Контроллеры заряда

Контроллер заряда аккумуляторной батареи — это одна из важнейших частей солнечной (фотоэлектрической) электростанции, отвечающая за контроль зарядного напряжения аккумулятора, режима зарядки, температуры и прочих параметров.

Любая автономная система электроснабжения, содержащая в своем составе АКБ, должна содержать в себе средства контроля заряда и разряда аккумуляторов. Особенно это относится к системам со свинцово-кислотными аккумуляторами. Аккумуляторы AGM плохо переносит как глубокий разряд, так и перезаряд, которые могут привести батарею к выходу из строя.

В целях предотвращения негативных последствий неправильной эксплуатации аккумуляторов в систему автономного электроснабжения вводятся устройства, которые как минимум отключают нагрузку от аккумуляторных батарей, если они недопустимо разряжены, а также отключают источник энергии (фотоэлектрическая батарея, ветряная турбина и т.п.), если аккумуляторы заряжены. Стоимость контроллера составляет очень малую часть от общей стоимости автономной системы электроснабжения – порядка 0,5-4%, что никак не сравнить с уроном при его отсутствии. Поэтому экономить на приобретении контроллера заряда/разряда будет крайне неразумно.

Контроллеры первого поколения работали по принципу включения и выключения тока заряда: они снимали показания с клемм аккумулятора, и как только напряжение достигало определённых уровней, питание или нагрузка отключались. Ни какие другие показания в расчёт не брались. А между тем, во время зарядки АКБ, происходит нагрев электролита, что опосредованно приводит к временному повышению напряжения. С остыванием электролита, уровень заряда падает ниже нормы. И контроллер опять включает заряд. Функционирование в таком режиме, приводит к сульфатации пластин, падению номинальной ёмкости без возможности восстановления и как следствие срок службы АКБ резко снижается.

Сегодня на рынке широко представлены два основных вида контроллеров – это контроллеры PWM и MPPT.

Контроллеры ШИМ (PWM – PulseWidthModulation) – это устройства второго поколения. Имея сложную электронную начинку, они запрограммированы на получение нескольких параметров АКБ во время заряда и, соответственно, изменяют характеристику зарядного тока.

График заряда ШИМ-контроллера

Согласованная работа контроллера ШИМ с аккумуляторами в таком избирательном режиме позволяет доводить уровень заряда АКБ до 100% и существенно повышает срок их эксплуатации. При этом в течение всего времени работы ёмкость АКБ практически не снижается.

Контроллеры MPРT (MаximumPowеrPоintTrаcking) – их работа основывается на принципе постоянного слежения за точками максимальной мощности источника питания, достигая при этом наиболее эффективное использование вырабатываемой энергии. Автоматика постоянно оценивает напряжение и силу тока, выдаваемые, например, солнечными батареями, для определения оптимального соотношения пары: напряжение-ток. Кроме этого, производится контроль степени заряженности АКБ для пропорционального снижения силы тока зарядки.

Точка максимальной мощности

Контроллеры МРРТ позволяют снимать более высокое напряжение с источника питания, а затем его конвертировать в наиболее эффективное напряжение для заряда батарей. При этом оптимальное напряжение заряда всегда будет отличаться от стандартного напряжения батареи. При низком заряде батареи эта величина будет выше для обеспечения насыщения (абсорбции). Например, при слабой освещенности, когда величина напряжения на фотоэлектрическом генераторе будет ниже, чем напряжение АКБ, контроллеры повысят его для обеспечения заряда.

Для систем автономного электроснабжения на базе солнечных батарей эффективней использовать контроллеры МРРТ. Они обеспечивают более высокий КПД и хорошо работают даже при затенении солнечных панелей на 30-40%. При снижении освещенности, наличии облаков или снижении температуры они увеличивают отдачу энергии, следовательно, увеличивают мощность системы. Существенным преимуществом контроллеров МРРТ является то, что высокое напряжение на входе даёт возможность уменьшить сечение используемых кабелей и увеличить расстояние от солнечных панелей до контроллера.  Применение контроллеров МРРТ позволяет увеличить на 15-35% эффективность использования солнечных батарей. Благодаря контроллерам МРРТ процесс заряда батарей производится при достаточно низкой освещённости. Контроллеры ШИМ лучше использовать в небольших системах. Для ветрогенераторов оптимальным выбором является контроллеры ШИМ.

Выбор контроллеров необходимо производить по следующим параметрам:

  • Величина входного напряжения
  • Величина напряжения АКБ
  • Величина входного тока
  • Величина выходного тока

Максимальное входное напряжение контроллеров МРРТ должно быть больше величины напряжения холостого хода фотоэлектрического генератора как минимум на 20%. Максимальный ток от фотоэлектрического генератора не должен превышать максимально допустимый входной ток в контроллер.

Контроллеры ШИМ подбираются по силе тока короткого замыкания солнечных батарей с запасом не менее 10%.

Большинство контроллеров ориентировано на работу со свинцово-кислотными АКБ, поэтому перед покупкой необходимо уточнять, поддерживает ли контроллер желаемый тип батарей (например, литий-ионные).

Контроллеры заряда: а – тип ШИМ, б – тип МРРТ

Контроллеры заряда необходимо использовать только в тех системах, для которых они предназначены. Если система автономного питания скомпонована на базе двух (и более) возобновляемых источников (гибридная), то использовать один универсальный контроллер не рекомендуется. В этом случае целесообразно установить два разных контроллера - для каждой подсистемы отдельно или использовать специальный гибридный контроллер.

Закрепите на Pinterest