Особенности контроллеров заряда

Одним из наиболее важных элементов солнечной энергосистемы является контроллер заряда. Контроллеры заряда используются в автономных солнечных энергосистемах для защиты аккумуляторных батарей от глубокого разряда или перезаряда. Контроллеры заряда часто могут быть встроены в инверторы или блоки бесперебойного питания. В ББП обычно встраиваются и зарядные устройства от генератора или сети.

Основными функциями контроллеров заряда являются:

1. Регулирование и индикация процессов заряда и разряда солнечного модуля
2. Предотвращение перезаряда АКБ
3. Предотвращение глубокого разряда АКБ
4. Отключение/включение нагрузки, если нагрузка подключена через контроллер

Использование контроллеров заряда рекомендуется в любом случае. Его использование обеспечит безопасные режимы заряда/разряда для АКБ. Любая правильно собранная автономная солнечная энергосистема имеет в своем составе контроллер заряда. Процесс контроля заряда/разряда АКБ, как правило довольно прост. Большинство современных контроллеров имеет светодиодную индикацию.

Зеленый диод – АКБ полностью заряжены
Желтый диод – АКБ имеют нормальный заряд
Красный диод – АКБ разряжены, нагрузка будет отключена

Следите за индикацией Вашего контроллера заряда для определения степени заряженности АКБ. Большинство предлагаемых на рынке контроллеров имеет достаточное количество степеней защиты:

1. Защита от неправильной полярности подключения СМ, АКБ и нагрузки
2. Защита от короткого замыкания (КЗ) на входе СМ;
3. Защита от перегрева;
4. Защита от КЗ в нагрузке;
5. Защита от обрыва в цепи АКБ;
6. Защита от молний варистором;
7. Защита нагрузки от перенапряжения на входе;
8. Электронный предохранитель;
9. Предотвращение разряда АКБ через СБ в ночное время.

Типы контроллеров заряда

Контроллеры ON/OFF

В контроллерах типа ON/OFF отключение солнечного модуля при полной зарядке АКБ происходит путем его закорачивания. Это ограничивает область применения подобных контроллеров только  солнечными модулями, которые не боятся короткого замыкания. Контроллеры данного типа просто отключают солнечный модуль при достижении напряжения на аккумуляторной батарее около 14,4 В (для АКБ номинальным напряжением 12В). При снижении напряжения на АКБ до значений 12,5-13 В происходит подключение солнечного модуля и заряд возобновляется. При этом максимальный уровень заряженности АКБ при этом составляет 60-70%. При регулярном недозаряде происходит сульфатация пластин и резкое сокращение срока службы АКБ. Данный тип контроллеров практически не используется в современный АСЭ, т.к. на рынке появились наиболее продвинутые контроллеры PWM и MPPT.

Контроллеры PWM (ШИМ)

Контроллеры с технологией PWM (Pulse Width Modulation) на завершающей стадии заряда применяют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока заряда. При использовании данной технологии заряд АКБ достигает 100%.



Данный тип контроллеров использует 4 стадии заряда АКБ:

1. Заряд максимальным током. АКБ получает полностью весь ток солнечной батареи.
2. ШИМ заряд. В процессе заряда, когда напряжение на АКБ достигает определенного уровня, контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ тока заряда. Это предотвращает перегрев и газообразование в аккумуляторе. Сила тока постепенно уменьшается по мере заряда АКБ.
3. Стадия выравнивания. Большинство АКБ с жидким электролитом улучшают свои свойства при периодическом заряде до газообразования, при этом выравниваются напряжения на различных банках АКБ при котором происходит перемешивание и очищение электролита.
4. Стадия поддержания заряда. При полном заряде АКБ, напряжение от солнечного модуля уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования в АКБ. Происходит поддержание напряжения в АКБ.

Контроллеры MPPT (Maximum Power Point Tracking)

Технология MPPT (Maximum Power Point Tracking) представляет собой наиболее продвинутую технологию современных контроллеров заряда. Вычисление максимальной точки  эффективности заряда от солнечного модуля, позволяет повысить эффективность генерации  солнечной энергии до 25-30% по сравнению с контроллерами ON/OFF и PWM. Установка контроллера с технологией MPPT во многих случаях эквивалентна установке дополнительного количества солнечных модулей на объекте. Этапы зарядки МРРТ контроллера идентичны этапам зарядки контроллера с ШИМ.

Основные преимущества контролеров MPPT:

• Отсутствие потерь при заряде АКБ
• Оптимальная работа при затенении части площади солнечных панелей
• Повышенная отдача при слабой освещенности и при облачной погоде
• Возможно использовать более высокое входное напряжение
• Позволяет уменьшить сечение кабелей
• Позволяет увеличить дистанцию от панелей до контроллера

На конкретном примере смоделируем работу системы  в равных климатических условиях и проанализируем эффективность MPPT технологии.

Географическое положение г. Москва

Установленная мощность 0,72 кВт (солнечный модуль ФСМ 180 24В, 4шт.) 

Система с контроллером PWM на протяжении года сгенерировала порядка 279 кВт*час электроэнергии. В то время как система с контроллером MPPT сгенерировала более 330 кВт*час электроэнергии в год, что составляет прирост почти 19%. Согласитесь, весомый аргумент в пользу технологии MPPT.