Контролери або регулятори заряду - це обладнання, яке контролює напругу та струм сонячної батареї або вітрогенератора, що доставляються в акумуляторний парк.

Контролер заряду гарантує, що зарядка та розрядка акумуляторів здійснюється таким чином, щоб вони завжди знаходились у правильних робочих умовах.

Контролер заряду обмежує швидкість, з якою електричний струм додається або відводиться від електричних батарей. Уникайте перевантажень і можете захистити від перенапруги. Перезарядка акумуляторів може знизити їх експлуатаційні характеристики або термін служби, а також може становити ризик для безпеки.

Які характеристики контролерів заряду?

Контролер заряду може поставлятися у вигляді окремого пристрою (наприклад, електронного блоку у вітровій турбіні або у фотоелектричній системі сонячної енергії) або у вигляді мікросхеми для інтеграції в акумулятор або зарядний пристрій.

Панелі сонячних батарей сконструйовані таким чином, що вони можуть подавати вищу напругу, ніж напруга в кінці заряду акумуляторів. Це гарантує, що сонячні панелі завжди можуть заряджати акумулятор, навіть коли температура елементів батареї висока і зменшується напруга, що генерується.

Чому слід контролювати перенапругу акумулятора?

Цей сплеск має два недоліки:

  • З одного боку, втрачається невелика частина теоретичного максимального енергоспоживання, яке може дати фотоелектрична панель (10%), що було б отримано, якби вона працювала при напрузі трохи вищій від напруги, яку накладає акумулятор.
  • З іншого боку, коли акумулятор досягає свого повного заряду, він не досягне свого максимального потенціалу, який теоретично може дати сонячна панель, і сонячна панель буде продовжувати намагатися вводити енергію в клеми акумулятора, що призведе до перевантаження що призведе до пошкодження акумулятора, який може його пошкодити.

Ви можете вирішити останнє незручно, вручну: відключення акумулятора при виявленні повної зарядки, але, очевидно, це не найнадійніший або практичний метод.

Яка функція контролера заряду?

Контролер заряду виконує такі функції:

  • Струм живлення більший за струм саморозряду (для компенсації саморозряду, але менше максимального струму заряду, щоб уникнути руйнування батареї.
  • Впровадження ефективного алгоритму розряду/заряду для акумулятора даного типу (NiMH, Ni-Cd або Li-Ion) із заданим хімічним складом компонентів.
  • Компенсація різниці в потоках потужності, коли електроенергія подається споживачеві одночасно із заряджанням акумулятора (наприклад, заряджання акумулятора, коли ноутбук живиться від мережі).
  • Вимірювання температури (за допомогою датчика температури) для екстреного відключення холодної зарядки або під час перегріву (щоб уникнути пошкодження акумулятора).
  • Вимірювання тиску (за допомогою датчика тиску) для аварійного відключення навантаження у разі витоку газу (щоб уникнути вибухів та витоків)

У будь-якому випадку, не всі контролери реалізують ці функції.

Складність алгоритму завантаження/завантаження залежить від вартості зарядного пристрою. Відповідно до алгоритму, основними функціями, які вони виконують, є наступні:

  • Вимірювання часу від початку зарядки.
  • Вимірювання напруги та струму на вході акумулятора.
  • Зміна струму та напруги заряду в залежності від виміряних значень.
  • Повторення циклів розрядки/зарядки (для відновлення ємності акумулятора).
  • Зарядіть акумулятор до 90% ємності акумулятора (для збільшення терміну служби).

Стратегії управління контролером заряду

Місія регулятора заряду - регулювати струм, який поглинає акумулятор, щоб він ніколи не був небезпечним. З цієї причини він постійно виявляє та вимірює напругу акумулятора та стан зарядки. Якщо ці параметри досягають певного значення, встановленого раніше, яке відповідає максимально допустимій напрузі, це діє двома можливими способами:

  • Вирізання потоку струму до акумулятора
  • Пропускаючи лише деталь, щоб утримувати її в повному навантаженні, не перевищуючи.

Цей мінімальний струм називається поплавковим і виникає, коли акумулятор повністю заряджений і отримує лише стільки енергії, щоб підтримувати його в такому стані (який протягом тривалих періодів компенсує саморозряд).

Які параметри регулятора заряду?

Параметри, що визначають регулятор:

  • Максимально допустима напруга або максимальна напруга регулювання: - значення максимальної номінальної напруги, яку регулятор дозволяє подавати на акумулятор.
  • Діапазон верхнього гістерезису: різниця між максимальною напругою регулювання та напругою, при якій регулятор дозволяє пропускати весь струм, що виробляється сонячними батареями. Для проміжного значення напруги регулятор пропускає частку струму, що виробляється фотоелектричними панелями, яка менша, чим ближче напруга на клемах акумулятора досягає максимального значення регулювання.
  • Відключіть напругу: напруга, при якій споживчі навантаження автоматично відключаються, щоб уникнути надмірного розряду акумулятора.
  • Нижній діапазон гістерезису: різниця між напругою відключення та напругою, при якій споживання дозволяється знову підключати до акумулятора.

Які найпоширеніші особливості контролерів заряду у фотоелектричній установці?

Наступні параметри визначають найпоширеніші особливості контролерів заряду, що використовуються в автономних фотоелектричних сонячних установках:

Які існують типи контролерів заряду?

Залежно від принципу роботи існують такі типи контролерів заряду:

  • Регулятори заряду паралельного типу (шунт).
  • Серійні регулятори заряду.

Регулятори заряду паралельного типу (шунт)

заряду
Шунтові регулятори заряду базують свою роботу на транзисторі, який відводить струм, що надходить від модулів, до розсіюючого резистивного навантаження. Дозволяє встановлювати значення напруги акумулятора, для яких це відхилення робиться з перервами, щоб утримувати акумулятор на максимальному рівні заряду (плавати).

Ця система спричиняє нагрівання самого регулятора, що спричиняє знос та втрати, і, отже, регулятори цього типу обмежили робочий струм кількома амперами і, отже, будуть дійсними для невеликих фотоелектричних установок.

Серійні регулятори заряду

Ці типи регуляторів засновують свою роботу на перериванні струму до акумулятора, залежно від його напруги. Завдяки сучасним технологіям цей перемикач є прогресивним, тому ним можна керувати, щоб мати різні рівні навантаження.

Поплавковий струм можна здійснити, підтримуючи низький рівень інтенсивності заряду, або перемикаючи моменти заряду та моменти без заряду, щоб сприяти негазованості акумулятора.

Ці типи регуляторів з'єднані послідовно між панелями та батареєю, і, оскільки вони не розсіюють тепло, вони можуть бути досить малими і при необхідності їх можна встановити в закритих місцях.

Інші моделі регуляторів того ж типу, що використовуються у великих установках, відводять струм від панелей в інших ланцюгах, коли батареї заряджаються, щоб використовувати цю енергію для інших цілей.

Інші моделі автоматично від’єднують сонячні батареї або групи фотоелектричних панелей, коли напруга акумулятора зростає, щоб пропускати лише необхідний струм і ніколи не перевищувати.

Багато контролерів заряду мають вбудовані інші функції для відображення та управління роботою фотоелектричної сонячної установки, наприклад:

  • вольт міліметри і амперметри;
  • сигналізатори низької напруги акумулятора;
  • датчик температури, який автоматично регулює значення максимальної напруги заряду;
  • автоматичні роз'єднувачі споживчих ланцюгів низької напруги; лічильники годин підсилювача; цифрові дисплеї;
  • модуль збору даних; модуль регулювання з відстежувачем точок максимальної потужності тощо.

Що таке блокуючий діод?

Особливо важливим елементом, який включають багато регулятори, є блокуючий діод.

Блокуючий діод дозволяє струму протікати лише в одному напрямку від панелей на батареї, а не навпаки. Цей діод необхідний, коли сонячне випромінювання низьке, а напруга акумулятора вища, ніж у фотоелектричних панелей, таким чином запобігаючи розряду батареї фотоелектричними сонячними панелями.

Важливо не плутати цей блокуючий діод з байпасним діодом (варіантом) фотоелектричних модулів, оскільки функції, які вони виконують, дуже різні.

Якщо випадково або через дефект ізоляції сталася помилка в системі захисту заземлення, струм може циркулювати в напрямку, протилежному нормальному, і проходити через сонячну панель або групу сонячних панелей перед тим, як вийти через розетку.

У цих випадках дуже важливим є наявність блокуючого діода уникайте пошкодження фотоелектричних модулів.

Дуже хороша ізоляція та хороше безпечне заземлення можуть уникнути необхідності встановлення блокуючого діода. Оскільки блокуючий діод виробляє додаткове падіння напруги на 0,5-1 В, це тим більше підстава для розробки напруги на панелі вищої, ніж необхідна для зарядки батарей.

Що таке контролери заряду відстеження максимальної потужності?

Контролери заряду з відстеженням максимальної потужності - це контролери заряду включають постійний струм у перетворювач змінного струмуна виході з сонячних модулів.

Цей перетворювач струму дозволяє ізолювати робочу напругу фотоелектричних модулів від напруги акумуляторів. Таким чином, модулі можуть працювати з максимальною потужністю і, отже, максимально можливою продуктивністю.

Приклад контролера заряду з відстеженням максимальної потужності

Якщо взяти за приклад фотоелектричний модуль, в якому дані виробника складають: 53 Вт при 17,4 В і 3,05 А.

Коли ми підключаємо модуль безпосередньо до акумулятора з напругою між клемами, яка на даний момент дорівнює 12 В, модуль насправді видає потужність:

P реальна = 12 В 3,05 A = 36,6 Вт

Іншими словами, з 53 Вт, коли акумулятор з 12 В клемами безпосередньо заряджається, ми використовуємо лише 36,6 Вт, що означає 30% втрату потужності.

Питання: де решта зниклих ваттів? Ніде, оскільки генерація модуля є поточною, а не енергетичною.

Мета полягає в тому, щоб отримати максимальну потужність фотоелектричного модуля за допомогою регуляторів заряду з шукачем максимальної потужності. У цій пошуковій системі розробляється подальша компенсація напруги струмом.

Незалежні контролери заряду

Контролери заряду продаються споживачам як окремі пристрої, часто спільно з сонячними або вітрогенераторами, для використання в якості побутових акумуляторних систем.

У сонячних додатках також можна викликати контролери заряду сонячні регулятори.

Деякі контролери/регулятори сонячного заряду є додаткові характеристики, наприклад, низьковольтний роз'єднувач (LVD), окремий ланцюг, який відключає навантаження, коли батареї надмірно розряджаються (деяка хімія батареї така, що надмірний розряд може зіпсувати батарею).

Контролери можуть бути послідовними або байпасними:

  • Послідовний регулятор заряду або послідовний регулятор відключає потік струму до акумуляторів, коли вони заповнені.
  • Байпасний контролер заряду або байпасний регулятор перенаправляє надлишок електроенергії на допоміжне або «байпасне» навантаження, наприклад, електричний водонагрівач, коли батареї заповнені.

Прості регулятори заряду припиняють заряджати акумулятор, коли вони перевищують заданий рівень високої напруги, і знову включають зарядку, коли напруга акумулятора падає нижче цього рівня. Технологія модуляції ширини імпульсу (ШІМ) та відстеження точки максимальної потужності (MPPT) є більш електронно вдосконаленою, регулюючи швидкість заряду залежно від рівня заряду акумулятора, щоб вантаж наблизився до максимальної потужності.

Контролери заряду також можуть стежити за температурою акумулятора щоб уникнути перегріву. Деякі системи регулювання навантаження також відображають дані, передають дані на віддалені дисплеї та реєструють дані для відстеження електричного потоку з часом.

Дата публікації: 8 квітня 2016 р
Останній огляд: 8 квітня 2020 р