Стабилизаторы напряжения солнечных панелей

Стабилизаторы напряжения для солнечных панелей. Виды и характеристики.

Что такое стабилизатор напряжения?

Стабилизатор или регулятор напряжения — устройство, используемое между солнечной панелью и аккумулятором. Они используются, чтобы поддерживать батарею в полностью заряженном состоянии и не допускают перегрузки или чрезмерной разрядки приемниками. Также он обеспечивает защиту против так называемого «темного тока», который потребляют панели солнечных батарей при отсутствии освещения, если панель не была оснащена блокирующим диодом.

Регуляторы могут изменять напряжение, с которым они работают, и максимальный выходной ток, который может протекать через них. Типичная модель работает с напряжением 12 или 24В. Дополнительные контроллеры MPPT используются системами для отслеживания максимальной точки мощности, полученной из панели. Это автоматически позволяет системе работать при напряжении, которое обеспечивает максимальную выходную мощность.

Преимущества, которые можно получить если купить стабилизатор напряжения:

• более длительное время работы службы батареи;
• увеличивается емкость батареи (возможность эффективной зарядки);
• уменьшается частота отключения системы;
• возможность использования меньшего размера батареи для снижения затрат;
• получение на 20%-30% больше энергии от солнечных батарей;
• регулировка падения напряжения;

Основные типы стабилизаторов

PWM-регуляторы. Подавляющее большинство доступных на рынке моделей работают в этом режиме. Устройство регулирует ширину импульса, чтобы оптимизировать процесс зарядки. В зависимости от батареи, контроллер выбирает соответствующий режим: Bulk, Boost или Float. Такие устройства используют технологию, аналогичную современным зарядным устройствам. Когда напряжение батареи достигает заданного предела, алгоритм постепенно уменьшает ток заряда для предотвращения перегрева и в то же время пытается доставить максимальное количество энергии в аккумулятор как можно скорее.PWM работает по правилам импульсной зарядки. Вместо непрерывной подачи энергии к батарее, он посылает короткую серию высокого напряжения. Контроллер проверяет уровень заряда аккумулятора и проверяет, какой длины должна быть следующая волна напряжения. После полной зарядки, контроллер посылает короткий сигнал каждые несколько секунд, а в случае низким уровнем — сигнал будет длинный и почти непрерывный.

Источник

Простой стабилизатор для солнечной панели

Стабилизаторы для солнечных батарей весьма разнообразны. Самый простой тип стабилизатора – шунтовой. Он имеет следующие преимущества: простота, низкая рассеиваемая мощность, низкая стоимость, высокая надежность. Но в обмен на эти преимущества приходится мириться с тем, что напряжение на батарее постоянно изменяется, то вверх, то вниз, что аккумулятор переключается, то в режим зарядки полным током, то в состояние отсутствия зарядного тока, и, что постоянные переключения приводят к импульсным помехам на выходе стабилизатора. В зависимости от назначения, необходимо выбрать наиболее подходящий тип стабилизатора. В большинстве солнечных установок я использовал линейные стабилизаторы, который имеют преимущества плавного регулирования напряжения и крайне небольших выбросов напряжения на нагрузке. Правда, они имеют и существенные недостатки: более высокую стоимость, большие размеры и высокую рассеиваемую мощность. Но когда меня попросили сделать солнечный стабилизатор для яхты, который обслуживает только одну солнечную панель на 3.1 ампера, и подключается к аккумуляторной батарее на 300 A·ч, лучше было использовать маленькое и простое устройство, чем линейный стабилизатор. Так что я спроектировал и изготовил именно такой стабилизатор. Вы также можете применить его для таких случаев, когда мощность солнечных батарей довольно мала в сочетании с относительно большой емкостью аккумулятора, или когда низкая стоимость, простота конструкции и высокая надежность являются более важными, чем стабильность линейного регулирования.

Стабилизатор был собран на макетной плате и смонтирован в герметичном пластмассовом корпусе, который, в свою очередь, был установлен на алюминиевой монтажной пластине. Клеммы изготовлены из латуни. Такая конструкция устройства использована, чтобы противостоять суровой морской среде и небрежному обращению.

Схема

Если солнечная панель не генерирует энергию, вся схема отключена и не потребляет от аккумулятора абсолютно никакого тока. Когда солнце встает, и панель начинает выдавать не менее 10 В, включаются индикаторный светодиод и два маломощных транзистора. Устройство начинает работать. Пока напряжение батареи остается ниже 14 В, операционный усилитель (он имеет очень низкое потребление тока) будет держать MOSFET транзистор закрытым, так что ничего особенного не случится, и ток от солнечной панели будет проходить через диод Шоттки на батарею.

Когда напряжение батареи достигнет значения, равного 14.0 В, операционный усилитель U1 откроет MOSFET транзистор. Транзистор будет шунтировать солнечную панель (для нее это совершенно безопасно), аккумулятор перестанет получать ток заряда, индикатор погаснет, два маломощных транзистора закроются, и конденсатор С2 медленно разрядится. После истечения примерно 3 секунд, конденсатор С2 разрядится достаточно, чтобы преодолеть гистерезис микросхемы U1, которая снова закроет MOSFET транзистор. Теперь схема снова будет заряжать аккумулятор, пока его напряжение вновь не достигнет уровня переключения. Таким образом, устройство работает циклично, каждый период включения полевого транзистора длится 3 секунды, а каждый из периодов заряда аккумулятора длится столько, сколько необходимо для достижения напряжения 14.0 В. Длительность этого периода будет меняться в зависимости от зарядного тока аккумулятора и мощности подключенной к нему нагрузки.

Минимальное время включения схемы определяется временем заряда конденсатора С2 током, ограниченным транзистором Q3 примерно до 40 мА. Эти импульсы могут быть очень короткими.

Конструкция

Конструкция схемы очень проста. Все компоненты довольно доступны, и большинство из них могут быть легко заменены другими сходными компонентами. Я бы не советовал заменять TLC271 или LM385-2.5, если вы не уверены в правильности замены. Обе эти микросхемы – маломощные приборы, и их потребление непосредственно определяет время выключения стабилизатора. Если вы используете микросхемы, которые имеют другое энергопотребление, необходимо изменить емкость конденсатора С2, подобрать смещение транзистора Q3, но может, даже это не поможет правильно настроить схему.

MOSFET транзистор может быть заменен любым другим с достаточно низким сопротивлением открытого канала, чтобы оно позволяло эффективно шунтировать солнечную панель. Диод D2 также может быть любым, способным выдержать максимальный ток солнечной панели. Применение диода Шоттки предпочтительнее, потому что на нем будет падать вдвое меньшее напряжение, чем на стандартном кремниевом, и такой диод будет в два раза меньше греться. Стандартный диод подходит, если правильно размещен и смонтирован. С приведенными на схеме компонентами стабилизатор может работать с солнечными панелями с током до 4 А. Для более крупных панелей необходимо заменить лишь MOSFET транзистор и диод более мощными. Остальные компоненты схемы останутся прежними. Радиатор для управления 4 А панелью не требуется. Но если поставить MOSFET на подходящий теплоотвод, схема сможет работать с существенно более мощной панелью.

Резистор R8 в этой схеме равен 92 кОм, что является нестандартным значением. Я предлагаю, чтобы вы использовали включенные последовательно резисторы 82 кОм и 10 кОм, это проще, чем пытаться найти специальный резистор. Резисторы R8, R10 и R6 определяют напряжение отсечки, так что лучше, если они будут точными. Я использовал 5% резисторы, но если Вы хотите повысить надежность устройства, используйте 1% резисторы или выберите наиболее точные из 5% с помощью цифрового омметра. Вы можете также использовать подстроечный резистор, и таким образом, регулировать напряжение, но я бы не советовал этого делать, если Вы хотите получить высокую надежность в агрессивной среде. Подстроечные резисторы просто выходят из строя в таких условиях.

Перевод: Андрей Гаврилюк по заказу РадиоЛоцман

Источник

Стабилизатор напряжения для солнечной батареи

Приобретя фотоэлектрические панели или сделав их своими руками требуется докупить дополнительное оборудование. Это нужно для того чтобы сделать электростанцию более эффективной и надежной. Кроме АКБ, инвертора и трекера, придется прикупить стабилизатор напряжения для солнечной батареи. Вещь именно от этой штуки зависит долговечность работы всей системы.

Стабилизатор напряжения — это преобразователь, производящий на выходе электричество нужного уровня. Подобное происходит в условиях высокого сопротивления нагрузки и U входа. Основной плюс таких устройств заключается в том, что они позволяют получить максимальный выхлоп от СБ в любую погоду. Так же делают зарядку АКБ от солнечных панелей наиболее безопасной. Если аккумуляторы заряжены, то лишняя мощность уходит в нагрузку.

Виды стабилизаторов для солнечной батареи

Выделяют несколько разновидностей подобных технических устройств.

Первый имеет маленькую рассеивающуюся мощность, повышенную надежность, низкую стоимость. Но кроме достоинств у него имеются и недостатки. Например, такие как переключение АКБ то в режим отсутствия тока зарядки, то в режим полного заряда. На постоянной основе меняет U на АКБ. Все это приводит к многочисленным помехам на выходе.

Второй тип обладает плавной регулировкой вольтажа и немного может выбрасывать напряжения в момент нагрузки. Из отрицательных сторон можно выделить большую цену и значительные размеры. Его можно присоединять как последовательно, так и параллельно.

Третий вариант преобразует напряжение на входе произвольно:

1. Уменьшать – U будет на выходе ниже чем на входе.
2. Увеличивать – U выхода будет выше входного.
3. Повышать или понижать – Выходное U может быть либо выше, либо ниже.
4. Инвертирование – Выходное напряжение обладает обратной полярностью если сравнивать его с U входа.

Подобный стабилизатор позволяет генерировать высокий КПД. Но на выходе имеют помехи импульсного типа.

Зачем нужен стабилизатор для солнечных батарей?

Кажется, что вот сейчас соединим панель фотоэлементов с АКБ и наша станция заработает. В действительности же все иначе. Между этими двумя установками обязательно следует ставить контроллер заряда. Он дает возможность включать и выключать солнечные батареи. Здесь все зависит от того какое зарядное напряжение. Продвинутые стабилизаторы способны еще и уменьшать напряжение. А затем удерживать на определенном уровне до тех пор, пока АКБ не зарядится.

При выборе учитывайте следующее:

Схема стабилизатора для солнечной батареи

Когда СБ не производит тока, схема выключена и не берет напряжение из АКБ. При попадание солнечного света на модуль происходит генерация 10 вольт. Это вызывает загорание светодиода и в работу включаются два транзистора малой мощности. Все начинает функционировать. Операционный усилитель U1 будет контролировать закрытие транзисторов. Это будет происходить до тех пор, пока напряжение будет находится не выше 14 V. В итоге в это время ток будет идти через диод Шоттки.

Как только напряжение скакнет до 14 в или выше переход в транзисторе откроется. АКБ перестанет потреблять ток зарядки. Светодиод погаснет, а два транзистора закроются. Кроме этого конденсатор C2 начнет терять заряд. Через 4 секунды разряд конденсатора будет велик и микросхема TLC271 закроет транзистор. После этого будет идти ток на АКБ. Это будет продолжаться до тех пор, пока напряжение снова не будет равно уровню переключения.

Источник

Обеспечиваем корректную и стабильную работу солнечных батарей

Дата публикации: 7 ноября 2013

Казалось бы, что может быть сложного в солнечной системе энергосбережения, ведь в ее состав входит всего 4 основных элемента: солнечные батареи, аккумуляторы, инвертор и контроллер заряда. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. Все эти компоненты должны подбираться не каждый по отдельности, а только в совокупности, должны строго учитываться все их показатели, в противном случае, на выходе Вы получите неполноценную систему, не способную удовлетворить Ваши потребности.

Об аккумуляторах, их видах и технологии производства вы можете прочитать здесь. Солнечным батареям посвящена эта статья. А вот об инверторах, контроллерах заряда и других полезных устройствах мы поговорим в настоящей статье. На рисунке 1 приведена общая схема солнечной системы. По ней можно определить в какой последовательности необходимо соединить устройства для стабильной и правильной работы.

Зачем нужен инвертор для солнечной батареи?

Солнечные батареи, также как и аккумуляторы генерируют лишь постоянный ток напряжения в 12, 24 или 48 В. Для работы от сети 220 В такой ток, конечно, не подходит. В этой ситуации на помощь и приходит инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный (схема приведена на рисунке 2).

Инверторы бывают 2 видов:

1. автономный – для работы в автономной системе.
2. сетевой – для сетевого использования.

Первый случай предусматривает наличие в системе аккумуляторов, к которым и подключается инвертор. Во втором случае, преобразователь подсоединяется непосредственно к батарее (схема приведена на рисунке 3).

По форме выходного сигнала преобразователи напряжения делятся на:

• с «чистой синусоидой»;
• с «модифицированным синусом» или квази-синусом.

На рисунках 4 и 5 приведены графики для чистой синусоиды и модифицированной.

Инвертор с модифицированным синусом на выходе может выдавать ток, имеющий форму трапеции, прямоугольника или треугольника. Подобные устройства имеют наибольшую распространенность благодаря своей доступности, но использовать их для работы чувствительной к перепадам напряжения техники не желательно. Инвертор, генерирующий «чистый синус», зачастую выдают ток, форма которого гораздо лучше в сравнении с формой тока в общественной сети. Их минусы – это высокая стоимость и более крупные габариты.

Выбирая преобразователи необходимо учитывать следующие их параметры:

1. Входное напряжение. Высокие значения входных токов являются причиной больших потерь на соединительных проводах и повышения условий работы транзисторов. Чтобы избежать подобных ситуаций, рекомендуют выбирать более высокое входное напряжение.
   

   Напряжение	Мощность
   12 В	До 600 Вт
   24 В	600 — 1500 Вт
   24 В	Более 1500 Вт

2. Показатели номинальной и пиковой выходной мощности. Мощность выбираемого инвертора должна равняться сумме мощностей для всех нагрузок, но это в идеале. На практике же чаще всего выбирают максимальную мощность. Стоит помнить, что пусковая мощность не должна быть выше пиковой.
3. КПД. Чем выше показатель КПД, тем меньшее количество энергии будет тратиться впустую. Оптимальное значение 90-95%.
4. Потребляемая мощность в режиме ожидания или без нагрузки. Оптимальное значение этого параметра составляет около 1% от значения номинальной мощности.
5. Вес. Косвенно оценить качество инвертора можно по его весу. В среднем на каждые 100 Вт выходной номинальной мощности приходится 1 кг массы, то есть инвертор мощность 1500 Вт должен весить порядка 15 кг. Это позволяет судить о наличии или отсутствии выходного трансформатора, который должен обязательно использоваться в любом качественном инверторе.
6. Предусмотренные защиты. Должны быть предусмотрены защиты от:
   • высокого и низкого напряжения аккумулятора;
   • перегрузки по выходу;
   • перегрева;
   • КЗ по выходу.
7. Температурный режим работы. Чем шире рабочий температурный диапазон, тем выше качество инвертора.

Если автономный инвертор может выбираться с некоторым послаблением в отношении его параметров, то сетевой должен отвечать более строгим требованиям. К тому же стоит помнить, что сетевой инвертор генерирует электроэнергию только в дневное время, так как он не предусматривает подключения аккумуляторной батареи. В сетевые инверторы встроены регулятор отбора максимальной мощности и блок контроля мощности СБ, который предназначен для автоматического включения инвертора при условии, что мощности СБ достаточно для генерирования переменного сигнала.

На следующем видео продемонстрирована работа СБ с сетевым инвертором:

Стабилизатор напряжения – для чего и как подключать это устройство?

Стабилизатор напряжения представляет собой преобразователь электроэнергии, который на выходе генерирует напряжение заданного диапазона при значительных колебаниях сопротивления нагрузки и входного напряжения. Существуют различные типы стабилизаторов. Самый простой – это шунтовый. Его главные достоинства:

• низкая рассеиваемая мощность;
• доступная цена;
• высокая надежность.

Но при этом шунтовый стабилизатор имеет и ряд достаточно значительных недостатков: постоянное изменение напряжения на батарее, переключение аккумулятора, то в режим полного заряда, то в состояние отсутствия зарядного тока. Все это провоцирует импульсные помехи на выходе.

Следующий тип – это линейный стабилизатор. Он отличается плавным регулированием напряжения и небольшими выбросами напряжения на нагрузке. Минусами можно считать высокую стоимость и большие размеры. Данный тип устройства предусматривает параллельное и последовательное соединение относительно нагрузки.

Схема стабилизатора солнечной батареи приведена на рисунке 6.

Для работы СБ может применяться также импульсный стабилизатор. Его отличительная особенность состоит в том, что он может преобразовывать напряжение на входе произвольным образом:

• Понижать – напряжение на выходе будет всегда ниже, чем на входе.
• Повышать – напряжение на выходе будет всегда выше, чем на входе.
• Понижать/повышать – напряжение на выходе может быть как выше, так и ниже.
• Инвертировать – напряжение на выходе имеет обратную полярность по сравнению с напряжением на входе.

Главное достоинство импульсного стабилизатора – более высокий показатель КПД, а недостаток – импульсные помехи в напряжение на выходе.

Почему необходим контроллер заряда для солнечной батареи?

На первый взгляд, может показаться, что достаточно соединить солнечную батарею с аккумулятором и можно накапливать энергию, но на деле все обстоит немного иначе. Между солнечной и аккумуляторной батареями обязательно должен располагаться контроллер заряда/разряда. Самый простой тип контроллера может отключать либо включать солнечные батареи в зависимости от значения зарядного напряжения. Более современные варианты работают еще и как стабилизатор. Они понижают напряжение на солнечной батарее до предельного значения и поддерживают его, это необходимо для полной зарядки аккумулятора.

При выборе контроллера заряда необходимо придерживаться 2 основных правил:

1. Максимальное допустимое напряжение на входе, указанное в технических параметрах устройства, должно быть на 20% больше суммы напряжений холостого хода для используемых солнечных модулей.
2. Суммарная мощность СБ не должна превышать произведение выходного тока на контроллере и напряжения всей системы при разряженных аккумуляторах, также учитывая запас в 20%.

Чаще всего встречаются контроллеры, рассчитанные на 10-20 А. Устройства с более высоким значением тока стоят гораздо дороже, да и найти их сложнее. Выходом из этой ситуации может стать параллельное соединение нескольких менее мощных контроллеров, каждый из которых необходимо подключить к своей солнечной панели. Но такой способ не подойдет для интеллектуальных контроллеров или контроллеров с MPPT (отслеживание точки максимальной мощности), это нужно обязательно учитывать.

И напоследок, полезный совет, выбирая стабилизатор напряжения, инвертор или другой элемент солнечной системы, не забывайте об их качестве. Лучше переплатить и приобрести более дорогостоящее оборудование, чем потом в процессе его эксплуатации тратить денежные средства на его ремонт или замену. И, конечно, не забывайте про тщательный анализ и подбор всех технических показателей.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Видео ниже продемонстрирует Вам ремонт садового фонаря на солнечных батареях:

Источник