Подключение контроллера солнечной батареи: Схема подключения солнечных батарей: как соединить, варианты — Интернет-магазин инструмента. — yato-tools.ru. Электротовары и инструмент.

Содержание

Контроллер солнечной панели — схема подключения своими руками МРРТ, ШИМ

Для чего нужен контроллер заряда для солнечной батареи?

Аккумуляторы, которые используются в комплекте солнечных батарей для накопления заряда, имеют ряд собственных особенностей. Они нуждаются в создании определенных условий в процессе зарядки. Необходимо своевременно ограничить ток и напряжение, не допустить слишком сильного разряда и исключить перезарядку АКБ. Обеспечить эти условия может специальное устройство, наблюдающее за блоком батарей и своевременно прекращающее все процессы, когда они достигают критических значений.

Это устройство — контроллер солнечной батареи, обеспечивающий сохранность и долговечность аккумуляторов. Обойтись без этих приборов невозможно, так как бесконтрольный заряд или разрядка всегда заканчиваются выходом АКБ из строя.

Задачи, которые решают контроллеры заряда для солнечных батарей:

выполнение диспетчерских функций, определение текущего режим работы и изменение его при возникновении соответствующих условий
ограничение величины заряда, предотвращение излишнего поглощения электроэнергии
наблюдение за расходованием и своевременный перевод батарей в режим зарядки

Есть контроллеры, совмещающие функции источника питания. К ним подключаются низковольтные потребители, например — осветительные приборы или иная нагрузка подобного типа. Такие системы работают в малом составе и не используются в качестве полноценного источника питания для бытовой или хозяйственной техники.

Применяемые на практике виды

Существует две разновидности контроллеров, применяемых в солнечных системах:

PWM (в русскоязычных источниках их иногда именуют ШИМ — широтно-импульсная модуляция)
MPPT (аббревиатура с английского Maximum Power Point Tracking — отслеживание максимальной границы мощности)

Контроллеры, созданные на базе ШИМ, считаются устаревшими. Некоторые модели уже сняли с производства, но в продаже еще много образцов таких приборов. Они вполне эффективны и работоспособны, но по функциональным возможностям уступают новым и более совершенным контроллерам MPPT.

Специалисты отмечают, что старые виды контроллеров больше подходят для частных солнечных батарей, рассчитанных на питание сравнительно небольшого количества потребителей. Новые образцы ориентированы на работу с большими количествами панелей, дающих значительное количество энергии.

Их недостатком считают:

высокая цена, ограничивающая возможности массового покупателя
сложность настройки, требующей участия опытного специалиста

Контроллеры типа MPPT широко рекламируют, но получить заметный выигрыш в производительности и эффективности можно только на больших и мощных солнечных комплексах.

Структурные схемы контроллеров

Разбираться в принципиальных схемах приборов могут не все пользователи. Но это и не обязательно, вполне достаточно понять принцип их работы на уровне блоков или узлов прибора. Рассмотрим структурные схемы двух разновидностей контроллеров:

Устройства PWM

На входе контроллера установлен стабилизатор и токоограничивающий резистор. Этим достигается защита от превышения входного сигнала и нарушения режима работы устройства. Допустимый уровень входного сигнала у каждого прибора свой, он указан в паспортных данных. Значение определяется спецификой контроллера, зависит от особенностей схемы и параметров прибора.

После этого ток проходит через блок из двух силовых транзисторов, где происходит преобразование значений напряжения и тока. Управление этими процессами производится через микросхему драйвера, при помощи чипа контроллера. Сам драйвер предназначен для коррекции режима работы транзисторов. Одна из основных задач — регулировка уровня мощности нагрузки, предотвращающая глубокий разряд аккумуляторов.

Помимо этих компонентов в состав схемы входит датчик температуры. Он обеспечивает поддержание заданного температурного режима работы прибора, ограничивая его мощность по необходимости. Перегрев весьма опасен для контроллера, поэтому датчик относят к основным узлам схемы.

Приборы MPPT

Контроллер заряда аккумулятора от солнечной батареи, созданный по схеме MPPT, представляет собой более сложное устройство, чем PWM. Увеличено количество узлов и деталей, поскольку более тщательное выполнение алгоритмов работы требует определенных ресурсов. Основная функция устройства заключается в определении максимальной мощности солнечных батарей в текущих условиях и соответствующей перенастройке их работы.

Компараторы производят сопоставление значений напряжения и тока, определяя максимально возможную выходную мощность. По умолчанию сканирование происходит 1 раз в 2 часа, но режим можно перенастроить на более частую проверку.

Производится определение точки максимальной мощности (ТММ), определяющей напряжение, при котором выходные показатели будут максимально высокими. Заряд АКБ происходит в 4 этапа:

объемный. Это первый этап после ночного перерыва. Аккумуляторы активно накапливают энергию, используя всю энергию солнечных батарей
повышающий. Начинается сразу по достижении максимального заряда аккумуляторов. Напряжение заряда снижается, чтобы исключить нагрев и выделение газов. Этот режим, как правило, длится 1-3 часа, после чего следует переход на следующую стадию зарядки
плавающий. Этот этап необходим для поддержания заряда на максимальном уровне и недопущения перегрева или газоотделения, а также снижения количества накопленной энергии. Если нагрузка начинает требовать повышенной отдачи, контроллер переводит систему из плавающего режима в повышающий. Как только мощность на выходе упадет, будет вновь задействован плавающий режим
выравнивание. Этап, при котором происходит выравнивание плотности электролита, восстановление состояния электродов, переработка сульфата свинца

Работа контроллеров MPPT зависит от окружающей температуры. В жару выработка энергии падает, при сильном охлаждении процессы в аккумуляторах замедляются, что грозит выходом их из строя. Встроенный датчик температуры постоянно контролирует состояние и дает команду на соответствующую корректировку режима работы.

Использование контроллеров MPPT рекомендовано при мощности системы от 200 В или при нестабильном производстве энергии. Постоянное определение максимальной эффективности улучшает работу комплекса и позволяет обходиться без установки дополнительных модулей.

Способы подключения контроллеров

Перед подключением необходимо убедиться, что напряжение солнечных панелей не превышает номинал контроллера. Если оно больше, надо сменить прибор на более мощный, способный работать с высокими показателями тока и напряжения.

Перед началом работ надо выделить для установки контроллера место с соответствующими условиями — сухое, чистое, отапливаемое. Не должно быть контакта с солнечными лучами, не допускается наличие поблизости механизмов, создающих вибрацию.

PWM

Порядок подключения контроллеров PWM состоит из следующих этапов:

присоединение аккумуляторов к соответствующим клеммам прибора. Важно проследить за соблюдением полярности
в точке подключения плюсового провода необходимо установить предохранитель
к соответствующим контактам подключить провода от солнечных панелей, соблюдая полярность
на выход нагрузки включить сигнальную лампу

Важно! Нарушать эту последовательность нельзя. Если сначала подключить солнечные модули, можно вывести контроллер солнечного заряда из строя, поскольку ему будет некуда отдавать полученное напряжение.

Кроме этого, не допускается присоединение на контакты, предназначенные для соединения с нагрузкой, инвертора. Его можно присоединять только к блоку АКБ.

MPPT

Принцип подключения этих контроллеров не отличается от вышеизложенного, но могут потребоваться некоторые дополнения. Например, на мощных системах необходимо использовать кабель, выдерживающий плотность проходящего тока не менее 4 ампер на квадратный миллиметр сечения.

Перед присоединением рекомендуется еще раз выполнить несложный расчет (разделить максимальное значение силы тока на 4 и прибавить около 10-15 % на запас прочности). Это позволит обеспечить штатную работу коммутации, исключить нагрев и опасность возникновения пожара.

Перед началом подключения надо вынуть предохранители из солнечных панелей и блока АКБ. После соединения контроллера с аккумуляторами и солнечными модулями производится подключение заземляющего контура и датчика температуры. Проверяют правильность всех соединений, после чего обратно устанавливают предохранители и включают систему.

Простейшие контроллеры типа Откл/Вкл (или On/Off)

Контроллеры такого типа работают только на запуск или остановку зарядки АКБ при падении или повышении заряда. Они не учитывают дополнительные условия работы, не определяют оптимальный режим, выполняя только функции триггера, настроенного на переключение при достижении минимального и максимального значений.

Такие контроллеры в настоящее время сняты с производства и давно не используются, хотя в некоторых системах их еще можно встретить. Единственным достоинством можно назвать простоту схемы, делающую работу прибора надежной и устойчивой. Подключение выполняется путем присоединения входных и выходных проводов к аккумуляторам и солнечным панелям, никакой дополнительной коммутации не имеется.

Что лучше выбрать?

Выбор типа контроллера производится исходя из мощности и производительности системы. Если они невелики, можно ограничиться установкой контроллера PWM. Это дешевле и проще.

Однако, если комплект выдает значительную мощность и обеспечивает питание чувствительных приборов потребления, лучшим решением станет использование контроллера MPPT. Он гораздо дороже, но способен настроить максимально эффективную работу комплекса оборудования. В любом случае, окончательный выбор обусловлен возможностями владельца и особенностями имеющегося солнечного комплекса.

Видео-инструкция по сборке своими руками

Цены и где купить?

Как подключить солнечную батарею

Подключение солнечных панелей. Схема подключения солнечных батарей.

Солнечные батареи могут обеспечить электроэнергией в условиях, когда нет возможности подключения с сети электропитания.

В этой статье мы рассмотрим, как правильно подключить солнечную панель для питания бытовых электроприборов.

Как подключить солнечную батарею.

Самая простая схема подключения солнечной батареи состоит из элементов:

Солнечной панели.
Контроллера заряда аккумулятора.
Аккумулятора.
Инвертора.
Соединительных проводов.

Солнечные батареи.

При покупке солнечной панели следует знать, что солнечные панели бывают двух видов:

Поликристаллические.
Монокристаллические.

В чём же их отличие? Панели отличаются между собой по технологии производства так называемых солнечных элементов, из которых, и состоит солнечная панель.

У поликристаллической панели активная поверхность синего цвета, а у монокристаллической панели черного, с характерными углами.

Какая панель лучше?

Поликристалл однозначно лучше, так как он работает эффективнее при пасмурной погоде и слабом солнечном свете. Монокристаллические панели имеют меньшую площадь при одинаковых мощностях с поликристаллической панелью, поэтому в пасмурную погоду монокристаллические панели работают менее эффективно.

Наиболее чаще применяются 12 вольтовые панели, которые удобней адаптировать с 12 вольтовыми аккумуляторами. Обычно под значением 12V панель подразумевается 17V — 18V, это нужно для того чтобы когда панель в пасмурную погоду производит меньшее энергии она смогла компенсировать падение напряжения.

Солнечные панели при изготовлении уже имеют подключённые диоды Шоттки, которые защищают солнечные элементы от выхода из строя в момент, когда панель перестаёт генерировать электроэнергию и становится сама потребителем электроэнергии от аккумулятора. Именно диод препятствует обратному протеканию электрического тока.

Контроллер заряда.

Контроллер заряда аккумулятора управляет процессом заряда и препятствует чрезмерному заряду и разряду аккумуляторной батареи.

Принцип работы контролера следующий. Когда панель генерирует электрический ток, аккумулятор заряжается. Когда напряжение на клеммах 12 V аккумулятора достигнет предельного значения 14 V, контроллер отключает зарядку.

Когда солнечная батарея не работает в ночное время, система работает от аккумулятора. Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигнет нижней границы 11V, контроллер отключит его от системы, тем самым предотвратит его полный разряд. К контроллеру можно подключить потребителей постоянного тока 12V через соответствующие клеммы (обозначены рисунком лампочкой), например светодиоды для освещения помещения.

Аккумуляторная батарея.

В системе аккумуляторная батарея выполняет функцию аккумулятора электроэнергии, который подзаряжает солнечная панель. Для подключения в систему можно использовать любые свинцово-кислотные аккумуляторы, а также гелевые. В жилом помещении лучше использовать аккумуляторы закрытого типа. Обычно используются 12V автомобильные аккумуляторы.

Инвертор.

Инвертор — он же преобразователь напряжения, подключается к аккумулятору и получает на входе постоянное напряжение, обычно 12V, на выходе из инвертора мы уже получаем переменное напряжение синус 50гц, 220V, к которому можно подключать бытовые приборы, работающие от сети переменного тока 220V.

Кабель.

При монтаже стационарных солнечных панелей производители рекомендуют использовать специальный кабель, для подключения солнечных батарей, который имеет повышенную защиту изоляции от ультрафиолетовых лучей. Можно использовать обычный медный кабель с дополнительной защитой из гофры. Это касается только кабеля который идёт от панели к контроллеру, на всех остальных участках используется обычный медный кабель.

Схема подключения солнечных батарей.

Все комплектующие нужно подключать в строгой последовательности.

Сначала нужно с помощью медного кабеля подключить аккумулятор к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контроллере есть нарисованный значок аккумулятора.

Затем подключаем солнечную батарею к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контролере также нарисован значок солнечной батареи возле соответствующих контактов для подключения. Если нужно установить несколько панелей, то их подключают параллельно.

Следующий шаг – подключение инвертора к аккумулятору плюс – плюс, минус – минус.

При несоблюдении полярности при подключении контроллер может выйти из строя.

Схема работы солнечной батареи.

Солнечные панели монтируются на открытых не затенённых участках с направлением на юг, под углом 45° к горизонту. Можно установить панель на автоматическое поворотное устройство, которое постепенно поворачивается по направлению к солнцу в течение дня.

Солнечная батарея под воздействием солнечных лучей, вырабатывает напряжение, которое поступает на контроллер. В свою очередь контроллер даёт зарядку на аккумулятор, который подключён к инвертору.

На инвертор поступает постоянный ток, например 12V, на выходе инвертора мы получаем переменный ток 220V, на выход инвертора подключаются потребители электроэнергии – ноутбук, телевизор и пр.

Даже небольшая солнечная электростанция может обеспечить работу таких бытовых приборов как ноутбук, телевизор, зарядные устройства для телефонов, осветительных ламп, и прочих бытовых приборов с низкой мощностью.

Схема питания от солнечных батарей без контроллера заряда

отличается от типовой схемы подключения солнечных батарей простотой, надёжностью и эффективностью использования альтернативной энергии.

При всей своей простоте, и отсутствии контроллера заряда, позволяет зарядить аккумуляторные батареи на 100%.

Поскольку солнечные батареи являются полупроводником, обратный ток солнечных батарей в тёмное время суток ничтожно мал. Тем не менее, установка низковольтного диода в цепь между солнечной батареей и аккумулятором, весьма желательна, в целях безопасности короткого замыкания.

Для самой солнечной батареи короткое замыкание абсолютно безопасно.

Опасно замыкание аккумуляторной батареи.

Многим доводилось видеть, как плавиться автомобильная проводка в случае короткого замыкания. Более 90% возгорания автомобилей происходит по этой причине.

Включение в цепь диода осуществляется возможно ближе к аккумуляторной батарее, чтобы обезопасить весь отрезок проводки от солнечной батареи до аккумулятора.

Разумеется, можно поставить плавкий автомобильный предохранитель или блок предохранителей.

В этом случае мы не отсекаем обратный ток, исключаем возможность подключения «дневной нагрузки» непосредственно к солнечным батареям и усложняем проверку работоспособности солнечной батареи.

При наличии в цепи диода, достаточно убедиться в его нагреве при достаточной инсоляции.

При обрыве он будет холодным, а напряжение на входе диода отсутствовать.

Рекомендуется устанавливать диод с теплоотводом, радиатором.

Нагрев до 60°С считается нормальным.

Низковольтный диод, порядка 40 вольт, выбирается ввиду низкого падения напряжения на p-n переходе, 0,3 – 0,4 v.

В более высоковольтных диодах, 0,6 – 1,0 v. Вследствие чего, при равном токе, на низковольтном диоде происходит меньший нагрев, с соответствующими потерями мощности. Из школьной программы помним: I x U = W.

Схема питания от солнечных батарей без контроллера заряда

При всей своей простоте, и отсутствии контроллера заряда, позволяет зарядить аккумуляторные батареи на 100%.

Для самой солнечной батареи короткое замыкание абсолютно безопасно.

Опасно замыкание аккумуляторной батареи.

Разумеется, можно поставить плавкий автомобильный предохранитель или блок предохранителей.

При наличии в цепи диода, достаточно убедиться в его нагреве при достаточной инсоляции.

При обрыве он будет холодным, а напряжение на входе диода отсутствовать.

Рекомендуется устанавливать диод с теплоотводом, радиатором.

Нагрев до 60°С считается нормальным.

Низковольтный диод, порядка 40 вольт, выбирается ввиду низкого падения напряжения на p-n переходе, 0,3 – 0,4 v.

Низковольтную разводку сети от аккумулятора желательно сделать через блок предохранителей.

Во-первых, это безопасность.

Во-вторых, простота поиска неисправного потребителя.

Попутно, диод развязывает цепи при подключении нескольких солнечных батарей.

В этом случае удобно ставить диодные сборки с общим катодом типа: SBL 2040CT, PBYR 2040CT, и т.п.

Здесь первые две цифры – прямой ток (20А), две последние – напряжение (40В).

При недоступности электронных компонентов, можно извлечь указанный тип из старого блока питания компьютера.

Нас устраивают показатели 1030СТ, но лучше с некоторым запасом.

Так в блоках питания мощных компьютеров или серверах стоят диодные сборки SBL 3040 либо аналоги других производителей.

В любом случае, если на «трехногом» элементе есть символ ►█◄ или ►●◄, это то, что Вы ищите.

Кстати, там же можно позаимствовать теплоотвод и стабилизатор для аналогового коммутатора.

При подключении нескольких солнечных батарей, диоды и диодные сборки можно ставить на общем теплоотводе.

Поиск неисправности, обрыва на участке солнечные батареи – диодная сборка, сводится к проверке наличия напряжения на аноде диода.

В случае недостаточной ёмкости аккумуляторных батарей, ограничить ток заряда от солнечной батареи можно, подключив низковольтный насос, фонтан, греющий кабель, вентиляцию непосредственно к солнечной батарее, перед защитным диодом.

Так называемая, «дневная нагрузка».

С рассветом, по мере увеличения инсоляции, указанная нагрузка начинает работу непосредственно от солнечной батареи.

Учитывая неизбежные электрохимические потери при заряде АКБ, данный способ использования солнечной энергии наиболее эффективен.

Естественно в тёмное время суток, устройства не работают и не разряжают аккумулятор.

При таком подключении солнечных батарей, штатный аккумулятор гелиосистемы является буферным, ограничивающим напряжение, отбирая избыточную энергию для собственного подзаряда.

При недостатке инсоляции или повышенном энергопотреблении, указанные устройства необходимо отключить.

Стоит ли упоминать, что для питания ноутбука лучше использовать автомобильный адаптер питания через разветвитель прикуривателя, тем самым избегая потерь на инверторе?

super-alternatiwa.narod.ru

Интересно почитать

Коммутация и соединение фотоэлектрических солнечных модулей

Параллельное соединение солнечных батарей

Напряжение в цепи, соединенных параллельно солнечных батарей, будет равно напряжению одной солнечной батареи. Если вы соединяете 2 батареи, у которых при нагрузке напряжение равно 17,5 вольт, то на контроллер будет подано напряжение 17,5 вольт. Ток при таком соединении суммируется. Например, две солнечные батареи при хорошей солнечной освещенности выдают по 7А каждая, то суммарный ток на контроллер при параллельном соединении будет 14А.

Последовательное соединение солнечных батарей

Напряжение в цепи, соединенных последовательно солнечных батарей будет равно сумме напряжений солнечных батарей в данном соединении.

Если вы соединяете 2 батареи, у которых напряжение в точке максимальной мощности равно 17,5 вольт, то на контроллер будет подано напряжение 35 вольт. Ток при таком соединении будет равен току самой слабой солнечной батареи. Например, одна солнечная батарея имеет ток в точке максимальной мощности 7,5А, а другая 7,3А — ток поданный на контроллер будет равен 7,3А. Именно по этой причине не рекомендуется подключать последовательно МОНОкристаллические и ПОЛИкристаллические панели.

Солнечные батареи можно и нужно подключать последовательно-параллельно, если у вас много солнечных батарей, то вы сможете построить систему, у которой напряжения и токи будут оптимально подобраны для вашего солнечного контроллера.

Для коммутации солнечных батарей используются специальные разъемы (коннекторы) типа МС4, которые вы можете купить в интернет-магазине Реалсолар:

Коннектор МС4 универсальный

Разъемы типа МС4 для кабеля сечением 2.5, 4, 6 мм²

Коннекторы МС4-T

Разъемы для параллельного соединения солнечных батарей

Коннекторы МС4-Y

Удлиненные разъемы для параллельного соединения солнечных батарей

Коннекторы МС4-T3

Разъемы для параллельного соединения трех солнечных батарей

Сообщения не найдены

Написать отзыв

пошаговая инструкция постройки источника питания

В последнее время очень часто звучат идеи получения электроэнергии альтернативными методами. Оборудования для ее получения предостаточно, но его стоимость довольно высока, поэтому можно подумать над изготовлением, например, солнечных батарей своими руками.

Для этого надо разобраться в теоретических основах работы такой мини электростанции и из чего все состоит.

Краткое содержимое статьи:

Как это работает
Принцип работы солнечных батарей основан на свойстве кремния, напрямую преобразовывать свет в электрический ток (при определенной технологии производства). При воздействии солнечных лучей на атомы кремния, из их высоких орбит выбиваются свободные электроны, которые и образуют постоянный ток между двумя электродами.
Устройство батареи довольно простое – это соединенные между собой отдельные фотоэлектрические элементы, которые покупаются в магазине или интернете.
Наиболее подходящие для дома монокристаллические (КПД до 14%, не любят слабый свет) и поликристаллические (КПД до 9%, слабый свет не сильно влияет на их работу) пластины. Аморфные элементы имеют высокую цену.

Процесс изготовления
На любом фото самодельной солнечной батареи можно увидеть, что элементы крепятся к общему корпусу, который является необходимой и надежной защитой для всей конструкции.
Сначала из дерева или алюминия делается рамка нужных размеров, а затем с помощью силикона к ней клеится прозрачное стекло, на которое выкладываются пластинки, соблюдая расстояние между каждой около 5 мм. Это делается для того, чтобы избежать повреждений вследствие температурного расширения материала.
При пайке контактов необходимо учитывать, что параллельное соединение отдельных элементов повышает выходной ток батареи, а последовательное – ее напряжение.
Так можно добиться необходимых выходных параметров. В электрическую цепь необходимо равномерно включить 4 диода для исключения перегрева элементов и выхода их из строя.
Схема простой солнечной батареи должна обеспечивать выходное напряжение до 19 вольт потому, что аккумулятор (12 вольт) заряжается, когда к нему подключен источник с большим напряжением, чем он сам имеет. Как минимум, надо иметь батарею из 36 пластин.
Далее на каждый кремниевый элемент необходимо нанести силикон и всю батарею накрыть листом ДВП для надежного крепления всей конструкции. Установить заднюю крышку и все хорошо промазать любой герметизирующей пастой.

Схема подключения
После того, как солнечная батарея сделана и своими руками собрана, необходимо ее подключить к потребителям. Для этого используют несколько приборов. К батарее через контроллер подключается аккумулятор (один или несколько). Это делается для регулирования процесса его (или их) зарядки и разрядки.
Аккумуляторы подключаются последовательно друг к другу. Далее напряжение через инвертор подается к потребителям. Инвертор преобразует постоянный ток от аккумуляторов в переменный ток для потребителей.
В каждой инструкции для правильной сборки солнечных батарей и сопутствующего оборудования особым пунктом стоит предупреждение о соблюдении полярности при подключении и пайке всех частей электрической схемы.
При нарушении этого правила выходят из строя контроллер, элементы солнечной батареи, что приводит к лишним расходам средств.
Контроллер
Это устройство, которое предназначено для обеспечения нормальной работы аккумуляторов в электрической сети, использующей солнечные батареи. Его также можно собрать своими руками в домашних условиях.

Принцип работы простой и надежный: когда аккумулятор полностью зарядился, контроллер почти отключает подачу тока, а когда напряжение АКБ снижается ниже установленного – подключает зарядку. Также отключается потребление тока от аккумуляторов при падении их заряда ниже 11 вольт (если на улице ночь и зарядки не будет).
Обратите внимание!
Инвертор
Инверторы бывают автономными, сетевыми и многофункциональными приборами. Первые не подключаются к проводной сети. Вторые – работают совместно с общей сетью и имеют свои аккумуляторы. Третьи – сочетают принципы работы первых двух и имеют больше различных настроек. Для дома это лучшее устройство, хотя и имеет повышенную стоимость.
Возможность пользоваться неисчерпаемым источником энергии – солнечным светом – это замечательная идея, которая все больше переходит из теории в практическое применение.

Любой владелец своего частного дома может своими силами построить экологически чистую мини электростанцию, чтобы как можно меньше зависеть от общей электрической сети, тем самым экономить собственные денежные средства.
Фото солнечной батареи своими руками
Обратите внимание!
Обратите внимание!
Также рекомендуем просмотреть:
Помогите проекту, поделитесь в соцсетях 😉
Как подключить две или более солнечных панелей последовательно
Как подключить солнечные панели серии

Добро пожаловать в эту информативную статью.
Изучив в предыдущей статье, как подключить две или более солнечных панелей параллельно, на этой странице мы научим вас, как подключать их последовательно и получать повышение напряжения на выходе, сохраняя номинальный ток неизменным.
Мы также объясним разницу между последовательным соединением серии двух или более идентичных солнечных панелей и последовательным соединением двух или более солнечных панелей с различными техническими характеристиками.Наконец, мы предоставим вам действительные и практичные советы , чтобы получить эффективную систему и избежать страшного эффекта горячей точки , который может возникнуть во время частичной облачности в небе или затенения на нашей цепочке панелей.
Что такое солнечная панель и солнечный элемент?
Что ж, чтобы лучше разобраться в последовательном подключении, давайте начнем с некоторой теории о солнечной панели! Солнечная панель (формально известная как фотоэлектрический модуль) — это оптоэлектронное устройство, состоящее из нескольких солнечных элементов , обычно соединенных последовательно . Здесь, в Италии, самая продаваемая панель — это панель мощностью 230 Вт, 32 В, которая состоит из 60 поликристаллических солнечных элементов, соединенных последовательно.
Солнечный элемент или фотоэлектрический элемент — это элемент, способный преобразовывать солнечные лучи в электрическую энергию. Это явление известно под названием фотоэлектрический эффект . Солнечные элементы, которые мы в основном находим на рынке, сделаны из полукристаллического материала (кремния) и имеют черный или синий цвет.
Последовательное соединение двух идентичных солнечных панелей
Если у нас есть две или более солнечных панелей с одинаковым током и мощностью, и мы хотим, чтобы увеличили напряжение , выбор падает на последовательное соединение.
Последовательно соединяя несколько солнечных панелей, мы увеличиваем напряжение в системе. В солнечной энергетической системе тем выше напряжение и меньше потери энергии в кабелях . Чтобы узнать максимальное напряжение системы , нам обычно просто нужно повернуть панель и прочитать этикетку, где указано значение.
После этих уточнений, давайте посмотрим, как происходит последовательное соединение. Все очень просто. Как ясно видно на рисунке, достаточно подключить положительный полюс одной панели к отрицательному полюсу другой , и на выходе мы обнаружим удвоение напряжения.Рассматривая пример на рисунке, две панели 5A 12 В, соединенные последовательно, производят напряжение 24 В и ток 5 А. Течение остается неизменным.
Параллельно каждой панели мы добавили диод, называемый байпасным диодом (не путать с блокирующим диодом). Этот диод выполняет особую функцию, о которой мы расскажем позже.
Что происходит при затемнении?
Чтобы наша солнечная энергетическая система работала безупречно, важно, чтобы панели не затеняли друг друга, чтобы они располагались под одинаковым углом и располагались вдали от возможных причин затенения, таких как деревья, столбы или различные выступы . Конечно, в случае затенения из-за климатических условий мало что можно сделать. Знание поведения всей струны в случае затенения необходимо, чтобы избежать резкого падения выработки электроэнергии.
Как объяснялось ранее, солнечная панель состоит из множества солнечных элементов , соединенных последовательно. Если часть панели затемнена, в этой части образуется высокое сопротивление , которое препятствует циркуляции тока. В худшем случае вместо производства энергии затененные солнечные элементы поглощают ее, становясь нагрузкой.Ток, протекающий через них, из-за эффекта джоуля, вызывает повышение температуры, и это повышение температуры может даже вызвать возгорание или растворение сварных швов ( эффект горячей точки ).
Следовательно, ясно, как наличие небольшой тени может обернуться серьезной потерей энергии во всей системе . Чтобы избежать или уменьшить эту проблему, некоторые производители солнечных панелей разделили панель на различные секции, состоящие из определенного количества ячеек, и в каждую секцию был вставлен обходной диод .Этот диод имеет функцию исключения затененной секции, чтобы она не оказывала отрицательного воздействия на всю панель.
Поэтому при проектировании солнечной энергосистемы очень важно выбирать солнечные панели с байпасными диодами. Чем больше в панели байпасных диодов, тем больше секций. Но что, если тень покрывает всю панель, в то время как другие панели остаются полностью открытыми для солнца? Что ж, вот и нам нужно вставить байпасный диод параллельно каждой панели.Таким образом, , если панель затенена, она будет исключена с помощью байпасного диода и не повлияет отрицательно на производство других панелей, соединенных последовательно. В подключенной к сети фотоэлектрической системе фундаментальную роль отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) играет сетевой инвертор ; в то время как в автономной солнечной энергетической системе роль играет контроллер заряда солнечной батареи MPPT.
Выбор правильного байпасного диода
Выбор байпасного диода должен основываться на двух соображениях: правильная защита солнечной цепочки в случае затенения и низкое рассеивание мощности на самом диоде.Поэтому важно выбирать особые диоды, называемые диодами Шоттки , которые могут безопасно выдерживать ток панелей и которые имеют очень низкое пороговое напряжение. Чем ниже пороговое напряжение, тем меньше рассеивание солнечной энергии на диоде.
Последовательное соединение двух солнечных панелей с разным током
Если у нас есть две или более солнечных панелей с одинаковым напряжением, но с другим током , невозможно подключить их последовательно.Тем не менее, их можно подключить параллельно. Параллельное соединение позволяет увеличивать ток, сохраняя прежнее напряжение. Для получения дополнительной информации посетите страницу, как подключить солнечные панели параллельно.
C2000 Solar MPPT учебник, охватывающий электронику и код C
Эта серия из четырех публикаций будет охватывать сборку проекта для C2000 Solar MPPT Tutorial. Схема отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) основана на топологии синхронной понижающей схемы с чередованием.Используемый микроконтроллер — это семейство C2000 Texas Instruments (TI), используется панель C2000 Launchpad со встроенным чипом TMS320F28027. В рамках этого проекта было проведено серьезное исследование, поскольку не было никаких предварительных знаний о C2000, все соответствующие периферийные устройства были протестированы отдельно, а затем собраны вместе и настроены для окончательного кода. Компания TI предоставляет всю необходимую документацию, которую можно найти здесь, а также в этом руководстве были ссылки на Руководство пользователя ADC, ePWM и F2802x Peripheral Driver Library.
Учебное пособие по C2000 Solar MPPT также может использоваться в качестве руководства при разработке схемы для других микроконтроллеров, таких как Arduino, поскольку электронные принципы и часть кода могут быть перенесены на любую платформу.
На изображении ниже показан окончательный прототип печатной платы MPPT с панелью запуска C2000, закрепленной наверху с помощью соединений заголовка.
На видео ниже показана настройка системы, позволяющая настроить алгоритм Perturb and Observe. Также есть второе видео, демонстрирующее алгоритм отслеживания точки максимальной мощности солнечной панели, его можно найти в моей учетной записи YouTube и будет встроено в окончательный урок.

В этой части будет рассмотрен базовый обзор конструкции оборудования, в следующих частях руководства будут более подробно рассмотрены следующие области:
Расчет понижающей схемы, взгляд на эффективность полевого МОП-транзистора, выборку тока и напряжения, а также конструкцию и компоновку схемы
Программный подход, включающий ШИМ со сдвигом фазы, выборку АЦП и алгоритм возмущения и наблюдения
Окончательная настройка, тестирование и настройка
Отслеживание максимальной мощности
Используется отслеживание точки максимальной мощности, чтобы гарантировать, что максимальная мощность извлекается из солнечной панели. Чтобы понять это дальше, нам сначала нужно взглянуть на характеристики кривой мощности солнечной панели, на изображении ниже показана кривая мощности Suntech STP230-20Wd (панель 230 Вт).
Точка максимальной мощности (MPP) солнечной панели находится на изгибе кривой тока и напряжения. Чтение таблицы данных на панели Suntech говорит нам, что Vmp (напряжение в точке максимальной мощности) составляет 29,8 В, а Imp (ток в точке максимальной мощности) составляет 7,72 А, обнаружив точку пересечения этих двух значений, можно увидеть, что MPP находится в колене кривой.График также показывает, что изменение напряжения намного меньше по сравнению с током только при различной освещенности, однако ток изменяется линейно в зависимости от интенсивности солнечного излучения. Температура также влияет на выходную мощность панели: ток немного увеличивается с повышением температуры, а напряжение уменьшается с повышением температуры. Поскольку на напряжение влияет температура больше, чем на ток, при использовании больших массивов цепочек необходимо учитывать расчеты напряжения, чтобы обеспечить соответствие системы требованиям используемого инвертора.
Панель имеет внутреннее сопротивление, которое динамически изменяется в зависимости от уровня освещенности. Таким образом, если статическая нагрузка подключена непосредственно к панели, и ее сопротивление выше или ниже, чем внутреннее сопротивление панели при MPP, тогда мощность, потребляемая от панели, будет меньше максимально доступной. Возьмем простой пример под ярким полуденным солнцем, допустим, мы подключили Suntech STP230-20Wd напрямую к свинцово-кислотной батарее 12 В, напряжение панели будет снижено до напряжения нагрузки батареи, поскольку сопротивление батареи ниже, чем у панелей.При быстром вычислении панель теперь выдает 12 В и 7,72 А, следовательно, 93 Вт, это соответствует потере 137 Вт или 60%. Очевидно, это крайний пример, но даже использование батареи 24 В все равно будет означать потерю 20%, что далеко не эффективно.
Вот где в игру вступает MPPT. Схемы MPPT могут быть основаны на различных топологиях импульсного источника питания (SMPS), они обычно имеют фиксированную частоту, но изменяющийся рабочий цикл. Рабочий цикл контролируется с помощью алгоритма, чтобы отслеживать изменение MPP, выходная мощность определяется КПД схемы и обычно близко соответствует входящей мощности в пределах 3-10% (типичные потери).Выходное напряжение и ток не обязательно будут фиксироваться при изменении условий освещенности в зависимости от используемой системы, поэтому может потребоваться дополнительная схема или более сложный алгоритм.
Обзор системы
На изображении ниже показан обзор окончательной системы
Солнечная панель на схеме будет представлена в реальной жизни панелью мощностью 10 Вт, купленной на Ebay, с напряжением в напряжении 17,2 В и импульсом 580 мА. В C2000 будут использоваться четыре входа АЦП и 2 выхода ШИМ.Входное напряжение и ток, а также выходное напряжение и ток будут контролироваться, поэтому можно определить входную и выходную мощность. Пара полумостовых интегральных схем (IC) драйвера будет использоваться для управления четырьмя N-канальными MOSFET. Также имеется вспомогательный источник питания, который использовался для питания линейного стабилизатора 12 В, который питал драйверы полумоста. Регулятор 12 В также можно было запитать напрямую от панели, которая использовалась при тестировании при ярком солнце.
Выбранная топология SMPS будет основана на схеме синхронного понижающего преобразователя, два из которых будут подключены параллельно, образуя схему с чередованием.Использование подхода с чередованием — это перебор для прототипа панели 10 Вт, но он дает масштабируемость системы для будущих итераций. Была выбрана конструкция с синхронным понижающим преобразователем, поскольку она обеспечивает более высокую эффективность, эти варианты конструкции станут понятны по мере продвижения учебного курса.
Синхронный понижающий преобразователь с чередованием
Схема понижающего преобразователя будет рассматриваться слишком часто, поскольку она составляет значительную часть конструкции системы, что, естественно, приведет к преимуществам выбранной синхронной и чередующейся конструкции. Вместо понижающей конструкции довольно легко реализовать повышающую схему, но в этом случае целевое выходное напряжение составляло 12 В.
Понижающий преобразователь представляет собой небольшой преобразователь постоянного тока в постоянный. Главный принцип работы понижающего преобразователя — это способность катушки индуктивности сопротивляться изменениям тока. Выходное напряжение понижающего преобразователя всегда будет ниже или таким же, как входное напряжение. Упрощенную схему понижающего преобразователя можно увидеть на изображении ниже.
Понижающий преобразователь полагается на переключатель для изменения или уменьшения тока, протекающего через катушку индуктивности, переключатель обычно имеет форму полевого МОП-транзистора (Q).
Когда затвор полевого МОП-транзистора насыщен, эффективно замыкая переключатель, ток течет через катушку индуктивности (L) по часовой стрелке в нагрузку (R), а также заряжает выходной конденсатор (C). В этот момент напряжение на катоде диода положительное, поэтому диод (D) блокирует любой ток и считается смещенным в обратном направлении. Мгновенный ток в нагрузку от Vin медленный, так как энергия накапливается в индукторе по мере увеличения его магнитного поля.Таким образом, во время включения полевого МОП-транзистора энергия загружается в индуктор.
Когда полевой МОП-транзистор выключен, напряжение на катушке индуктивности меняется на противоположное. Магнитное поле индуктора начинает схлопываться, это коллапс высвобождает накопленную энергию, позволяя току течь от индуктора в нагрузку. Диод теперь имеет отрицательное напряжение на катоде, поэтому он смещается в прямом направлении. Следовательно, разрядный ток индукторов течет по часовой стрелке через нагрузку и обратно через диод.Как только энергия катушек индуктивности падает ниже определенного порога, напряжение нагрузки падает, и конденсатор становится основным источником тока, обеспечивая питание нагрузки до начала следующего цикла переключения. Чтобы обеспечить режим непрерывной проводимости (CCM), катушка индуктивности не должна быть полностью разряжена до того, как MOSFET снова включится и цикл повторится.
Теперь, когда объяснена основная концепция понижающего преобразователя, можно рассмотреть синхронную конструкцию. Синхронная конструкция просто заменяет диод вторым полевым МОП-транзистором, что устраняет потери, вызванные прямым падением напряжения на диоде, тем самым делая схему более эффективной.Это немного сложнее реализовать, поскольку переключение второго МОП-транзистора необходимо тщательно синхронизировать с переключением первого МОП-транзистора. Важно следить за тем, чтобы оба устройства никогда не были включены одновременно, иначе ток будет напрямую идти на землю, что приведет к короткому замыканию. Переключение MOSFET эффективно сдвинуто по фазе на 180 градусов с коротким периодом задержки между каждым переходом, называемым зоной нечувствительности . Зона нечувствительности обычно является общей чертой большинства драйверов полумоста, C2000 также позволяет программировать и настраивать зону нечувствительности, поэтому в реальности с современными микроконтроллерами это довольно просто реализовать.
В конструкции с чередованием просто две синхронные понижающие схемы и размещаются их параллельно, основные компоненты полевые МОП-транзисторы и индуктивность индивидуальны для каждой схемы, но имеют общий вход и выход, а также одинаковые входные и выходные конденсаторы. Использование схемы с чередованием снижает пульсации тока вдвое, поскольку каждая фаза с чередованием разделяет общий ток. Общий ток позволяет использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего размера, что также может уменьшить размер и стоимость системы.Кроме того, частота ШИМ этой системы была выбрана равной 15 кГц, поскольку она снижает потери при переключении в полевых МОП-транзисторах, но увеличивает пульсации тока, а также размер катушки индуктивности. Затем, используя чередующийся подход, можно свести на нет эти факторы. Эти компромиссы будут рассмотрены более подробно в разделе оборудования этого руководства, где будут рассмотрены потери MOSFET.
Солнечная панель 10 Вт
Как упоминалось ранее, солнечная панель была куплена на Ebay примерно за 20 фунтов стерлингов. Это поликристаллическая панель, заключенная в алюминиевую рамку и снабженная двумя большими зажимами типа «крокодил» и небольшой коробкой для диодов. Панель выглядит довольно качественной и устойчивой к атмосферным воздействиям, блок диодов не очень хорошо запечатан, но, поскольку он находится под панелью, я не думаю, что возникнут какие-либо проблемы. Приложили 2 снимка панели, и я, наверное, смогу откопать ссылки на компанию, если кому-то интересно.
Схема системы
В следующей части этого руководства мы более подробно рассмотрим расчеты схемы и схематическое проектирование.
Что такое контроллер заряда от солнечных батарей
Все продукты
ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТОВАРЫ
Панели солнечных батарей.
Солнечные энергетические системы.
Системы солнечной энергии с резервным аккумулятором.
Автономные домашние солнечные энергетические системы.
Off-Grid Cabin Solar Power Systems.
Grid-Tie Solar Power Systems.
Tiny House Solar Power Systems.
Productos Solares в Пуэрто-Рико.
PR — Controladores de Carga.
PR — Baterias de Ciclo Profundo.
PR — Cajas de Breakers y E-Panels.
PR — Cables y Cableado para PV.
PR — Accesorios para Inversores.
PR — Inversores.
PR — Montaje para Placas Solares.
Контроллеры заряда.
Контроллеры заряда от солнечных батарей.
Контроллеры заряда солнечных батарей MPPT.
ШИМ контроллеры заряда от солнечных батарей.
Зарядные устройства для электромобилей и тележек для гольфа.
Контроллеры солнечного освещения.
Зарядные устройства переменного тока.
Принадлежности для зарядных устройств переменного тока.
Контроллеры самосвалов и самосвалов.
Контроллеры отклонения (сброса) нагрузки.
Контроллеры отводящей нагрузки с выпрямителями.
Диверсионные / Самосвальные грузы.
Датчики температуры.
Инверторы.
Автономные инверторы.
От 100 до 999 Вт.
от 1000 до 1999 Вт.
от 2000 до 2999 Вт.
от 3000 до 7000 Вт.
Сетевые инверторы.
Сетевые инверторы мощностью от 1500 Вт до 4000 Вт.
Сетевые инверторы мощностью от 5000 Вт до 7700 Вт.
8kW + и коммерческие сетевые инверторы.
Микроинверторы.
Гибридные инверторы.
Морские инверторы.
Принадлежности для инверторов.