Regolatore di carica per batterie solari: circuito, principio di funzionamento, modalità di collegamento

L'energia solare è finora limitata (a livello domestico) alla realizzazione di pannelli fotovoltaici di potenza relativamente bassa.Ma indipendentemente dal design del convertitore fotoelettrico della luce solare in corrente, questo dispositivo è dotato di un modulo chiamato regolatore di carica della batteria solare.

Infatti, l'impianto di fotosintesi solare comprende una batteria ricaricabile, un dispositivo di accumulo dell'energia ricevuta dal pannello solare. È questa fonte di energia secondaria che viene servita principalmente dal controller.

Nell'articolo che presentiamo, comprenderemo il design e i principi di funzionamento di questo dispositivo e considereremo anche come collegarlo.

Controllori solari

Un modulo elettronico chiamato controller solare è progettato per eseguire una serie di funzioni di controllo durante il processo di carica/scarica batteria della batteria solare.

Quando la luce solare cade sulla superficie di un pannello solare installato, ad esempio, sul tetto di una casa, le fotocellule del dispositivo convertono questa luce in corrente elettrica.

L'energia risultante, infatti, potrebbe essere fornita direttamente alla batteria di accumulo. Tuttavia, il processo di carica/scarica di una batteria ha le sue sottigliezze (alcuni livelli di corrente e tensione). Se trascuri queste sottigliezze, la batteria semplicemente si guasterà in un breve periodo di funzionamento.

Per evitare conseguenze così tristi, viene progettato un modulo chiamato regolatore di carica per una batteria solare.

Oltre a monitorare il livello di carica della batteria, il modulo monitora anche il consumo energetico.A seconda del grado di scarica, il circuito del regolatore di carica della batteria solare regola e imposta il livello di corrente necessario per la carica iniziale e successiva.

A seconda della potenza del regolatore di carica della batteria solare, la struttura di questi dispositivi può avere configurazioni molto diverse

In generale, in termini semplici, il modulo garantisce una “vita” spensierata alla batteria, che periodicamente accumula e rilascia energia ai dispositivi di consumo.

Tipi utilizzati nella pratica

A livello industriale sono stati lanciati e vengono prodotti due tipi di dispositivi elettronici, il cui design è adatto per l'installazione in un sistema di energia solare:

1. Dispositivi della serie PWM.
2. Dispositivi della serie MPPT.

Il primo tipo di controller per una batteria solare può essere chiamato "vecchio". Tali schemi sono stati sviluppati e messi in funzione agli albori dello sviluppo dell’energia solare ed eolica.

Il principio di funzionamento del circuito del controller PWM si basa su algoritmi di modulazione dell'ampiezza dell'impulso. La funzionalità di tali dispositivi è leggermente inferiore a quella dei dispositivi più avanzati della serie MPPT, ma in generale funzionano anche in modo abbastanza efficace.

Uno dei modelli di controller di carica della batteria della stazione solare più popolari nella società, nonostante il fatto che il circuito del dispositivo sia realizzato utilizzando la tecnologia PWM, che è considerata obsoleta

I progetti che utilizzano la tecnologia Maximum Power Point Tracking (tracciamento del limite massimo di potenza) si distinguono per un approccio moderno alle soluzioni circuitali e forniscono una maggiore funzionalità.

Ma se confrontiamo entrambi i tipi di controller e, soprattutto, con una preferenza per la sfera domestica, i dispositivi MPPT non appaiono nella luce rosea in cui vengono tradizionalmente pubblicizzati.

Controller di tipo MPPT:

• ha un costo maggiore;
• ha un algoritmo di configurazione complesso;
• dà un guadagno di potenza solo su pannelli di vasta area.

Questo tipo di apparecchiatura è più adatta per i sistemi di energia solare globali.

Un controller progettato per il funzionamento come parte di un impianto di energia solare. È un rappresentante della classe dei dispositivi MPPT: più avanzato ed efficiente

Per le esigenze di un utente normale dell'ambiente domestico, che, di regola, dispone di pannelli di piccole dimensioni, è più vantaggioso acquistare e utilizzare un controller PWM (PWM) con lo stesso effetto.

Schemi a blocchi dei controllori

I diagrammi schematici dei controller PWM e MPPT per considerarli con l'occhio di un profano sono un punto troppo complesso associato a una sottile comprensione dell'elettronica. Pertanto, è logico considerare solo i diagrammi strutturali. Questo approccio è comprensibile a una vasta gamma di persone.

Opzione n. 1: dispositivi PWM

La tensione dal pannello solare viaggia attraverso due conduttori (positivo e negativo) verso l'elemento stabilizzante e il circuito resistivo di separazione. Grazie a questo pezzo del circuito, si ottiene l'equalizzazione potenziale della tensione di ingresso e, in una certa misura, organizzano la protezione dell'ingresso del controller dal superamento del limite di tensione di ingresso.

Va sottolineato qui: ogni singolo modello di dispositivo ha uno specifico limite di tensione in ingresso (indicato nella documentazione).

Questo è approssimativamente l'aspetto dello schema a blocchi dei dispositivi realizzati sulla base delle tecnologie PWM.Per il funzionamento come parte di piccole stazioni domestiche, questo approccio circuitale offre un'efficienza abbastanza sufficiente

Successivamente, la tensione e la corrente sono limitate al valore richiesto dai transistor di potenza. Questi componenti del circuito sono a loro volta controllati dal chip controller tramite il chip driver. Di conseguenza, l'uscita di una coppia di transistor di potenza imposta il valore normale di tensione e corrente per la batteria.

Il circuito contiene anche un sensore di temperatura e un driver che controlla il transistor di potenza, che regola la potenza di carico (protezione contro la scarica profonda della batteria). Il sensore di temperatura monitora lo stato di riscaldamento di elementi importanti del controller PWM.

Di solito il livello di temperatura all'interno del case o sui dissipatori di calore dei transistor di potenza. Se la temperatura supera i limiti impostati nelle impostazioni, il dispositivo spegne tutte le linee elettriche attive.

Opzione n.2: dispositivi MPPT

La complessità del circuito in questo caso è dovuta alla sua aggiunta a una serie di elementi che costruiscono con maggiore attenzione l'algoritmo di controllo necessario, in base alle condizioni operative.

I livelli di tensione e corrente vengono monitorati e confrontati tramite circuiti comparatori e, in base ai risultati del confronto, viene determinata la potenza di uscita massima.

Progettazione circuitale in forma strutturale per regolatori di carica basati su tecnologie MPPT. Qui è già stato notato un algoritmo più complesso per il monitoraggio e il controllo dei dispositivi periferici.

La differenza principale tra questo tipo di controller e i dispositivi PWM è che sono in grado di regolare il modulo di energia solare alla massima potenza, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche.

La circuiteria di tali dispositivi implementa diversi metodi di controllo:

• disturbi e osservazioni;
• aumento della conduttività;
• spazzata corrente;
• tensione costante.

E nel segmento finale dell'azione complessiva viene utilizzato anche un algoritmo per confrontare tutti questi metodi.

Metodi di connessione del controller

Considerando il tema dei collegamenti, va subito notato: per l'installazione di ogni singolo dispositivo, una caratteristica è lavorare con una serie specifica di pannelli solari.

Quindi, ad esempio, se viene utilizzato un controller progettato per una tensione di ingresso massima di 100 volt, una serie di pannelli solari dovrebbe emettere una tensione non superiore a questo valore.

Qualsiasi impianto di energia solare funziona secondo la regola del bilanciamento delle tensioni di uscita e di ingresso del primo stadio. Il limite superiore della tensione del controller deve corrispondere al limite superiore della tensione del pannello

Prima di connettere il dispositivo, è necessario decidere la posizione della sua installazione fisica. Secondo le regole, il luogo di installazione dovrebbe essere scelto in aree asciutte e ben ventilate. Evitare la presenza di materiali infiammabili in prossimità del dispositivo.

Non è accettabile la presenza di fonti di vibrazioni, calore e umidità nelle immediate vicinanze dell'apparecchio. Il luogo di installazione deve essere protetto dalle precipitazioni e dai raggi solari diretti.

Tecnologia di connessione per modelli PWM

Quasi tutti i produttori di controller PWM richiedono che i dispositivi siano collegati nella sequenza esatta.

La tecnica per collegare i controller PWM ai dispositivi periferici non è particolarmente difficile. Ogni scheda è dotata di terminali etichettati. Qui devi semplicemente seguire la sequenza di azioni

I dispositivi periferici devono essere collegati rispettando pienamente le designazioni dei terminali di contatto:

1. Collegare i cavi della batteria ai terminali della batteria del dispositivo rispettando la polarità indicata.
2. Accendere il fusibile di protezione direttamente nel punto di contatto del filo positivo.
3. Collegare i conduttori provenienti dalla batteria del pannello solare ai contatti del controller destinati al pannello solare. Rispettare la polarità.
4. Collegare una lampada di prova della tensione appropriata (solitamente 12/24 V) ai terminali di carico del dispositivo.

La sequenza specificata non deve essere violata. Ad esempio, è severamente vietato collegare prima i pannelli solari quando la batteria non è collegata. In questo modo l'utente corre il rischio di “bruciare” il dispositivo. IN questo materiale Lo schema per l'assemblaggio di pannelli solari con una batteria è descritto in modo più dettagliato.

Inoltre, per i controller della serie PWM, non è consentito collegare un inverter di tensione ai terminali di carico del controller. L'inverter deve essere collegato direttamente ai terminali della batteria.

Procedura per collegare dispositivi MPPT

I requisiti generali di installazione fisica per questo tipo di dispositivo non differiscono dai sistemi precedenti. Ma la configurazione tecnologica è spesso leggermente diversa, poiché i controller MPPT sono spesso considerati dispositivi più potenti.

Per i controllori progettati per potenze elevate, si consiglia di utilizzare cavi di grossa sezione dotati di terminali metallici per i collegamenti del circuito di potenza.

Ad esempio, per i sistemi potenti, questi requisiti sono integrati dal fatto che i produttori consigliano di utilizzare per le linee di collegamento elettrico un cavo progettato per una densità di corrente di almeno 4 A/mm². Cioè, ad esempio, per un controller con una corrente di 60 A, è necessario un cavo da collegare alla batteria con una sezione di almeno 20 mm².

I cavi di collegamento devono essere dotati di capicorda in rame, crimpati saldamente con uno strumento speciale. I terminali negativi del pannello solare e della batteria devono essere dotati di adattatori con fusibili e interruttori.

Questo approccio elimina le perdite di energia e garantisce il funzionamento sicuro dell'impianto.

Schema a blocchi per il collegamento di un potente controller MPPT: 1 – pannello solare; 2 – Regolatore MPPT; 3 – morsettiera; 4.5 – fusibili; 6 – interruttore di alimentazione del controller; 7.8 – bus di terra

Prima di connettersi pannelli solari Quando si collega il dispositivo, assicurarsi che la tensione ai terminali corrisponda o sia inferiore alla tensione che può essere fornita all'ingresso del controller.

Collegamento delle periferiche al dispositivo MTTP:

1. Spostare il pannello e gli interruttori della batteria in posizione "off".
2. Rimuovere i fusibili di protezione sul pannello e sulla batteria.
3. Collegare i terminali della batteria con un cavo ai terminali del controller per la batteria.
4. Collegare i terminali del pannello solare con un cavo ai terminali del controller indicati dal simbolo corrispondente.
5. Collegare il terminale di terra al bus di terra con un cavo.
6. Installare il sensore di temperatura sul controller secondo le istruzioni.

Dopo questi passaggi, è necessario reinserire il fusibile della batteria precedentemente rimosso e ruotare l'interruttore in posizione "on". Sullo schermo del controller verrà visualizzato un segnale di rilevamento della batteria.

Successivamente, dopo una breve pausa (1-2 minuti), sostituire il fusibile del pannello solare precedentemente rimosso e ruotare l'interruttore del pannello in posizione "on".

Lo schermo del dispositivo mostrerà il valore della tensione del pannello solare. Questo momento indica il successo del lancio dell'impianto di energia solare.

Conclusioni e video utile sull'argomento

L'industria produce dispositivi sfaccettati in termini di progettazione dei circuiti. Pertanto, è impossibile fornire raccomandazioni inequivocabili riguardo alla connessione di tutte le installazioni senza eccezioni.

Tuttavia, il principio fondamentale per qualsiasi tipo di dispositivo rimane lo stesso: senza collegare la batteria ai bus del controller, il collegamento ai pannelli fotovoltaici è inaccettabile. Requisiti simili si applicano per l'inclusione nel sistema invertitore di tensione. Va considerato come un modulo separato collegato alla batteria tramite contatto diretto.

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