и обрабатывая их, агрегат поддерживает постоянные значения, которые являются оптимальными для создания максимальной мощности системы. Эффективность такого прибора, в среднем, на 20-30 процентов выше, в сравнении с другими моделями.

Способы подключения

Для каждого конкретного аппарата важно выбирать контроллер, показатели которого рассчитаны на работу с серией устройств. Перед подключением аппарата важно определить его место установки. Тут учитываются следующие правила:

· помещение должно быть сухим и хорошо проветриваемым, с невысоким уровнем влажности;

· запрещено размещать прибор в непосредственной близости от легковоспламеняющихся предметов, материалов;

· агрегат должен быть защищен от попадания прямых солнечных лучей, атмосферных осадков.

Подключения моделей PWM

Для установки всех видов PWM-контроллеров важно соблюдать определенную последовательность:

· подключение периферийных приборов производится в строгом соответствии с теми обозначениями, которые нанесены производителем на клеммы;

· при соединении проводов аккумулятора с клеммами контроллера также соблюдается полярность;

· включается защитный предохранитель, установленный в точке контакта положительного провода;

· проводники, выходящие из солнечной батареи, крепятся на контакторах прибора с соблюдением полярности;

· подключается контрольная лампа, напряжение которой составляет 12-24В.

Указанную последовательность нарушать нельзя.

Можно ли использовать солнечные панели без установки контроллера

Главной функцией этого устройства является управление уровнем заряда, аккумулирующего энергию, поступающую от солнечных панелей. Если прибор для контроля заряда АКБ не устанавливать, пользователь не сможет контролировать этот процесс, который будет длиться без остановки, вплоть до закипания электролита. Поэтому обойтись без него нельзя.

Однако контроллер для солнечной батареи можно заменить таким устройством, как вольтметр. Пользователь сможет при обнаружении максимальных значений напряжения и заряда АКБ самостоятельно управлять процессом, отключая ее блок. В сравнении с использованием контроллеров, такой способ неудобен, поскольку за работой системы приходится постоянно следить, рассчитывать на автоматический контроль не приходится.

Советы профессионала

С вопросом, какой контроллер выбрать , сталкиваются многие пользователи, выбирающие альтернативные источники энергии. Сегодня на рынке представлены панели, номинальный коэффициент напряжения которых составляет 12 или 24 Вольт. Такие показатели позволяют выполнять зарядку аккумуляторов, отказавшись от дополнительного преобразования напряжения. АКБ, которые используются намного дольше, чем солнечные батареи, также имеют показатель номинального напряжения в 12-24V. Выбирая прибор, в зависимости от типа используемого аккумулятора, важно учитывать, что АКБ используют различные программы зарядки, что связано с химическим составом.

Источник

Солнечные контроллеры — какие они бывают и для чего нужны?

Зачем нужны солнечные контроллеры

Любая автономная система электроснабжения, содержащая в своем составе аккумуляторные батареи, должна содержать в себе средства контроля заряда и разряда аккумуляторов. Контроллеры заряда используются в автономных фотоэлектрических системах для правильного заряда аккумуляторных батарей (АБ ), для защиты перезаряда (когда батарея заряжена, а солнечная панель вырабатывает избыток электричества). Некоторые модели имеют также разъемы для подключения нагрузки постоянного тока и защищают АБ от глубокого разряда.

Использование контроллеров заряда настоятельно рекомендуется. Он обеспечивает трехстадийный (обычно) заряд аккумулятора. Стадии заряда свинцово-кислотных аккумуляторов подробно расписаны в статье про контроллеры с ШИМ .

Особенно это относится к системам со свинцово-кислотными аккумуляторами. Дело в том, что эти аккумуляторы боятся как глубокого разряда, так и перезаряда. В случае переразряда, резко сокращается срок службы аккумуляторной батареи или даже она может выйти из строя. Если же аккумулятор заряжен, но через него продолжает протекать зарядный ток, то это может привести в закипанию электролита и бурному газовыделению (в случае с заливными батареями) или к вспучиванию и даже взрыву герметичных аккумуляторных батарей.

Щелочные батареи хотя и не боятся глубокого разряда, но также не терпят перезаряда. Для литиевых аккумуляторов кроме защит от перезаряда и переразряда в обязательном порядке необходимо ставить систему балансировки напряжения между элементами последовательной цепочки.

Схема подключения солнечного контроллера заряда в фотоэлектрической системе

Поэтому в систему автономного электроснабжения вводятся устройства, которые отключают нагрузку от аккумуляторных батарей если они недопустимо разряжены, а также отключают источник энергии (фотоэлектрическую батарею, ветротурбину и т.п.) если аккумуляторы заряжены.

Контроллер разряда отключает нагрузку, когда аккумулятор недопустимо разряжен. Обычно фотоэлектрические солнечные комплекты снабжаются контроллером заряда-разряда. Никогда на подключайте нагрузку напрямую к АБ минуя контроллер заряда для того, чтобы получить «последнюю порцию» энергии от батареи. Этим вы можете вывести вашу АБ из стоя.

Напряжения отключения нагрузки для свинцово-кислотных батарей обычно лежат в пределах от 10,5 до 11,5 В. Для 12 В аккумуляторных батарей при более чем 10-часовом разряде это означает использование от 100% до 20% номинальной емкости. При более быстрых разрядах количество отбираемой емкости уменьшается.

Напряжение отключения источника энергии обычно равно 14-14,3 В. Это предотвращает газовыделение при заряде аккумуляторных батарей. Существуют контроллеры заряда, в которых предусмотрен режим «выравнивания». Такой режим необходим периодически для заливных батарей, напряжение заряда при этом должно быть около 15 В. Для герметичных батарей такой режим запрещен.

Часто напряжения отключения можно регулировать при изготовлении или настройке. Но, в основном, контроллеры заряда продаются с уже установленными «типовыми» уровнями напряжений отключения.

Какие бывают солнечные контроллеры заряда для аккумуляторов?

Современные контроллеры заряда аккумуляторов от солнечных батарей подразделяются на 2 большие группы — PWM (ШИМ ) и MPPT (со слежением за ТММ ).

Солнечные контроллеры заряда могут быть встроены в инверторы или блоки бесперебойного питания. В ББП обычно встраиваются и зарядные устройства. См., например, ББП Prosolar Combi и инверторы Studer AJ-S

Мы не рекомендуем экономить на хорошем контроллере заряда для солнечной энергосистемы. Типичное распределение стоимости элементов энергосистемы следующее:

Элемент	Срок службы, лет	Цена
Солнечный модуль	20-30	25-30%
Контроллер заряда	10	2-4%
Аккумуляторы	2-6	50-60%
Остальное	более 10	10%

Как видим, стоимость солнечного контроллера составляет малую часть от общей стоимости энергосистемы. Однако, технологии заряда очень сильно влияют как на эффективность использования солнечной энергии, так и на срок службы одной из самых дорогостоящих частей системы автономного электроснабжения — аккумуляторных батарей.

Контроллеры заряда отличаются по

1. алгоритму заряда на последней стадии заряда при достижении напряжения заряженного аккумулятора,
2. по способам регулирования тока (шунтовые и последовательные),
3. по возможности слежения за точкой максимальной мощности (СТММ) солнечного модуля.

Методы регулирования, применяемые в солнечных контроллерах

Наиболее сложные контроллеры умеют следить за точкой максимальной мощности фотоэлектрических батарей. Такие контроллеры называются MPPT контроллерами (Maximum Power Point Tracking — Слежение за Точкой Максимальной Мощности). Причем MPPT контроллеры также используют ШИМ для регулирования тока заряда аккумуляторов.

В шунтовых контроллерах солнечная батарея замыкается накоротко; таким образом, ток от солнечной батареи течет через шунт и не попадает в аккумулятор. Такой принцип работы не позволяет подключать ко входу контроллера другие источники энергии, кроме фотоэлектрических батарей.

В последовательных контроллерах источник энергии отключается от аккумулятора и нагрузки. Напряжение на источнике энергии поднимается до значения напряжения холостого хода.

Каждый тип регулирования имеет свои преимущества и недостатки.

Регулирование	Достоинства	Недостатки	Иллюстрация
Последовательное все контроллеры EPSolar, SRNE Steca (кроме PR и Tarom) MorningStar RE SunStar	1. Можно использовать различные источники 2. Меньший нагрев при регулировании 3. Отключение источника при полном заряде	1. Потери в последовательных ключах 2. Большие скачки тока при регулировании приводят к высоким электромагнитным помехам	Последовательное регулирование тока заряда
Шунтовое Steca PR и Tarom	1. Низкий уровень электромагнитных помех 2. Низкое падение напряжения в ключах 3. Малые потери мощности СБ за счет прямого соединения СБ с АБ	1, Больший нагрев во время регулирования 2. Можно использовать только с СБ	Шунтовое регулирование тока заряда
MPPT EPSolar Tracer, SRNE MR, Steca Solarx MPPT Proslar SunStar MPPT Outback FlexMax Morninstar Tristar MPPT SE XW MPPT Studer VarioTrack и VarioString	1. Разное напряжение на входе и выходе контроллера 2. Возможно подключение различных источников на вход 3. Гальваническая развязка входа и выхода 4. Большая выработка энергии за счет работы в ТММ модуля	1. Потери на преобразования 2. Более сложная технология 3. Более высокая цена	Топология MPPT контроллера

Вычисление степени заряженности аккумуляторной батареи

• Steca серий PR и Tarom
• Prosolar SunStar MPPT (c дополнительным шунтом)
• Outback FlexMax (с дополнительным шунтом и системой контроля FlexNet DC)

Полный список статей на нашем сайте:

Дополнительная информация также содержится в разделе «Основы возобновляемой энергетики», подраздел Фотоэлектричество, а также в разделе «Библиотека«.

Источник