1. різновиди контролерів
2. вибір акумулятора
3. Розрахунок ємності акумуляторів
4. вибір інвертора

Спробуємо зрозуміти підхід до вибору автономної сонячної системи, які фактори мають більше, а які менше значення.

вибір контролера

Сонячний контролер, підключений до сонячних батарей і акумулятора, забезпечує своєчасну підзарядку акумуляторної батареї (АКБ), захищає її від передчасної деградації і виконує наступні функції:

• Автоматичне підключення АКБ до фотоелектричним модулів для підзарядки.
• Автоматичне відключення акумулятора від фотоелектричних панелей (ФЕП) при досягненні максимального рівня зарядки (захист акумулятора від перезарядження).
• Автоматичне від'єднання АКБ від споживачів електроенергії при досягненні неприпустимого рівня розряду (захист акумулятора від глибокого розряду).
• Повторне підключення навантаження до акумулятора при заповненні рівня його заряду.

Контролер здатний автоматично відключати навантаження, що підключається на вихід «Load» пристрою. До цього виходу підключаються малопотужні споживачі постійного струму (наприклад, світлодіодні лампи).

Максимально допустиме навантаження на вихід «Load» вказується виробником в паспорті пристрою.

Всі споживачі змінного струму (побутові електроприлади, електроінструмент і т. Д.) Не мають прямого підключення ні контролера, ні до сонячних панелей. Вони через інвертор підключаються до акумуляторної батареї.

При такій схемі підключення від глибокого розряду акумулятор захищається не контролером, а інвертором. До питань переразряда АКБ і способів захисту від нього за допомогою інвертора ми повернемося трохи пізніше.

різновиди контролерів

Основне завдання сонячного контролера полягає в тому, щоб забезпечувати режими зарядки акумуляторної батареї (силу струму і рівень напруги), що відповідають типу АКБ і її станом. Найпростіший контролер типу "on-off" здатний виконувати лише 2 операції: автоматично включати або відключати акумулятор від фотоелектричних панелей. Але найпростіші пристрої в наш час активно витісняються з ринку більш просунутими контролерами. Найбільш популярні сьогодні контролери двох типів: ШІМ (PWM) - пристрої широтно-імпульсної модуляції, і МРРТ - пристрої відстеження точки максимальної потужності. Розглянемо особливості перерахованих контролерів.

Контролери типу "on-off"

Розглянемо робочий цикл найпростішого контролера типу "on-off", який підключений до автомобільного акумулятора - 12 В. Коли напруга акумулятора впаде нижче номіналу, а напруга СБ досягне зарядних значень, контролер підключить акумулятор до сонячній батареї. У цей момент почнеться процес зарядки АКБ (накопичення), який буде тривати, поки напруга на акумуляторі не виросте до 14,4 В. Визначивши, що напруга на клемах АКБ досягло вказаного значення, контролер відключить акумулятор від сонячних батарей. Потім цикл повториться. Контролер типу "on-off" не дозволяє повністю зарядити акумуляторну батарею, адже для повного заряду на її клеми необхідно подавати напругу - 14,4 В, протягом декількох годин (цей період називається стадією абсорбції). Максимальний рівень зарядки при такому циклі не перевищить 60-70%, а регулярний недозаряд призведе до значного скорочення терміну служби АКБ. Як бачимо, недоліки контролерів типу "on-off" - у наявності.

контролери ШІМ

Контролери ШІМ дозволяють заряджати АКБ на 100% завдяки оптимізованому робочого циклу, який поділяється на 4 стадії.

1. На початковій стадії зарядки акумулятор отримує всю потужність, що генерується фотоелектричними панелями.
2. Стадія накопичення характеризується поступовим зростанням напруги на клемах АКБ. Накопичення заряду здійснюється при постійній силі струму.
3. Коли напруга на клемах АКБ досягне свого максимального значення, контролер переведе зарядні параметри в режим абсорбції. Подається напруга на цій стадії залишається постійним, а зарядний струм поступово зменшується. Це дозволяє акумулятору накопичити максимальну кількість енергії, уникнувши перегріву і закипання.
4. Врівноважує заряд (режим float). На цій стадії акумулятор підтримується в зарядженому стані.

Параметри зарядного струму і напруги встановлюються контролером автоматично.

За типом регулювання існують контролери двох типів: регульовані і з незмінними заводськими настройками. Для своєї системи краще вибирати пристрої з можливістю настройки за типом і ємності АКБ, а також за іншими зарядним параметрам, рекомендованим виробниками акумуляторів.

ШІМ контролери рекомендується використовувати в системах з невеликою потужністю сонячних батарей (орієнтовно: від 100 Вт до 500 Вт). Ця умова цілком відповідає параметрам домашніх фотоелектричних панелей. Проте, контролери ШІМ в даний час поступово витісняються з ринку більш досконалими пристроями МРРТ, спочатку створюються для потужних сонячних батарей.

контролери МРРТ

Алгоритм роботи контролерів МРРТ наступний: пристрій в реальному часі відстежує параметри електричного струму на виході з сонячної батареї, визначаючи значення в парі ток-напруга, при яких потужність, що отримується від фотоелектричних панелей, буде максимальна. Одночасно контролер відстежує стадію зарядки акумулятора і подає на його клеми струм з необхідними параметрами.

Автоматичне визначення точки максимальної ефективності заряду допомагає збільшити коефіцієнт використання сонячної енергії на 20-30%. При цьому контролери МРРТ дозволяють підключати до системи сонячні батареї, номінальна напруга яких значно вище напруги АКБ. Це гарантує, що навіть в похмуру погоду напруга СБ буде перевищувати зарядна напруга акумулятора. Тобто в сонячний день контролер буде автоматично знижувати високий вхідний напруга, а при нестачі сонячного світла АКБ буде заряджатися за рахунок запасу по напрузі СБ України.

Використовуючи контролери МРРТ, сонячні модулі доцільно з'єднувати між собою послідовно. Це дозволяє отримати на виході з СБ більш високу напругу і за рахунок зниження опору зменшити перетин кабелів, що з'єднують фотоелектричні панелі з контролером.

Для того щоб правильно вибрати контролер для тієї чи іншої сонячної електростанції, необхідно знати характеристики джерела струму і акумулятора. Але є з цього приводу і загальні рекомендації, розроблені виробниками:

• Контролери МРРТ, враховуючи їх порівняно високу вартість, слід використовувати при потужності сонячних батарей - від 500 Вт і вище (це буде економічно доцільно).
• Контролер ШІМ підійде для сонячних батарей невеликої потужності, у яких номінальна напруга відповідає номіналу АКБ (наприклад, для 12-ти вольтів АКБ підходять панелі з номіналом 17-22 В, а для 24-ти вольтів АКБ - панелі номіналом 34-45 В).
• Контролер МРРТ розроблений для СБ, напруга яких набагато вище напруги АКБ (це дозволяє створювати запас напруги і забезпечувати заряд акумулятора навіть в похмуру погоду).

Допустимі величини вхідної напруги і сили струму вказані в технічних характеристиках контролера. Ними слід керуватися, вибираючи пристрій для своєї системи.

Недолік потужності в системах, що працюють на контролерах ШІМ, можна компенсувати установкою додаткової сонячної панелі. Це може бути дешевше, ніж установка більш продуктивного контролера МРРТ.

вибір акумулятора

Вибираючи акумулятори для сонячних батарей можна керуватися різними міркуваннями:

• Ті, у кого є кошти і можливості, набувають довговічні і, в той же час, дорогі лужні акумулятори - нікелево-кадмієві (НК) або нікелево-залізні (НЖ).
• Хтось купує спеціалізовані гелеві батареї, виготовлені за технологією GEL, які в порівнянні зі звичними стартерний АКБ служать набагато довше, але й коштують дорожче.
• Ті ж, хто вважає за краще найбільш доступний варіант, використовують стартерні автомобільні АКБ.

З огляду на, що вибір АКБ багато в чому залежить від реальних можливостей власника СБ, то давати будь-які рекомендації в цьому плані дуже важко. Проте, перерахувати переваги і недоліки різних батарей слід.

Кислотні (автомобільні) АКБ

Стартерні АКБ - найдешевші і доступні для більшості покупців батареї. Незважаючи на досить значну ємність, ці АКБ є буферними: вони спочатку розраховані на короткочасний неглибокий розряд і швидку підзарядку до повної ємності. При цьому вони абсолютно не призначені для роботи в умовах циклічного режиму і глибокої розрядки. Звідси випливають недоліки представлених акумуляторів.

Для того щоб термін служби автомобільного акумулятора наблизити до максимального, необхідно створити умови, при яких його розряд не буде перевищувати 20-30% від номінальної ємності. Одночасно слід забезпечити негайну підзарядку акумулятора. Реалізувати подібний цикл в системах автономного живлення досить складно, тому на практиці АКБ розряджають не більше ніж на 50%. Розряджати батарею більш ніж на 80% не можна, тому що це дуже швидко призводить до виходу акумулятора з ладу.

У таблиці представлена ​​залежність напруги холостого ходу від ступеня розряду свинцево-кислотної батареї.

Таблиця дає приблизне розуміння величини напруги, при якому слід відключати навантаження від АКБ (напруга відсічення). Зразковим воно вважається тому, що напруга акумулятора, підключеного до навантаження, завжди нижче напруги холостого ходу батареї. Параметри холостого ходу заміряються, через кілька годин після відключення навантаження. Встановлюючи напруга відсічення, краще керуватися рекомендаціями виробників АКБ і показаннями контролера (більшість пристроїв показує відсоток зарядженості батареї).

лужні акумулятори

Лужні АКБ розраховані на циклічний режим роботи (що оптимально для автономних систем електропостачання): вони здатні поступово віддавати свою енергію, поки не настане їх повний розряд.

І чим глибше буде розряджена така батарея, тим більшу ємність вона набере під час підзарядки (це називається ефектом пам'яті).

Істотний недолік лужних акумуляторів полягає в тому, що при малих токах вони погано заряджаються або не заряджається зовсім. Вирішити подібну проблему можна, правильно розрахувавши потужність сонячних панелей і встановивши відповідний контролер.

Висновок: якщо є така можливість, то для сонячних панелей краще купувати лужні акумулятори.

гелеві акумулятори

Якщо недоліки автомобільних акумуляторів для споживача неприйнятні, а придбати відповідний лужний акумулятор у нього немає можливості, то вибір робиться на користь свинцево-кислотних гелевих батарей. За своїми характеристиками вони оптимально підходять для автономних систем сонячної і вітрової енергетики, не вимагають обслуговування, а термін їх служби складає 10 років. Недоліком гелевих батарей вважається їх висока вартість.

Існують ще літій-залізо-фосфатні АКБ (літій-іонні). Вони, до речі, визнані найкращими батареями для автономних систем.

Беручи до уваги «захмарну вартість цих пристроїв, в саморобних системах їх використовують лише одиниці.

Розрахунок ємності акумуляторів

Розрахувати необхідну ємність акумуляторних батарей для автономної системи електропостачання досить просто. Для цього нам знадобляться наступні вихідні параметри:

1. Ємність акумуляторів (А * год), які планується використовувати в системі.
2. Напруга на робочих клемах АКБ (В).
3. Сумарне навантаження на акумулятори (Вт).

Щоб обчислити параметри АКБ, яка знадобиться для вашої системи, ємність акумулятора і навантаження на батарею доцільно перевести в одну систему вимірювань. Тобто Ампер * год нам потрібно перевести в кВт * год.

Перекладати ємність АКБ в кількість енергії прийнято наступним чином: потрібно помножити номінальну напругу батареї (наприклад, 12 В) на її паспортну місткість (наприклад, 190А * год).

12 (В) * 190 (А * год) = 2280 Вт * ч = 2,28 кВт * год.

Розрахунки показують, що одна свинцево-кислотна автомобільна батарея ємністю 190А * год при розряді зможе віддати приблизно 1,14 кВт * год електроенергії, розрядившись при цьому на 50% (з урахуванням втрат електроенергії це значення можна округлити до 1 кВт * год). При цьому лужної акумулятор з аналогічною ємністю (який не боїться повного розряду) за один цикл зможе віддати в 2 рази більше електроенергії.

Багато це чи мало - все залежить від навантаження на батарею. Наприклад, якщо навантаження на 12-ти вольта акумулятор ємністю 190 А * год буде дорівнює 100 Вт, то всі споживачі, підключені до батареї, зможуть безперервно працювати протягом 10-ти годин. Після чого акумулятора потрібно обов'язкова підзарядка.

Оптимальним запасом ємності вважається запас електроенергії, що дозволяє протягом доби забезпечувати харчування навантаження без додаткової підзарядки акумулятора. Мінімальним запасом вважається кількість енергії, що дозволяє споживачам «пережити» темний час доби (якщо за ніч споживається 1 кВт * год, то і в АКБ повинно накопичуватися відповідну кількість електроенергії).

Розраховуючи параметри АКБ, слід співвідносити їх з технічними характеристиками сонячних панелей. При цьому завжди необхідно враховувати неминучі втрати електрики і природні фактори:

• Струм, споживаний інвертором без навантаження - залежить від ККД пристрою (наприклад, якщо інвертор, що підключається до 12-ти вольтной АКБ, без навантаження споживає 2А, то за 10 годин роботи він споживе 20А * год, або 0,24 кВт).
• Опір провідників.
• Природне зниження паспортної ємності АКБ в процесі експлуатації (коли показник ємності знижується до 60% від початкової величини, ресурс батареї вважається вичерпаним).
• Втрати, що відображають ККД акумулятора (наприклад, свинцево-кислотні АКБ в процесі зарядки споживають приблизно на 20% більше електроенергії, ніж потім віддають) - ці втрати повинні бути враховані при розрахунку потужності фотоелектричних панелей.
• Нерівномірна кількість сонячних днів в різні пори року і т. Д.

Уважного розрахунку вимагають акумулятори, до яких підключаються прилади з великими пусковими струмами.

На практиці для розрахунку ємності АКБ доцільно використовувати онлайн калькулятори сонячної енергії, що враховують сукупність перерахованих параметрів.

Збільшити ємність можна, використовуючи декілька акумуляторних батарей, з'єднаних паралельно.

Якщо батарей багато, то слід використовувати послідовно-паралельне з'єднання.

Вибираючи тип з'єднання АКБ, не можна випускати з поля зору два важливих параметри: вихідна напруга контролера і вхідна напруга інвертора. Вони повинні відповідати сумарним напрузі акумуляторних батарей.

Якщо в одній системі використовуються кілька акумуляторів, то всі вони повинні бути з однієї партії (з однаковою ємністю і однаковим внутрішнім опором). Недотримання цієї рекомендації може призвести до разбалансу окремих батарей і до їх передчасного виходу з ладу.

Об'єднуючи декілька акумуляторів в одну батарею, слід дотримуватися ще одного правила.

Раз на місяць бажано тестером перевіряти ємність всіх акумуляторів. Це допоможе вчасно виявити зіпсований акумулятор і вжити заходів для того, щоб уникнути загрози разбаланса.

Акумулятори відкритого типу слід встановлювати в вентильованому приміщенні. Це вбереже ваше здоров'я від їдких випарів. Якщо такої можливості немає, то необхідно використовувати закриті батареї (герметичні).

Температура в приміщенні, де встановлені акумулятори, повинна відповідати певним значенням. Якщо, наприклад, лужні нікель-кадмієві АКБ менш вибагливі (їх можна використовувати при температурах від -20 до + 45ºС без втрати ємності), то для експлуатації свинцево-кислотних (СК) акумуляторів оптимальна температура навколишнього середовища дорівнює + 20ºС. А ось що стосується граматичних свинцево-кислотних батарей: підвищення їх експлуатаційної температури на кожні 10ºС скорочує термін служби АКБ в 2 рази (інструкція з експлуатації свинцево-кислотних батарей п. 10.10).

Для того щоб уберегти акумулятори від глибокого розряду в хмарні дні, батареї можна періодично заряджати від іншого джерела (наприклад, від дизельного генератора або вітрогенератора).

Системи автономного електропостачання, що працюють від сонячних панелей і генератора, прийнято називати гібридними. Гібридні електростанції є найоптимальнішим рішенням для організації автономного електропостачання.

вибір інвертора

Основна функція інвертора Полягає в перетворенні стандартного напруги и постійного струм акумуляторних батарей у побутовій змінний струм напругою 220В. Графік напруги на віході з інвертора має сінусоїдальну форму. І в залежності від того, які споживачі будуть підключені до живлення від СБ, інвертор повинен видавати напругу або з правильної синусоїдальної формою графіка (чистий синус), або з модифікованим синусом (меандр). Як саме поводиться графік напруги на виході з інвертора? Це залежить від особливостей пристрою.

Деякі електроприлади стабільно працюють і на «модифікованому синусе»: електронагрівачі, комп'ютери, пристрої з імпульсними джерелами живлення (наприклад, певні моделі телевізорів). Проте, досвідчені рекомендується купувати інвертори, що дають на виході «чистий синус». Форма вихідного сигналу, як правило, вказується в характеристиках пристрою.

Вибираючи інвертор, слід звертати увагу не тільки на форму вихідного сигналу, але і на потужність пристрою. Робоча (номінальна) потужність повинна бути на 25-30% вище сумарної потужності постійно задіяних в роботу споживачів. При цьому пікова потужність інвертора повинна перевищувати потужність можливої ​​короткочасного навантаження на прилад. Йдеться про навантаження, яка виникне в разі одночасного включення декількох споживачів, що володіють великою пусковою потужністю (холодильник, електродвигун насоса і т. Д.).

У характеристиках інвертора, як правило, вказується ще й максимальна потужність. Вона менше пікової, але більше номінальної. Цей параметр позначає допустиму короткочасне навантаження, при якій пристрій пропрацює протягом декількох хвилин (5-10 хв) і при цьому не вийде з ладу.

ККД інвертора також має велике значення при виборі пристрою. Він визначає втрати електроенергії під час роботи пристрою і може варіюватися в наступних межах: 85-95% (в залежності від моделі). Рекомендується вибирати пристрій з ККД - від 90% і вище. Адже за інвертор ми заплатимо один раз, а за його низький ККД платити доведеться постійно.

Інвертори, що підключаються безпосередньо до свинцево-кислотних акумуляторів, повинні захищати АКБ від глибокого розряду. У більшість сучасних інверторів подібна функція вбудована. При цьому поріг відсічення навантаження може бути встановлений заводом-виготовлювачем, а може регулюватися користувачем.

Крім звичайних перетворювачів, в системах автономного живлення часто використовуються гібридні і комбіновані інвертори. Комбіновані - здатні поєднувати функції контролера і інвертора. Гібридні - дозволяють здійснювати живлення споживачів як від мережі, так і від акумуляторів. Опубліковано econet.ru

PS І пам'ятайте, Всього лишь змінюючі своє споживання - ми разом змінюємо світ! © econet