Контролерите или регулаторите на зареждане са оборудване, което контролира напрежението и тока на слънчев панел или вятърен генератор, доставени до батерийния парк.

Контролерът за зареждане гарантира, че зареждането и разреждането на акумулаторите се извършва по такъв начин, че те винаги да са в правилните работни условия.

Контролер за зареждане ограничава скоростта, с която електрическият ток се добавя към или отстранява от електрическите батерии. Избягвайте претоварване и можете да предпазите от пренапрежение. Презареждането на батериите може да намали производителността или живота на батерията и може да представлява риск за безопасността.

Какви са характеристиките на контролерите за зареждане?

Контролерът за зареждане може да бъде доставен под формата на отделно устройство (например електронен блок във вятърна турбина или във фотоволтаична слънчева енергийна система) или под формата на микросхема за интегриране в батерия или зарядно устройство.

Слънчевите панели са проектирани така, че да могат да дадат по-високо напрежение от напрежението в края на зареждането на батериите. Това гарантира, че слънчевите панели винаги са в състояние да зареждат батерията, дори когато температурата на клетките на акумулатора е висока и има спад в генерираното напрежение.

Защо трябва да се следи пренапрежението на батерията?

Този скок има два недостатъка:

  • От една страна, се губи малка част от теоретичната максимална енергия, която фотоволтаичният панел може да даде (10%), което би се получило, ако работи при малко по-високи напрежения от тези, наложени от батерията.
  • От друга страна, когато батерията достигне състоянието си на пълен заряд, тя няма да достигне своя максимален потенциал, който теоретично може да даде слънчевият панел, и ще продължи да се опитва да инжектира енергия към клемите на батерията, което ще доведе до претоварване, което ще доведе до повредите батерията, която може да я повреди.

Можете да разрешите последното неудобно, ръчно: изключване на батерията, когато се открие пълно зареждане, но очевидно това не е най-надеждният или практичен метод.

Каква е функцията на контролера за зареждане?

Контролерът за зареждане има следните функции:

  • Захранващ ток, по-голям от тока на саморазряд (за компенсиране на саморазряд, но по-малък от максималния ток на зареждане, за да се избегне разрушаване на батерията.
  • Внедряване на ефективен алгоритъм за разреждане/зареждане за даден тип батерия (NiMH, Ni-Cd или Li-Ion) с даден химичен състав на компонентите.
  • Компенсация за разликите в енергийните потоци при захранване на потребителя едновременно с зареждането на батерията (например зареждане на батерията, когато лаптопът се захранва от мрежата).
  • Измерване на температурата (с помощта на температурен сензор) за аварийно изключване на студено зареждане или по време на прегряване (за да се избегне повреда на батерията).
  • Измерване на налягането (с помощта на сензор за налягане) за аварийно изключване на товара в случай на изтичане на газ (за да се избегнат експлозии и течове)

Както и да е, не всички контролери изпълняват тези функции.

Сложността на алгоритъма за изтегляне/качване зависи от цената на зарядното устройство. Според алгоритъма основните функции, които изпълняват, са следните:

  • Измерване на времето от началото на зареждането.
  • Измерване на напрежение и ток на входа на батерията.
  • Промяна в зарядния ток и напрежение в зависимост от измерените стойности.
  • Повторение на цикли на разреждане/зареждане (за възстановяване на капацитета на батерията).
  • Заредете батерията до 90% от капацитета на батерията (за да увеличите експлоатационния живот).

Стратегии за контрол на контролера на зареждане

Регулаторът на зареждане има мисията да регулира тока, погълнат от батерията, така че той никога да не бъде презареден. Поради тази причина той постоянно открива и измерва напрежението на батерията и състоянието на зареждане. Ако тези параметри достигнат предварително определена стойност, която съответства на максимално допустимата стойност на напрежението, той действа по два възможни начина:

  • Намаляване на текущия поток към батерията
  • Предаване само на част, за да я поддържа в състояние на пълен заряд, без да надвишава.

Този минимален ток се нарича плаващ ток и възниква, когато батерията е напълно заредена и получава само достатъчно енергия, за да я поддържа в това състояние (което в продължение на дълги периоди ще компенсира саморазреждането).

Какви са параметрите на контролер за зареждане?

Параметрите, които определят регулатора са:

  • Максимално разрешено напрежение или максимално регулиращо напрежение: е стойността на максималното номинално напрежение, което регулаторът позволява да приложи към батерията.
  • Горна граница на хистерезис: е разликата между максималното регулиращо напрежение и напрежението, при което регулаторът позволява преминаването на целия ток, произведен от слънчевите панели. За междинна стойност на напрежението регулаторът пропуска част от тока, произведен от фотоволтаичните панели, който е по-малък, колкото по-близо е напрежението на клемите на батерията до максималната стойност на регулиране.
  • Изключете напрежението: напрежение, при което потребителските товари се изключват автоматично, за да се избегне прекомерното разреждане на батерията.
  • Долен диапазон на хистерезис: е разликата между напрежението на изключване и напрежението, при което консумациите могат да се свържат обратно към батерията.

Кои са най-често срещаните характеристики на контролерите за зареждане във фотоволтаична инсталация?

Следните параметри определят най-често срещаните характеристики на контролерите на заряда, използвани в автономни фотоволтаични слънчеви инсталации:

Какви са видовете контролери за зареждане?

В зависимост от принципа на действие има следните видове контролери за зареждане:

  • Паралелни регулатори на заряда (шунт).
  • Регулатори на зареждане от сериен тип.

Паралелни регулатори на заряда (шунт)

такса
Регулаторите на шунтовия заряд базират работата си на транзистор, който отклонява тока, идващ от модулите, към разсейващ резистивен товар. Позволява ви да задавате стойности на напрежението на батерията, за които това отклонение се прави периодично, за да поддържате батерията на максимално ниво на зареждане (плаващ).

Тази система причинява нагряване на самия регулатор, което причинява износване и загуби и следователно регулаторите от този тип са ограничили работния ток до няколко ампера и следователно ще бъдат валидни за малки фотоволтаични инсталации.

Регулатори на зареждане от сериен тип

Този тип регулатори основават работата си на прекъсването на тока към батерията, в зависимост от нейното напрежение. Благодарение на съвременните технологии този превключвател е прогресивен, така че може да се контролира, за да има различни нива на натоварване.

Поплавният ток може да се извърши чрез поддържане на ниско ниво на интензивност на заряда или чрез превключване на моментите на зареждане и моментите на незареждане, за да се благоприятства необгазяването на батерията.

Този тип регулатори са свързани последователно между панелите и батерията и тъй като те не разсейват топлината, те могат да бъдат доста малки и при необходимост да бъдат монтирани на затворени места.

Други модели регулатори от същия тип, използвани в големи инсталации, отклоняват тока от панелите в други вериги, когато батериите се зареждат, за да използват тази енергия за други цели.

Други модели автоматично изключват слънчевите панели или групи от фотоволтаични панели, когато напрежението на батерията се увеличава, за да може да премине само необходимия ток и никога повече.

Много контролери за зареждане имат вградени други функции за показване и контрол на работата на фотоволтаичната слънчева инсталация като:

  • волтови милиметри и амперметри;
  • аларми за ниско напрежение на батерията;
  • температурен сензор, който автоматично регулира стойността на максималното напрежение на зареждане;
  • автоматични разединители на потребителска верига с ниско напрежение; усилвателни броячи на усилвателя; цифрови дисплеи;
  • модул за събиране на данни; модул за регулиране с тракер за максимална мощност и др.

Какво е блокиращ диод?

Особено важен елемент, който вграждат много регулатори, е блокиращият диод.

The Блокиращият диод позволява на тока да тече само в една посока от панелите на батерията, а не обратното. Този диод е необходим, когато слънчевата радиация е ниска и напрежението на батерията е по-високо от това на фотоволтаичните панели, като по този начин предотвратява разреждането на батерията от фотоволтаичните слънчеви панели.

Важно е да не бъркате този блокиращ диод с байпасния диод (вариант) на фотоволтаични модули, тъй като функциите, които те изпълняват, са много различни.

Ако по случайност или изолационен дефект има грешка в системата за заземяване, токът може да изтече в посока, обратна на нормалната, и да премине през слънчев панел или група слънчеви панели, преди да излезе през контакта.

В тези случаи наличието на блокиращ диод е много важно за избягвайте повреда на фотоволтаичните модули.

Много добрата изолация и доброто безопасно заземяване могат да избегнат необходимостта от инсталиране на блокиращ диод. Тъй като блокиращият диод генерира допълнителен спад на напрежението от 0,5 до 1 V, това е още една причина да се проектира напрежението на панела по-високо от необходимото за зареждане на батериите.

Какво представляват контролерите за зареждане на максимална мощност?

Контролерите за зареждане с максимална мощност са контролери за зареждане, които включва преобразувател на постоянен ток в променлив токна изхода на слънчевите модули.

Този токов преобразувател позволява да се изолира работното напрежение на фотоволтаичните модули от напрежението на батериите. По този начин модулите могат да работят при максималната си мощност и следователно максимално възможната производителност.

Пример за контролер на зареждане с проследяване на максимална мощност

Ако вземем за пример фотоволтаичен модул, в който данните, предоставени от производителя, са: 53 Wp при 17.4 V и 3.05 A.

Когато свързваме модула директно към акумулатор с напрежение между клемите, което в този момент е 12 V, модулът всъщност доставя мощност от:

Действително P = 12V 3.05A = 36.6W

С други думи, от наличните 53 W, когато батерията с 12 V клеми се зарежда директно, ние се възползваме само от 36,6 W, което предполага 30% загуба на мощност.

Въпросът е: къде са останалите липсващи ватове? Никъде, тъй като генерирането на модула е текущо, а не захранване.

Целта е да се постигне максимална мощност на фотоволтаичния модул чрез регулатори на заряда с търсач на максимална мощност. В тази търсачка е разработена последващата компенсация на напрежението чрез ток.

Независими контролери за зареждане

Контролерите за зареждане се продават на потребителите като отделни устройства, често заедно със слънчеви или вятърни генератори, за употреба като битови системи за съхранение на батерии.

В слънчевите приложения могат да се извикат и контролери за зареждане слънчеви регулатори.

Някои контролери/регулатори на слънчев заряд имат допълнителни характеристики, като прекъсвач на ниско напрежение (LVD), отделна верига, която изключва товара, когато батериите се разредят прекомерно (известна химия на батерията е такава, че прекомерното разреждане може да развали батерията).

Контролерите могат да бъдат последователни или байпасни:

  • Сериен регулатор на заряда или сериен регулатор деактивира токовия поток към батериите, когато са пълни.
  • Байпасен контролер за зареждане или байпасен регулатор отклонява излишното електричество към спомагателен или "байпасен" товар, като електрически бойлер, когато батериите са пълни.

Обикновените регулатори на зареждането спират зареждането на батерията, когато надвишат зададеното ниво на високо напрежение и активират повторно зареждането, когато напрежението на батерията падне под това ниво. Технологиите за модулация на широчината на импулса (PWM) и проследяването на максимална мощност (MPPT) са по-сложни в електронно отношение, като регулират скоростта на зареждане въз основа на нивото на батерията, за да позволи на товара по-близо до максималния си капацитет.

Контролерите за зареждане също могат следете температурата на батерията за да се избегне прегряване. Някои системи за регулиране на натоварването също показват данни, предават данни на отдалечени дисплеи и регистрират данни за проследяване на електрическия поток във времето.

Дата на публикуване: 8 април 2016 г.
Последен преглед: 8 април 2020 г.