Napelemes töltésvezérlő: áramkör, működési elv, csatlakozási módok

A napenergia eddig (háztartási szinten) a viszonylag kis teljesítményű fotovoltaikus panelek létrehozására korlátozódott.De függetlenül a napfény fényárammá alakító fotoelektromos átalakítójának kialakításától, ez az eszköz egy napelem-töltésvezérlőnek nevezett modullal van felszerelve.

Valójában a napelemes fotoszintézis berendezés tartalmaz egy újratölthető akkumulátort – egy tárolóeszközt a napelemtől kapott energia tárolására. Ezt a másodlagos energiaforrást elsősorban a vezérlő szolgálja ki.

Az általunk bemutatott cikkben megértjük ennek az eszköznek a kialakítását és működési elveit, valamint megfontoljuk, hogyan kell csatlakoztatni.

Napelemes vezérlők

A napelemes vezérlőnek nevezett elektronikus modult úgy tervezték, hogy a töltési/kisütési folyamat során számos vezérlési funkciót hajtson végre napelem akkumulátor.

Amikor a napfény egy, például egy ház tetejére szerelt napelem felületére esik, a készülék fotocellái ezt a fényt elektromos árammá alakítják.

Az így kapott energiát valójában közvetlenül a tároló akkumulátorhoz lehetne juttatni. Az akkumulátor töltési/kisütési folyamatának azonban megvannak a maga finomságai (bizonyos áram- és feszültségszintek). Ha figyelmen kívül hagyja ezeket a finomságokat, az akkumulátor rövid működési időn belül egyszerűen meghibásodik.

Az ilyen szomorú következmények elkerülésére egy napelemes akkumulátor töltésvezérlőjének nevezett modult terveztek.

Az akkumulátor töltöttségi szintjének figyelése mellett a modul az energiafogyasztást is figyeli.A szoláris akkumulátor töltésvezérlő áramköre a kisütés mértékétől függően szabályozza és beállítja a kezdeti és az azt követő töltéshez szükséges áramszintet.

A napelemes töltésvezérlő teljesítményétől függően ezeknek az eszközöknek a kialakítása nagyon eltérő konfigurációjú lehet

Általánosságban, leegyszerűsítve, a modul gondtalan „életet” biztosít az akkumulátornak, amely időszakonként felhalmozódik és energiát bocsát ki a fogyasztói eszközök számára.

A gyakorlatban használt típusok

Ipari szinten kétféle elektronikai eszköz került forgalomba és készül, amelyek kialakítása alkalmas napelemes rendszerbe történő beépítésre:

1. PWM sorozatú eszközök.
2. MPPT sorozatú készülékek.

Az első típusú napelemes vezérlőt „öregnek” nevezhetjük. Ilyen rendszereket dolgoztak ki és helyeztek üzembe a nap- és szélenergia fejlődésének hajnalán.

A PWM vezérlő áramkör működési elve impulzusszélesség modulációs algoritmusokon alapul. Az ilyen eszközök funkcionalitása némileg gyengébb, mint az MPPT sorozat fejlettebb eszközei, de általában meglehetősen hatékonyan működnek.

A társadalom egyik népszerű napelemes töltésvezérlő modellje, annak ellenére, hogy a készülék áramköre PWM technológiával készült, ami elavultnak számít

A Maximum Power Point Tracking technológiát (a maximális teljesítményhatár nyomon követését) alkalmazó terveket az áramköri megoldások modern megközelítése különbözteti meg, és nagyobb funkcionalitást biztosítanak.

De ha összehasonlítjuk mindkét típusú vezérlőt, és különösen a hazai szféra felé torzulva, akkor az MPPT készülékek nem néznek abban a rózsás fényben, amelyben hagyományosan reklámozzák őket.

MPPT típusú vezérlő:

• magasabb költséggel rendelkezik;
• összetett konfigurációs algoritmussal rendelkezik;
• csak nagy területű paneleken ad teljesítménynövekedést.

Ez a fajta berendezés alkalmasabb globális napenergia-rendszerekhez.

Napelemes rendszer részeként történő működésre tervezett vezérlő. Az MPPT-eszközök osztályának képviselője - fejlettebb és hatékonyabb

A háztartási környezetből származó közönséges felhasználó igényeihez, aki általában kis területű panelekkel rendelkezik, jövedelmezőbb azonos hatású PWM vezérlőt (PWM) vásárolni és működtetni.

A vezérlők blokkdiagramjai

A PWM- és MPPT-vezérlők sematikus ábrái ahhoz, hogy laikus szemmel megvizsgáljuk őket, túl bonyolultak az elektronika finom megértéséhez. Ezért logikus, hogy csak szerkezeti diagramokat vegyünk figyelembe. Ez a megközelítés sokak számára érthető.

1. lehetőség – PWM eszközök

A napelem feszültsége két (pozitív és negatív) vezetőn keresztül jut el a stabilizáló elemhez és az elválasztó ellenállási áramkörhöz. Az áramkör ezen részének köszönhetően a bemeneti feszültség potenciálkiegyenlítése érhető el, és bizonyos mértékig megszervezik a vezérlő bemenetének védelmét a bemeneti feszültséghatár túllépése ellen.

Itt hangsúlyozni kell: minden egyes készülékmodellnek van egy meghatározott bemeneti feszültséghatára (a dokumentációban feltüntetve).

Körülbelül így néz ki a PWM technológiák alapján készült eszközök blokkvázlata.Kis háztartási állomások részeként történő üzemeltetéshez ez az áramköri megközelítés eléggé megfelelő hatékonyságot biztosít

Ezután a feszültséget és áramerősséget a teljesítménytranzisztorok a kívánt értékre korlátozzák. Ezeket az áramköri komponenseket viszont a vezérlő chip vezérli a meghajtó chipen keresztül. Ennek eredményeként egy pár teljesítménytranzisztor kimenete beállítja az akkumulátor feszültségének és áramának normál értékét.

Az áramkör egy hőmérséklet-érzékelőt és egy meghajtót is tartalmaz, amely vezérli a teljesítménytranzisztort, amely szabályozza a terhelési teljesítményt (védelem az akkumulátor mélykisülése ellen). A hőmérséklet-érzékelő figyeli a PWM vezérlő fontos elemeinek fűtési állapotát.

Általában a hőmérsékleti szint a házon belül vagy a teljesítménytranzisztorok hűtőbordáin. Ha a hőmérséklet túllépi a beállításokban beállított határértékeket, a készülék kikapcsol minden aktív tápvezetéket.

2. lehetőség – MPPT-eszközök

Az áramkör bonyolultsága ebben az esetben annak köszönhető, hogy számos olyan elemmel egészül ki, amelyek alaposabban, a működési feltételek alapján építik fel a szükséges vezérlési algoritmust.

A feszültség- és áramszinteket komparátor áramkörök figyelik és hasonlítják össze, és az összehasonlítási eredmények alapján meghatározzák a maximális kimeneti teljesítményt.

Áramköri tervezés szerkezeti formában MPPT technológiákon alapuló töltésvezérlőkhöz. A perifériás eszközök felügyeletére és vezérlésére szolgáló bonyolultabb algoritmusról már itt van szó.

A fő különbség az ilyen típusú vezérlők és a PWM eszközök között az, hogy képesek a napelem modult maximális teljesítményre állítani, függetlenül az időjárási viszonyoktól.

Az ilyen eszközök áramköre számos vezérlési módszert valósít meg:

• zavarok és megfigyelések;
• a vezetőképesség növelése;
• jelenlegi sweep;
• állandó feszültség.

És az átfogó művelet utolsó szegmensében egy algoritmust is használnak ezen módszerek összehasonlítására.

Vezérlő csatlakozási módok

A csatlakozások témáját tekintve azonnal meg kell jegyezni: minden egyes készülék beszerelésénél jellemző, hogy egy adott napelem-sorozattal dolgozik.

Így például, ha olyan vezérlőt használnak, amelyet legfeljebb 100 voltos bemeneti feszültségre terveztek, a napelemek sorozatának ennél az értéknél nem nagyobb feszültséget kell kiadnia.

Minden napelemes berendezés az első fokozat kimeneti és bemeneti feszültségének kiegyenlítésének szabálya szerint működik. A vezérlő feszültség felső határának meg kell egyeznie a panel feszültség felső határával

Az eszköz csatlakoztatása előtt el kell döntenie a fizikai telepítés helyét. A szabályok szerint a beépítési helyet száraz, jól szellőző helyen kell megválasztani. Kerülje el a gyúlékony anyagok jelenlétét a készülék közelében.

A rezgés-, hő- és páraforrások jelenléte a készülék közvetlen közelében elfogadhatatlan. A telepítési helyet védeni kell a csapadéktól és a közvetlen napfénytől.

Csatlakozási technológia PWM modellekhez

A PWM vezérlők szinte mindegyik gyártója megköveteli, hogy az eszközöket a pontos sorrendben csatlakoztassák.

A PWM vezérlők perifériás eszközökhöz való csatlakoztatásának technikája nem különösebben nehéz. Mindegyik kártya feliratozott csatlakozókkal van felszerelve. Itt egyszerűen követnie kell a műveletek sorrendjét

A perifériás eszközöket az érintkezők kijelölésének megfelelően kell csatlakoztatni:

1. Csatlakoztassa az akkumulátor vezetékeit a készülék akkumulátor csatlakozóihoz a jelzett polaritásnak megfelelően.
2. Kapcsolja be a védőbiztosítékot közvetlenül a pozitív vezeték érintkezési pontján.
3. Csatlakoztassa a napelem akkumulátorból érkező vezetékeket a napelem panelhez tervezett vezérlő érintkezőkhöz. Ügyeljen a polaritásra.
4. Csatlakoztasson egy megfelelő feszültségű (általában 12/24V) tesztlámpát a készülék terhelési kapcsaira.

A megadott sorrendet nem szabad megszegni. Szigorúan tilos például napelemeket először csatlakoztatni, ha az akkumulátor nincs csatlakoztatva. Ezzel a felhasználó azzal a kockázattal jár, hogy „elégeti” a készüléket. BAN BEN ezt az anyagot A napelemek akkumulátorral történő összeszerelésének diagramját részletesebben ismertetjük.

Ezenkívül a PWM sorozatú vezérlők esetében nem megengedett feszültséginverter csatlakoztatása a vezérlő terhelési kapcsaira. Az invertert közvetlenül az akkumulátor kapcsaira kell csatlakoztatni.

Az MPPT-eszközök csatlakoztatásának eljárása

Az ilyen típusú eszközök általános fizikai telepítési követelményei nem térnek el a korábbi rendszerektől. De a technológiai beállítás gyakran némileg eltér, mivel az MPPT vezérlőket gyakran nagyobb teljesítményű eszközöknek tekintik.

A nagy teljesítményszintre tervezett vezérlőknél nagy keresztmetszetű, fém végsapkával ellátott kábelek használata javasolt az áramköri csatlakozásokhoz.

Például az erős rendszerek esetében ezeket a követelményeket kiegészíti az a tény, hogy a gyártók legalább 4 A/mm áramsűrűségre tervezett tápvezetékekhez javasolják a kábel használatát.². Azaz például egy 60 A áramerősségű vezérlőhöz legalább 20 mm keresztmetszetű kábelre van szükség az akkumulátorhoz való csatlakozáshoz.².

A csatlakozókábeleket rézsarukkal kell ellátni, amelyeket speciális szerszámmal szorosan össze kell préselni. A napelem és az akkumulátor negatív pólusait biztosítékokkal és kapcsolókkal ellátott adapterekkel kell ellátni.

Ez a megközelítés kiküszöböli az energiaveszteséget és biztosítja a berendezés biztonságos működését.

Nagy teljesítményű MPPT vezérlő csatlakoztatásának blokkvázlata: 1 – napelem; 2 – MPPT vezérlő; 3 – sorkapocs; 4,5 – biztosítékok; 6 – vezérlő tápkapcsolója; 7.8 – földbusz

Csatlakozás előtt napelemek A készülékhez való csatlakoztatáskor ügyeljen arra, hogy a kapcsokon lévő feszültség megegyezzen a vezérlő bemenetére táplálható feszültséggel, vagy kisebb legyen annál.

Perifériák csatlakoztatása az MTTP eszközhöz:

1. Kapcsolja a panelt és az akkumulátorkapcsolókat „ki” állásba.
2. Távolítsa el a védőbiztosítékokat a panelről és az akkumulátorról.
3. Csatlakoztassa az akkumulátor kivezetéseit egy kábellel az akkumulátor vezérlőkapcsaihoz.
4. Csatlakoztassa a napelem panel kivezetéseit egy kábellel a megfelelő jellel jelölt vezérlőkapcsokhoz.
5. Csatlakoztassa a földelő csatlakozót a földbuszhoz kábellel.
6. Szerelje fel a hőmérséklet-érzékelőt a szabályozóra az utasításoknak megfelelően.

Ezen lépések után vissza kell helyezni a korábban eltávolított akkumulátor biztosítékot, és a kapcsolót „be” állásba kell fordítani. A vezérlő képernyőjén megjelenik egy elemérzékelő jel.

Ezután rövid szünet (1-2 perc) után cserélje ki a korábban eltávolított napelem biztosítékot, és fordítsa a panel kapcsolóját „be” állásba.

A készülék képernyőjén megjelenik a napelem feszültségértéke. Ez a pillanat a napenergia-telepítés sikeres elindítását jelzi.

Következtetések és hasznos videó a témában

Az ipar olyan eszközöket gyárt, amelyek áramköri kialakítása sokrétű. Ezért lehetetlen egyértelmű ajánlásokat adni az összes berendezés csatlakoztatására vonatkozóan kivétel nélkül.

A fő elv azonban minden típusú készülék esetében ugyanaz: az akkumulátor vezérlő buszokhoz való csatlakoztatása nélkül elfogadhatatlan a fotovoltaikus panelekhez való csatlakoztatás. Hasonló követelmények vonatkoznak a rendszerbe való felvételre is feszültség inverter. Külön modulnak kell tekinteni, amely közvetlen érintkezéssel kapcsolódik az akkumulátorhoz.

Ha rendelkezik a szükséges tapasztalattal vagy tudással, kérjük, ossza meg olvasóinkkal. Hagyja észrevételeit az alábbi blokkban. Itt tehet fel kérdést a cikk témájával kapcsolatban.