Laddningsregulator för solpanel: schema, funktionsprincip, anslutningsmetoder

Solenergi begränsas tills vidare (på hushållsnivå) till produktion av fotovoltaiska paneler med relativt låg effekt. Men oavsett konstruktionen av den fotovoltaiska omvandlaren av solljus till ström är denna enhet utrustad med en modul som kallas laddningsregulator för solbatteri.

I installationen för omvandling av solljus ingår ett ackumulatorbatteri – en energilagrare som tar emot energi från solpanelen. Det är just denna sekundära energikälla som först och främst betjänas av regulatorn.

I den här artikeln går vi igenom enhetens konstruktion och funktionsprinciper, samt undersöker anslutningsmetoderna.

Regulatorer för solbatterier

Den elektroniska modulen, kallad laddningsregulator för solbatteri, är avsedd att utföra en rad kontrollfunktioner under laddning/urladdning av solbatteriets ackumulator.

När solljus faller på ytan av en solpanel, som till exempel är monterad på ett hustak, omvandlas ljuset till elektrisk ström av enhetens fotoceller.

Den erhållna energin skulle i princip kunna matas direkt till ackumulatorbatteriet. Men laddnings-/urladdningsprocessen för batteriet har sina nyanser (specifika ström- och spänningsnivåer). Om man försummar dessa nyanser kommer batteriet helt enkelt att gå sönder efter kort tids användning.

För att undvika sådana sorgliga konsekvenser finns en modul som kallas laddningsregulator för solpanel.

Förutom att övervaka batteriets laddningsnivå spårar modulen även energiförbrukningen. Beroende på urladdningsgraden reglerar och ställer laddningsregulatorns krets in den strömstyrka som behövs för inledande och efterföljande laddning.

Beroende på laddningsregulatorns effekt för batterierna i solenergianläggningen kan konstruktionerna av dessa enheter ha mycket olika konfiguration.

Generellt sett, om man säger det enkelt, ger modulen ett bekymmersfritt 'liv' för batteriet som periodvis lagrar och avger energi till förbrukande enheter.

Vanligt förekommande typer

På industriell nivå är tillverkningen av två typer av elektroniska enheter etablerad och genomförd, vars utförande passar för installation i en solenergisystemkrets:

1. Enheter av PWM-serien.
2. Enheter av MPPT-serien.

Den första typen av regulator för solpanel kan kallas 'gammal stöt'. Sådana kretsar utvecklades och togs i drift redan i början av sol- och vindenergins framväxt.

Arbetsprincipen för PWM-regulatorns krets är baserad på algoritmer för pulsbreddsmodulering. Funktionaliteten hos sådana apparater är något underlägsen de mer avancerade enheterna i MPPT-serien, men i allmänhet fungerar de också ganska effektivt.

En av de populära modellerna av laddningsregulator för batteri i solcellsanläggning, trots att enhetens krets är gjord med PWM-teknik som anses föråldrad

Konstruktioner där tekniken Maximum Power Point Tracking (spårning av maximal effektgräns) används kännetecknas av ett modernt förhållningssätt till kretstekniska lösningar och ger större funktionalitet.

Men om man jämför båda typerna av regulatorer och, än mer, med inriktning mot hushållssektorn, framstår MPPT-enheter inte i det rosenskimmer som de traditionellt brukar marknadsföras i.

Regulator av typ MPPT:

• har en högre kostnad;
• har en komplicerad inställningsalgoritm;
• ger effektivare effekt endast på paneler med stor yta.

Denna typ av utrustning passar bättre för globala solenergisystem.

En kontroller avsedd för drift i konstruktionen av en solenergianläggning. Den är en representant för klassen MPPT-apparater – mer avancerade och effektiva.

För en vanlig användare i hemmiljö, som oftast har paneler med liten yta, är det mer fördelaktigt att köpa och använda en PWM-kontroller med samma effekt.

Blockscheman för regulatorer

Kretsscheman för PWM- och MPPT-kontroller är för komplicerade för en lekman att förstå, eftersom de kräver djupgående kunskap om elektronik. Därför är det logiskt att endast titta på strukturella scheman. Detta tillvägagångssätt är förståeligt för en bred allmänhet.

Alternativ #1 – PWM-enheter

Spänningen från solpanelen kommer via två ledare (plus och minus) till ett stabiliserande element och en resistiv delningskrets. Denna del av kretsen utjämnar inspänningens potentialer och ger till viss del skydd för kontrollerns ingång mot överspänning.

Här bör betonas: varje enskild modell av apparaten har en specifik gräns för inspänning (anges i dokumentationen).

Så här ser ett strukturschema ut för enheter baserade på PWM-teknik. För drift i små hushållsstationer ger detta kretsschema fullt tillräcklig effektivitet.

Därefter begränsas spänning och ström till önskad nivå av effekttransistorer. Dessa kretskomponenter styrs i sin tur av kontrollerns chip via en drivrutin. Som ett resultat erhålls normala spänning och ström för batteriet vid utgången av effekttransistorparen.

I kretsen finns även en temperatursensor och en drivrutin som styr en effekttransistor för att reglera belastningseffekten (skydd mot djupurladdning av batteriet). Temperatursensorn övervakar värmetillståndet för viktiga komponenter i PWM-kontrollern.

Vanligtvis mäts temperaturen inne i höljet eller på effekttransistorernas kylflänsar. Om temperaturen överskrider de inställda gränserna stänger enheten av alla aktiva strömförsörjningslinjer.

Alternativ #2 – MPPT-enheter

Kretsens komplexitet i detta fall beror på tillägget av en rad element som bygger upp den nödvändiga kontrollalgoritmen mer noggrant baserat på arbetsförhållandena.

Spännings- och strömnivåer övervakas och jämförs med komparatorkretsar, och baserat på jämförelsen bestäms maximal uteffekt.

Kretsschema i strukturell form för laddningsregulatorer baserade på MPPT-teknik. Här noteras en mer komplex algoritm för övervakning och styrning av kringutrustning.

Huvudskillnaden mellan denna typ av regulatorer och PWM-enheter är att de kan anpassa solenergimodulen till maximal effekt oavsett väderförhållanden.

Kretsen i sådana enheter implementerar flera kontrollmetoder:

• störning och observation;
• ökande konduktivitet;
• strömavsökning;
• konstant spänning.

Och i slutet av den allmänna funktionen används även en algoritm för att jämföra alla dessa metoder.

Anslutningsmetoder för regulatorer

När det gäller anslutningar måste det påpekas: för installation av varje enskild enhet är det karakteristiskt att den arbetar med en specifik serie solpaneler.

Till exempel, om en regulator som är konstruerad för max 100 volt inspänning används, måste solpanelsserien leverera en utspänning som inte överstiger detta värde.

Varje solenergianläggning fungerar enligt principen om balans mellan utgångs- och ingångsspänning i första steget. Regulatorns övre spänningsgräns måste motsvara panelens övre spänningsgräns.

Innan du ansluter enheten måste du bestämma var den ska placeras fysiskt. Enligt reglerna bör installationsplatsen vara torra, välventilerade utrymmen. Närvaro av lättantändliga material nära enheten är utesluten.

Det är inte tillåtet att ha källor till vibrationer, värme och fukt i omedelbar närhet av enheten. Installationsplatsen måste skyddas från nederbörd och direkt solljus.

Anslutningsteknik för PWM-modeller

Praktiskt taget alla tillverkare av PWM-regulatorer kräver att en exakt anslutningsordning följs.

Anslutningstekniken för PWM-regulatorer till kringutrustning är inte särskilt komplicerad. Varje kort är utrustat med märkta terminaler. Här krävs helt enkelt att man följer en sekvens av åtgärder.

Kringutrustning måste anslutas i full överensstämmelse med terminalbeteckningarna:

1. Anslut batterikablarna till enhetens batteriterminaler enligt angiven polaritet.
2. Sätt in en skyddssäkring direkt vid kontaktpunkten för den positiva ledningen.
3. På regulatorns kontakter avsedda för solpanelen, fäst ledarna som kommer från solpanelerna. Observera polariteten.
4. Anslut en testlampa med lämplig spänning (vanligtvis 12/24V) till enhetens lastutgångar.

Den angivna sekvensen får inte brytas. Till exempel är det strängt förbjudet att ansluta solpaneler först när batteriet inte är anslutet. Genom sådana handlingar riskerar användaren att "bränna" enheten. I detta material beskrivs installationsschemat för solpaneler med batteri mer detaljerat.

För PWM-seriens regulatorer är det också inte tillåtet att ansluta en spänningsinverter till regulatorns lastterminaler. Invertern ska anslutas direkt till batteriets terminaler.

Anslutningsordning för MPPT-enheter

De allmänna kraven för fysisk installation av denna typ av apparater skiljer sig inte från tidigare system. Men den tekniska installationen är ofta något annorlunda, eftersom MPPT-regulatorer ofta betraktas som mer kraftfulla apparater.

För regulatorer avsedda för höga effektnivåer rekommenderas att använda kablar med stora tvärsnitt förbundna med metalländhylsor på kraftkretsanslutningarna.

Till exempel kompletteras dessa krav för kraftfulla system med att tillverkarna rekommenderar att kabeln för kraftanslutningar ska vara dimensionerad för en strömtäthet på minst 4 A/mm². Det vill säga, för en regulator på 60 A behövs en kabel för anslutning till batteriet med ett tvärsnitt på minst 20 mm².

Anslutningskablarna måste förses med kopparändhylsor som är tätt krympta med specialverktyg. Solpanelens och batteriets minuspoler måste förses med adaptrar med säkringar och brytare.

Detta tillvägagångssätt eliminerar energiförluster och säkerställer säker drift av installationen.

Strukturellt anslutningsschema för en kraftfull MPPT-regulator: 1 – solpanel; 2 – MPPT-regulator; 3 – klemplist; 4,5 – smältsäkringar; 6 – regulatorns strömbrytare; 7,8 – jordningsskena

Innan du ansluter solpaneler till enheten bör du kontrollera att spänningen på terminalerna motsvarar eller är lägre än den spänning som är tillåten att applicera på regulatorns ingång.

Anslutning av kringutrustning till MTTP-apparaten:

1. Ställ panelens och batteriets brytare i läge "av".
2. Ta bort skyddssäkringarna på panelen och batteriet.
3. Anslut batteriets terminaler med kabel till regulatorns terminaler för batteri.
4. Anslut solpanelens utgångar med kabel till regulatorns terminaler som är märkta med lämplig symbol.
5. Anslut jordningsterminalen med kabel till jordningsskenan.
6. Installera temperatursensorn på regulatorn enligt instruktionerna.

Efter dessa åtgärder måste du sätta tillbaka den tidigare borttagna batterisäkringen och ställa brytaren i läge "på". På regulatorns skärm visas en signal om att batteriet har detekterats.

Därefter, efter en kort paus (1-2 min), sätt tillbaka den tidigare borttagna solpanelssäkringen och ställ panelens brytare i läge "på".

Enhetens skärm visar solpanelens spänningsvärde. Detta indikerar att solenergisystemet har startats framgångsrikt.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Industrin tillverkar enheter som är mångfacetterade när det gäller kretslösningar. Därför är det omöjligt att ge entydiga rekommendationer för anslutning av alla installationer utan undantag.

Men huvudprincipen för alla typer av enheter förblir densamma: utan att ansluta batteriet till controller-bussarna är anslutning till solpanelerna inte tillåten. Samma krav gäller för inkoppling av spänningsomriktaren. Den ska betraktas som en separat modul som ansluts direkt till batteriet.

Om du har nödvändig erfarenhet eller kunskap, dela gärna med dig till våra läsare. Lämna dina kommentarer i blocket nedan. Här kan du också ställa en fråga om artikelns ämne.