Схема солнечных батарей для автомобильных аккумуляторов

Зарядное устройство аккумуляторов с солнечной батареей

Представлена схема зарядного устройства для 12-вольтового аккумулятора. В качестве источника зарядного тока используется солнечная батарея с номинальным напряжением 24 В. При полном заряде аккумулятора схема отключается автоматически.

Надписи на схеме
Heat Sink	Теплоотвод
Solar Panel	Панель солнечной батареи
LED green	Зеленый светодиод

В схеме используется микросхема стабилизатора напряжения LM317, с помощью которой напряжение заряда устанавливается на уровне порядка 16 В. Подстройка выходного напряжения производится резистором VR. Когда солнечная батарея освещена и вырабатывает ток, диод D1 открыт. Ток заряда течет через микросхему стабилизатора, диод D2 и резистор R3. Выходное напряжение LM317 зависит от положения движка подстроечного резистора VR, а ток заряда – от величины сопротивления R1. Если резистором VR выходное напряжение установлено на уровне выше 16 В, стабилитрон ZD2 открыт и аккумулятор заряжается напряжением 15 В. Ток заряда определяется номиналами R1 и R3. В нашей схеме он находится в диапазоне 250…300 мА. Зеленый светодиод индицирует режим заряда. Когда аккумулятор наберет полный заряд, и напряжение на нем поднимется приблизительно до 13 В, откроются стабилитрон ZD1 и транзистор T1. Транзистор будет шунтировать нагрузку схемы, забирая весь ток заряда на себя. Зарядка аккумулятора прекратится. Когда напряжение на аккумуляторе опустится ниже 12 В, стабилитрон ZD1 закроется, и процесс заряда начнется вновь.

Подключение зарядного устройства

Подключите к зарядному устройству солнечную батарею и убедитесь, что напряжение на батарее не ниже 18 В. Соблюдайте правильную полярность подключения. Вращайте подстроечный резистор VR до тех пор, пока не загорится зеленый светодиод. Это будет означать, что стабилитрон ZD2 открылся и началась зарядка аккумулятора.

Микросхема LM317 и транзистор TIP122 должны быть установлены на теплоотвод.

Замечание:

Схему можно легко модифицировать для зарядки аккумуляторов других типов. Достаточно только заменить стабилитроны ZD1 и ZD2. Напряжение стабилизации стабилитрона ZD2 должно соответствовать требуемому выходному напряжению, а ZD1 – напряжению отключения. Остальные элементы схемы остаются прежними.

Например, для аккумулятора 6 В следует выбрать ZD1 с напряжением стабилизации 6.1 В, и ZD2 с напряжением 6.8 В.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Развенчание мифа о применении стартерных (автомобильных) аккумуляторов в солнечных системах

Какие аккумуляторы выбрать при установке солнечных систем?

С этим вопросом часто встречаются люди, которые начинают изучать альтернативные источники питания.

К статье о правильном заряде аккумуляторов наша читательница написала комментарий о работе стартерных АКБ с солнечной станцией и привела ссылку на видеоролик, в котором человек показывают свою систему резервного питания, работающую от стартерных батарей.

Вот этот ролик. С 26й минуты речь идёт об аккумуляторах в системе:

С удовольствием посмотрели ролик. Хозяин и создатель солнечной системы просто и доходчиво рассказывает о своем опыте.

Только вот простота порой скрывает подводные камни, о которых стоит сказать отдельно.

Применяется стартерная аккумуляторная батарея внушительной ёмкости, которая вроде бы должна запасать огромную энергию. Но судя по нагрузкам, потребление в доме ничтожное. Для чего тогда такая ёмкость?

А вот для чего. Срок службы аккумуляторов в циклическом режиме определяется глубиной разряда. Стартерные аккумуляторы абсолютно не предназначены для глубокого разряда (такова конструкция и состав пластин), а лишь для коротких и мощных разрядов.

Чтобы не давать аккумуляторам серьезно разряжаться, ограничена глубина разряда: установлено напряжение переключения с аккумуляторов на внешнюю сеть 47 В, что в пересчёте на один аккумуляторный элемент 1,96 В/эл. Глубина разряда крайне мала (дай бог, 10%), т.е. режим разряда близок к буферному. Такую глубину разряда стартерные аккумуляторы еще как-то переносят. Попробовали бы их разрядить хотя бы до уровня 1,80 В/эл. — и после 10…20 циклов (в лучшем случае!), и этим стартерным аккумуляторам настал бы конец («в хлам», как образно выражается автор).

Но вот для гелевых и АGM аккумуляторов этот уровень напряжения — отнюдь не разряд «в хлам», а абсолютно нормальный уровень отдачи 100% номинальной ёмкости. Эти аккумуляторы как раз и предназначены для подобных режимов. У них циклический ресурс 100% глубины разряда-заряда исчисляется 150-600 циклами и даже более (зависит от модели и производителя). А это в десятки раз больше, чем у столь пропагандируемых стартерных. Для стартерных же единственный способ хоть как-то остаться в живых – неглубокий разряд. Тогда количество подобных «циклов» (хотя назвать это «циклом» язык не поворачивается) может быть достаточно большим и несколько лет отслужить такие аккумуляторы в силах.

Такой прием (повышать начальную ёмкость для снижения реальной глубины разряда) применяется и для гелевых и АGM аккумуляторов, чтобы дополнительно увеличить циклический ресурс. Но по-любому заложенные в специализированных аккумуляторах возможности в десятки раз выше.

Автор ссылается на то, что по опыту применял разные типы аккумуляторов, а результат примерно один и тот же. Думается, тут есть неточность или хитрость: скорее всего ёмкость ранее бралась в несколько раз меньше (из экономии, дорогие же аккумуляторы!), но разряжались аккумуляторы глубже. Ну и какие еще попадались ему модели/производители – тоже большой вопрос. К сожалению, на рынке много чего гуляет из так называемых «гелиевых» аккумуляторов, качество которых ниже плинтуса, а их продажа – чистой воды развод покупателей (продавцы даже не знают, что аккумуляторы должны быть «гелевыми», а отнюдь не «гелиевыми», и что все упомянутые выше типы аккумуляторов – такие же свинцово-кислотные, как и стартерные). Только заложены в них технологии, призванные увеличить достижимую глубину разряда при большом циклическом ресурсе.

Кстати, стоит сказать, что мощность и срок службы аккумуляторов далеко не всегда определяется их весом и количеством свинца внутри, хотя некоторая зависимость есть (если исключить, конечно, явные подделки, где вместо пластин фольга). Срок службы и циклический ресурс аккумуляторов при нормальной эксплуатации определяется толщиной пластин и их составом. В стартерных аккумуляторах пластины тонкие (чтобы развивать большие пусковые токи), а к свинцу добавляется кальций — для лучшей адгезии активной пастообразной массы в решетке (скелету пластины). При глубоком разряде тонкие пластины недолговечны (из-за протекания тока деформируются и осыпаются). Для повышения глубины разряда пластины делаются толще, а для повышения циклического ресурса наилучшие производители добавляют еще и олово (оно в 10 раз дороже свинца, но что поделать).

Электролит в гелевых аккумуляторах – сгущенный раствор серной кислоты (путем добавления в него силиконосодержащих добавок) становится более густым и лучше удерживает материал пластин, не давая ему отслаиваться. В аккумуляторах AGM типа электролит жидкий, но абсорбирован в стекло-капиллярном материале сепараторов, которые также поддерживают активное вещество пластин от осыпания.

Качество аккумуляторов, их отдача и срок службы определяется в значительной мере и чистотой активных материалов. У порядочных производителей AGM и гелевых батарей это всегда первичный свинец чистотой не менее 99,94%, а у прочих – переработанный (а у стартерных — только переработанный! – чтобы было подешевле…).

Стоит добавить, что и гель, и стекло-капиллярные сепараторы служат еще и процессу рекомбинации водорода и кислорода (превращению их в воду) и делая таким образом аккумуляторы необслуживаемыми и безопасными, позволяя эксплуатировать их в помещении.

Теперь о работе стартерных аккумуляторов на описываемом объекте: сравнительно небольшая нагрузка (всего-то микроволновая печь) просаживает аккумуляторы изрядной ёмкости ниже уровня переключения на сеть. У аккумуляторов с нормальной ёмкостью, да еще и 450 Ач, такого быть не может! Это свидетельствует о том, что реальная ёмкость данных аккумуляторов уже далеко не равна начальной. Может 50- 60%, а похоже, что и меньше. Между прочим, по международным критериям срок службы аккумуляторов определяется достижением остаточной ёмкости 80% от начальной, так что Ваши аккумуляторы по таким критериям уже «покойники».

Что тогда, спрашивается, дают такие большие, но стартерные аккумуляторы потребителю? Да почти ничего, кроме иллюзии пользования солнечной системой с накоплением энергии. Солнечная система еще способна дать что-то, но вот накопительная для автономности – почти ничего! Зато дешево. А в чем тогда изначальный смысл всей затеи? Взяты аккумуляторы подешевле, но большой ёмкости, а ощутимой автономности для сколь-нибудь реальной нагрузки получить нельзя. «Экономия» денег под большим вопросом, да и зачем тогда весь сыр-бор?

Конечно, не специалист может и не знать всех подробностей и нюансов по аккумуляторному оборудованию. Ссылаться на то, что в этом не очень разбираешься, можно, конечно, но тогда не стоит и проповедовать то, в чем слабо ориентируешься.

Источник

Заряжаем автомобильный аккумулятор солнцем.

Решил сделать маленький эксперимент – зарядить автомобильный аккумулятор солнечной панелькой. Разумеется ничего нового не изобретал – давно есть даже электромобили с таким рабочим принципом, просто интересно было узнать, на сколько это эффективно.

Под рукой оказалась небольшая панелька на 10 ватт, в самый раз! дело в том, что панельки большей мощности имеют большой размер и их неудобно использовать, а также возникают с транспортировкой. Модули на 10-20 ватт можно купить за 1000-1500 руб, разумеется если брать готовый модуль, а не отдельные панельки.

Известны некоторые параметры модули. Ток до 600мА, выходное напряжение 18 вольт, хотя максимальные параметры отличаются от указанных, с этой модули снял до 24 -х вольт при токе до 760 мА, следовательно 24х0,8 – почти в два раза больше! “Культурное” название панели – поликристаллический фотовольтовый преобразователь. Из названия следует, что материал из которого сделана модуль – поликристаллический кремний, что обеспечивает высокое (на сколько это возможно) КПД, а это максимум 17%, иными словами – только 17% из того, что попадает на поверхность модули превращается в электрический ток.

Все, что нам нужно для зарядки АКБ, это солнечная модуль, амперметр для измерения тока заряда, и диод для предотвращения обратного напряжения от аккумулятора к модули. Диод иногда уже встроен в сам модуль, но в моем случае его не было. Подключается диод в прямом направлении в разрыв плюса или в обратном направлении в разрыв минуса. Амперметр надеюсь все знают как подключать.

Ток заряда будет меняться разумеется от времени суток, от наличия туч на небе, от времени года…
В общем крайне нестабильная зарядка, летом в полдень получается максимальный зарядный ток – 600-650 мА, зарядить аккум таким током быстро не удастся.

В моей схеме никаких дополнительных узлов, которые стабилизируют напряжение заряда нету – голая модуль и диод. Ток стабилизировать тут вообще нет смысла, поскольку он и так мал, для аккума с емкостью 45А/ч идеальный ток заряда 4,5Ампер.

Зарядить севший аккум этой зарядкой не реально даже за день, с учетом того, что ток может иногда упасть ниже 100мА. но ничего не мешает использовать панельки по-мощней, но всегда нужно учитывать одно – маленькое облако может стать причиной снижения тока с солнечной модули свыше 10 раз, вот такой нестабильный зарядник, но если нет другого решения, как вариант эту зарядку тоже можно использовать, в конце концов это полностью бесплатно и главное – чистый с экологической точки зрения.

Разумеется когда рядом розетка на 220 Вольт, такое зарядное устройство становиться крайне неэффективной, но в экстремальных условиях – в самый раз. К стати – сегодня китайский рынок предлагает очень большой выбор солнечных элементов, в том числе и гибкие модули, которые удобны с точки зрения транспортировки. Дополнив к системе из аккумулятора и солнечной модули еще и инвертор, мы получаем полноценную солнечную электростанцию.

Источник

Зарядка аккумуляторов с помощью солнечных батарей

Для обеспечения работы из радио экспедиций часто применяют никель- кадмиевые аккумуляторы (НКА). Но, с течением времени работы в эфире НКА необходимо подзаряжать. В условиях экспедиционной работы одним из наилучших вариантов подзарядки аккумуляторов является использование солнечных батарей. Энергия Солнца вполне сможет обеспечить работу по зарядке аккумуляторов. Разберем принципы использования солнечных батарей для зарядки аккумуляторов.

Тип солнечной батареи

Наиболее распространённые в странах СНГ являются солнечные батареи типа БСК-1, БСК-2, Электроника МЧ/1. Эти батареи выпускают или ранее выпускали многие радиоэлектронные заводы. Иногда встречаются в продаже также импортные, в основном китайские и корейские, солнечные батареи, с параметрами сравнимыми с батареями типов БСК-1, БСК-2, Электроника МЧ/1.

Эти солнечные батареи могут обеспечить зарядный ток аккумулятора в пределах 35-50 миллиампер, не более того. Причем это будет при хорошем солнечном освещении. Следовательно, с помощью широко распространённых солнечных батарей можно обеспечить заряд маломощных аккумуляторов имеющих емкость не более 0,45 А/ч. Замечу, что широко распространенные аккумуляторы типа ЦНК-0,45 как раз имеют такую емкость.

Необходимо также учитывать, что в середине лета, в июле, световой период, в который батарея эффективно отдаёт энергию, обычно длится не более 7-9 часов. Наиболее эффективное время для работы солнечной батареи с 10 до 17 часов. После этого времени ток солнечных батарей падает. Падает ток, генерируемый солнечной батареей в облачную погоду. Некоторая ориентировка солнечных батарей относительно положения Солнца, помогает увеличить генерируемый ими ток, но… Попробуйте сами покрутить батареи в поисках их лучшего освещения, и убедитесь, что это нелегкое дело.

Что же можно предпринять для увеличения тока, генерируемого солнечной батареей? Наиболее просто ток солнечных батарей можно увеличить при помощи их параллельного включения. Конечно, необходимо включать солнечные батареи, имеющие одинаковое количество элементов и, следовательно, обеспечивающих одинаковое напряжение фото ЭДС. Но все же параллельное включение солнечных батарей, как это показано на рис. 1, нежелательно. Лучшие результаты будут получены при параллельном включении элементов солнечных батарей, как это показано на рис. 2.

Рисунок 1 Нежелательное включение солнечных батарей
Рисунок 2 Параллельное включение элементов солнечных батарей

Давайте разберем, почему нежелательно параллельное включение солнечных батарей, показанное на рис. 1.

Вследствие разной освещенности солнечных батарей генерируемые ими напряжения будут немного отличаться друг от друга. Вследствие этого, эффективно будет работать только одна солнечная батарея. При включении солнечных элементов по схеме, показанной на рис. 2, напряжения, генерируемые ими, более равномерно распределяются по солнечной батарее. Вследствие этого, частичное затенение части элементов не принесет большого вреда для работы солнечной батареи. Однако параллельное включение потребует распайки готовых батарей, а затем новое включение их элементов между собой. Работа достаточно нудная, коса проводов между батареями… Но если необходим большой ток, то эту работу все же придется выполнить.

Для увеличения напряжения солнечной батареи, можно включать последовательно, сколько угодное большое количество солнечных элементов. Напряжение такой солнечной батареи будет равно сумме напряжений на всех составляющих ее солнечных элементах. Ток, отдаваемый этой батареей, будет ограничен током худшего элемента.

Самый главный недостаток солнечных элементов, на мой взгляд, это только их относительная дороговизна. Но этот недостаток окупает эффективная работа заряжаемых с помощью солнца аккумуляторов.

Зарядка/подзарядка аккумуляторов

Итак, при достаточном количестве солнечных элементов можно создать солнечную батарею с практически любыми напряжением и током, и способную обеспечить зарядку любого типа аккумуляторов. Все дело только в стоимости такой солнечной батареи. Конечно, не следует забывать, что мощная солнечная батарея будет занимать большую площадь для своей установки. Следует также заметить, если полноценное солнечное освещение батареи бывает ограниченное время суток, то желательно использовать солнечную батарею, обеспечивающую ускоренный зарядный ток, величина которого находится в пределах 0,15-0,3 от емкости аккумуляторов.

Обычно в радио экспедициях эффективная работа возможна в вечернее и ночное время. В это время прохождение на многих диапазонах улучшается, появляется много местных станций. Использование солнечной батареи позволяет вечером и ночью разрядить аккумуляторы во время работы в эфире, а днем произвести их подзарядку.

Если же солнечная батарея обеспечивает ток, меньший чем номинальный зарядный ток, менее 0,08 от емкости аккумуляторов, то в данном случае речь может идти не о зарядке, а только о подзарядке аккумуляторов. Это означает, что в светлый период времени солнечная батарея должна быть постоянно подключена к аккумулятору, все это время постоянно подзаряжая его. При этом необходимо контролировать, что бы во время работы аккумуляторной батареи напряжение на одном элементе аккумулятора было бы не ниже 1,2-1,15 вольт. При напряжении ниже 1,15 вольт аккумулятор необходимо снять с работы и поставить на зарядку. В противном случае за короткое время напряжение на элементах аккумулятора упадет до 1,1 вольта, и такую разряженную аккумуляторную батарею уже невозможно будет использовать в экспедиции без серьезной зарядки. Это указывает на то, что в экспедиции, обязательно необходимо контролировать напряжение на аккумуляторной батарее под нагрузкой. Разрядная и зарядная характеристика одиночного аккумулятора показана на рис. 3.

Рисунок 3 Разрядная и зарядная характеристика никель/кадмиевого аккумулятора

Для дальнейшего понимания процесса зарядки солнечной батареей аккумулятора рассмотрим характеристики элемента солнечной батареи. Зависимость тока одного элемента солнечной батареи типа БСК-2 от напряжения на нем показана на рис. 4. Этот график снят при оптимальном освещении солнечного элемента. Этот график типичен и для других солнечных элементов. Конечно, значение максимального тока будет зависеть от мощности солнечного элемента. Для снятия этого графика к освещенному солнечному элементу подключают переменный резистор. Изменяют сопротивление переменного резистора, и измеряют ток, поступающий в резистор и напряжение на солнечном элементе. Схема для снятия вольт/амперной характеристики солнечного элемента показана на рис. 5.

Рисунок 4 Вольт/амперная характеристика солнечного элемента
Рисунок 5 Схема для снятия вольт/амперная характеристики солнечного элемента

При работе солнечного элемента без нагрузки напряжение фото ЭДС на нем составит около 0,6 В. При подключении нагрузки, а затем при уменьшении ее сопротивления, ток в нагрузке начнет увеличиваться. Напряжение на нагрузке при этом начнет снижаться. Напряжение примерно 0,45 вольт на нагрузке является оптимальным режимом работы солнечного элемента. При попытках увеличить отбор тока, напряжение на солнечном элементе падает, а ток, который он генерирует, продолжает оставаться практически неизменным. Это говорит о том, что солнечная батарея является почти идеальным источником тока, то, что как раз и надо для зарядки аккумуляторов!

Для схемы измерения тока солнечного элемента (см. рис. 5) был построен график зависимости рассеиваемой мощности в сопротивлении нагрузки солнечного элемента. График показан на рис. 6. Этот график снят при оптимальном освещении солнечного элемента. Для постройки графика измерялось нагрузочное сопротивление солнечного элемента при различных напряжениях на нем. Затем, исходя из значения сопротивления нагрузки, и тока, протекающего через нагрузку, был построен график мощности, рассеиваемой в нагрузке. Из этого графика видно, что максимальная мощность отдаваемая в нагрузку солнечным элементом будет при напряжении на нагрузке 0,45 вольт. Оптимальное напряжение на нагрузке (0,45 вольт) отличается от напряжения фото ЭДС (о,6 вольт) в 0,75 раз.

Рисунок 6 График зависимости рассеиваемой мощности в сопротивлении нагрузки от напряжения на ней

Следовательно, для зарядки аккумуляторов можно применить солнечную батарею, которая имеет максимальный генерируемый ток примерно равный току зарядки аккумуляторов. В этом случае солнечная батарея автоматически будет производить зарядку аккумуляторов необходимым зарядным током при своем освещении. Батарею необходимо подключать к аккумуляторам через диод, как это показано на рис. 7. Это необходимо потому, что при неблагоприятном солнечном освещении напряжение на солнечной батарее может упасть ниже, чем напряжение на заряжаемых аккумуляторах. В этом случае аккумуляторы вместо своего заряда, разрядятся через внутреннее сопротивление солнечной батареи. Буферный конденсатор C1 необходим, если, аккумуляторы будут использоваться для работы во время своей зарядки/подзарядки.

Рисунок 7 Подключение солнечной батареи к аккумуляторам

Последовательно с солнечной батареей включен миллиамперметр. Включение миллиамперметра весьма и весьма желательно. Он показывает, какой величины ток потребляет аккумулятор от солнечной батареи. А это дает возможность судить, находится ли аккумулятор под зарядным током или тренировочным, и вообще, работает ли в данный момент солнечная батарея или нет. В качестве миллиамперметра удобно использовать индикатор записи от старого магнитофона.

Шунт для этого индикатора записи тоже сделать достаточно просто. На резисторе типа МЛТ-0,5 наматываем 1 метр провода типа ПЭЛ-0,1. Подключаем шунт параллельно микроамперметру и измеряем, какой максимальный ток он при этом может измерять. Допустим, получилось 100 миллиампер. А для заряда аккумулято-ров используется солнечная батарея с максимальным током 40 миллиампер. Следовательно, удобно иметь максимальную шкалу в 50 миллиампер. Для получения такого максимального тока отклонения микроамперметра сопротивление шунта необходимо увеличить в два раза. Для этого необходимо увеличить длину провода шунта до двух метров. Аналогично можно провести практическую подгонку шунта и для других токов отклонения миллиамперметра.

В походных условиях можно считать процесс зарядки аккумуляторной батареи оконченным, если напряжение на ее элементах под нагрузкой составляет не менее 1,25 В/на элемент, и их ЭДС составляет не менее 1,36 В/на элемент. Если же солнечная батарея используется только для подзарядки аккумуляторов, то ее необходимо производить по мере необходимости — по мере разряда аккумуляторов. При неблагоприятных условиях подзарядка может даже продолжаться целый световой день. Ночью солнечные батареи нет необходимости отключать от аккумуляторов, поскольку они будут отключены автоматически с помощью диода VD1 (см. рис. 7).

Расчет параметров солнечной батареи

Приведем пример расчета солнечной батареи, необходимой для зарядки аккумуляторов. Как показано на графиках рис. 3, во время зарядки аккумулятора напряжение на нем будет находиться в пределах 1,4 В. Для питания аппаратуры в полевых условиях, обычно применяют напряжение питания 12 вольт. Такое напряжение могут обеспечить 10 никель- кадмиевых аккумуляторов, включенных последовательно. Для зарядки батареи из 10 никель- кадмиевых аккумуляторов, включенных последовательно, необходимо обеспечить напряжение на них равное 14 вольт (10*1,4=14). При максимальном КПД работы солнечной батареи, когда напряжение на одном солнечном элементе составит 0,45 вольт, напряжение 14 вольт может обеспечить солнечная батарея состоящая из 31 элемента (14/0,45=31).

Учтем падение напряжение на диоде, равное 0,7 вольта. Следовательно, солнечная батарея должна иметь еще два лишних элемента. Суммарное количество солнечных элементов в батарее в этом случае будет равно 33 (31+2=33). Напряжение фото ЭДС солнечной батареи содержащей 33 элемента составит 19,8 вольт. Итак, мы подошли к важной вещи. Оказывается, для зарядки аккумуляторной батареи напряжением 12 вольт, необходима солнечная батарея напряжением фото ЭДС почти 20 вольт! Такую батарею можно собрать самостоятельно используя отдельные солнечные элементы или несколько готовых солнечных батарей.

В паспорте на солнечные батареи указывают как раз напряжение фото ЭДС. В продаже имеются солнечные батареи на напряжения фото ЭДС равное 12 и 9 вольт. Следовательно, при оптимальном сопротивлении нагрузки (см. рис. 6) напряжение на этих батареях составит 6,75 вольт, для 9- вольтовой солнечной батареи, 9 вольт для 12 вольтовой солнечной батареи.

Две последовательно включенные солнечные батареи, имеющие напряжение фото ЭДС 9 и 12 вольт можно с успехом использовать для зарядки 12 вольтовой аккумуляторной батареи. Превышение суммарного напряжения, которое для двух батарей составит 21 вольт, расчетного напряжения 20 вольт на один вольт не страшно. Это превышение будет компенсировано некоторым уменьшением выходного напряжения солнечной батареи которое произойдет из-за неравномерного освещения элементов, составляющих солнечную батарею. Конечно, следует не забывать, что ток солнечных батарей не должен превышать зарядный ток аккумуляторов.

Две последовательно включенные солнечные батареи на напряжение 9 вольт не смогут обеспечить полную зарядку аккумуляторной батареи. Они осуществят лишь ее подзарядку, до уровня не более 20% от необходимого заряда (см. рис. 3). Однако, подключенная к 12 вольтовой аккумуляторной батареи солнечная батарея с фото ЭДС 18 вольт поможет «разгрузить» режим работы этой аккумуляторной батареи. Она сможет сгладить пиковые токовые нагрузки и обеспечит по мере своих сил подзарядку аккумуляторов.

Эксплуатация солнечных батарей

При использовании солнечных батарей необходимо стремиться к тому, чтобы они были размещены на максимально освещенном месте и были освещены одинаково. Необходимо принять меры, исключающие механическое повреждение батарей, а также прямое воздействие на них влаги и пыли. При транспортировке необходимо избегать тряски солнечных батарей.

Необходимо соблюдать температурный режим солнечных батарей, который указан в их паспорте. Обычно это -40° +50° С. Летом, в жаркую погоду необходимо располагать солнечные батареи на поверхности мало подверженной нагреванию, например, на отрезе белой материи, или на блестящей алюминиевой фольге. В этом случае они слабо нагреваются и обеспечивают удовлетворительную работу расположенной поверх их солнечной батареи.

Необходимо отметить, что никель-кадмиевые аккумуляторы тоже плохо работают при повышенных и пониженных температурах. Понижение температуры аккумулятора ниже 0° С приводит к значительному понижению их мощности.

Результаты испытания солнечных батарей

Практические испытания солнечных батарей совместно с аккумуляторными батареями показали большую эффективность такой совместной работы.

На практике мной были использованы несколько комплектов солнечных батарей. Один комплект обеспечивал напряжение фото ЭДС 18 вольт. Он был составлен из двух солнечных батарей на напряжение 9 вольт. Позже мне удалось приобрести солнечную батарею на напряжение 12 вольт. В результате этого, появилась возможность использовать комплект солнечных батарей на напряжение 21 вольт. Эти солнечные батареи обеспечивали ток в нагрузке пределах 40 миллиампер.

Первое время эксперименты проводились совместно с солнечной батареей имеющей напряжение фото ЭДС 18 вольт. Солнечная батарея была постоянно подключена к аккумуляторам по схеме показанной на рис. 7. Солнечная батарея на напряжение 18 вольт обеспечивала успешную подзарядку аккумуляторной батареи с использованием элементов ЦНК-0,45 и 1,5-НКГН. К сожалению только подзарядку. Интенсивно разряженные во время ночной работы аккумуляторы такая солнечная батарея уже зарядить не смогла. В результате этого, на следующую ночь аккумуляторы работали непродолжительное время.

Однако при небольших нагрузочных токах этих аккумуляторов такая солнечная батарея была довольно полезной. Во время светлого периода она обеспечивала постоянную подзарядку аккумуляторов, держала их под тренировочным током, что благоприятно сказывалось на работе аккумуляторов. В результате этого, аккумуляторы совместно с солнечной батареей работали гораздо дольше, чем без нее.

Но совсем иная картина была при использовании солнечной батареи на напряжение 21 вольт, которая была составлена из батареи на напряжение 9 и 12 вольт. Эта солнечная батарея позволила производить зарядку аккумуляторов во время светового дня. Причем этой зарядки вполне хватало для интенсивной вечерней работы трансивера мощностью 1 ватт. Конечно, оптимальной такую солнечную батарею надо считать только для зарядки аккумуляторов типа ЦНК-0,45, имеющих зарядный ток равный 45 миллиампер. Аккумуляторы типа 1,5 НКГН, имеющих зарядный ток равный 150 миллиампер, такая батарея полностью зарядить не могла. Но в тоже время она им значительно прибавит растраченной за темное время работы емкости!

Батарею на напряжение 21 вольт можно подключать к работающим в дневное время аккумуляторам типа 1,5 НКГН. Подключать ее к работающим совместно с радиоаппаратурой аккумуляторам типа ЦНК-0,45 нежелательно. В этом случае этот тип аккумуляторов будет работать в тяжелом для них режиме, что может вызвать их ускоренный выход из строя. Для избежания этого в экспедиции желательно использовать две аккумуляторных батареи, одну для работы, а другую в это время для зарядки.

Внимание: возможен перезаряд!

Необходимо обратить внимание радиолюбителя, что в некоторых случаях солнечная батарея может сделать перезаряд аккумуляторной батареи. А это приведет к переполюсовке элементов аккумуляторной батареи и к выходу ее из строя. Сразу можно сказать, что при использование 18 вольтовой солнечной батареи можно не опасаться перезаряда аккумуляторной батареи на 12 вольт. Как мы уже разбирали, солнечная батарея на напряжение 18 вольт сможет обеспечить только дозарядку аккумуляторной батареи на уровне 20% от ее номинальной мощности. После этого солнечная батарея обеспечит только тренировочный ток для этих аккумуляторов.

Совсем другой случай будет при использовании солнечной батареи на напряжение 21 вольт. Эта батарея способна обеспечить зарядный ток даже после полного заряда аккумуляторов. Сразу необходимо отметить, что при использовании солнечной батареи обеспечивающей зарядный ток 40 миллиампер можно испортить только аккумуляторы типа ЦНК- 0,45. Аккумуляторы типа 1,5-НКГН, которые требуют зарядного тока величиной 150 миллиампер такой солнечной батареей за время экспедиции испортить трудно. Но, все же необходимо соблюдать осторожность и при их зарядке.

Для того, что бы, не испортить аккумуляторную батарею, необходимо вести учет времени ее работы. После этого проводить дозарядку отданной емкости. Приведу пример такого расчета. Возьмем самый простой случай. Аккумуляторная батарея, составленная из элементов ЦНК-0,45 (следовательно, имеет зарядный ток 40 миллиампер), питает приемник с током потребления равным 40 миллиампер. Предположим, этот приемник проработал вечером 4 часа. Следовательно, утраченная емкость аккумулятора равна 160мА/час (40*4=160). Для восстановления утраченной емкости аккумуляторной батареи она должна получить заряд на 150% превышающий утраченный заряд. Следовательно, для восстановления заряда эта аккумуляторная батарея днем должна находиться под зарядным током 40 миллиампер в течение 6 часов ( 160/40=4; 4*1,5=6).

А если аккумуляторная батарея использовалась для питания трансивера, который работает на передачу? Что же, необходимо учитывать время, в течение которого он работает на передачу. Допустим, трансивер потребляет 50 миллиампер на прием и 150 миллиампер во время передачи. Работал трансивер в течение 3 часов, из них полчаса на передачу. Следовательно, аккумуляторная батарея 2,5 часа отдавала ток 50 миллиампер и 0,5 часа 150 миллиампер. Рассчитаем утраченную емкость:

• во время приема 125мА/час (50*2,5=125);
• во время передачи 75мА/час (150*0,5=75);
• общая утраченная емкость равна 200мА/час (125+75=200).

Для восстановления утраченной емкости аккумуляторной батареи она должна получить заряд на 150% превышающий утраченный заряд. Следовательно, для восстановления заряда эта аккумуляторная батарея днем должна находиться под зарядным током 40 миллиампер в течение 7,5 часов ( 200/40=5; 5*1,5=7,5).

Устранение эффекта памяти

К сожалению, никель-кадмиевые аккумуляторы обладают так называемым эффектом памяти. В чем это проявляется? Если аккумулятор несколько раз разряжать не полностью, допустим на 30% от его емкости, а затем снова производится его дозарядку, то аккумулятор «запомнит» разрядный цикл. Впоследствии аккумулятор будет отдавать только 30% своего заряда, даже при получении им полного заряда. Обычно в радио экспедициях аккумуляторы не успевают подхватить эту болезнь. Аккумулятор каждый день испытывает разные разрядные/зарядные циклы, причем разрядные циклы бывают довольно глубокими. Однако, после окончания экспедиции, в которой использовалась подзарядка аккумуляторов, для устранения эффекта памяти, аккумулятору необходимо дать не менее двух циклов полного разряда/заряда.

Удачного использования солнечной батареи в радиоэкспедициях!

Статья была опубликована: Радиоконструктор. — № 10 — 2002, С. — 13 — 17.

Источник