Контроллеры заряда для солнечных батарей для автомобильных аккумуляторов

Для чего нужен контроллер заряда, виды контроллеров, подключение

Как показывает практика, автономное энергообеспечение частного дома или небольшого производственного предприятия при помощи мини-станций на солнечных батареях — прибыльное вложение инвестиций. Владельцы бытовых гелиосистем платят за энергоресурсы по «зеленым» тарифам, а фактически пользуются электричеством бесплатно.

По статистике, солнечные панели мощностью 20–30 кВт окупаются уже через 5–7 лет активной эксплуатации. Чтобы интегрировать инновационные экотехнологии в действующую схему электроснабжения частного дома, кроме самих фотопанелей, дополнительно потребуется приобрести вспомогательное оборудование: аккумулирующие емкости (АКБ), инверторы, предохранители, а также контроллер заряда солнечной батареи — регулятор напряжения.

Какие функции выполняют регуляторы для гелиосистем

Контроллер заряда разряда АКБ — компактное электронное устройство со встроенным микропроцессором, которое в автоматическом режиме распределяет электроэнергию, полученную от фотоэлементов. Первостепенная задача «умной» электроники заключается в поддержании стабильного напряжения. Кроме этого, коммутационное устройство надежно защищает стационарные аккумуляторные батареи от перезаряда и переразряда.

Среди других первостепенных задач контроллеров заряда для солнечных батарей выделяют:

• защита системы от перенапряжения и разрыва электроцепи;
• выбор оптимального значения тока для конкретного типа аккумулятора;
• мониторинг состояния АКБ (отключение при достижении 100% заряда или превышении установленного предела).

Контроллер солнечных батарей на программном уровне регулирует схему работы подключенных к системе аккумуляторов и обеспечивает оптимальный расход генерируемого электрического тока. Это повышает КПД электростанции в целом, а также в 2 раза продлевает срок эксплуатации оборудования и оптимизирует уровень заряда АКБ. Установка автоматического регулятора позволит сэкономить на сервисном обслуживании гелиосистем в будущем.

Принцип работы контроллера заряда аккумулятора

Без интеллектуальной системы распределения энергоресурсов, генерируемый ток будет поступать на клеммы АКБ постоянно, что неизбежно приведет к повышению напряжения. Для каждой аккумуляторной батареи предусмотрены собственные показатели предельного значения — этот параметр зависит от типа конструкции АКБ и температуры окружающей среды.

Когда напряжение превысит рекомендуемый уровень, возникнет перезаряд, что приведет к резкому повышению температуры электролита. Аккумулятор начнет закипать и интенсивно выбрасывать в воздух пары дистиллированной воды. Если ничего не предпринимать, то ресурс АКБ сократится вдвое. На практике известны случаи, когда аккумулирующие емкости спустя время полностью пересыхали. Чтобы этого избежать, производители модульных фотопанелей предлагают два альтернативных варианта:

1. измерять напряжение вручную и самостоятельно контролировать процесс генерации и аккумуляции электрического тока;
2. установить контроллер для солнечных батарей — в данном случае коммутационный прибор автоматически адаптирует работоспособность гелиосистемы под нужды потребителя.

В ночное время суток контроллер батареи находится в «спящем» режиме. После попадания лучей солнца на фотоэлементы генерируемый постоянный ток будет проходить через коммутационное устройство. Когда напряжение станет больше 10 В, электрический ток будет перенаправлен на диод Шоттки, а затем только попадет в аккумуляторную батарею.

Если напряжение превысит 14 В, автоматически включится усилитель, который откроет MOSFET — транзистор с изолированным затвором. В этот момент заряда аккумуляторов не будет. После полной разрядки конденсатора МДП-транзистор закроется, и АКБ автоматически будет заряжаться. Сам процесс подзарядки длится до того момента, пока напряжение снова не поднимется до предельного уровня.

Какие параметры контроллера надо учитывать

На контроллер для солнечной панели может поступать напряжение одновременно от нескольких гелиосистем, которые соединены по различным схемам. Чтобы контроллер заряда батареиработал правильно, крайне важно принимать во внимание суммарные показатели входного напряжения и номинальные значения тока.

Желательно предусмотреть также запас технических характеристик на уровне 20–25%. Для чего это нужно? Во-первых, производители часто завышают реальные параметры работы фотоэлементов на солнечных панелях. Во-вторых, излучение солнца нестабильно — при аномальной активности показатели солнечной энергии запросто могут превысить допустимый расчетный предел.

Формула для приблизительных расчетов — 1,2P ≤ I×U, где:

• P – суммарная мощность фотопанелей;
• I – ток на выходе коммутационного прибора;
• U – выходное напряжение под нагрузкой.

Нежелательно использовать контроллеры для солнечных панелей, как универсальные источники электропитания — не рекомендуется подключать к ним электронные приборы бытового применения, так как по умолчанию эти модули рассчитаны исключительно на «прямой контакт» с аккумуляторами.

В каком месте надо устанавливать регулятор

Монтируется устройство непосредственно между аккумуляторной батареей и активной гелиосистемой. При использовании бытовых приборов (стиральная машина, телевизор и др.) в схему подключения обязательно надо добавить 1–2 инвертора, которые необходимы для преобразования постоянного тока (12 В) в переменный на 220V. Инвертер подключается к системе сразу после АКБ.

Дополнительно потребуется установка предохранителя для надежной защиты оборудования от перегрузок и коротких замыканий. Если используется сразу несколько фотопанелей, то рекомендуется монтировать автоматические предохранители между каждым рабочим узлом системы, начиная монтаж от солнечной батареи.

Какие различают виды модулей-контроллеров

Перед тем, как выбрать контроллер заряда, не лишним будет разобраться в основных технических характеристиках приборов. Главным отличием между популярными моделями регуляторов заряда солнечных батарей считается метод обхода ограничения лимитного напряжения. Выделяют также функциональные характеристики, от которых напрямую зависит практичность и удобство использования «умной» электроники. Рассмотрим популярные и востребованные разновидности контроллеров для современных гелиосистем.

1) On/Off контроллеры

Самый примитивный и ненадежный способ распределения энергоресурсов. Его главный недостаток — аккумулирующая емкость заряжается до 70–90% от фактической номинальной емкости. Первостепенная задача On/Off моделей заключается в предотвращении перегрева и перезаряда АКБ. Контроллер для солнечной батареи блокирует подзарядку при достижении лимитного значения напряжения, поступающего «свыше». Обычно это происходит при 14,4V.

На таких солнечных контроллерах используется порядком устаревшая функция автоматического отключения режима подзарядки при достижении максимальных показателей генерируемого электрического тока, что не позволяет зарядить АКБ на 100%. Из-за этого происходит постоянный недобор энергоресурсов, что негативно сказывается на сроке службы аккумулятора. Поэтому такими солнечными контроллерами пользоваться при установке дорогостоящих гелиосистем нецелесообразно.

2) PWM контроллеры (ШИМ)

Управляющие блоки-схемы, функционирующие по методу широтно-импульсной модуляции, справляются со своими прямыми обязанностями гораздо лучше, чем приборы типа On/Off. ШИМ контроллеры предотвращают чрезмерный перегрев аккумулятора в критических ситуациях, повышают способность принятия электрического заряда и контролируют сам процесс обмена энергией внутри системы. PWM контроллер дополнительно выполняет ряд других полезных функций:

• оснащен специальным датчиком для учета температуры электролита;
• вычисляет температурные компенсации при различных напряжениях заряда;
• поддерживает работу с разными видами аккумулирующих емкостей для дома (GEL, AGM, жидко-кислотные).

Пока напряжение находится ниже 14,4 В, АКБ подключен к солнечной панели напрямую, благодаря чему процесс подзарядки происходит очень быстро. Когда показатели превысят максимально допустимое значение, солнечным контроллером напряжение автоматически будет понижено до 13,7 В — в этом случае процесс подзарядки не будет прерван и батарея зарядится на 100%. Температура работы устройства колеблется в пределах от -25℃ до 55℃.

3) МРРТ контроллер

Данный тип регулятора постоянно контролирует ток и напряжение в системе, принцип работы построен на обнаружении точки «максимальной мощности». Что это дает на практике? Использовать МРРТ контроллер выгодно, поскольку он позволяет избавиться от излишков напряжения с фотоэлементов.

Эти модели регуляторов используют широтно-импульсные преобразования в каждом отдельном цикле процесса подзарядки АКБ, что позволяет увеличить отдачу солнечных панелей. В среднем экономия составляет порядка 10–30%. Важно помнить, что ток на выходе из аккумуляторной батареи всегда будет выше входящего тока, который поступает от фотоэлементов.

МРРТ-технология обеспечивает зарядку аккумуляторов даже при облачной погоде и недостаточной интенсивности солнечного излучения. Целесообразнее применять такие контроллеры в гелиосистемах мощностью 1000 Вт и выше. МРРТ контроллер поддерживает работу с нестандартными напряжениями (28 В или другие значения). КПД держится на уровне 96–98%, а значит, практически все солнечные ресурсы будут преобразованы в постоянный электрический ток. Контроллер МРРТ считается самым лучшим и надежным вариантом для бытовых гелиосистем.

4) Гибридные контроллеры заряда

Это оптимальный вариант, если в качестве электростанции для частного дома используется комбинированная схема электроснабжения, которая состоит из гелиоустановки и ветрогенератора. Гибридные устройства могут работать по технологии МРРТ или PWM, но при этом вольтамперные характеристики будут отличаться.

Ветрогенераторы вырабатываю электричество неравномерно, что приводит к непостоянной нагрузке на аккумуляторы — они функционируют в так называемом «стрессовом режиме». При возникновении критической нагрузки солнечный контроллер гибридного типа сбрасывает избыточную энергию при помощи специальных тэнов, которые подключаются к системе отдельно.

Как подключить блок-регулятор самостоятельно

Схема контроллера заряда для подключения к гелиоустановке достаточно проста: нужно соединить между собой все рабочие элементы, не нарушая полярность. Некоторые владельцы гелиосистем придерживаются смешанного способа подключения, когда аккумуляторы соединены друг с другом параллельно, а к блоку-регулятору подключаются в последовательном порядке. Количество АКБ для подключения к системе не ограничено. Но для больших аккумулирующих «массивов» дополнительно потребуется установить мощный блок-инвертор, который справится с повышенной нагрузкой.

Домашние умельцы могут смастерить контроллер заряда батареи своими руками — для это обычно используют транзисторы, способные выдерживать силу электрического тока до 50 А, автомобильный реле-регулятор, диоды и резистор на 120 кОм. Эффективность самодельных моделей контроллеров для солнечной батареи будет «хромать», по сравнению с заводскими приборами, но для маломощных и экспериментальных гелиосистем такой вариант вполне уместен.

Источник

Солнечные панели для зарядки автомобильного аккумулятора

Панели на фотоэлементах для подзарядки АКБ от солнца перестали быть экзотикой. Сам факт того, что на рынке нетрудно

выделить популярные модели от ведущих производителей, свидетельствует о накоплении опыта использования подобных устройств у рядовых потребителей. Если же у кого-то из автолюбителей остались вопросы, то знакомство с данной публикацией снимет основную их часть.

Панели на фотоэлементах — уже реальность

Получение электрической энергии из солнечного света стало возможно, благодаря исследованиям множества ученых. Отправной точкой послужило открытие фотогальванического эффекта в 1839 г. Через сто с небольшим лет были изобретены полупроводниковые фотоэлектрические элементы, преобразующие излучение Солнца в постоянный ток.

Эксперименты владельцев автомобилей по прямой подзарядке АКБ бытовыми солнечными панелями подтолкнули производителей к идее выпуска специализированных устройств, способных решать сразу несколько задач, как то:

• зарядка автомобильных аккумуляторов без нагрузки на сеть;
• избавление от необходимости возить с собой резервные АКБ;
• снижение риска опустошить АКБ при неработающем генераторе;
• подзарядка аккумуляторов при простое двигателя;
• увеличение эффективности подзарядки на ходу.

Очевидно, что для владельцев разнообразных электрокаров и гибридов – перечисленные проблемы особенно актуальны, даже если транспорт или техника оснащены бензиновым генератором.

Установка панели на автомобиль

Отдача от владения солнечной панелью резко ограничивается, если нет возможности надежно закрепить её на кузове и использовать непосредственно во время поездки.

Вместо панорамного окна в данный автомобиль аккуратно вмонтирована солнечная панель, мощности которой вполне хватит на подзарядку АКБ

Ведь в этом случае речь шла бы просто об обладании портативным генератором низкой мощности, для эксплуатации которого нужны продолжительные стоянки в течение светового дня.

Существуют три основных способа установки на автомашину модулей с фотоэлементами:

1. На крышу, при помощи стоек (багажника). Данный способ установки простой и быстрый. Панели можно в любой момент демонтировать. Применяется в основном для поездок за город: на природу или отдых. Однако, установка на крышу ухудшает аэродинамику машины и требует очень надежной фиксации панели, но зато позволяет закрепить модуль большой площади (до 1 кв.м.) или несколько модулей размером поменьше. В условиях «солнечных» широт и стабильно ясной погоды такие устройства способны заменить собой генератор, работая в связке с АКБ.
2. В салоне, в освещенной его части (над приборной панелью или у заднего стекла). Из-за малой площади размещения и процента потерь солнечного света при переходе через стекло возможно разместить только портативные модели. Основное назначение – освобождение АКБ от энергозатрат на обслуживание периферийной электроники, устройств мультимедиа, средств связи и прочих гаджетов. Основательно зарядить от них аккумулятор невозможно из-за их невысокой мощности.
3. Интеграция в кузовную деталь автомобиля. Первые попытки внедрения солнечных панелей в кузов автомобиля предпринимали давно (70-80 года), однако, из-за малой эффективности панелей в то время они не вошли в обиход. Сейчас ситуация изменилась, как и панели. Солнечные модули есть гибкие, прозрачные, тонкие. Это позволяет легко монтировать панели в кузовные детали или приклеивать поверх без потери аэродинамики.

Еще один пример применения солнечной батареи на крыше автомобиля:

Панель вмонтирована в крышу автомобиля и покрыта слоем инея. однако, все равно выдает заряд. В морозное время года, когда емкость АКБ падает, солнечная панель на крыше может помочь даже завести автомобиль.

Преимущества и недостатки

У каждого устройства, и новинки есть положительные и отрицательные моменты внедрения. Со временем при работе над улучшением отрицательные моменты частично убираются, но иногда это невозможно.

К числу главных плюсов автомобильных гелиопанелей можно отнести:

• высокую мобильность;
• простоту в эксплуатации;
• возможность объединения модулей для увеличения мощности;
• независимость от стационарных источников электроэнергии;
• реальное снижение нагрузки на АКБ (даже при простое двигателя).

• зарядка основательно истощенного АКБ может занять от 9-12 до 100 часов;
• прямая зависимость производительности солнечных батарей от суммарной площади поверхности фотоэлементов;
• устройства не работают в темное время суток и зависимы от погодных условий.

Производители

Рекомендация избегать «дешевой китайской продукции» будет бессмысленной. По большей части, ТОП-10 производителей солнечных панелей на 2019 год (согласно рейтингу Bloomberg) состоит именно из китайских компаний, часто имеющих зарубежные филиалы. Основную конкуренцию Китаю составляют:

Конечно рынок не стоит на одном месте, если компании видят востребованность и восходящий тренд в данном типе оборудования, рынок будет развиваться.

Популярные модели

В продаже существуют самосборные и готовые комплекты панелей для установки на авто мобиль. Готовые комплекты стоят дороже, однако, они более продуманнее, функциональнее, у них есть все необходимые фитинги для монтажа и реальные заявленные технические характеристики.

SunForce

Канадский производитель предлагает гелиопанель повышенной мощности (150 Вт – 8,7 А). Кроме самой панели, в комплект включены вилка и клеммы, а также контроллер зарядки, что очень важно в случае с любыми высокопроизводительными солнечными батареями.

Эти модули умеренной величины (97х35х4 см.) хорошо подходят для установки на крыше автомобиля, на катерах и некрупных яхтах.

TCM 15F

Отличительные особенности данной модели – малый вес (300 г.), гибкая конструкция и портативность (60х27х0,5 см.), что предоставляет простор для вариантов размещения. Обратной стороной выступает довольно скромная производительность (15 Вт – 1А).

Так или иначе, это очень хороший и надежный вариант для обеспечения питанием периферийной электроники и снятия части нагрузки с АКБ. Отдельного упоминания заслуживает высокое качество крепления.

Sunsei Solar Power (SE-500)

Еще одна компактная модель размером всего 37,5х36х2,6 см. Водонепроницаемый корпус заключен в металлическую рамку и может быть закреплен на кронштейне со штативом, что дает множество вариантов установки с большой свободой для вращения и углов наклона.

Солнечная панель для автомобиля Sunsei Solar Power SE 500 одна из недорогих быстросъемных моделей

Низкая мощность (7,5 Вт – 0,5 А) может быть увеличена путем объединения нескольких панелей. В итоге устройство не только обеспечит работу мультимедиа при выключенном двигателе, но и позволит подзарядить АКБ.

Как происходит зарядка автомобильного аккумулятора?

В отличие сети, где циркулирует переменный ток, солнечные панели сразу выдают постоянный, что существенно снижает вес конструкции, поскольку не нужно использовать трансформатор. Эта особенность частично компенсирует зависимость производительности гелиопанелей от их габаритов.

Дополнительное удобство связано с тем, что у большинства моделей автомобильных солнечных батарей предусмотрено два способа их подключения:

• напрямую к АКБ (при помощи клемм);
• через гнездо прикуривателя.

Выходной ток у большей части солнечных батарей не превышает 1 ампера, что заведомо меньше 0,1 от номинальной емкости АКБ. С другой стороны, если гелиопанель не обеспечивает номинальный зарядный ток (менее 0,08 от емкости аккумулятора), то речь может идти лишь о частичной подзарядке.

Возможность полной зарядки АКБ становится доступной при эксплуатации панелей мощностью от 30 Вт и выше (желательно 60 Вт). Для того, чтобы просто поддерживать заряд аккумулятора, может хватить 5-6 Вт.

Вариант, когда модуль обладает напряжением 12 вольт и номинальным уровнем мощности 15 Вт, можно отнести к числу оптимальных для решения большинства задач возлагаемых на вспомогательный источник питания в современном автомобиле. При грамотном использовании такой панели в связке с генератором – АКБ может быть опустошен разве что в экстремальном стечении неблагоприятных обстоятельств.

Нужен ли контроллер заряда?

Контроллер уровня заряда АКБ представляет из себя устройство, основное предназначение которого понятно из названия. Приобретать его нет необходимости, если автомобиль оснащен современным бортовым компьютером.

Индикатор уровня зарядки аккумуляторных батарей не будет лишним

При использовании компактных солнечных панелей в салоне машины для обеспечения нужд мелкой электроники – показания контроллера тоже вряд ли так уж необходимы. Но если ничего, кроме аналогового вольтметра или тестера, в автомобиле нет, то покупка прибора для мониторинга заряда в любом случае не лишена смысла.

В особенности, если в распоряжении водителя имеются мощные солнечные панели, позволяющие полностью зарядить аккумулятор. В этом случае качественный контроллер не даст перезарядить АКБ или, наоборот, не допустит его критической разрядки.

На что обращать внимание при покупке?

Приобретая солнечную панель для автомобиля, нужно иметь четкое представление о задачах, которые ему предстоит решать, и разобраться с техническими характеристиками. У портативных «салонных» моделей ограничен функционал. Даже на то, чтобы экстренно взбодрить опустошенный аккумулятор и просто запустить двигатель, их сил может не хватить.

Мощные – обладают внушительными габаритами, в силу чего их эксплуатация связана с рядом трудностей, а производительность напрямую зависит от времени суток и погодно-климатических условий. Так что даже они не выступают универсальным решением всех проблем, связанных с обеспечением «железного коня» электроэнергией.

В заключение стоит предостеречь от покупки «безымянных» гелиопанелей и призвать к проявлению осторожности в случае с малоизвестными брендами. Известны случаи, когда интенсивный нагрев от Солнца приводил к их физическому разрушению, не говоря уже о качестве их работы. Внимательное изучение тематических ресурсов и потребительских отзывов придется очень кстати.

Источник