Контроллер для солнечной батареи своими руками. Контроллер заряда солнечной батареи: схема, принцип работы, способы подключения

Контроллер – электронный прибор, отвечающий за контроль и регулировку заряда аккумуляторной батареи. Различные модели отличаются по конструкции и режиму работы.

Виды контроллеров

On/Off контроллер

Наиболее дешевый аппарат. Отличительная черта данного типа аппарата в том, что при достижении определённого максимального показателя напряжения аппарат отсоединяет блок солнечных батарей от аккумуляторов, и зарядка приостанавливается. Контроллер этого типа применяются редко, т. к. при их использовании происходит неполный заряд батарей, что плохо отражается на их состоянии, и в продолжительной перспективе, приводит к полному выходу из строя. Единственный плюс у данного типа – низкая стоимость.

ШИМ (PWM) – контроллер

В основу работы данного типа электронного устройства заложена широтно-импульсная модуляция. В процессе эксплуатации контроллер этого типа, прекратив заряжать аккумуляторную батарею, не отключает солнечные панели, что позволяет полностью зарядить АКБ. Как правило, такие аппараты используются в установках небольшой мощности, до 2,0 кВт.

МРРТ – контроллер

Это наиболее дорогие по стоимости устройства. Работа приборов данного типа основана на управлении пиками, выходящими на максимальный энергетический уровень. Данный тип контроллера более эффективен при использовании и сокращает сроки окупаемости солнечных электрических станций.

Какие параметры контроллера необходимо учитывать

Чтобы определить критерии при выборе контроллера, необходимо сформулировать функции, которые он выполняет, к ним можно отнести следующие:

• Обеспечение заряда аккумуляторной батареи;
• Отключение аккумуляторной батареи при полном заряде в автоматическом режиме;
• Отключение нагрузок при минимальном заряде в автоматическом режиме;
• Подключение нагрузок при восстановлении заряда;
• Подключение фотоэлементов при заряде аккумуляторной батареи в автоматическом режиме.

Определившись с функциями, за выполнение которых отвечает контроллер, можно сформулировать параметры, которые обязательно учитывают при выборе устройства.

Основных параметров два, это:

Современные модели контроллеров оснащены разнообразными защитными механизмами и возможностью работы в разных режимах. Наличие подобных элементов в конструкции того или иного прибора не влияет на основные параметры при его выборе, но дополнительно стимулирует приобретение той или иной модели.

К таким элементам защиты можно отнести:

• Защита от подключения неправильной полярностью;
• Защита на входе от случаев короткого замыкания;
• Защита во время нагрузок от короткого замыкания;
• Защита от перегревов;
• Защита на входе от высоких нагрузок напряжения;
• Защита от ударов молний;
• Схемы предотвращения ночного разряжения аккумуляторных батарей;
• Электронные предохранители.

Как выбрать контроллер для заряда солнечных батарей

Чтобы выбрать необходимый контроллер, необходимо определиться, какие солнечные панели установлены,
или планируется установить. Далее необходимо рассчитать их мощность, определить, на какое рабочее напряжение они рассчитаны, уточнить прочие параметры формируемой системы.

Затем изучают параметры, предъявляемые к контроллеру, и увязывают их с характеристиками системы, в которой будет работать устройство. Когда технические величины определены и отвечают предъявляемым к ним требованиям, необходимо выбрать страну и фирму производителя устройства, решить из какого ценового диапазона следует выбрать котроллер. Определиться с местом приобретения и купить выбранный аппарат.

Как сделать контроллер своими руками

При наличии знаний в области электроники и умения обращаться с паяльником, можно изготовить контроллер заряда из подручных материалов самостоятельно. Конечно, это будет простейший из видов контроллеров, так называемый тип «On/Off» контроллеров.

В приведенной внизу схеме с помощью электронных компонентов формируется сигнал, получаемый от солнечных панелей. Транзисторы, установленные в схеме, управляют работой последней, резисторы регулируют параметры переключения режимов работы, а микросхемы выполняют роль операционного усилителя и регулятора параметров.

Хотя из приведенной схемы видно, что изготовить подобный элемент системы несложно, к тому же всегда схему можно дополнить и доработать, но все же несмотря на очевидную простоту, использовать контроллеры, изготовленные подручными средствами самостоятельно не рекомендуется, дабы избежать неблагоприятных последствий, таких как вывод из строя аккумуляторных батарей.

Можно ли обойтись без контроллера для солнечной батареи

Иногда при самостоятельной разработке солнечной электрической станции возникает вопрос, а можно ли обойтись без контроллера? Для ответа на поставленный вопрос необходимо вспомнить о роли данного устройства в системе преобразования солнечной энергии в электрическую. Если сформулировать коротко, то — контроллер управляет процессом заряда аккумуляторных батарей.

При отсутствии данного элемента схемы управления, возможно закипание электролита в АКБ, что в свою очередь приведет к повреждению аккумуляторной батареи, стоимость которой значительно превышает стоимость контроллера. Из этого делаем вывод, что работа солнечной электрической станции в автоматическом режиме без контроллера недопустима.

Единственный случай, когда можно исключить контроллер из схемы управления — это не продолжительное по времени использование солнечных панелей. В этом случае, в цепь зарядки АКБ, устанавливается вольтметр и в моменты, когда заряд достигает пиковых значений, аккумуляторные батареи в ручном режиме отключают. После прохождения пиковых нагрузок, цепь зарядки, опять же в ручном режиме, включается в работу.

В настоящее время изготовлением разнообразных электронных устройств занимается большое количество отечественных и зарубежных компаний. Стоимость контроллеров разнообразных типов колеблется от 5,0 до 10,0 тысяч рублей, поэтому нет необходимости изготавливать такое сложное электронное устройство самому или вообще исключать его из схемы управления солнечной электростанции.

Получив экономию в малом, можно потерять больше при выходе из строя АКБ, к тому же работа в автоматическом режиме, которую осуществляет прибор, изготовленный профессионалами, позволяет экономить время владельца, а в современном мире, когда все быстро течет и происходит, это немаловажный фактор. Однако каждый для себя делает индивидуальный выбор, благо он, это выбор, есть всегда.

Особую популярность в последнее время приобрели системы, функционирующие автономно, без подключения к электросети. Подобные устройства идеально подходят для работы в замкнутом режиме. Конструкции подобных систем довольно сложные и состоят из нескольких элементов, самым главным из которых является контроллер.

Особенности

Контроллеры заряда имеют несколько немаловажных особенностей. Наиболее важными являются функции защиты, которые служат для повышения степени надежности работы данного устройства.

Необходимо отметить наиболее распространенные в подобных конструкциях разновидности защит:

• устройства оснащены надежной защитой от неправильного подсоединения полярности;
• очень важно предотвратить вероятность коротких замыканий в нагрузке и на входе, поэтому производители обеспечивают контроллеры надежной защитой от возникновения подобных ситуаций;
• немаловажной является защита устройства от молнии, а также различных перегревов;
• конструкции контроллеров оснащаются специальной защитой от перенапряжений и разрядки аккумулятора в ночное время суток.

Дополнительно устройство оснащается разнообразными электронными предохранителями и специальными информационными дисплеями. Монитор позволяет узнать необходимую информацию о состоянии аккумулятора и всей системы.

Помимо этого, на экране отображается множество другой немаловажной информации: напряжение аккумуляторной батареи, степень заряда и многое другое.

В конструкцию многих моделей контроллеров входят специальные таймеры, благодаря которым активируется ночной режим работы прибора.

Кроме того, существуют более сложные модели подобных устройств, способные одновременно управлять работой двух независимых друг от друга батарей. В наименовании подобных приборов присутствует приставка Duo.

Необходимо отметить современные модели приборов, которые способны сбрасывать лишнюю энергию на ТЭНы.

Виды

Существует несколько типов контроллеров для заряда солнечных батарей. Наиболее простым и доступным по стоимости прибором является On/Off.

Основным предназначением и преимуществом данного вида приборов является своевременное отключение подачи заряда на аккумулятор. Это свойство аппарата немаловажно: во время достижения оптимального напряжения оно помогает избежать перегревания прибора. При этом обязательно следует упомянуть о недостатке подобного вида устройств – быстрое отключение. После того как будет достигнут максимальный ток, нужно в течение примерно двух часов поддержать процесс заряда, однако данный прибор отключает его сразу. Степень заряда аккумулятора в этом случае будет порядка 70 процентов, что значительно ниже необходимого значения. Этот показатель оказывает негативное влияние на работу аккумуляторной батареи.

Второй тип контроллеров для заряда солнечной батареи – электронный прибор PWM. Выпуск подобной конструкции был налажен сравнительно давно. В основу работы устройства заложены специальные алгоритмы широтно-импульсной модуляции. Несмотря на это, подобные приборы достаточно эффективны. PWM-устройства являются оптимальным вариантом для использования в бытовых условиях.

Более современное электронное устройство – МРРТ. Прибор оснащен новейшими технологиями, направленными на отслеживание максимальной степени мощности. Это в несколько раз увеличивает эффективности и функциональность данного устройства. Однако, несмотря на это, необходимо отметить, что при выборе устройства для использования в бытовых условиях следует выбирать прибор из серии PWM. Это обусловлено высокой стоимостью приборов из серии МРРТ, а также сложной настройкой. Подобные устройства являются оптимальным вариантом для применения в системах масштабной солнечной энергетики.

Если вы хотите подобрать гибридный вариант, тогда, прежде всего, необходимо понять, как микроконтроллер работает (принцип работы и ШИМ).

Как выбрать

Выбирая подходящий контроллер для заряда солнечной батареи, необходимо обратить особое внимание на несколько очень важных критериев.

На первом месте стоит входящее напряжение. Максимальное значение данного показателя должно соответствовать определенным нормам. В конструкциях подобных устройств иногда используются несколько батарей. Поэтому напряжение на схему прибора идет одновременно от всех батарей, соединенных различными способами. Чтобы прибор правильно функционировал, необходимо определенное напряжение, показатели которого не должны превышать предусмотренные производителем нормы.

Для расчета значения мощности за основу берется показатель напряжения при разряженных аккумуляторах аппарата. При этом необходимо перемножить показатели выходного тока и напряжение, которое вырабатывается солнечной батареей. После этого следует добавить к полученному результату 20 процентов на резерв.

Еще одним важным критерием при выборе контроллера является вид нагрузки. Не следует использовать устройство для подключения различных бытовых приборов. Это приведет к выводу контроллера из строя, что обусловлено использованием в конструкции прибора различных технологий, которые учитывают всю нагрузку, заложенную в свойствах аккумулятора. Чтобы избежать возникновения подобных ситуаций, необходимо использовать устройство строго по назначению.

Схема установки

Вы можете сделать самодельный вариант своими руками и настроить его, если будете учитывать все наши рекомендации.

Следует отметить, что при подключении каждого типа подобных приборов необходимо использовать максимально соответствующий вид солнечных панелей. Например, при использовании устройства, рассчитанного на входное напряжение порядка 100 вольт, следует воспользоваться солнечными панелями, у которых подобный показатель на выходе соответствует данному значению.

Прежде чем приступить к подключению прибора, следует определиться с наиболее подходящим местом для его установки. Оптимальным решением данного вопроса является сухое, хорошо проветриваемое помещение. Категорически не рекомендуется располагать рядом с аппаратом легковоспламеняющиеся материалы. Помимо этого, категорически недопустимо расположение устройства очень близко к различным источникам вибрации, влажности, а также разнообразным обогревателям и печам. Место для размещения аппарата должно быть надежно защищено от различных атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Последовательность подключения устройств PWM

Чтобы добиться максимального эффекта от использования подобного устройства, необходимо точно следовать инструкции, а также соблюдать определенную последовательность при подключении аппарата. Процесс подсоединения приборов PWM и различных периферийных устройств не вызовет больших затруднений – справиться с данной задачей сможет любой человек.

Каждая конструкция оснащена специальными маркированными клеммами.

Подключение периферийных устройств необходимо осуществлять в точном соответствии с обозначениями на контактных клеммах:

• необходимо соединить аккумулятор и аккумуляторную батарею при помощи специального провода и клеммы, внимательно соблюдая полярность;
• к определенному положительному проводу нужно подсоединить предохранитель, предназначенный для защиты прибора;
• на соответствующих контактах контроллера следует зафиксировать специальные проводники, выходящие от батареи солнечных панелей, при этом также нужно тщательно соблюдать полярность;
• следует подсоединить к определенным выходам аппарата специальную лампу для контроля соответствующего напряжения.

Не следует нарушать указанную последовательность. Например, категорически не рекомендуется подсоединять к контроллеру при отключенном аккумуляторе солнечные панели – это может привести к поломке аппарата. Инвертор конструкции нужно соединять с аккумуляторной батареей при помощи специальных клемм.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие правила подключения этого типа аппаратов практически идентичны монтажу других видов приборов. Однако технология установки немного отличается, так как контроллеры MPPT относятся к более мощным устройствам.

Для конструкций, рассчитанных на высокую мощность, для соединения силовых цепей необходимо использовать электрокабели с большим сечением.

Соединительные электрокабели обязательно должны быть оснащены специальными наконечниками , выполненными из меди, которые необходимо предварительно обжать с помощью определенного инструмента. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора следует оснастить специальными переходниками с предохранителями и выключателями. Благодаря подобному оснащению конструкции прибора можно добиться значительного сокращения потери энергии и гарантированной максимально безопасной эксплуатации конструкции.

Предварительно перед подключением прибора обязательно следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует либо имеет значение меньше допустимой нормы, которая необходима для подачи на вход контроллера.

Подсоединение периферии к аппарату MTTP:

• предварительно следует отключить прибор и аккумулятор при помощи специальных выключателей;
• необходимо демонтировать специальные предохранители на солнечной панели и аккумуляторе;
• нужно подсоединить при помощи электрокабеля и клемм аккумулятор и контроллер;
• подключить с помощью специального провода и клемм солнечную панель с аппаратом (данные элементы обозначены соответствующими знаками);
• соединить с помощью электрокабеля определенную клемму заземления с шиной «земли»;
• установить на конструкции специальный датчик, определяющий температуру.

Контроллер очень прост и состоит всего из четырех деталей.

Это мощный транзистор (я использую IRFZ44N выдерживает ток до 49Ампер).

Автомобильное реле-регулятор с управлением по плюсу (ВАЗ "классика").

Резистор120кОм.

Диод по мощнее, чтобы держал ток отдаваемый солнечной панелью (к примеру из автомобильного диодного моста).

Принцип работы тоже очень простой. Пишу для совсем не понимающих в электронике людей, так-как сам в ней ничего не понимаю.

Реле регулятор подключается к АКБ, минус на алюминиевую основу (31к), плюс на (15к), с контакта (68к) провод через резистор подсоединяется к затвору транзистора. У транзистора три лапки, первая это затвор, вторая сток, третья исток. Минус солнечной панели подключается к истоку, а плюс к АКБ, со стока транзистора минус солнечной панели идет на АКБ.

Когда реле-регулятор подключен и работает, то плюсовой сигнал с (68к) отпирает затвор и ток с солнечной панели течет через исток-сток в АКБ, а когда напряжение на АКБ превысит 14 вольт, реле-регулятор отключает плюс и затвор транзистора разряжаясь через резистор на минус закрывается тем самым разрывает минусовой контакт солнечной панели, и она отключается. А когда напряжение немного упадет реле-регулятор снова подаст плюс на затвор, транзистор откроется и снова ток от панели потечет в аккумулятор. Диод на плюсовом проводе СБ нужен чтобы ночью аккумулятор не разряжался, так-как без света солнечная панель сама потребляет электроэнергию.

Ниже наглядный рисунок соединения элементов контроллера.

Я не силен в электронике и может в моей схеме есть какие-то недочеты, но она работает без всяких настроек и работает сразу, и делает то что делают заводские контроллеры для солнечных панелей, а себестоимость всего порядка 200 рублей и час работы.

Ниже не совсем понятная фотография этого контроллера, вот так грубо и неряшливо просто на корпусе ящика закреплены все детали контроллера. Транзистор немного греется и я его закрепил на маленький вентилятор. Параллельно резистору поставил маленький светодиод, который показывает работу контроллера. Когда горит СБ подключена, когда нет значит аккумулятор заряжен, а когда быстро мигает аккумулятор почти заряжен и просто подзаряжается.

Этот контроллер работает уже более полугода и за это время никаких проблем, подключил и все, теперь не слежу за АКБ, все само работает. Это мой второй контроллер, первый я собирал для ветрогенераторов как балластный регулятор, о нем смотрите в предыдущих статьях в разделе мои самоделки.

Внимание - контроллер оказывается не полностью рабочий. После некоторого времени работы вяснилось что транзистор в данной схеме не полностью закрывается, и в аккумулятор все равно продалжает течь ток даже при привышении 14 вольт

А сейчас у меня в качестве контроллера балластный регулятор стоит, который отлично работает уже продрлжительное время. Как только напряжение переваливает за 14 вольт транзистор открывается и включает лампочку, которая сжигает все излишки энергии. Одновременно сейчас две солнечные панели и ветрогенератор на этом балласте.

В 21 веке уже ни для кого не секрет, что энергию солнца можно трансформировать в электрический ток. Такое преобразование достигается с помощью специального оборудования – . Но не все знают, каким образом и в каких отраслях могут применяться солнечные батареи.

Сперва следует сказать о том, что данное оборудование может использоваться и в автономных системах, и в сетевых. То есть оно распространено во многих сферах, среди которых:

• сельскохозяйственная отрасль;
• телекоммуникации;
• навигационные системы;
• подсветка автодорожных знаков ночью;
• системы уличного освещения и т.д.

Но использование фотоэлектрических установок может демонстрировать низкую эффективность, если не задействован контроллер заряда, обеспечивающий контроль за процессом . Этот прибор может выступать отдельной единицей или монтироваться в инверторы либо блоки бесперебойного питания. Различают несколько разновидностей контроллеров заряда солнечных батарей – ШИМ и МРРТ.

МРРТ контроллеры

Такие контроллеры наделены важной функциональной особенностью – поиск точки максимальной мощности. Электрическая энергия, которая вырабатывается батареями, должна максимально применяться в нагрузке – один из главных принципов контроллера данного вида.

Чтобы иметь четкое представление о работе МРРТ контроллеров, для начала нужно разобраться, что такое точка максимальной мощности. В данной точке значение напряжения, а также силы тока определяются несколькими аспектами, главными из которых являются яркость света, нагрев батареи и угол падения лучей. Поскольку эти величины непостоянны, точка максимальной мощности тоже будет изменять собственное положение. И чтобы оборудование работало наиболее эффективно, и производило как можно больше электроэнергии от солнца, необходим аккумулятор, подстраивающийся под регулярно меняющиеся параметры. Но даже он не способен точно «ловить» точку максимальной мощности – и тут на помощь приходят контроллеры заряда МРРТ.

Согласно с результатами исследований, данная технология позволяет достичь увеличения эффективности солнечных батарей на целых 25 процентов.

ШИМ контроллеры

Применяющаяся же в ШИМ контроллерах технология, дает возможность достигнуть постоянного напряжения аккумуляторного заряда благодаря коммутации солнечной батареи. Схема действия данных устройств такова: в момент достижения заявленной величины напряжения на аккумуляторной батарее, контроллер выполняет функцию снижения тока заряда и предотвращения перегрева аккумулятора. Также такие контроллеры учитывают «возраст» батарей, понижают степень выработки газа (за исключением AGM и GEL технологий, которые вообще не выделяют газ), повышают способность принятия заряда, и обеспечивают выравнивание качества их отдельных элементов.

Получаемая солнечной батареей энергия применятся наиболее эффективно, если установлен ШИМ контроллер – на 30 процентов больше энергии для аккумуляторов, понижение стоимости системы, расходование электроэнергии с максимальной пользой.

Выбираем контроллер – МРРТ или ШИМ

МРРТ устройства позволяют достигнуть большей эффективности, в сравнении с ШИМ, однако к их минусам относится цена – почти вдвое большая. Исходя из этого, для небольших мощностей, когда применяется 1-2 солнечных модуля, лучше приобрести ШИМ контроллер – на столь маленьких «масштабах» установок, МРРТ будет демонстрировать практически ту же эффективность, что и ШИМ, лишь немногим большую. Если же у вас уже есть небольшая мощность солнечных модулей, но в будущем вы хотите ее нарастить с помощью добавления новых единиц оборудования, то в таком случае рекомендуется купить МРРТ контроллер.

Как вы уже могли понять из приведенных выше материалов, солнечные батареи для высокоэффективной работы обязательно должны быть оборудованы контроллерами заряда. Ведь контроллер является одной из наиболее важных составляющих всей системы, которая выполняет значимые функции – регулировка температуры, режима зарядки и многое другое.

К сожалению не все продавцы данного оборудования, как в наземных магазинах, так и во всемирной сети интернет, хорошо разбираются в реализуемых устройствах. По этой причине перед покупкой лучше собрать о них полную информацию, чтобы сделать правильный выбор. Также желательно покупать в надежных магазинах, которые пользуются доверием покупателей и хорошей репутацией.

Современные контроллеры заряда оборудованы большим количеством различных защит. Если говорить конкретнее, то это защита от перезарядки, перегрева, недопущение коротких замыканий и так далее. За счет этого достигается надежная, качественная и стабильная работа прибора. И перед тем как остановить свой выбор на том или ином контроллере, обязательно выясните, какие конкретно имеет защитные схемы устройство, достаточно ли оно защищено.

Сегодня купить контроллер заряда не проблема – множество магазинов предлагают такую аппаратуру своим покупателям. Но иногда случается так, что потребитель обнаруживает, что контроллер не совсем подходит для солнечной батареи, существует некая «несовместимость», в паре их работа оставляет желать лучшего. Поэтому будьте внимательны при выборе данных приборов и доверяйтесь только надежным продавцам, которые в своем деле считаются профессионалами – в таком случае покупка не разочарует вас и будет служить «верой и правдой» в течение долгого времени.