Laderegulator til solpaneler: diagram, virkemåde, tilslutningsvejledning

Solenergi er på nuværende tidspunkt begrænset (i privat anvendelse) til at producere fotovoltaiske paneler med relativt lav effekt. Men uanset konstruktionen af den fotoelektriske omformer, der omdanner sollys til strøm, er denne enhed udstyret med et modul, der kaldes en solcelleladecontroller.

I praksis indgår i anlægget til fotosyntese af sollys et akkumulatorbatteri – en energilagringsenhed, der modtager energi fra solpanelet. Det er netop denne sekundære energikilde, som primært betjenes af controlleren.

I denne artikel vil vi se nærmere på enhedens opbygning og funktionsmåde samt overveje, hvordan den tilsluttes.

Solcelleladecontrollere

Det elektroniske modul, der kaldes solcelleladecontrolleren, er designet til at udføre en hel række kontrolfunktioner under opladning/afladning af solcellebatteriet.

Når sollys rammer overfladen af et solpanel, der f.eks. er monteret på taget af et hus, omdanner enhedens fotoelementer dette lys til elektrisk strøm.

Den opnåede energi kunne i princippet føres direkte til en akkumulator-batteri. Men processen med opladning/afladning af batteriet har sine finurligheder (bestemte niveauer af strøm og spænding). Hvis man ignorerer disse detaljer, vil batteriet simpelthen svigte efter kort tids brug.

For at undgå sådanne triste konsekvenser er der et modul kaldet en solcelle-ladecontroller.

Udover at overvåge batteriets ladeniveau overvåger modulet også energiforbruget. Afhængigt af afladningsgraden reguleres og fastsættes strømniveauet af solcellebatteriets ladecontroller-kredsløb til den indledende og efterfølgende opladning.

Afhængigt af effekten af solenergianlæggets batteriladecontroller kan disse enheders konstruktion have meget forskellige konfigurationer.

Kort sagt, hvis man siger det enkelt, giver modulet et bekymringsfrit 'liv' for batteriet, som periodisk opsamler og afgiver energi til forbrugerenheder.

Praktisk anvendte typer

På industrielt niveau er der etableret og udføres produktion af to typer elektroniske enheder, hvis udførelse er egnet til installation i et solenergisystemskredsløb:

1. PWM-serie enheder.
2. MPPT-serie enheder.

Den første type controller til solpaneler kan kaldes 'oldtimer'. Sådanne kredsløb blev udviklet og taget i brug helt i begyndelsen af sol- og vindenergiens fremkomst.

Arbejdsprincippet for PWM-controllerens kredsløb er baseret på pulsbreddemodulationsalgoritmer. Funktionaliteten af sådanne enheder er lidt ringere end mere avancerede MPPT-serie enheder, men generelt fungerer de også ret effektivt.

En af de populære modeller af solcelleanlæggets batteriladecontroller, på trods af at enhedens kredsløb er lavet med PWM-teknologi, som anses for forældet

Konstruktioner, der anvender Maximum Power Point Tracking-teknologi (sporing af maksimal effektgrænse), er kendetegnet ved en moderne tilgang til kredsløbsløsninger og giver større funktionalitet.

Men hvis man sammenligner begge typer controllere, og endnu mere med fokus på husholdningsområdet, ser MPPT-enheder ikke så rosenrøde ud som de traditionelt reklameres for.

Controller af typen MPPT:

• har en højere pris;
• har en kompleks justeringsalgoritme;
• giver en effektgevinst kun på paneler af betydelig størrelse.

Denne type udstyr er mere egnet til globale solenergisystemer.

Controlleren er beregnet til drift som del af en solenergiinstallation. Den tilhører klassen af MPPT-apparater, som er mere avancerede og effektive.

Til en almindelig bruger i hjemmet, der typisk har små paneler, er det mere fordelagtigt at købe og bruge en PWM-controller med samme effekt.

Strukturdiagrammer for controllere

De principielle diagrammer for PWM- og MPPT-controllere er for komplekse til at blive betragtet med lægmandsøjne, da det kræver en detaljeret forståelse af elektronik. Derfor er det mere logisk kun at se på blokdiagrammerne. Denne tilgang er forståelig for en bred kreds.

Mulighed #1 – PWM-enheder

Spændingen fra solpanelet kommer via to ledere (plus og minus) til et stabiliserende element og en spændingsdeler. Denne del af kredsløbet udligner potentialerne på indgangsspændingen og giver til en vis grad beskyttelse mod overspænding på controllerens indgang.

Det skal understreges: hver enkelt model har en specifik indgangsspændingsgrænse (angivet i dokumentationen).

Sådan ser blokdiagrammet for enheder baseret på PWM-teknologi nogenlunde ud. Til drift i små hjemmestationer giver denne kredsløbstilgang en tilstrækkelig effektivitet.

Derefter begrænses spænding og strøm til den nødvendige værdi af effekttransistorer. Disse komponenter styres til gengæld af controllerens chip via en driver-chip. Som resultat indstilles normal spænding og strøm for batteriet ved udgangen af effekttransistorparret.

Kredsløbet indeholder også en temperatursensor og en driver, der styrer en effekttransistor, som regulerer belastningseffekten (beskyttelse mod dyb afladning af batteriet). Temperatursensoren overvåger varmetilstanden for vigtige komponenter i PWM-controlleren.

Normalt måles temperaturen inde i kabinettet eller på effekttransistorenes køleplader. Hvis temperaturen overskrider de indstillede grænser, slukker enheden for alle aktive strømledninger.

Mulighed #2 – MPPT-enheder

Kredsløbets kompleksitet skyldes her tilføjelsen af en række elementer, der opbygger en mere omhyggelig kontrolalgoritme baseret på driftsforholdene.

Spændings- og strømniveauer overvåges og sammenlignes af komparatorkredsløb, og ud fra sammenligningsresultatet bestemmes den maksimale effekt ved udgangen.

Blokdiagrammet for laderegulatorer baseret på MPPT-teknologi. Her bemærkes en mere kompleks styre- og kontrolalgoritme for perifere enheder.

Den største forskel på denne type controllere og PWM-enheder er, at de kan justere solenergimodulet til maksimal effekt uanset vejrforholdene.

Med sådanne enheders kredsløb implementeres flere kontrolmetoder:

• forstyrrelse og observation;
• stigende ledningsevne;
• strømscanning;
• konstant spænding.

Og i det sidste segment af den samlede handling anvendes også en algoritme til at sammenligne alle disse metoder.

Tilslutningsmetoder for controllere

Når man ser på emnet tilslutninger, skal det straks bemærkes: For installation af hver enkelt enhed er et karakteristisk træk arbejde med en specifik serie af solpaneler.

Så hvis der for eksempel bruges en controller designet til en maksimal indgangsspænding på 100 volt, skal serien af solpaneler levere en spænding, der ikke overstiger denne værdi.

Enhver solenergiinstallation fungerer efter reglen om balance mellem udgangs- og indgangsspændingerne i første trin. Controllerens øvre spændingsgrænse skal svare til panelets øvre spændingsgrænse.

Før tilslutning af enheden skal man bestemme dens fysiske installationssted. Ifølge reglerne skal installationsstedet være tørre, godt ventilerede rum. Tilstedeværelsen af brandfarlige materialer i nærheden af enheden er udelukket.

Tilstedeværelsen af kilder til vibrationer, varme og fugtighed i umiddelbar nærhed af enheden er uacceptabel. Installationsstedet skal beskyttes mod nedbør og direkte sollys.

Tilslutningsteknik for PWM-modeller

Næsten alle producenter af PWM-controllere kræver overholdelse af den nøjagtige rækkefølge for tilslutning af enheder.

Teknikken til tilslutning af PWM-controllere til perifere enheder udviser ingen særlige vanskeligheder. Hvert kort er udstyret med markerede terminaler. Her skal man blot følge handlingsrækkefølgen.

Perifere enheder skal tilsluttes i fuld overensstemmelse med markeringerne på kontaktterminalerne:

1. Forbind batteriledningerne på enhedens terminaler til batteriet i overensstemmelse med den angivne polaritet.
2. Direkte ved kontaktpunktet for den positive ledning skal der inkluderes en beskyttelsessikring.
3. På controllerens kontakter beregnet til solpanelet fastgøres lederne, der kommer fra solbatteripanelerne. Overhold polariteten.
4. Tilslut en testlampe med passende spænding (normalt 12/24V) til enhedens belastningsterminaler.

Den angivne rækkefølge må ikke overtrædes. For eksempel er det strengt forbudt at tilslutte solpaneler først, når batteriet ikke er tilsluttet. Med sådanne handlinger risikerer brugeren at 'brænde' enheden. I dette materiale er samlingsdiagrammet for solbatterier med batteri beskrevet mere detaljeret.

For PWM-controllere er det heller ikke tilladt at tilslutte en spændingsomformer til controllerens belastningsterminaler. Inverteren skal tilsluttes direkte til batteriterminalerne.

Tilslutningsprocedure for MPPT-enheder

Generelle fysiske installationskrav for denne type apparater adskiller sig ikke fra tidligere systemer. Men den teknologiske opsætning er ofte lidt anderledes, da MPPT-controllere ofte betragtes som mere kraftfulde apparater.

Til controllere beregnet til høje effektniveauer anbefales det at bruge kabler med store tværsnit, der er udstyret med metalendestykker på strømkredsforbindelserne.

For eksempel for kraftige systemer suppleres disse krav af, at producenterne anbefaler at bruge et kabel til strømforbindelseslinjer, der er designet til en strømtæthed på mindst 4 A/mm². Det vil sige, for eksempel for en controller med en strøm på 60 A kræves et kabel til tilslutning til batteriet med et tværsnit på mindst 20 mm².

Forbindelseskabler skal være udstyret med kobberendestykker, der er tæt krympet med et specialværktøj. Solpanelets og batteriets negative terminaler skal være udstyret med adaptere med sikringer og afbrydere.

Denne tilgang eliminerer energitab og sikrer sikker drift af installationen.

Strukturelt diagram over tilslutning af en kraftfuld MPPT-controller: 1 – solpanel; 2 – MPPT-controller; 3 – terminalblok; 4,5 – smeltesikringer; 6 – controllerens strømafbryder; 7,8 – jordingsskinne

Før tilslutning af solpaneler til enheden skal du sikre dig, at spændingen ved terminalerne svarer til eller er mindre end den spænding, der er tilladt at føre til controllerens input.

Tilslutning af periferiudstyr til MTTP-enheden:

1. Indstil panel- og batteriafbryderne til positionen 'fra'.
2. Fjern beskyttelsessikringerne på panelet og batteriet.
3. Forbind batteriterminalerne til controllerens terminaler for batteriet med et kabel.
4. Tilslut solpanelets udgange til controllerens terminaler, der er markeret med det tilsvarende tegn, med et kabel.
5. Forbind jordingsterminalen til jordingsskinnen med et kabel.
6. Installer temperaturføleren på controlleren i henhold til instruktionerne.

Efter disse trin er det nødvendigt at sætte den tidligere fjernede batterisikring tilbage på plads og flytte afbryderen til positionen 'til'. Controllerens skærm vil vise et batteridetektionssignal.

Derefter, efter en kort pause (1-2 min), sæt den tidligere fjernede solpanelsikring tilbage og flyt panelafbryderen til positionen 'til'.

Enhedens skærm vil vise solpanelets spændingsværdi. Dette øjeblik indikerer en succesfuld opstart af solenergianlægget.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Industrien producerer alsidige enheder set ud fra kredsløbsløsninger. Derfor er det umuligt at give entydige anbefalinger vedrørende tilslutning af alle installationer uden undtagelse.

Men hovedprincippet for alle typer enheder forbliver det samme: uden tilslutning af batteriet til controllerens bus er forbindelse til solcellepaneler ikke tilladt. Tilsvarende krav gælder for inkludering i kredsløbet af spændingsomformeren. Den skal betragtes som en separat modul, der tilsluttes batteriet med direkte kontakt.

Hvis du har den nødvendige erfaring eller viden, så del det venligst med vores læsere. Efterlad dine kommentarer i feltet nedenfor. Her kan du også stille spørgsmål om artiklens emne.