În prezent, sistemele care nu necesită conexiune la sursa de alimentare câștigă din ce în ce mai multă popularitate. Sistemul include: un generator de energie, un controler (PWM, MPRT, de exemplu, de la Arduino), un releu, un invertor (întoarce curentul) și fire. Mai jos sunt diferite opțiuni pentru obținerea energiei folosind surse naturale și convertirea energiei acestora.
Controler de încărcare solară cu afișaj digital Morningstar
Sisteme autonome de alimentare cu energie
Turbine eoliene
Sunt căutați în zonele cu vânt puternic, altfel profitabilitatea lor scade considerabil. Aceste sisteme sunt ușor de operat și întreținut.
Principiul de funcționare al turbinelor eoliene este de a converti energia cinetică a vântului în energie mecanică a palelor conectate la rotor, iar apoi în energie electrică.
- Sistemul este complet autonom, nu este nevoie de combustibil.
- Design simplu care nu necesită întreținere costisitoare. Reparația se reduce la inspecție preventivă.
- Închiderea sistemului nu este necesară pentru o funcționare neîntreruptă. În absența vântului, energia este furnizată consumatorilor din baterii.
- Funcționarea silențioasă a sistemului se realizează datorită materialelor progresive și proiectării turbinelor eoliene.
Pentru a obține performanțe optime, trebuie îndeplinite următoarele condiții:
- Vânt constant. Înainte de instalare, este necesar să se prevadă absența pădurilor și a parcurilor din apropiere, indicatori ai vitezei și rezistenței curenților vântului.
Panouri solare (baterii)
În comparație cu turbinele eoliene, panourile solare au un proces de fabricație mai complicat și, prin urmare, costul lor va fi mai mare. Dar astfel de sisteme sunt mai avansate din punct de vedere tehnologic pentru o serie de avantaje:
- La fel ca turbinele eoliene, panourile solare nu au nevoie de combustibil, funcționează liniștit și fără întrerupere.
- Mai durabil. Timpul de funcționare depășește turbinele eoliene cu 10 ani.
- Mai multă energie cinetică disponibilă. Lumina soarelui este mai constantă decât rafalele de vânt.
- Zona de instalare. Energia solară este mult mai accesibilă decât vântul.
- Reglarea puterii. Turbinele eoliene au o putere fixă, iar panourile solare au capacitatea de a o seta pe cea dorită în funcție de nevoi.
Singurul dezavantaj al panourilor solare este lungimea zilei în funcție de fusul orar. De exemplu, în regiunea Murmansk în decembrie-ianuarie, panourile solare vor fi inutilizabile din cauza apariției nopții polare și a lipsei de lumină solară.
Panouri solare instalate pe acoperișul unei clădiri rezidențiale
sisteme hibride
Combinând turbinele eoliene și panourile solare, vom obține un sistem care compensează deficiențele în producția de energie. Sursa principală este turbina eoliană, necesită mai puține costuri de instalare și este mai ușor de întreținut. Panourile solare fotovoltaice sunt folosite ca sursa suplimentara de energie. În caz de calm, aceștia vor prelua funcția de generare a energiei electrice.
Controlorii
Una dintre cele mai importante componente sunt regulatoarele de încărcare. Acestea servesc la controlul și reglarea încărcării panourilor bateriei.
Este un fapt binecunoscut că descărcarea completă, precum și supraîncărcarea, afectează funcționarea ulterioară a bateriilor. Panourile bateriei cu plumb-acid sunt deosebit de sensibile. Pentru a proteja bateriile de aceste sarcini, regulatorul servește. Când bateria (bateria) este încărcată la maximum cu ajutorul controlerelor, nivelul curentului va fi redus, când încărcarea scade la valori critice, alimentarea cu energie va fi oprită.
Tipuri de controler
Există mai multe tipuri de regulatoare: On/Off, PWM și MPPT.
Înainte de a alege un dispozitiv, trebuie să răspundeți la două întrebări principale:
- Care este tensiunea de intrare?
Regulator de încărcare automat cu regulator MPPT pentru panouri solare
Ca și în cazul majorității dispozitivelor, este necesară o marjă de siguranță. Tensiunea maximă a controlerului trebuie să depășească tensiunea totală cu 20 la sută. Pentru a determina marja curentului nominal, trebuie să adăugați 10-20% la curentul de scurtcircuit al panourilor solare, iar această valoare depinde și de tipul de regulator. Aceste date pot fi găsite în fișele de date ale controlorilor. De exemplu, pentru controlerul solar SOL4UCN2 (PWM), tensiunea de ieșire ia valorile de 3 volți, 6 volți, 12 volți. De asemenea, este posibil să ridicați controlere cu o tensiune de ieșire de 36 sau 48 volți. În plus, este necesar să se asigure un invertor pentru conversia curentului.
Controlere pornite/oprite
În linia controlerelor, acestea sunt cele mai simple și, în consecință, ieftine. Când încărcarea bateriei atinge limita, controlerul întrerupe legătura dintre panoul solar și baterie printr-un releu. De fapt, bateria nu este încărcată complet, ceea ce afectează performanța ulterioară a bateriei. Prin urmare, în ciuda costului scăzut, este mai bine să nu utilizați acest tip de regulator.
Controler pornit/oprit solar
PWM (PWM) - controlere
Acest tip de controler folosește tehnologia de modulare a lățimii impulsului. Avantajul este incetarea incarcarii bateriei fara a deconecta modulele solare, ceea ce permite bateriei sa continue incarcarea la nivelul maxim. Domeniul de aplicare recomandat este sistemele cu putere redusă (până la 48 volți).
MPPT - controlere
Controlerul de urmărire a punctului de putere maximă a apărut în anii 80. Acest tip de controler este considerat pe drept cel mai eficient. Monitorizează vârful maxim de energie și scade tensiunea, dar crește curentul fără a schimba puterea. Datorită eficienței ridicate a controlerelor MPPT, perioada de amortizare a stațiilor solare este redusă. Tensiunile de ieșire variază de la 12 la 48 volți.
Controlere de casă
Desigur, puteți face un controler cu propriile mâini. Servește ca prototip. În circuitul său, un semnal primit de la turbine eoliene sau panouri solare este comutat cu ajutorul unui releu. Releul este controlat de un circuit de prag și un comutator cu tranzistor cu efect de câmp. Rezistoarele de reglare reglează pragurile de comutare a modului.
Schemă pentru crearea unui controler cu propriile mâini
În acest circuit, 8 rezistențe sunt folosite ca sarcină pentru recuperarea energiei. Această schemă este inițială, poate fi simplificată independent sau puteți recurge la ajutorul unor surse de încredere. În ciuda simplității evidente a designului, nu este recomandat să utilizați controlere pentru a evita consecințele negative, cum ar fi deteriorarea bateriei, de exemplu (la tensiuni de 36-48 volți).
Un controler hibrid este considerat a fi un controler care utilizează energie eoliană și solară. Avantajul său este posibilitatea utilizării a două surse de curent (generator eolian sau baterie solară) împreună sau alternativ. Indispensabil pentru producția autonomă.
Caracteristici suplimentare ale bateriei
Progresul nu stă pe loc și datorită lui puteți alege un controler cu caracteristicile necesare pentru fiecare consumator în mod individual. Modelul de controler poate include un afișaj cu informații despre baterie, releu, panouri solare, cantitatea de încărcare, tensiune (volți), curent. De asemenea, poate exista un sistem de alertă când descărcarea se apropie și un cronometru pentru activarea modului de noapte. Există controlere cu capacitatea de a se conecta la un computer.
Controler cu capacitatea de a se conecta la un computer I-Panda SMART 2
Platforma de controler
Una dintre cele mai bune opțiuni este platforma Arduino (Arduino). Există destul de multe plusuri. Principalul avantaj este accesibilitatea, deoarece shell-ul software-ului este gratuit. Plăcile de circuite imprimate sunt disponibile gratuit. Datorită arhitecturii deschise a sistemului, nu vor fi probleme cu adăugarea liniei. Aceste controlere suportă motoare cu tensiune de până la 12 volți, puteți conecta un releu. Arduino produce și alte instrumente hardware și software. De exemplu, microcontrolere care necesită 5 volți sau 3,3 volți pentru alimentare. În plus, caracteristicile speciale ale porturilor (PWM, ADC) sunt disponibile programatorilor.
Multe îmbunătățiri pot fi făcute manual. Dar în 2008, compania s-a împărțit în două părți, care au lăsat același nume, dar site-uri diferite (arduino.cc și arduino.org). Atunci când alegeți produse, trebuie să acordați atenție acestui lucru, deoarece, în ciuda trecutului comun, acum produsele Arduino sunt diferite.
Un dispozitiv care ajută semnalul să facă o viraj de 1800, transformând curentul continuu în curent alternativ. În acest caz, frecvența și/sau tensiunea se modifică. Există un număr destul de mare de circuite invertoare, cele mai comune sunt trei tipuri.
Circuit invertor punte fără transformator
Primul tip este invertoarele în punte fără transformator, utilizate pentru instalații cu tensiuni înalte (de la 220 la 360 volți). Al doilea tip include invertoare cu o ieșire zero a transformatorului, acestea fiind utilizate în sisteme cu tensiune joasă (12-24 volți). Iar al treilea tip sunt invertoarele punte cu transformator. Sunt utilizate pentru game largi de tensiuni de putere (48 volți).
Țările producătoare
Există multe regulatoare de încărcare pe piață cu diverse modificări, care diferă atât ca preț, cât și ca calitate. Dintre controlerele de fabricație rusă, cele mai bune opțiuni sunt producătorii: Emikon, Avtomatika-s, Berbec. Aceste companii sunt pe piața controlerelor de mulți ani și s-au dovedit. Printre controlerele de fabricație străină, sunt considerați lideri Allen-Bradley, MicroLogix (o subsidiară a lui Allen Bradley) și SLC 500. Principalul criteriu de alegere a acestor producători este un domeniu mare de aplicare, adică controlerele acestor companii pot fi utilizate în zone diferite și pentru scopuri diferite.
Controlere MicroLogix fabricate în străinătate
Calculul sistemului
Apoi evaluați performanța aproximativă. Pentru a face acest lucru, trebuie să calculați activitatea solară minimă și maximă pentru ciclul anual. Aceste valori vor depinde și de locația geografică.
Bateriile reîncărcabile sunt selectate în funcție de capacitatea de lucru și curentul lor, în funcție de nevoile consumatorului. Bateriile pot fi conectate în serie sau în paralel. Pentru o mai mare fiabilitate, se recomanda ca bateriile sa fie de aceeasi putere, ideal eliberati intr-un singur lot. Bateriile plumb-acid sunt folosite în principal, dar recent bateriile cu litiu-ion devin competitive din cauza prețurilor mai mici. Diferența lor constă într-o capacitate specifică mai mare, dar bateriile litiu-ion necesită un încărcător special, multe regulatoare pur și simplu nu vor funcționa pentru ele.
Regulator de încărcare solar MPPT Tracer 1215RN
Când se utilizează controlere MPPT, este necesar să se ia în considerare curentul maxim de ieșire al controlerului, nu sursa primară. Controlerele PWM nu au această caracteristică.
Un alt aspect care necesită atenție este alegerea releelor și a firelor. Lungimea lor trebuie menținută la minimum pentru a evita pierderile suplimentare. Desigur, firele trebuie selectate în funcție de necesități, deoarece caracteristicile lor depind de secțiunea transversală a firului și de materialul din care sunt realizate. Firele trebuie să reziste la tensiunea specificată de la 12 la 48 volți. De asemenea, nu neglijați materialul izolator, acesta afectând direct conductivitatea termică a firelor.
Indiferent de tipul de regulator (PWM, MPRT sau DIY), este necesar să se țină cont de parametrii întregului sistem pentru o muncă mai productivă (inclusiv tensiunea de la 12 la 48 volți). Acum, alegerea modelelor de pe piață este nelimitată, dar nu ar trebui să-l luați pe primul care se întâlnește, trebuie să vă familiarizați cu atenție cu caracteristicile, deoarece durabilitatea și fiabilitatea altor componente depind de aceasta.
Principiul de funcționare al regulatorului de încărcare solară
Prin selectarea corectă a componentelor sistemului, unghiurile de rotație ale panourilor solare și locația lor geografică, este posibil să se creeze un sistem economic de generare a energiei fără surse de energie suplimentare. Mai mult, se pot face multe cu propriile mâini, cumpărând doar părțile principale (de exemplu, platforma Arduino), fără a necesita costuri suplimentare.
Generator eolian DIY și controler pentru baterie solară
Generator eolian și controler pentru baterii solare de bricolaj În prezent, sistemele care nu necesită conexiune la sursa de alimentare câștigă din ce în ce mai multă popularitate. LA
Energie ieftină: baterie solară bricolajă
Energia solară câștigă rapid popularitate în societate. Procentul de interes pentru panouri solare crește rapid datorită proprietarilor de case de țară, cabane, vile. Nu stați deoparte și proprietarii de cabane de vară, pentru care este necesară și energia solară ieftină.
Opțiunea solară promite o reducere semnificativă a costului de întreținere a oricărei proprietăți. Facturile pentru plata pentru consumul de energie electrică sunt în mod tradițional incluse în Cartea Recordurilor Guinness. Și aici - curentul electric este practic degeaba.
Definiția bateriei solare
Din punct de vedere structural, o baterie solară este un circuit pentru conversia unui tip de energie în altul. În special, energia luminoasă este transformată în energie electrică. Mai mult, rezultatul conversiei este un curent electric de magnitudine constantă.
Semiconductorii cu proprietăți de sinteză fotochimică acționează ca elemente active ale designului panoului solar. De exemplu, siliciul (Si), a cărui utilizare a marcat primele cercetări în domeniul obținerii de energie electrică de la soare.
Cel mai simplu set de panou solar și baterie de mașină formează deja designul unei adevărate centrale electrice de acasă.
În prezent, siliciul nu mai este considerat un element chimic nealternativ, bazându-se pe care are sens să construiești panouri solare din panouri, inclusiv cu propriile mâini.
Alți reprezentanți ai tabelului periodic par acum să fie mai promițători și mai eficienți (cifrele privind randamentul energetic între paranteze):
- Arseniură de galiu GaAs (cristalin 25.1).
- Fosfit de indiu InP (21,9).
- Fosfat de indiu cu galiu + arseniură de galiu + germaniu GaInP + GaAs + Ge (32).
Luați în considerare panoul solar prin ochii profanului ar trebui să fie ca o placă semiconductoare (siliciu, etc.), fiecare parte a căreia este un electrod pozitiv și negativ.
Sub influența luminii soarelui, ca urmare a fotosintezei chimice, pe electrozii panoului se formează potențiale electrice. S-ar părea că totul este simplu. Rămâne doar să conectați firele la sarcină și să folosiți electricitatea. Dar, în realitate, lucrurile stau oarecum diferit.
Eficiența panoului solar
Atingerea unui grad ridicat de eficiență prin utilizarea panourilor solare este extrem de problematică. Mai ales când bateria solară este realizată manual, și se încearcă obținerea de energie pentru nevoile casnice ale întregii case sau nevoile casnice ale unei cabane de vară.
O astfel de instalație de uz casnic industrial generează 150 de wați de putere la o tensiune de rețea de 12 volți. Adevărat, puterea declarată este garantată cu un cer însorit complet deschis.
Pentru a obține o eficiență maximă de la un generator de energie solară, este necesar să se determine constant și să se potrivească cu precizie rezistența la sarcină.
Aici, fără implicarea unor dispozitive electronice avansate tehnologic - controlere de control, este indispensabil. Și să faci un astfel de controler cu propriile mâini este o sarcină dificilă.
Celulele fotovoltaice, pe baza cărora este construită structura panourilor solare, se caracterizează prin instabilitatea temperaturii. Practica de aplicare indică o scădere semnificativă a performanței fotocelulelor ca urmare a creșterii temperaturii suprafeței acestora.
Așa că există o altă sarcină, nu mai puțin dificilă. Soluția sa necesită utilizarea razelor solare lipsite de căldură. A face ceva similar în condiții artizanale pare a fi o idee fără speranță.
Și mai multe dezavantaje ale energiei alternative:
- necesitatea unor zone semnificative pentru amplasarea panourilor bateriei;
- inactivitatea instalației în întuneric;
- prezența substanțelor toxice (plumb, galiu, arsenic etc.) în compoziția componentelor bateriei;
- costuri de operare semnificative.
Cu toate acestea, producția profesională de generatoare de energie solară crește constant. Există deja cel puțin cinci companii care sunt pregătite să ofere structuri moderne pentru instalare, inclusiv cele destinate imobilelor rezidențiale:
Energia solară în casă cu propriile mâini
Producția de bricolaj a unei baterii pe bază de panouri solare potrivite nevoilor unei gospodării private pare să fie un lucru real doar în cadrul unor proiecte modeste.
De exemplu, realizarea unei baterii solare cu propriile mâini pentru a reîncărca o baterie mică, a cărei energie este folosită pentru a alimenta două sau trei lumini de putere redusă (6 - 12 volți).
Conform unor astfel de proiecte, se realizează instalații care generează o tensiune de cel mult 20 de volți la un curent de cel mult 1 A. Să luăm în considerare una dintre opțiunile posibile pentru crearea unei baterii solare cu caracteristici de performanță similare.
Pentru implementarea proiectului, veți avea nevoie de:
- Plachete din fotocelule de siliciu.
- Fier de lipit electric.
- Tablou de lipit.
- Etanol.
- Rosin de pin pentru lipit.
- Instrument de electrician.
- Componente și module electronice auxiliare.
Piese pregătite pentru asamblarea unui panou solar de casă (dacha). Fiecare dintre elemente este o sursă individuală de energie. Ele trebuie combinate
Plăcile de fotocelule (siliciu) sunt cel mai ușor de cumpărat gata făcute, de exemplu, pe Aliexpress. Există modele destul de potrivite de diferite dimensiuni, care sunt vândute la un preț accesibil.
Instrumentul unui electrician, o persoană familiarizată cu electronica, de regulă, este disponibil în mod implicit. Dintre echipamentele auxiliare, veți avea nevoie de un regulator de încărcare a bateriei, un invertor.
Asamblarea unei baterii solare: instrucțiuni pas cu pas
Asamblarea pas cu pas a unui generator de panouri solare arată cam așa:
- Lipirea plăcilor individuale cu fotocelule într-o singură baterie solară.
- Verificarea funcționării bateriei asamblate cu un dispozitiv de măsurare.
- Pozarea panourilor în interiorul structurii de protecție.
- Conectarea bateriei asamblate prin controlerul de încărcare la baterie.
- Transformarea energiei bateriei în tensiunea necesară.
Lipirea panourilor individuale într-o singură baterie este o muncă minuțioasă care necesită abilități și atenție de lipit. Complexitatea acțiunilor pentru asamblator se datorează designului fragil al plăcilor de siliciu.
Lipirea plăcilor se face cu atenție cu un fier de lipit de putere adecvată, după ascuțirea vârfului la un unghi de 45 de grade, folosind lipire de înaltă calitate.
Punctele de lipit trebuie tratate în prealabil cu alcool etilic. Lipirea este recomandată cu utilizarea minimă de colofoniu și cositor.
După finalizarea lipirii, trebuie să verificați performanța designului. Această procedură se face în mod obișnuit, folosind un dispozitiv de măsurare - un tester (pointer, electronic).
Verificarea performanței unei baterii solare de bricolaj folosind un dispozitiv digital convențional pentru măsurarea tensiunii, curentului, rezistenței
Pe conductorii de ieșire, tensiunea și curentul de ieșire sunt măsurate în condiții de iluminare maximă și minimă a pânzei. Cu lipirea de înaltă calitate a tuturor plăcilor și fără defecte, rezultatul este de obicei pozitiv.
Controler de încărcare a bateriei
O instalație de energie solară va deveni mai fiabilă și mai sigură dacă în circuitul său este inclus un controler de încărcare (descărcare) a bateriei. Acest dispozitiv poate fi cumpărat gata făcut.
Dar dacă ai capacitatea în domeniul electronicii și dorința de excelență, controlerul de încărcare nu este greu de realizat cu propriile mâini. Pentru referință, puteți clarifica: au fost dezvoltate două tipuri de astfel de dispozitive:
- PWM (modularea lățimii pulsului).
- MPPT (Urmărirea punctului de putere maximă).
Dacă este tradus în rusă, primul tip de dispozitiv funcționează pe principiile modulării lățimii pulsului. Al doilea tip de dispozitive a fost creat pentru calculul așa-numitului punct de putere maximă.
În orice caz, ambele circuite sunt asamblate pe baza elementului clasic, singura diferență fiind că dispozitivele secunde se disting prin soluții de circuit mai complexe. Controlerele de încărcare sunt incluse în sistem după cum urmează:
Schema bloc clasică a includerii regulatorului de încărcare: 1 - panou solar; 2 - controler de încărcare/descărcare a bateriei; 3 - baterie; 4 - invertor de tensiune 12/220V; 5 - lampă de sarcină
Sarcina principală a controlerului de încărcare a bateriei unei centrale solare este de a monitoriza nivelul tensiunii la bornele bateriei. Prevenirea trecerii tensiunii dincolo de limite atunci când condițiile de funcționare ale bateriei sunt încălcate.
Datorită prezenței controlerului, durata de viață a bateriei rămâne stabilă. Desigur, pe lângă aceasta, dispozitivul controlează temperatura și alți parametri, asigurând siguranța bateriei și a întregului sistem.
Pentru a asambla un controler MPPT cu propriile mâini, puteți lua o mulțime de soluții de circuit. Nu există probleme în găsirea circuitelor, trebuie doar să faceți o solicitare adecvată într-un motor de căutare.
De exemplu, puteți asambla un controler pe baza unei astfel de diagrame structurale, simplă la prima vedere:
Pe baza acestei diagrame bloc, un dispozitiv de control al încărcării bateriei destul de eficient și fiabil este asamblat conform tipului de tehnologie MPPT.
Cu toate acestea, pentru uz casnic, cel mai simplu controler PWM este destul de suficient, deoarece, de regulă, panourile solare masive nu sunt utilizate în centralele electrice de uz casnic. Pentru controlerele de tip MPPT, o caracteristică caracteristică este tocmai lucrul cu panouri de mare putere.
La puteri mici, ele nu își justifică complexitatea circuitului. Pentru utilizator, achiziția unor astfel de dispozitive se transformă în costuri inutile. Prin urmare, este logic să recomandăm un dispozitiv PWM simplu pentru casă, asamblat de unul singur, de exemplu, conform acestei scheme:
Schema schematică a unui controler PWM simplu pentru o instalație solară acasă. Funcționează cu ieșire de panou de 17 volți și baterie normală de mașină
Baterie solară: circuit invertor
Energia primită de la soare este stocată. Acasă, o baterie standard de mașină (sau mai multe baterii) este de obicei folosită pentru a stoca energie.
Tensiunea și curentul bateriei sunt suficiente pentru a alimenta aparatele de uz casnic cu putere redusă, evaluate pentru 12 (24) volți. Cu toate acestea, această opțiune nu se potrivește întotdeauna.
Prin urmare, pe lângă structura asamblată, este conectat un invertor - un dispozitiv care transformă tensiunea bateriei într-o tensiune alternativă de 127/220 volți, potrivită pentru alimentarea aparatelor de uz casnic sau a echipamentelor de uz casnic.
Găsirea unui circuit invertor potrivit este ușoară. Există multe idei despre acest subiect. În mod tradițional, circuitul invertorului include următoarele componente:
- panou solar semiconductor,
- circuit integrat tip SG3524 (regulator de încărcare),
- baterie,
- IC de control MOSFET,
- MOSFET-uri de putere,
- transformator.
Schema bloc a regulatorului asociat cu invertorul arată cam așa:
Schema bloc a unui regulator de tensiune a bateriei în asociere cu un invertor de tensiune pentru o centrală solară
Structura de protecție a panoului solar
O baterie solară asamblată din napolitane fragile de siliciu trebuie protejată suplimentar de influențele externe. Carcasa de protectie este realizata pe baza unui material transparent care este usor de curatat.
Colțurile cadrului din poliuretan sau aluminiu și sticla organică transparentă sunt potrivite. Nu are sens să explicăm complexitățile asamblarii unei carcase de protecție. Acesta este cel mai simplu ansamblu, asamblat manual folosind un set de unelte de uz casnic.
În opinia mea, panourile solare sunt viitorul, dar în momentul de față nu sunt încă suficient de „gata” pentru utilizare în masă, este ca primele computere care au ocupat mult spațiu și nu au fost la fel de eficiente ca oricare, cel mai ieftin smartphone este acum. Prin urmare, este nevoie de timp pentru a „monta” acest sistem de alimentare pentru producția de masă, astfel încât să nu ocupe atât de mult spațiu și să funcționeze chiar și pe timp de noapte.
Nu este o idee rea să folosești energie alternativă, împreună cu turbine eoliene și generatoare care folosesc fenomene termoelectrice. Este prietenos cu mediul. O astfel de centrală se plătește în 1-2 ani. Când electricitatea este întreruptă, este foarte posibil să găsiți un înlocuitor sub forma unui astfel de dispozitiv.
Pentru energia alternativă, viitorul, orice s-ar spune, va rămâne în curând fără carbohidrați pe planetă și nu vor exista companii petroliere și așa mai departe, așa că este timpul să trecem la energie alternativă, deși este încă scump, dar în finalul il vei salva oricum in timp!
În Europa, utilizarea energiei solare pentru producerea energiei electrice este cunoscută de câteva decenii. Cel mai cunoscut exemplu este Israelul, unde există un program guvernamental. Statul furnizează tuturor panouri solare, a căror energie este folosită nu numai pentru nevoi personale, ci și vândută statului. Costul echipamentelor și lucrărilor de instalare se calculează în rate egale sau se rambursează cu energia furnizată.
În articol îi lipsește un punct important, și anume calculele financiare. Cât va costa această instalare?
La un moment dat, am calculat costul unei „centrale solare” cu toate echipamentele necesare: un invertor (conversia curentului continuu în curent alternativ, care funcționează majoritatea aparatelor de uz casnic), un număr suficient de baterii etc. Toate componentele sunt exclusiv producție internă (altele sunt de multe ori mai scumpe).
Deci, proiectul nu dă roade. De la cuvânt la toate. Durata de viață a bateriei este de aproximativ 10 ani. Pentru achiziționarea și instalarea echipamentelor, va trebui să plătiți aceeași sumă ca pentru 15 (!) ani de utilizare a energiei electrice (chiar dacă țineți cont de creșterea costului kWh cu 15% la fiecare șase luni).
Energie ieftină: baterie solară bricolajă
Baterie solară pentru nevoile unei case private sau unei case de țară. Realizarea unei baterii solare cu propriile mâini - proiecte reale și non-reale
Cum să alegi un regulator solar? Controler solar DIY
Tranziția către surse alternative de energie se desfășoară de câțiva ani, acoperind diferite domenii. În ciuda atractivității conceptului de obținere a energiei gratuite, în practică nu este ușor de implementat. Există dificultăți atât tehnice, cât și financiare. Cu toate acestea, în cazul proiectelor la scară mică, furnizarea de energie alternativă se justifică. De exemplu, un controler solar vă permite să utilizați energie gratuită pentru aparatele electrice chiar și acasă. Această componentă reglează funcționarea bateriei, permițându-vă să cheltuiți în mod optim încărcarea generată.
Ce parametri ai controlerului ar trebui să fie luați în considerare?
În primul rând, ar trebui să plecați de la puterea totală și tensiunea de intrare a sistemului sub care este selectat controlerul. Adică, puterea bateriei sau a unui set de baterii nu trebuie să depășească produsul tensiunii sistemului și valoarea curentului de ieșire al dispozitivului de control. Mai mult, controlerul pentru bateria solară este selectat pe baza tensiunii din bateria descărcată. În plus, în cazul creșterii activității solare, ar trebui furnizată o marjă de tensiune de 20%.
De asemenea, controlerul este calculat în funcție de conformitatea cu tensiunea de intrare. Această valoare este strict reglementată pentru aceleași cazuri de activitate anormală a radiațiilor. Pe piață, un controler pentru o baterie solară este prezentat sub diferite forme, fiecare dintre acestea implicând specificul său pentru evaluarea caracteristicilor descrise.
Caracteristici ale alegerii controlerelor PWM
Alegerea acestui tip de dispozitiv de control se distinge printr-o abordare simplă - viitorul utilizator trebuie să decidă numai indicatorii optimi ai curentului de scurtcircuit din modulul utilizat. Ar trebui să existe și o anumită marjă. De exemplu, dacă un generator solar cu o putere de 100 W funcționează stabil la un curent de scurtcircuit de 6,7 A, atunci regulatorul ar trebui să aibă o valoare nominală a curentului de aproximativ 7,5 A.
Uneori se ia în considerare și curentul de descărcare. Este deosebit de important să o luați în considerare atunci când operați controlere cu o funcție de control al sarcinii. În acest caz, alegerea unui controler pentru o baterie solară se face în așa fel încât curentul de descărcare să nu depășească o valoare nominală similară în dispozitivul de control.
Caracteristici ale alegerii controlerelor MPPT
Acest tip de controlere este selectat în funcție de criteriul puterii. Deci, dacă curentul maxim al dispozitivului este de 50 A și sistemul funcționează optim cu o tensiune de 48 V, atunci puterea de vârf a controlerului va fi de aproximativ 2900 W, ținând cont de adăugarea potențialului de asigurare. Și aici un alt aspect este important. Cert este că tensiunea generatoarelor solare poate scădea în cazurile de descărcare a acestora. În consecință, puterea poate scădea și cu o fracțiune semnificativă de procent. Dar acest lucru nu înseamnă că puteți lua în considerare performanța controlerului în sine - potențialul său de putere ar trebui să acopere exact valorile limită.
În plus, problema cum să alegeți un controler solar MPPT ar trebui să țină cont și de caracteristicile radiației emise. Pe suprafața pământului, intensitatea luminii solare adaugă încă 20% la capacitatea infrastructurii bateriilor. Astfel de fenomene nu pot fi numite o regulă, dar chiar și ca un accident ar trebui să fie luate în considerare în calculul puterii controlerului.
Cum să faci singur un controler?
O versiune tipică a unui controler de casă implică utilizarea unui set modest de elemente. Printre acestea vor fi un tranzistor care poate rezista la curent de până la 49 A, un releu-regulator de la o mașină, un rezistor de 120 kOhm și un element de diodă. Apoi, releul este conectat la baterie, iar apoi firul trece prin rezistor până la poarta tranzistorului. În timpul funcționării releului-regulator, semnalul pozitiv ar trebui să deblocheze obturatorul, iar curentul de la modulul de lumină solară va trece prin picioarele tranzistorului către baterie.
Dacă un controler universal pentru o baterie solară este realizat cu așteptarea excluderii consumului spontan de energie acumulată, atunci integrarea în sistemul de diode va fi obligatorie. Noaptea, va crea o lumină de fundal pentru panoul solar, eliminând consumul suplimentar de energie de către modul.
Este posibil să faci fără un regulator solar?
Înainte de a răspunde la această întrebare, trebuie să vă amintiți care este funcția generală a controlerului ca parte a modulului solar. Cu acesta, proprietarul poate controla în mod autonom procesul de încărcare a acumulatorului folosind energia luminoasă. Dacă nu există controler, atunci procesul de umplere cu energie poate avea loc până în momentul în care electrolitul fierbe. Adică, este imposibil să faci fără un mijloc de control al interacțiunii panoului solar și bateriei. Un alt lucru este că controlerul pentru bateria solară poate fi înlocuit cu un voltmetru. Când sunt detectate valori de vârf de încărcare și tensiune, utilizatorul poate opri independent procesul prin deconectarea acumulatorului. Această abordare, desigur, este incomodă în comparație cu controlul automat, dar în cazul utilizării rare a sistemului, se poate justifica.
Concluzie
Astăzi, multe companii sunt angajate în fabricarea de controlere solare și alte componente pentru astfel de module. Acest segment nu mai este considerat izolat și specific. Pe piață, astfel de componente pot fi achiziționate pentru 10-15 mii de ruble și de bună calitate. Desigur, un controler de casă pentru o baterie solară care utilizează rezistențe bugetare și părți din inginerie electrică auto va costa de multe ori mai puțin, dar cu greu poate garanta un nivel adecvat de fiabilitate. Iar momentul de stabilitate si siguranta este deosebit de important in functionarea panourilor solare, ca sa nu mai vorbim de baterie. Dacă modulul solar este echipat cu succes cu un controler de înaltă calitate, proprietarul va putea conta pe acumularea automată a energiei electrice fără a fi nevoie să intervină în procesul de generare.
Cum să alegi un regulator solar? Controler solar DIY
Articolul este dedicat controlerelor pentru panouri solare. Sunt luate în considerare nuanțele alegerii acestui dispozitiv, precum și recomandările pentru producția sa independentă.
Controler de încărcare solar DIY
Pentru acumularea energiei primite de la turbinele eoliene și panourile solare se folosesc baterii (cel mai adesea 12V). Când bateria este încărcată, regulatorul de încărcare comută sursa de alimentare de la baterie la balastul de încărcare. Tot materialul de mai jos este o traducere gratuită a paginii în limba engleză a lui Mike Davis despre noul și îmbunătățit controler de încărcare proiectat în jurul temporizatorului din seria 555. Acest proiect a câștigat locul I în competiția Utility (categoria 555 Concurs de Design)!
Controler de încărcare solar DIY
Mike Davis vorbește.
Circuit nou controler de încărcare a bateriei
Controlerul de încărcare a bateriei este o parte integrantă a oricărui sistem eolian sau solar. Monitorizează tensiunea bateriei, oprește bateriile atunci când sunt complet încărcate (încărcarea se duce la sarcina inactivă - balast) și le reconecta când ating un nivel prestabilit de descărcare. Aceasta este o implementare nouă, îmbunătățită a controlerului de încărcare bazat pe microcircuitul digital din seria 555.
Implementarea inițială a controlerului de încărcare a fost folosită în domeniu de mulți ani, iar mulți oameni din întreaga lume l-au replicat (această versiune a controlerului poate fi găsită pe pagina turbinelor eoliene de casă).
Problema este că este dificil pentru persoanele fără experiență în electronică să o facă și să o facă să funcționeze (circuitul este destul de complicat și confuz pentru începătorii în electronică, în plus, au existat probleme în găsirea pieselor necesare). Prin urmare, mi-am propus să simplific foarte mult circuitul controlerului de încărcare, făcându-l, dacă este posibil, pe un singur cip și reducând numărul altor componente. Unul dintre prietenii mei mi-a sugerat să înlocuiesc toate circuitele analogice cu un microcontroler. Cu toate acestea, ar fi prea greu pentru cei care vor să facă un astfel de controler de încărcare.
Iată circuitul meu original al controlerului de încărcare (circuit 100%). Inima circuitului controlerului de încărcare constă dintr-un divizor de tensiune, două comparatoare și un flip flop SR. La început am vrut să-l fac inginerie inversă cu un LM339 Quad comparator IC. Am încercat o vreme să implementez această idee și chiar am făcut niște versiuni de încercare, dar au apărut unele probleme, în urma cărora am amânat proiectul pentru un timp și am lucrat la alte lucruri.
Schema bloc a temporizatorului NE555. În acest timp, lucram la un controler de motor al pompei PWM în care regulatorul de viteză folosește un cip de cronometru seria 555. Privind un desen al structurii interne a unui cip din seria 555, am fost surprins de cât de mult semăna cu circuitul meu original de control de încărcare. Dintr-o dată, mi-am dat seama că, folosind un cip din seria 555, aș putea reproiecta circuitul controlerului de încărcare, să-l simplific foarte mult și să reduc numărul de piese.
Circuitul meu original al controlerului de încărcare cu secțiuni evidențiate.
Schema bloc a cipului temporizatorului NE555.
Comparați aceste diagrame și puteți vedea, de asemenea, asemănările dintre circuitul meu original al controlerului de încărcare și schema bloc al temporizatorului NE555. Cutiile colorate reprezintă secțiuni similare. Cronometrul din seria 555 poate înlocui 7 componente din circuitul original și îl face mult mai ușor. Aceasta este o utilizare foarte neconvențională a cipului 555, deoarece nu o voi folosi deloc ca temporizator.
Pentru a continua, faceți clic pe butonul cu numărul 2
Producerea și testarea unui controler de încărcare a bateriei actualizat
M-am apucat de treabă și în foarte scurt timp am făcut un layout de lucru. A funcționat la prima încercare, ceea ce este rar pentru mine (aproape întotdeauna fac greșeli la implementare).
Iată o diagramă a noului controler de încărcare (diagrama de dimensiune completă).
Am folosit doar componente comune. NE555 este probabil cel mai popular cip din istoria electronicelor radio. Miliarde dintre ele au fost produse în fiecare an. Tranzistorul poate fi 2N2222, NTE123, 2N3904 sau alt scop general similar (tranzistor NPN mic). MOSFET este IRF540 sau similar. Mi-au rămas multe IRF540 de la alte proiecte, așa că am folosit unul dintre ele în loc să cumpăr altul. Folosește ceea ce poți găsi.
Toate rezistențele sunt de 1/8W. Rezistoarele de 1/4W sau mai mari le pot înlocui dacă nu aveți rezistențe de 1/8W. Cele două rezistențe reglabile, R1 și R2 (rezistențe variabile de precizie 10K), le-am folosit pentru că le aveam deja la îndemână. Orice evaluare între 10K și 100K ar trebui să funcționeze bine, toleranța de 10% este suficientă pentru toate componentele pasive. Circuitul nu necesită piese de precizie.
Actualizați. Am modificat circuitul de mai sus adăugând rezistențe suplimentare R8 și R9. Aceste rezistențe de 330 ohmi nu sunt necesare pentru ca circuitul să funcționeze, dar vor ajuta la protejarea acestuia de scurtcircuite accidentale (de exemplu, atunci când butoanele sunt apăsate). Aspectul inițial a fost în mod intenționat minimalist.
Releu. Am folosit relee auto cu o putere de 40 de amperi. Sunt foarte ușor de găsit. Am inclus un releu pentru ușurință de conectare. 40 de amperi poate părea exagerat, dar vă va permite să vă extindeți în viitor. Puteți începe cu un mic panou solar și apoi adăugați mai multe, mai târziu o moară de vânt și un banc de baterii mai mare. Toate celelalte părți sunt enumerate mai jos.
Lista de piese pentru controlerul de încărcare
IC1 - 7805 - Regulator de tensiune 5 Volți
R3, R4, R5 - 1K ohm 1/8W 10%
IC2 - NE555 - temporizator
R6 - 330 ohm 1/8W 10%
PB1, PB2 - butoane fara fixare
R7 - 100 ohm 1/8W 10%
LED1 - LED verde
Q1 - 2N2222 sau tranzistor NPN similar
LED2 - LED galben
Q2 - IRF540 sau MOSFET de putere similar
RLY1 - Relee auto SPDT de 40 A
C1 - 0,33uF 35V 10%
D1 - 1N4001 sau echivalent
C2 - 0,1 uF 35V 10%
R1, R2 - 10K - potențiometre multi-tour
R8 -R9 - rezistențe suplimentare de 330 Ohm 1/2 W (vezi text)
Aspect de lucru. Macheta pentru testare în teren a funcționat prima dată.
Rețineți că am ales să folosesc versiunea 78L05 a regulatorului de 5 volți într-un pachet mic TO-92 de aceeași dimensiune ca și tranzistorul 2N2222. Este un mic dreptunghi negru în colțul din stânga sus al tablei. Această soluție economisește mult spațiu pe placă, vă permite să gestionați doar 100 mA, dar acest lucru este suficient pentru a alimenta acest circuit. Dacă nu găsiți 78L05, puteți utiliza versiunea 7805 în pachetul TO-220, care este mult mai comun (acest lucru va crește puțin taxa).
Dacă aveți un circuit făcut, este timpul să îl configurați. Folosesc 11,9V și 14,9V ca limite inferioare și superioare de tensiune pentru controler. Acestea sunt punctele în care se trece de la încărcarea bateriilor la descărcare la încărcare falsă și invers (încărcarea falsă este necesară dacă utilizați o moară de vânt, când lucrați numai cu panouri solare, linia de încărcare falsă poate rămâne deschisă).
Probabil cea mai bună modalitate de a configura circuitul este conectarea unei surse de alimentare CC la bornele bateriei. Setați sursa de alimentare la 11,9 V. Măsurați tensiunea la punctul de testare 1. Reglați tensiunea R1 la punctul de testare, faceți-o cât mai aproape de 1,667 V posibil. Acum setați la 14,9V și măsurați tensiunea la punctul de testare 2, reglați R2 până când tensiunea la punctul de testare este cât mai aproape de 3,333V posibil.
Verificați funcționarea regulatorului de încărcare aplicând o tensiune puțin mai mare și mai mică (între 11,7 și 15,1 volți) la intrare. Ar trebui să auziți că releul se închide la aproximativ 14,9 volți și se deschide la aproximativ 11,9 volți. Butoanele PB1, PB2 pot fi folosite pentru a schimba starea controlerului atunci când tensiunea de intrare este între două puncte de referință.
Controler de încărcare gata. După ce a fost configurat controlerul, l-am instalat într-o carcasă semi-meteologică. Releul este pe partea stângă. Pentru cablare am folosit un fir de curent mare (conceput pentru a comuta până la 40 de amperi). Am inclus și o siguranță pentru linia de intrare de la turbina solară/eoliană.
Iată o altă fotografie a controlerului de încărcare cu capac. Ceea ce îmi place la el este că pot vedea LED-urile prin capacul translucid și dintr-o privire este clar în ce stare se află controlerul de încărcare (la îndemână la testare).
Această fotografie arată toate conexiunile din exteriorul controlerului: există o conexiune pentru baterie plus, o intrare pozitivă de la panoul solar sau generatorul eolian, plus o sarcină falsă suplimentară (balast) și trei conexiuni la masă.
La conectarea unui controler de încărcare, bateria trebuie conectată mai întâi (în acest fel electronicele pot emite energia pe care o primesc). Dacă panourile solare sau generatorul eolian sunt conectate mai întâi, controlerul va fi într-o stare instabilă.
Trebuie să spun despre manechinul de încărcare (balast): atunci când controlerul de încărcare simte că bateriile (bateria) sunt complet încărcate, trece la manechinul de sarcină (doar un banc extern mare de rezistențe de mare putere) pentru a selecta ieșirea turbinei eoliene. și ține-l sub sarcină. Dacă utilizați o turbină eoliană comercială cu protecție încorporată sau dacă utilizați numai panouri solare, atunci nu este necesară nicio sarcină falsă și puteți lăsa această linie neconectată. Puteți citi mai multe despre sarcina falsă (balast) pe pagina mea de turbine eoliene.
Iată o altă vedere laterală: butoanele de încărcare și balast. Controlerul de încărcare comută automat între încărcare și balast atunci când tensiunea bateriei atinge limitele joase și înalte. Aceste butoane îmi permit să comut manual regulatorul de încărcare între două stări.
Iată o fotografie a testului noului controler de încărcare. Unul dintre panourile mele solare de 60 de wați de casă a fost instalat în afara atelierului meu și folosit pentru a încărca în baterii cu ciclu profund cu un nou controler de încărcare. Totul a funcționat grozav. Controlerul de încărcare, când bateria era complet încărcată, a trecut la balast.
Iată o fotografie de prim-plan a testului. Voltmetrul indică 12,64 volți pe baterie, care este în esență o baterie complet încărcată. A durat doar puțin timp pentru a finaliza încărcarea rețelei solare, iar controlerul de încărcare a trecut la balast. Singura problemă pe care am avut-o în timpul testării a fost că era dificil să văd în lumina puternică a soarelui care dintre LED-uri era aprins.
Diagrama unui sistem tipic de turbine solare și eoliene (diagrama de dimensiune completă). Mai multe panouri solare și/sau turbine eoliene pot fi conectate în același timp. Sursele de curent pot fi conectate în paralel. Fiecare panou solar sau generator eolian trebuie să aibă propria sa diodă de blocare. Iată o diagramă a unui sistem tipic cu o turbină eoliană și două panouri solare care alimentează un regulator de încărcare. De obicei, un convertor de curent alternativ este inclus în sistem pentru a furniza curent alternativ sarcinii.
Oamenii îmi scriu și mă întreabă de ce au nevoie de un controler de încărcare și o baterie. De ce să nu conectați panourile solare sau o moară de vânt direct la invertor și să folosiți curentul pe care îl produc? Ei bine, treaba este că soarele nu strălucește întotdeauna și vântul nu suflă întotdeauna, iar oamenii au nevoie de energie în orice moment. Bateriile îl mențin disponibil pentru utilizare atunci când este necesar.
Actualizați. Prietenul meu Jason Markham a creat layout-ul PCB pentru acest proiect.
Actualizați. Oamenii mă întreabă dacă acest regulator de încărcare poate fi utilizat cu sisteme de 24 de volți și ce modificări ar fi necesare pentru a face acest lucru. Circuitul ar trebui să funcționeze normal pe sisteme de 24 de volți. Releul va trebui înlocuit pentru tensiunea bobinei de 24 V, iar controlerul va trebui recalibrat pentru noile limite superioare și inferioare pentru tensiunea mai mare a bateriei. Regulatorul de tensiune 7805 este proiectat să opereze până la 35 de volți de tensiune de intrare, astfel încât nu sunt necesare alte modificări ale circuitului.
Actualizați. În efortul de a crea un sistem de energie solară compact, îngrijit și portabil, am instalat controlerul de încărcare deasupra bateriei. Am instalat și un invertor de curent pe cutie - o cutie de baterii de putere industrială.
Iată o altă fotografie a instalației. Bricheta este inclusă aici pentru a alimenta sarcina de 12 V. Este un sistem complet de energie solară într-un pachet mic (dar greu), doar conectați panoul solar.
Controlerul de încărcare este instalat pe un nou pachet de baterii. Mi-am luat vechea baterie aproape gratuit, dar era foarte grea și voluminoasă. În cele din urmă, am cumpărat o baterie mare de aproximativ aceeași dimensiune și greutate ca o baterie de mașină (este un design cu ciclu adânc), este perfectă pentru sisteme solare/eoliene. Are aproximativ aceeași putere ca vechiul meu banc de baterii, dar mult mai mic și mai ușor. A costat aproximativ 200 de dolari, dar spatele meu vă va mulțumi mereu pentru asta, pentru că nu va mai fi nevoie să ridic vechiul banc de 14 baterii.
Actualizați. Acest design de controler de încărcare bazat pe cipul din seria 555 a câștigat primul loc în competiția Utility, categoria 555 Design Contest. Yahoo!
Controler de încărcare solar DIY
Controler de încărcare a bateriei solare pentru a stoca energia primită de la turbinele eoliene și panourile solare, se folosesc baterii (cel mai adesea 12V). Când
Circuitul controlerului de încărcare a bateriei solare se bazează pe un cip, care este un element cheie al întregului dispozitiv în ansamblu. Cipul este partea principală a controlerului, iar controlerul în sine este elementul cheie al sistemului solar. Acest dispozitiv monitorizează funcționarea întregului dispozitiv în ansamblu și gestionează, de asemenea, încărcarea bateriei de la panourile solare.
La încărcarea maximă a bateriei, controlerul va regla alimentarea cu curent a acesteia, reducându-l la cantitatea necesară pentru a compensa autodescărcarea dispozitivului. Dacă bateria este complet descărcată, atunci controlerul va opri orice sarcină de intrare pe dispozitiv.
Necesitatea acestui dispozitiv poate fi redusă la următoarele puncte:
- Încărcarea bateriei este în mai multe etape;
- Reglarea bateriei pornit/oprit la încărcarea/descărcarea dispozitivului;
- Conectarea bateriei la încărcare maximă;
- Conectarea încărcării de la fotocelule în modul automat.
Controlerul de încărcare a bateriei pentru dispozitivele solare este important deoarece îndeplinirea tuturor funcțiilor sale în stare bună crește foarte mult durata de viață a bateriei încorporate.
Schema de funcționare a controlerului
În absența luminii solare pe fotocelulele structurii, acesta este în modul de repaus. După ce razele apar pe elemente, controlerul este încă în modul de repaus. Se pornește numai dacă energia acumulată de la soare atinge o tensiune de 10 V în echivalent electric.
De îndată ce tensiunea atinge acest indicator, dispozitivul se va porni și, prin dioda Schottky, va începe să furnizeze curent bateriei.
Procesul de încărcare a bateriei în acest mod va continua până când tensiunea primită de controler ajunge la 14 V.
- atenția cititorilor este invitată la regulatorul de încărcare pentru sisteme fotovoltaice cu un curent de încărcare de până la 8A și o tensiune a bateriei de 12 V. Controlerul optimizează procesul de încărcare, prevenind supraîncărcarea bateriilor într-o gamă largă de iluminare și temperatură a panoului .
Regulator de încărcare solară conține componente disponibile cu un cost total mai mic de 3 USD (mai puțin de 200 de ruble). Mai multe dispozitive funcționează timp de 6 luni cu panouri având o putere maximă de 40 până la 100 wați.
Introducere
În ciuda atractivității ideii de energie solară, implementarea sa reală în furnizarea de energie a caselor rurale și de țară este profitabilă condiționat numai la latitudinile Teritoriului Krasnodar și la sud. Cu toate acestea, entuziaștii cumpără panouri solare cu o putere maximă de 40 până la 100 de wați și încearcă să folosească sisteme bazate pe acestea ca sursă de alimentare de rezervă pentru iluminatul de urgență și echipamentele informatice. De regulă, acești oameni au mâinile care cresc de la locul potrivit și cunosc electronice practice. Pentru ei a fost pregătit acest articol.
Descrierea diagramei dispozitivului
Există un model conform căruia, pentru o selecție eficientă a puterii, modulul controler trebuie să monitorizeze punctul limită de putere al panoului solar, adică punctul în care atât tensiunea, cât și curentul de ieșire de către panou sunt maxime. Controlerele industriale universale care urmăresc poziția punctului de operare și sunt proiectate pentru o gamă largă de capacități de panouri solare asamblate în baterii sunt destul de costisitoare și redundante în cazul funcționării unui singur panou.
Punctul de putere maximă și domeniul de temperatură de funcționare sunt indicate în datele pașapoartelor panourilor de calitate.
La proiectarea controlerului propus, au fost implementate ambele sarcini operaționale principale - întreținerea continuă a bateriei în punctul de putere maximă și corectarea temperaturii poziției punctului de operare. Regulator de încărcare solară, sau mai degrabă, schema bloc este prezentată în Figura 1 și conține echivalentul unei baterii solare sub forma unei surse de curent SB cu o rezistență internă R BH .
În absența iluminării externe, R BH tinde spre infinit, iar curentul spre zero. Odată cu o creștere a iluminării, R BH tinde spre zero, iar curentul la valoarea maximă, admisibilă din punct de vedere tehnic. Să luăm în considerare modul în care funcționează circuitul. În starea inițială (în absența luminii), condensatorul C1 este descărcat, există un „1” la ieșirea comparatorului U1, comutatorul S1 este deschis. U op este egală cu valoarea pașaportului punctului de putere maximă al panoului solar.
Cu o creștere a iluminării, capacitatea C1 va primi o încărcare prin rezistența internă a panoului solar. Când tensiunea pe C1 depășește tensiunea de referință, apare un „O” în circuitul de ieșire al comparatorului, închizând comutatorul S1. Capacitatea C1 descarcă sarcina prin S1 la sarcina RH, iar apoi procesul se repetă. Cu cât iluminarea este mai mare, cu atât procesul descris mai sus se repetă mai des.
De fapt, avem un generator de relaxare - un convertor de iluminare în frecvență.
Într-o schemă practică, rata curentă de repetare a pulsului este de câțiva herți în zori și amurg, până la zeci de kiloherți la iluminare maximă, ceea ce oferă o gamă dinamică largă de performanță a controlerului.
Schemă schematică: controler de încărcare a bateriei solare, prezentat în Figura 2.
Deoarece am analizat anterior algoritmul controlerului în detaliu, ne vom opri doar pe câteva puncte.
- Circuitul este garantat să funcționeze cu panouri solare de 12 volți cu o putere de la 40 W la 100 W, având o tensiune în circuit deschis de cel mult 22 V, o tensiune nominală corespunzătoare punctului de putere maximă de 17-18 V și un curent nominal de 2 ... 8A.
- Comparatorul U1-2 este declanșat atunci când tensiunea bateriei este peste 14,4 volți, limitând forțat durata impulsurilor curentului de încărcare, ceea ce împiedică supraîncărcarea bateriei.
- Comparatorul și sursa de tensiune de referință sunt alimentate de la ieșirea dispozitivului, ceea ce garantează oprirea automată a regulatorului de încărcare a bateriei solare atunci când bateria este deconectată.
Configurarea schemei
Deschideți temporar circuitul de ieșire al comparatorului U1-2 înainte de a începe reglarea. În loc de un termistor, conectați o rezistență de 8,2 kΩ, aproximativ egală cu rezistența unui termistor de 10 kΩ la 25 de grade Celsius. Dacă nu intenționați să utilizați compensarea termică a punctului de putere maximă sau distanța de la panou la controler este mai mare de 2 metri, rezistențele R15, R17 și termistorul R16 pot fi îndepărtate fără a afecta performanța circuitului. În acest caz, rezistența R4 este conectată la magistrala pozitivă.
Operațiile de reglare se efectuează în următoarea secvență:
- Conectați la ieșirea controlerului o baterie reîncărcabilă de putere redusă, de exemplu 7 Ah, încărcată cu aproximativ 50-60% de la o sursă de alimentare neîntreruptibilă. De regulă, astfel de baterii se află în arsenalul maestrului.
- Verificați tensiunea de referință de 8V.
- Conectați o sursă reglată de 10-24 V cu un curent de până la 2 A la intrarea controlerului printr-o rezistență de 5 Ohm, simulând conectarea unei baterii solare.
- Creșteți încet tensiunea, monitorizați ieșirea comparatorului U1-1. Dacă la o tensiune egală cu tensiunea nominală a panoului, de exemplu 17,2 V, cu care va fi folosit regulator de încărcare solară, ieșirea lui U1-1 va fi în continuare la un potențial ridicat, ajustați R5 până când apare auto-oscilația.
- În plus, controlând tensiunea de pe condensatorul C1 și mărind tensiunea de intrare, ne asigurăm că tensiunea de pe condensatorul C1 rămâne neschimbată și egală cu tensiunea nominală a panoului solar. Folosind un osciloscop, verificați dacă forma de undă de la drenul G3 este apropiată de cea prezentată în Figura 3.
- Tensiunea bateriei va începe să crească. Când ajunge la 14,5 V, opriți reglarea, deconectați bateria și sursa de alimentare. Reconectați ieșirea comparatorului U1-2 la elementele circuitului.
- Conectați bateria și sursa de alimentare. Dacă forma impulsurilor s-a schimbat și curentul de încărcare a scăzut brusc, reglați R10 până când se produce modificarea limitei curentului de încărcare la o tensiune de 14,4 V pe acumulatorul care se încarcă. În acest moment, setarea poate fi considerată completă.
Caracteristici de design
La o valoare de vârf a curentului mai mare de 3 A, este necesar un radiator pentru tranzistorul Q3. Desigur, un MOSFET nu își va pierde performanța fără o deteriorare vizibilă a parametrilor la temperaturi de peste 100 de grade, dar dacă doriți să aveți un dispozitiv care funcționează cu încredere, este necesar un radiator.
Ca șoke L1, se folosește o șocă cu filtru crestat de la o sursă de alimentare a computerului. Înfășurările inductorului sunt conectate în serie. La curenți mai mari de 5 A, inductorul se poate încălzi până la 60 de grade, dar acest lucru nu afectează fiabilitatea dispozitivului.
Pe problema liniarizării caracteristicii termistorului
În timpul dezvoltării circuitului controlerului, au fost explorate diverse opțiuni pentru controlul poziției punctului de funcționare al controlerului prin măsurarea temperaturii panoului. Un model a folosit un circuit de compensare termică mai complex bazat pe un amplificator operațional de însumare pentru a adăuga tensiunea de referință la tensiunea de ieșire a senzorului de temperatură a termistorului. Această soluție nu este utilizată în controlerul descris, dar autorul consideră că este util să o menționeze în cadrul acestui articol.
Cea mai bună liniarizare a semnalului de ieșire a senzorului se obține atunci când termistorul este pornit conform circuitului prezentat în Figura 4.
Gama dinamică a semnalului de ieșire se îngustează, sensibilitatea termistorului în acest caz nu se deteriorează semnificativ, rămânând constantă pe un interval de temperatură destul de mare.
Este prezentată o diagramă a unui încărcător eficient de 12 V (controler solar) cu protecție de joasă tensiune pentru baterii.
Specificațiile dispozitivului
Consum redus de energie la inactiv
Circuitul a fost proiectat pentru bateriile cu plumb-acid de dimensiuni mici și medii și consumă puțin curent (5 mA) în modul inactiv. Acest lucru crește durata de viață a bateriilor.
Componente ușor accesibile
Dispozitivul folosește componente convenționale (nu SMD), care pot fi găsite cu ușurință în magazine. Nimic nu trebuie să fie flash, tot ce aveți nevoie este un voltmetru și o sursă de alimentare reglabilă pentru a configura circuitul.
Cea mai recentă versiune a dispozitivului
Aceasta este a treia versiune a dispozitivului, astfel încât majoritatea erorilor și deficiențelor care au fost prezente în versiunile anterioare ale încărcătorului au fost remediate în acesta.
Reglarea tensiunii
Aparatul folosește un regulator de tensiune paralel, astfel încât tensiunea bateriei să nu depășească norma, de obicei 13,8 volți.
Controlerul deconectează bateria dacă tensiunea scade sub un anumit punct (configurabil), de obicei 10,5 volți
Majoritatea încărcătoarelor solare folosesc o diodă Schottky pentru a proteja împotriva scurgerii bateriei către panoul solar. Un regulator de tensiune în șunt este utilizat când bateria este complet încărcată.
Una dintre problemele acestei abordări sunt pierderile pe diodă și, ca urmare, încălzirea acesteia. De exemplu, un panou solar de 100 W, 12 V furnizează 8 A bateriei, căderea de tensiune pe dioda Schottky va fi de 0,4 V, adică puterea disipată va fi de aproximativ 3,2 wați. Aceasta este, în primul rând, pierderi și, în al doilea rând, dioda va avea nevoie de un radiator pentru a elimina căldura. Problema este că nu va funcționa pentru a reduce căderea de tensiune, mai multe diode conectate în paralel vor reduce curentul, dar căderea de tensiune va rămâne aceeași. În circuitul de mai jos, se folosesc mosfet-uri în locul diodelor convenționale, astfel încât puterea este pierdută doar din cauza rezistenței active (pierderi rezistive).
Pentru comparație, într-un panou de 100 W când se utilizează mosfet-uri IRFZ48 (KP741A), pierderea de putere este de doar 0,5 W (la Q2). Aceasta înseamnă mai puțină căldură și mai multă energie pentru baterii. Un alt punct important este că mosfet-urile au un coeficient de temperatură pozitiv și pot fi conectate în paralel pentru a reduce rezistența în starea de pornire.
Diagrama de mai sus folosește câteva soluții non-standard.
Încărcător
Nu se folosește nicio diodă între panoul solar și sarcină, în schimb există un mosfet Q2. Dioda din mosfet permite curentului să circule de la panou la sarcină. Dacă apare o tensiune semnificativă pe Q2, atunci tranzistorul Q3 pornește, condensatorul C4 este încărcat, ceea ce face ca amplificatorul operațional U2c și U3b să pornească mosfetul Q2. Acum, căderea de tensiune este calculată conform legii lui Ohm, adică. I * R, și este mult mai puțin decât dacă ar exista o diodă acolo. Condensatorul C4 se descarcă periodic prin rezistența R7 și Q2 se închide. Dacă curentul curge din panou, atunci EMF de auto-inducție a inductorului L1 provoacă imediat deschiderea Q3. Acest lucru se întâmplă foarte des (de multe ori pe secundă). În cazul în care curentul merge la panoul solar, Q2 se închide, iar Q3 nu se deschide, pentru că. dioda D2 limitează EMF de auto-inducție a inductorului L1. Dioda D2 poate fi evaluată pentru un curent de 1 A, dar în timpul testării s-a dovedit că un astfel de curent apare rar.
Trimmerul VR1 setează tensiunea maximă. Când tensiunea depășește 13,8 V, amplificatorul operațional U2d pornește mosfetul Q1 și ieșirea de pe placă este scurtcircuitată la masă. În plus, U3b dezactivează Q2 și așa mai departe. panoul este deconectat de la sarcină. Acest lucru este necesar deoarece Q1, pe lângă panoul solar, scurtează sarcina și bateria.
Control mosfet pe canal N
Mosfet-urile Q2 și Q4 necesită mai multă tensiune pentru a conduce decât este folosită în circuit. Pentru a face acest lucru, amplificatorul operațional U2 cu o conductă de diode și condensatori creează o tensiune crescută VH. Această tensiune este folosită pentru alimentarea U3, care va fi mărită la ieșire. O grămadă de U2b și D10 asigură stabilitatea tensiunii de ieșire la 24 de volți. La această tensiune, va exista o tensiune de cel puțin 10V prin poarta-sursa a tranzistorului, astfel încât disiparea căldurii va fi mică.
De obicei, mosfet-urile cu canale N au o rezistență mult mai mică decât canalele P, motiv pentru care au fost folosite în acest circuit.
Protecție la subtensiune
Mosfet Q4, un opamp U3a cu conducte externe de rezistențe și condensatori, sunt concepute pentru a proteja împotriva subtensiunii. Aici Q4 este folosit nestandard. Dioda mosfet asigură un flux de curent constant către baterie. Când tensiunea este peste un minim stabilit, mosfetul este deschis, permițând o mică scădere de tensiune în timp ce bateria se încarcă, dar, mai important, permite trecerea curentului de la baterie la sarcină dacă rețeaua solară nu poate furniza suficientă putere. Siguranța protejează împotriva scurtcircuitelor pe partea de sarcină.
Mai jos sunt desene ale locației elementelor și plăcilor de circuite imprimate.
Configurarea dispozitivului
În timpul utilizării normale a dispozitivului, jumperul J1 nu trebuie introdus! LED-ul D11 este folosit pentru setare. Pentru a configura dispozitivul, conectați o sursă de alimentare reglabilă la bornele de „încărcare”.
Setarea protecției la subtensiune
Introduceți jumperul J1.
În sursa de alimentare, setați tensiunea de ieșire la 10,5 V.
Rotiți rezistența trimmerului VR2 în sens invers acelor de ceasornic până când LED-ul D11 se aprinde.
Rotiți ușor VR2 în sensul acelor de ceasornic până când LED-ul se stinge.
Scoateți jumperul J1.
Setarea tensiunii maxime
În sursa de alimentare, setați tensiunea de ieșire la 13,8 V.
Rotiți rezistența trimmerului VR1 în sensul acelor de ceasornic până când LED-ul D9 se stinge.
Rotiți încet VR1 în sens invers acelor de ceasornic până când LED-ul D9 se aprinde.
Controlerul este configurat. Nu uitați să eliminați jumperul J1!
Dacă puterea întregului sistem este mică, atunci mosfet-urile pot fi înlocuite cu IRFZ34 mai ieftin. Și dacă sistemul este mai puternic, atunci mosfet-urile pot fi înlocuite cu IRFZ48 mai puternic.
Lista elementelor radio
| Desemnare | Tip de | Denumire | Cantitate | Notă | Scor | Blocnotesul meu |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | IC de referință | LM336-2.5 | 1 | La blocnotes | ||
| U2 | Amplificator operațional | LM324 | 1 | La blocnotes | ||
| U3 | Amplificator operațional | LM358 | 1 | La blocnotes | ||
| Q1, Q2, Q4 | tranzistor MOSFET | IRFZ44 | 3 | KP723A | La blocnotes | |
| Q3 | tranzistor bipolar | BC327 | 1 | KT685A | La blocnotes | |
| D1 | Dioda Schottky | 1.5KE16 | 1 | La blocnotes | ||
| D2, D4 | Dioda Schottky | 1N5819 | 2 | KDSh2105V | La blocnotes | |
| D3, D5-D8, D10 | dioda redresoare | 1N4148 | 6 | KD522A | La blocnotes | |
| D9, D11 | Dioda electro luminiscenta | 2 | La blocnotes | |||
| C1, C3 | 1000uF 25V | 2 | La blocnotes | |||
| C2, C4-C7 | Condensator | 100 nF | 5 | La blocnotes | ||
| C9 | condensator electrolitic | 100uF 35V | 1 | La blocnotes | ||
| C8, C10, C12 | condensator electrolitic | 10uF 25V | 3 | La blocnotes | ||
| C11 | Condensator | 1 nF | 1 | La blocnotes | ||
| R1, R9, R11, R16, R19 | Rezistor | 10 kOhm | 5 | La blocnotes | ||
| R2, R10 | Rezistor | 56 kOhm | 2 | La blocnotes | ||
| R3 | Rezistor | 1 kOhm | 1 | La blocnotes | ||
| R4, R12 | Rezistor | 2,2 MΩ | 2 | La blocnotes | ||
| R5, R8, R13-R15, R18 | Rezistor | 100 kOhm | 6 | La blocnotes | ||
| R6 | Rezistor | 4,7 kOhmi | 1 | La blocnotes | ||
| R7 | Rezistor |
În secolul XXI, nu mai este un secret pentru nimeni că energia soarelui poate fi transformată în curent electric. O astfel de transformare se realizează folosind echipamente speciale -. Dar nu toată lumea știe cum și în ce industrii pot fi utilizate panourile solare.
În primul rând, trebuie spus că acest echipament poate fi folosit atât în sisteme autonome, cât și în cele în rețea. Adică, este comună în multe zone, inclusiv:
- industria agricolă;
- telecomunicatii;
- sisteme de navigație;
- iluminarea indicatoarelor rutiere pe timp de noapte;
- sisteme de iluminat stradal etc.
Dar utilizarea instalațiilor fotovoltaice poate prezenta o eficiență scăzută dacă nu este implicat un regulator de încărcare pentru a asigura controlul procesului. Acest dispozitiv poate acționa ca o unitate separată sau poate fi montat în invertoare sau surse de alimentare neîntreruptibile. Există mai multe tipuri de controlere de încărcare solară - PWM și MPRT.
Controlere MPPT
Astfel de controlere sunt dotate cu o caracteristică funcțională importantă - căutarea unui punct de putere maximă. Energia electrică care este generată de baterii ar trebui utilizată cât mai mult posibil în sarcină - unul dintre principiile principale ale acestui tip de controler.
Pentru a înțelege clar funcționarea controlerelor MPPT, mai întâi trebuie să înțelegeți ce este un punct de putere maximă. În acest moment, valoarea tensiunii, precum și puterea curentului, sunt determinate de mai multe aspecte, principalele fiind luminozitatea luminii, încălzirea bateriei și unghiul de incidență al razelor. Deoarece aceste valori nu sunt constante, punctul de putere maximă își va schimba și propria poziție. Și pentru ca echipamentul să funcționeze cât mai eficient și să producă cât mai multă energie electrică de la soare, este nevoie de o baterie care se adaptează la parametrii care se schimbă în mod regulat. Dar nici măcar el nu este capabil să „prindă” cu precizie punctul de putere maximă - și aici controlerele de încărcare MPRT vin în ajutor.
Conform rezultatelor cercetării, această tehnologie poate obține o creștere a eficienței panourilor solare cu până la 25 la sută.
Controlere PWM
Tehnologia utilizată în controlerele PWM face posibilă obținerea unei tensiuni constante a încărcării bateriei datorită comutării bateriei solare. Schema de funcționare a acestor dispozitive este următoarea: în momentul în care se atinge tensiunea declarată pe baterie, controlerul îndeplinește funcția de reducere a curentului de încărcare și de prevenire a supraîncălzirii bateriei. De asemenea, astfel de controlere iau în considerare „vârsta” bateriilor, reduc gradul de producție de gaz (cu excepția tehnologiilor AGM și GEL, care nu emit deloc gaz), cresc capacitatea de a accepta o încărcare și asigură alinierea calității celulelor lor individuale.
Energia primită de panoul solar este folosită cel mai eficient dacă este instalat un controler PWM - cu 30 la sută mai multă energie pentru baterii, scăzând costul sistemului, folosind electricitate cu beneficii maxime.
Alegeți un controler - MPRT sau PWM
Dispozitivele MPPT vă permit să obțineți o eficiență mai mare decât PWM, dar dezavantajele lor includ prețul - aproape de două ori mai mult. Pe baza acestui fapt, pentru capacități mici, atunci când se folosesc 1-2 module solare, este mai bine să achiziționați un controler PWM - la o „scală” atât de mică de instalații, MPRT va demonstra aproape aceeași eficiență ca și PWM, doar puțin mai mult. Dacă aveți deja o capacitate mică de module solare, dar pe viitor doriți să o măriți prin adăugarea de noi echipamente, atunci este recomandat să cumpărați un controler MPPT.
După cum ați înțeles deja din materialele de mai sus, panourile solare trebuie să fie echipate cu regulatoare de încărcare pentru o funcționare extrem de eficientă. La urma urmei, controlerul este una dintre cele mai importante componente ale întregului sistem, care îndeplinește funcții semnificative - controlul temperaturii, modul de încărcare și multe altele.
Din păcate, nu toți vânzătorii acestui echipament, atât în magazinele terestre, cât și pe internet, sunt familiarizați bine cu dispozitivele vândute. Din acest motiv, înainte de a cumpăra, este mai bine să colectați informații complete despre ele pentru a face alegerea corectă. De asemenea, este indicat să cumpărați din magazine de încredere care se bucură de încrederea clienților și de o bună reputație.
Regulatoarele de încărcare moderne sunt echipate cu un număr mare de protecții diferite. Mai precis, este protecția împotriva supraîncărcării, supraîncălzirii, prevenirea scurtcircuitelor și așa mai departe. Datorită acestui fapt, se obține o funcționare fiabilă, de înaltă calitate și stabilă a dispozitivului. Și înainte de a alege unul sau altul controler, asigurați-vă că aflați ce circuite de protecție specifice are dispozitivul, dacă este suficient de protejat.
Astăzi, cumpărarea unui controler de încărcare nu este o problemă - multe magazine oferă astfel de echipamente clienților lor. Dar uneori se întâmplă ca consumatorul să descopere că controlerul nu este tocmai potrivit pentru bateria solară, există o oarecare „incompatibilitate”, într-o pereche de munca lor lasă de dorit. Prin urmare, aveți grijă atunci când alegeți aceste dispozitive și aveți încredere numai în vânzătorii de încredere, considerați profesioniști în domeniul lor - în acest caz, achiziția nu vă va dezamăgi și vă va servi „fidel” mult timp.
