Regulator ładowania słonecznego PWM – działanie i odpowiedni dobór

Co to jest modulacja szerokości impulsu lub kontroler ładowania PWM?

Solarny regulator ładowania to serce systemu fotowoltaicznego. Łączy ze sobą panel słoneczny oraz akumulator. Kontroler ładowania jest identyczny ze standardową ładowarką akumulatorów, tzn. kontroluje prąd płynący z panelu słonecznego do baterii akumulatorów, aby zapobiec przeładowaniu akumulatorów. Podobnie jak w standardowej ładowarce, może pomieścić różne rodzaje akumulatorów.

Najlepiej nadają się do akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych, ponieważ gdy kontroler jest w pełni naładowany, pozostaje na stałym poziomie naładowania lub utrzymuje napięcie około 13,6 V (3,4 V na ogniwo) przez resztę dnia.

W regulatorze ładowania słonecznego:

• Przełącznik jest włączony, gdy tryb ładowarki jest w trybie ładowania zbiorczego.
• Przełącznik jest włączany i wyłączany w razie potrzeby (modulowana szerokość impulsu), aby utrzymać napięcie akumulatora absorpcji.
• Wyłącza się pod koniec absorpcji, gdy napięcie akumulatora spadnie do napięcia podtrzymującego.
• Przełącznik jest włączany i wyłączany ponownie zgodnie z wymaganiami (modulacja szerokości impulsu), aby utrzymać napięcie akumulatora na poziomie napięcia podtrzymującego.

Zwróć uwagę, że gdy przełącznik jest wyłączony, napięcie panelu będzie równe napięciu obwodu otwartego (Voc). Gdy przycisk jest na panelu, napięcie będzie na poziomie napięcia baterii + napięcie spada między płytką a kontrolerem.

W regulatorze ładowania słonecznego:

• Przełącznik jest włączony, gdy tryb ładowarki jest w trybie ładowania zbiorczego.
• Przełącznik jest włączany i wyłączany w razie potrzeby (modulowana szerokość impulsu), aby utrzymać napięcie akumulatora absorpcji.
• Wyłącza się pod koniec absorpcji, gdy napięcie akumulatora spadnie do napięcia podtrzymującego.
• Przełącznik jest włączany i wyłączany ponownie zgodnie z wymaganiami (modulacja szerokości impulsu), aby utrzymać napięcie akumulatora na poziomie napięcia podtrzymującego.

Zwróć uwagę, że gdy przełącznik jest wyłączony, napięcie panelu będzie równe napięciu obwodu otwartego (Voc). Gdy przycisk jest na panelu, napięcie będzie na poziomie napięcia baterii + napięcie spada między płytką a kontrolerem.

 

Najlepsze dopasowanie do kontrolera PWM:

Najlepiej pasującym panelem do kontrolera PWM jest panel o napięciu nieco powyżej przewidzianym do ładowania akumulatora i biorąc pod uwagę temperaturę, zwykle płytka z V _mp (napięcie maksymalne) około 18V do ładowania akumulatora 12V. Są czasami określane jako rząd 12 V, mimo że mają V _mp około 18 V.

3-stopniowe ładowanie PMW

Ładowanie zbiorcze: Poziom ładowania zbiorczego to taki, w którym urządzenie fotowoltaiczne kontynuuje ładowanie akumulatora. Urządzenie będzie ładować akumulator wysokim prądem i napięciem, gdy napięcie spadnie. Gdy napięcie na końcu akumulatora jest większe niż ta wartość konserwacji podczas ustawiania, bezpośrednie ładowanie powinno zostać zatrzymane.

Absorbujące ładowanie: Zwykle po pierwszym etapie ładowania akumulator czeka przez pewien czas, aby napięcie naturalnie spadło, a następnie osiągnie zrównoważony etap ładowania. Etap nazywany jest również ładowaniem stałym napięciem.

Ładowanie płynne: Jest to ostatni etap 3-stopniowego ładowania, znany jako ładowanie podtrzymujące. Strumień to niewielki prąd ładowania akumulatora o niskim i stałym poziomie. Większość akumulatorów traci moc po całkowitym naładowaniu z powodu samorozładowania. Jeśli ładowanie pozostaje na tym samym niskim prądzie, co szybkość samorozładowania, może utrzymać pojemność ładowania.

Zalety kontrolera słonecznego PWM:

• Regulator PWM ma dojrzałe i ugruntowane techniki.
• Prosta konstrukcja i opłacalność
• Łatwe wdrożenie regulatora PWM
• Niższy budżet na małą inicjatywę

Kontroler ładowania słonecznego PWM Wady:

• Niski współczynnik konwersji
• Napięcie wejściowe musi zrównoważyć napięcie banku baterii.
• Mniejsza skalowalność dla rozwoju urządzeń
• Tryb mniejszego ładowania
• Mniejsza ochrona;

 

Funkcja regulatora ładowania słonecznego:

Centralny kontroler ładowania zasadniczo reguluje napięcie urządzenia i otwiera obwód, zatrzymując ładowanie, gdy napięcie akumulatora wzrasta do określonej wartości. 

Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory 12 V są przeznaczone do zastosowań związanych z energią słoneczną. Panele słoneczne mogą przenosić znacznie większe napięcie niż bateria potrzebuje do naładowania. Napięcie ładowania będzie utrzymywane na najwyższym możliwym poziomie, podczas gdy czas potrzebny na całkowite ustawienie sprzętu do przechowywania energii elektrycznej jest minimalny. Pomaga systemom słonecznym w ciągłym, optymalnym działaniu. Rozpraszanie energii w przewodach jest znacznie niskie dzięki doprowadzeniu wyższego napięcia w przewodach paneli słonecznych do kontrolera ładowania.

Rodzaje kontrolera ładowarki słonecznej:

Trzy rodzaje kontrolera ładowania słonecznego

1. Proste sterowanie 1- lub 2-fazowe: przełącza tranzystory w celu regulacji napięcia w jednym lub dwóch krokach.
2. PWM (modulacja szerokości impulsu): jest to tradycyjna forma kontrolera ładowania
3. Śledzenie maksymalnego punktu mocy (MPPT): MPPT identyfikuje optymalne napięcie robocze i natężenie na wyświetlaczu panelu słonecznego i dopasowuje się do banku ogniw elektrycznych.

Dobór regulatora ładowania słonecznego PWM

Kontrolery PWM nie są w stanie ograniczyć swojej obecnej wydajności. Po prostu korzystają z aktualnej kolekcji. Dlatego też, jeśli panel słoneczny wygeneruje 40 amperów prądu, a używany kontroler ładowania ma tylko 30 amperów, kontroler może być uszkodzony. Niezbędne jest upewnienie się, że kontroler ładowania jest równoległy, zgodny z panelami i ma odpowiedni rozmiar.

Patrząc na kontroler ładowania, wiele elementów jest oglądanych na liście funkcji lub tagów. Kontroler PWM miałby odczytany z nim wzmacniacz, np. 30-amperowy kontroler PWM. Odzwierciedla to, ile amperów może pomieścić sterownik, w powyższym przykładzie 30 amperów. Ogólnie rzecz biorąc, natężenie prądu i napięcie to dwie rzeczy, na które chcesz spojrzeć w sterowaniu PWM.

 

Następnie przyjrzymy się nominalnemu napięciu urządzenia. Poinformuje nas, z jakim napięciem pracują baterie kontrolera. W takiej sytuacji można zastosować baterie akumulatorów 12V lub 24V. Kontroler nie byłby w stanie działać na niczym wyższym, jak na przykład bank akumulatorów 48V.

Po drugie, ważny jest prąd znamionowy akumulatora. W takim przypadku załóżmy, że masz 30-amperowy kontroler ładowania. Zalecany jest stopień ochrony co najmniej 1,25, co oznacza, że ​​można uśrednić prąd z paneli o 1,25, a następnie przyrównać go do 30 amperów. Np. pięć 100-watowych paneli będzie 5,29 x 5 = 26,45 amperów równolegle. 26,45 A x 1,25 = 33 A, a to będzie za dużo dla kontrolera. Panel napotka więcej prądu niż jest to szacowane, gdy ekspozycja na promienie słoneczne przekracza 1000 watów/m^2.

Po trzecie, powinniśmy przyjrzeć się maksymalnemu wkładowi energii słonecznej. Pokazuje, ile woltów możesz dostać do kontrolera. Ten kontroler nie może tolerować więcej niż 50 woltów. Przyjrzymy się wykonaniu szeregowych paneli 2 x 100 W o łącznej wartości 22,5 V (napięcie obwodu otwartego) x 2 = 45 woltów. W takim przypadku będzie w porządku połączyć te dwa panele szeregowo.

Po czwarte, powinniśmy rzucić okiem na terminale. Każdy kontroler będzie zazwyczaj miał maksymalny rozmiar wskaźnika terminala. Ma to kluczowe znaczenie przy zakupie okablowania do Twojej maszyny.

Na koniec spójrz na typ baterii. Mówi nam, które baterie są zgodne z kontrolerem ładowania. Konieczna jest weryfikacja, ponieważ nie chcesz otrzymywać baterii, których urządzenie sterujące nie może zasilać.

Zobaczmy następujący kolejny podstawowy przykład doboru regulatora ładowania słonecznego PWM.

Rozbieżność między regulatorami obciążenia słonecznego PWM i MPPT

Sednem różnicy jest:

• Dzięki kontrolerowi PWM prąd jest pobierany z panelu tuż powyżej poziomu naładowania baterii, podczas gdy
• W przypadku kontrolera MPPT prąd pobierany jest z panelu po naciśnięciu przycisku „maksymalne napięcie zasilania” (pomyśl o kontrolerze MPPT jako „inteligentnym konwerterze DC na DC ”).

Widzisz również hasła takie jak „będziesz uzyskiwać 20% lub więcej energii z kontrolera MPPT”. Ten dodatek również znacznie się różni, a poniżej znajduje się odniesienie do tego, czy panel jest w pełnym słońcu, a kontroler jest w trybie ładowania zbiorczego. Ignorowanie spadków napięcia na przykładzie prostego panelu i prostej matematyki:

• Maksymalny prąd zasilania panelu (Imp) = 5,0A
• Maksymalne napięcie zasilania panelu (Vmp) = 18V

Napięcie ładowarki = 13 V (napięcie akumulatora może wahać się między, powiedzmy, 10,8 V przy pełnym rozładowaniu i 14,4 V w trybie ładowania absorpcyjnego). Przy 13 V wzmacniacz panelu byłby nieznacznie wyższy niż całkowita moc wzmacniacza, powiedzmy 5,2 A.

Z kontrolerem PWM moc wyjściowa z panelu wynosi 5,2A*13V = 67,6 watów. Ta suma mocy byłaby pobierana niezależnie od temperatury panelu, pod warunkiem, że napięcie panelu będzie wyższe niż napięcie akumulatora.

Zalety ładowarki PWM

Ładowanie baterii zasilanej energią słoneczną to wyjątkowe i trudne wyzwanie. W dawnych czasach, niezbędne regulatory on-off były używane do redukcji baterii z gazu, gdy panel słoneczny dostarczał nadmiar energii elektrycznej. Jednak wraz z ewolucją systemów słonecznych stało się jasne, jak bardzo te proste instrumenty naruszyły proces ładowania.

Doświadczenie regulatorów on-off to wczesne błędy baterii, rosnące rozłączenia obciążenia i rosnąca frustracja konsumentów. PWM pojawił się niedawno jako pierwszy przełom w ładowaniu baterii słonecznych. Ładowarki słoneczne PWM wykorzystują sprzęt podobny do większości nowoczesnych, wysokiej jakości ładowarek akumulatorów.

Gdy napięcie akumulatora przekracza limit kontrolny, algorytm PWM powoli zmniejsza prąd ładowania, aby zapobiec nagrzewaniu się akumulatora i jego gazowaniu, podczas gdy ładowanie zaczyna zwracać całkowitą ilość energii do akumulatora w możliwie najkrótszym czasie. Skutkuje to lepszą wydajnością ładowania, szybkim ładowaniem i długotrwałą baterią przy maksymalnej mocy.

Ponadto ten nowy sposób ładowania baterii słonecznych oferuje bardzo fascynujące i niezwykłe zalety pulsacji PWM.

Obejmują one:

1. Możliwość przywrócenia zmniejszonej mocy baterii i rozproszenia baterii
2. Znacznie zwiększ aprobatę ładowania akumulatora.
3. Zachowaj wysoką ogólną pojemność baterii (90% do 95%) w porównaniu z kontrolowanym stanem naładowania w zakresie od 55% do 60%.
4. Wyrównaj dryf ogniw baterii.
5. Ogranicz nagrzewanie i zgazowanie akumulatora.
6. Automatycznie skompensuj wiek baterii.
7. Samoregulacja wzrostów napięcia i skutków temperatury w systemach solarnych

Wybór najlepszego kontrolera słonecznego

PWM to przyzwoita, niedroga opcja: