Контроллеры заряда
Одним из наиболее важных компонентов солнечной электростанции является контроллер заряда-разряда аккумуляторной батареи (АКБ). Это своеобразное связующее звено между солнечной батареей и АКБ. К его основным функциям относятся следующие:
— автоматическое подключение солнечной батареи на заряд АКБ;
— многостадийный заряд аккумуляторной батареи;
— автоматическое отключение солнечной батареи при полном заряде АКБ;
— автоматическое отключение нагрузки при установленном уровне разряда АКБ;
— переподключение нагрузки при восполнении заряда АКБ;
Все вышеупомянутые функции нужны для того, чтобы сохранить ресурс АКБ, при преждевременном выходе которой из строя повышаются расходы на обслуживание системы. Крайне опасен как систематический перезаряд (ведет к закипанию электролита и вспучиванию герметичных АКБ), так и глубокий разряд (приводит к сульфатации пластин и выходу из строя АКБ). Особо чувствительными к перезаряду и переразряду являются свинцово-кислотные АКБ, которые наиболее часто применяются в фотоэлектрических системах.
Существуют контроллеры 2 типов: технологии ШИМ (PWM) - широтно-импульсная модуляция (Pulse-width modulation) и МРРТ - поиск точки максимальной мощности (Maximum Power Point Tracking).
Предшествующие им модели контроллеров отключали солнечные модули при достижении полной зарядки АКБ способом их закорачивания. То есть такие контроллеры можно было применять лишь в солнечных электросистемах, т.к. солнечные панели не боятся короткого замыкания.
Контроллер технологии ШИМ отключает зарядку, не закорачивая солнечные модули. При его использовании возможно достичь 100% уровня зарядки АКБ. Этот процесс осуществляется в 4 стадии, которые выполняются автоматически в зависимости от уровня заряда аккумуляторной батареи:
1) Основной заряд/Накопление/Bulk - АКБ получает весь ток солнечной батареи полностью;
2) Поглощающий заряд/Насыщение/Absorbtion/ШИМ заряд – после достижения определенного уровня напряжения на АКБ, контроллер поддерживает постоянное напряжение за счет ШИМ тока заряда. Благодаря этому удается избежать перегрева и газообразования в АКБ. По мере заряда АКБ ток уменьшается;
3) Поддерживающий заряд/Равновесие/Float – после полной зарядки АКБ, для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования в батарее, зарядное напряжение уменьшается. АКБ поддерживается в заряженном состоянии;
4) Уравновешивающий заряд(выравнивание/equalization) - только для АКБ открытого типа. Работа многих батарей подобного типа улучшается при периодическом заряде до газообразования, при этом происходит выравнивание напряжений на отдельных банках АКБ, а также очищаются их пластины и перемешивается электролит. Эта стадия заряда полностью обеспечивает восстановление емкости аккумуляторов, т.к. способствует перемешиванию электролита и восстанавливает те зоны пластин, которые не используются. Этот процесс сопровождает обильное газовыделение - образуются газообразные водород и кислород. Для предотвращения взрыва необходима достаточная вентиляция и устранение всех источников зажигания.
ШИМ-контроллеры обычно применяют в небольших системах от 100 Вт до 1 кВт, где используется немного модулей и нужна зарядка АКБ небольшой емкости.
Технические характеристики ШИМ-контроллера на примере одного из лучших контролеров Steca PR3030:
Напряжение 12/24В
Максимальный входной ток 30А
Максимальный ток нагрузки 30А
Максимальное собственное потребление 12ма
Напряжение ударного заряда 14.4/28.8В
Напряжение поддержки 13.9/27.8В(для герметичных АКБ)
14.1/28.2В(для АКБ с жидким электролитом)
Напряжение выравнивания
(для АКБ с жидким электролитом) 14.7/29.4В
Напряжение защитного отключения
нагрузки(SOC,30%) 11.1/22.2В
Напряжение повторного подключения
нагрузки(SOC>50%) 12.6/25.2В
Интервал рабочих температур -10...+50°С
Размер терминалов 16/25мм*2
Класс защиты IP22
Габаритные размеры 187*96*44мм
Вес 350г
По достижении определенного значения напряжения на АКБ, контроллер ШИМ начинает постепенно снижать ток заряда, чтобы предотвратить перегрев, вспухание или закипание аккумуляторов, в то время как заряд АКБ продолжается для достижения максимального заряда. К тому же время заряда сокращается. Результат - КПД процесса заряда увеличивается, более полно и быстро заряженная батарея. АКБ, заряжаемые с использованием алгоритма ШИМ, в дальнейшем поддерживаются при довольно высоком среднем уровне заряженности. Срок службы АКБ может быть значительно увеличен. При использовании данных контроллеров становится возможным выравнивание элементов и при более низких напряжениях. Такой заряд может обеспечить поддержание отдельных элементов АКБ в более уравновешенном состоянии. Это является очень важным при использовании герметичных аккумуляторов, не допускающих газовыделения. Кроме того, это полезно при заряде АКБ от солнечных батарей, так как на практике в солнечных электросистемах весьма редко удается поддержать высокое напряжение на АКБ в течение продолжительного времени. Специальные исследования контроллеров с ШИМ доказали, что данные контроллеры повышают восприимчивость АКБ к заряду именно благодаря использованию широтно-импульсной модуляции тока заряда. По сравнению с контроллерами, постоянно поддерживающими высокое напряжение на АКБ, ШИМ-контроллеры позволяют увеличить эффективность заряда АКБ на 2-8% . Таким образом, ШИМ-контроллер позволяет АКБ принять энергии от солнечных батарей на 20%-30% больше, чем контроллер «on-off».
Контроллер МРРТ функционирует по технологии управления максимальными пиками энергии. Эта технология делает возможным зарядку АКБ с более низким номинальным напряжением, чем номинальное напряжение солнечной батареи, к примеру - зарядку АКБ с номинальным напряжением 12В от солнечной батареи с номинальным напряжением 24В, 48В, 60В и более. Это происходит благодаря отслеживанию точки максимальной мощности (Maximum Power Point Tracking) и преобразования напряжения солнечной батареи в более низкое, но с увеличенной силой тока, при этом сохраняя мощность источника. КПД МРРТ-контроллеров очень высок - 94-98%!
Одним словом, чтобы аккумуляторная батарея заряжалась, солнечный коллектор должен подать более высокое напряжение на батарею, по сравнению с напряжением АКБ. При облачной погоде и низкой освещенности может возникнуть следующая ситуация: напряжение солнечной батареи становится меньше напряжения АКБ , то есть зарядки не происходит. Данную ситуацию может изменить подключение нескольких последовательно соединенных модулей с напряжением, превышающим номинальное напряжение АКБ, к МРРТ- контроллеру. Причем чем выше общее напряжение модулей, тем при более низкой освещенности аккумуляторы продолжают заряжаться.
Современные МРРТ контроллеры допускают входное напряжение 75-150В, в зависимости от модели и фирмы производителя. Сейчас появляются контроллеры с максимальным входным напряжением до 200В. Наиболее мощные контроллеры рассчитаны на входной ток 60-80А. На такой контроллер можно подключить солнечные модули суммарной мощностью до 4000Вт и напряжении 48В.
Происходит автоматический поиск точки максимальной мощности солнечной электросистемы, что способствует получению до 30%-в прибавки за год к мощности, генерируемой модулями.
МРРТ контроллер осуществляет зарядку по тем же этапам, что и контроллер с ШИМ.
Многие контроллеры, предлагаемые на рынке, оснащены следующими степенями защиты:
— от неверной полярности подключения солнечных батарей, аккумуляторных батарей и нагрузки;
— от перегрева;
— от КЗ в нагрузке;
— от короткого замыкания на входе;
— нагрузки от перенапряжения на входе;
— от молний варистором;
— от обрыва в цепи аккумуляторных батарей;
— предотвращают разряд АКБ через солнечную батарею ночью;
— снабжены электронным предохранителем.
К каждой солнечной системе контроллеры подбираются в индивидуальном порядке, учитывая мощность солнечных модулей и мощности нагрузки.
Купить MPPT и ШИМ контроллеры для солнечных электростанций можно в нашем офисе...
Купить контроллеры заряда в интернет-магазине...