Kontroler punjenja solarne baterije: shema, princip rada, načini priključenja

Solarna energija se za sada (na kućanskoj razini) ograničava na izradu fotonaponskih panela relativno male snage. Međutim, bez obzira na konstrukciju fotonaponskog pretvarača sunčeve svjetlosti u struju, ovaj je uređaj opremljen modulom koji se naziva kontroler punjenja solarne baterije.

Doista, u shemu instalacije fotosinteze sunčeve svjetlosti uključena je akumulatorska baterija – spremnik energije dobivene od solarne ploče. Upravo taj sekundarni izvor energije prvenstveno opslužuje kontroler.

U ovom članku ćemo objasniti ustroj i principe rada ovog uređaja te razmotriti načine njegovog povezivanja.

Kontroleri za solarne baterije

Elektronski modul, koji se naziva kontroler za solarnu bateriju, namijenjen je obavljanju niza kontrolnih funkcija tijekom procesa punjenja/pražnjenja akumulatora solarne baterije.

Kada sunčeva svjetlost padne na površinu solarne ploče postavljene, primjerice, na krovu kuće, fotoelementi uređaja pretvaraju tu svjetlost u električnu struju.

Dobivena energija, u biti, mogla bi se izravno dovoditi na akumulator za pohranu. Međutim, proces punjenja/pražnjenja akumulatora ima svoje nijanse (određene razine struja i napona). Ako se te nijanse zanemare, akumulator će u kratkom roku jednostavno otkazati.

Kako bi se izbjegle tako tužne posljedice, namijenjen je modul koji se naziva kontroler punjenja za solarnu ploču.

Osim kontrole razine napunjenosti akumulatora, modul također prati potrošnju energije. Ovisno o stupnju pražnjenja, sklop kontrolera punjenja akumulatora sa solarne ploče regulira i postavlja razinu struje potrebnu za početno i naknadno punjenje.

Ovisno o snazi kontrolera punjenja akumulacijskih baterija solarne energetske instalacije, konstrukcije ovih uređaja mogu imati vrlo različite konfiguracije.

Ukratko, jednostavnim rječnikom rečeno, modul osigurava bezbrižan "život" za akumulator, koji povremeno akumulira i predaje energiju potrošačkim uređajima.

Vrste koje se koriste u praksi

Na industrijskoj razini uspostavljena je i provodi se proizvodnja dviju vrsta elektroničkih uređaja čije izvedbe odgovaraju za ugradnju u shemu solarne energetske sustava:

1. Uređaji serije PWM.
2. Uređaji serije MPPT.

Prvu vrstu kontrolera za solarnu ploču može se nazvati "starinom". Takve su sheme razvijane i uvođene u pogon još u osvit razvoja solarne i vjetroenergetike.

Princip rada sheme PWM kontrolera temelji se na algoritmima širokoimpulsne modulacije. Funkcionalnost takvih uređaja donekle zaostaje za naprednijim uređajima serije MPPT, ali općenito i oni rade prilično učinkovito.

Jedan od popularnih modela kontrolera punjenja akumulatora solarne stanice, unatoč tome što je shema uređaja izrađena po PWM tehnologiji, koja se smatra zastarjelom

Konstrukcije u kojima se primjenjuje tehnologija Maximum Power Point Tracking (praćenje maksimalne granice snage) odlikuju se suvremenim pristupom shematskim rješenjima i pružaju veću funkcionalnost.

Ali ako se uspoređuju obje vrste kontrolera, i to još više s naglaskom na kućanstvo, MPPT uređaji ne izgledaju u onom ružičastom svjetlu u kojem ih se tradicionalno reklamira.

Kontroler tipa MPPT:

• ima višu cijenu;
• posjeduje složen algoritam podešavanja;
• daje dobitak u snazi samo na panelima značajne površine.

Ova vrsta opreme prikladnija je za sustave globalne solarne energetike.

Kontroler namijenjen radu u sastavu konstrukcije solarne energetske instalacije. Predstavnik je klase MPPT uređaja – naprednijih i učinkovitijih.

Za potrebe običnog korisnika iz kućnog okruženja, koji u pravilu ima panele male površine, isplativije je kupiti i s istim učinkom koristiti PWM kontroler.

Strukturne sheme kontrolera

Principijelne sheme PWM i MPPT kontrolera za promatranje običnim pogledom – to je previše složena stvar, povezana s detaljnim razumijevanjem elektronike. Stoga je logično razmotriti samo strukturne sheme. Takav pristup razumljiv je širokom krugu ljudi.

Varijanta #1 – PWM uređaji

Napon sa solarnog panela preko dva vodiča (plus i minus) dolazi do stabilizirajućeg elementa i razdjelne otporne mreže. Zahvaljujući ovom dijelu sheme postiže se izjednačavanje potencijala ulaznog napona i donekle se organizira zaštita ulaza kontrolera od prekoračenja granice napona.

Ovdje treba naglasiti: svaki pojedinačni model uređaja ima konkretnu granicu ulaznog napona (navedeno u dokumentaciji).

Tako otprilike izgleda strukturna shema uređaja izrađenih na temelju PWM tehnologija. Za rad u sklopu malih kućnih stanica takav pristup shemi osigurava dovoljnu učinkovitost.

Zatim se napon i struja ograničavaju do potrebne vrijednosti pomoću tranzistora snage. Te komponente sheme, pak, upravljane su čipom kontrolera putem integriranog kruga drajvera. Kao rezultat, na izlazu para tranzistora snage uspostavlja se normalna vrijednost napona i struje za akumulator.

Također u shemi postoji senzor temperature i drajver koji upravlja tranzistorom snage, kojim se regulira snaga opterećenja (zaštita od dubokog pražnjenja akumulatora). Senzorom temperature prati se stanje zagrijavanja važnih elemenata PWM kontrolera.

Obično se mjeri temperatura unutar kućišta ili na hladnjacima tranzistora snage. Ako temperatura izađe izvan granica postavljenih u postavkama, uređaj isključuje sve linije aktivnog napajanja.

Varijanta #2 – MPPT uređaji

Složenost sheme u ovom slučaju uvjetovana je njezinim dopunom cijelim nizom elemenata koji grade potreban algoritam kontrole temeljitije, polazeći od uvjeta rada.

Razine napona i struje prate se i uspoređuju sklopovima komparatora, a na temelju rezultata usporedbe određuje se maksimum snage na izlazu.

Strukturno shematsko rješenje za kontrolere punjenja temeljene na MPPT tehnologijama. Ovdje se već primjećuje složeniji algoritam kontrole i upravljanja perifernim uređajima.

Glavna razlika između ove vrste kontrolera i PWM uređaja je u tome što oni mogu prilagoditi solarni modul na maksimalnu snagu bez obzira na vremenske uvjete.

Shema takvih uređaja primjenjuje nekoliko metoda kontrole:

• poremećaja i opažanja;
• rastuće vodljivosti;
• strujne razvrtače;
• konstantnog napona.

Na kraju ukupnog djelovanja primjenjuje se i algoritam za usporedbu svih ovih metoda.

Načini povezivanja kontrolera

Kada se razmatra tema povezivanja, odmah treba istaknuti: za instalaciju svakog pojedinog uređaja karakteristično je da radi s određenom serijom solarnih panela.

Tako, na primjer, ako se koristi kontroler namijenjen maksimalnom ulaznom naponu od 100 volti, serija solarnih panela mora davati izlazni napon ne veći od te vrijednosti.

Bilo koja solarna energetska instalacija djeluje prema pravilu ravnoteže izlaznog i ulaznog napona prve faze. Gornja granica napona kontrolera mora odgovarati gornjoj granici napona panela.

Prije nego što spojite uređaj, potrebno je odrediti mjesto njegove fizičke instalacije. Prema pravilima, mjesto instalacije treba odabrati suhe, dobro prozračene prostorije. Isključuje se prisutnost lako zapaljivih materijala u blizini uređaja.

Nedopustivo je postojanje izvora vibracija, topline i vlage u neposrednoj blizini uređaja. Mjesto instalacije potrebno je zaštititi od atmosferskih padalina i izravne sunčeve svjetlosti.

Tehnika povezivanja PWM modela

Gotovo svi proizvođači PWM kontrolera zahtijevaju pridržavanje točnog redoslijeda povezivanja uređaja.

Tehnika spajanja PWM kontrolera s perifernim uređajima ne ističe se posebnim poteškoćama. Svaka ploča opremljena je označenim stezaljkama. Ovdje je jednostavno potrebno slijediti redoslijed radnji.

Periferne uređaje potrebno je povezati u potpunom skladu s oznakama kontaktnih stezaljki:

1. Spojite kabel akumulatora na stezaljkama uređaja za akumulator u skladu s naznačenim polaritetom.
2. Neposredno u točki kontakta pozitivnog voda uključite zaštitni osigurač.
3. Na kontaktima kontrolera namijenjenim solarnom panelu pričvrstite vodiče koji dolaze od solarne baterije panela. Pridržavajte se polariteta.
4. Spojite na izlaze opterećenja uređaja kontrolnu lampu odgovarajućeg napona (obično 12/24 V).

Navedeni redoslijed ne smije se kršiti. Na primjer, strogo je zabranjeno spajati solarne panele na prvom mjestu kada akumulator nije spojen. Takvim postupcima korisnik riskira da "spali" uređaj. U ovom materijalu detaljnije je opisana shema sastavljanja solarnih baterija s akumulatorom.

Također, za PWM kontrolere nije dopušteno spajanje naponskog pretvarača na stezaljke opterećenja kontrolera. Pretvarač treba spojiti izravno na stezaljke akumulatora.

Redoslijed povezivanja MPPT uređaja

Opći zahtjevi za fizičku instalaciju ove vrste uređaja ne razlikuju se od prethodnih sustava. No tehnološka je postavka često nešto drugačija, jer se MPPT kontroleri često smatraju snažnijim uređajima.

Za kontrolere predviđene za visoke razine snage, na spojevima energetskih krugova preporučuje se uporaba kabela velikih presjeka opremljenih metalnim končnicima.

Na primjer, za snažne sustave ti se zahtjevi nadopunjuju time što proizvođači preporučuju uzimanje kabela za energetske priključne vodove, proračunatog za gustoću struje od najmanje 4 A/mm². To jest, na primjer, za kontroler s jakošću struje od 60 A potreban je kabel za spajanje na akumulator s presjekom od najmanje 20 mm².

Spojni kabeli obvezno se opremaju bakrenim končnicima, čvrsto stisnutim posebnim alatom. Negativne stezaljke solarne ploče i akumulatora potrebno je opremiti priključcima s osiguračima i sklopkama.

Takav pristup isključuje energetske gubitke i osigurava siguran rad postrojenja.

Strukturna shema spajanja snažnog MPPT kontrolera: 1 – solarna ploča; 2 – MPPT kontroler; 3 – stezaljka; 4,5 – osigurači (topivi); 6 – sklopka napajanja kontrolera; 7,8 – uzemljivačka sabirnica

Prije spajanja solarnih ploča na uređaj treba provjeriti da napon na stezaljkama odgovara ili je manji od napona koji je dopušteno dovesti na ulaz kontrolera.

Spajanje periferije na MTTP uređaj:

1. Prebaciti sklopke ploče i akumulatora u položaj 'isključeno'.
2. Izvaditi zaštitne osigurače na ploči i akumulatoru.
3. Spojiti kabelom stezaljke akumulatora sa stezaljkama kontrolera za akumulator.
4. Spojiti kabelom izvode solarne ploče sa stezaljkama kontrolera označenima odgovarajućim znakom.
5. Spojiti kabelom stezaljku uzemljenja sa sabirnicom 'zemlje'.
6. Ugraditi temperaturni senzor na kontroler prema uputama.

Nakon ovih radnji potrebno je vratiti prethodno izvađeni osigurač akumulatora na mjesto i prebaciti sklopku u položaj 'uključeno'. Na zaslonu kontrolera pojavit će se signal otkrivanja akumulatora.

Zatim, nakon kratke stanke (1-2 min), vratiti prethodno izvađeni osigurač solarne ploče na mjesto i prebaciti sklopku ploče u položaj 'uključeno'.

Zaslon uređaja pokazat će vrijednost napona solarne ploče. Taj trenutak svjedoči o uspješnom pokretanju solarne energetske instalacije u rad.

Zaključci i koristan video na temu

Industrijom se proizvode uređaji višestruki u pogledu shematskih rješenja. Stoga nije moguće dati jednoznačne preporuke u vezi spajanja svih instalacija bez iznimke.

Međutim, glavno načelo za sve vrste uređaja ostaje isto: bez priključka akumulatora na sabirnice regulatora, spajanje s fotonaponskim pločama nije dopušteno. Slični zahtjevi vrijede i za uključivanje u shemu naponskog pretvarača (invertera). Treba ga smatrati zasebnim modulom koji se na akumulator spaja izravnim kontaktom.

Ako imate potrebno iskustvo ili znanje, podijelite ga s našim čitateljima. Ostavite svoje komentare u bloku ispod. Ovdje također možete postaviti pitanje u vezi s temom članka.