Mppt-контроллер: принцип действия, как работает, обзор

От официального представителя

Мы осуществляем доставку во все регионы РФ контактный телефон: +7 (988) 237-56-74

Эффективно

В ЛЮБОЕ ВРЕМЯ ГОДА

Надежно

ГАРАНТИЯ ДО 10 ЛЕТ

Доступно

ЦЕНЫ ОТ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

Экономично

ПОЛНАЯ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОСТЬ

МРРТ контроллер, это устройство, которое повышает эффективность солнечной батареи за счет функции слежения за Точкой Максимальной Мощности (ТММ).

В переводе с английского, аббревиатура означает Maximum Power Point Tracking . Прибор это относительно новый, их концепция была сформирована в середине 80-х гг. И тогда же они впервые появились на рынке.

Но за истекшие тридцать лет, сфера электроники наполнилась новыми компонентами, которые:

Увеличили функционал МРРТ.
Повысили их надёжность.
Уменьшили их размеры.
Позволили продлить гарантию.
Обеспечили высочайшую точность работы.

Специфика применения

Использование МРРТ контроллеров в бесперебойных или автономных системах энергоснабжения имеет две составляющие, которые существенно изменяют многие аспекты функционирования подобных комплексов. Первый из них, это работа аккумуляторов.

Зарядка аккумуляторных батарей, для увеличения срока службы и поддержки номинальных рабочих параметров, требует особого подхода. Дело в том, что процесс зарядки это сложный комплекс химических реакций, которые меняют физико-химические характеристики пластин и электролита несколько раз в продолжении одно цикла. В соответствии с этими изменениями, должна изменяться характеристика тока. При этом, все изменения не ступенчатые, и не имеют чёткой привязки ко времени. То есть требуется контроль состояния аккумуляторной батареи (АКБ) в каждый момент времени, и соответствующие изменения зарядного тока. При этом, учитываются и этапы зарядки:

Наполнение.
Насыщение.
Выравнивание.
Поддержка.

Не соблюдение режимов зарядки, приводит к тому, что АКБ быстро теряют ёмкость, перестают держать заряд и как следствие требуют замены. А затраты на обновление АКБ в системе автономного снабжения составляют почти половину стоимости всего оборудования.

Современные контроллеры МРРТ, имеют возможность снимать показания не только с фотоэлектрических модулей, но и с аккумуляторов. При этом регистрируются данные по нескольким определяющим параметрам. А в зависимости от исполнения, все показания могут выводиться на дисплей или отображаться с помощью светодиодных индикаторов.

Второй важный аспект – недобор мощности всей системы фотоэлектрических преобразователей. Причина здесь тоже разноплановая. Процесс выработки электроэнергии у солнечных батарей изменяется в зависимости от:

Степени освещённости.
Температуры модуля.
Выбранной нагрузки.

При этом, определение и выбор потребляемой нагрузки, довольно специфический процесс, которым невозможно управлять без использования МРРТ контроллера.

Особняком стоят системы фотоэлектрических преобразователей, которые составлены из панелей разных типов. Включение в такую систему контроллера МРРТ, насущная необходимость.

Без него эффективность выработки электроэнергии снижается на 16-38%. Это всё равно что купить а/м Ferrari, но из-за того что нет рычага переключения скоростей, вы будете ездить только на первой передаче.

Тоже самое будет и с фотоэлементами.

Особенности сборки системы фотоэлементов с контроллером МРРТ

В связи с тем, что в определённые моменты напряжение на клеммах АКБ может быть больше, нежели на выходе от панелей, то собирая систему, её надо комплектовать таким образом, чтобы добиться превалирования напряжения, над мощностью.

Дополнительным доказательством служит и формула для расчёта потери в проводниках: P = I2 x R. Обратите внимание, что уменьшая силу тока (I) в два раза, на выходе получают рост мощности в 4 раза, и это при использовании той же проводки.

Максимальной эффективности контроллеры МРРТ позволяются добиться при мощности системы от 200 Вт. А в случае, если модули имеют нестандартное выходное напряжение, без использования контроллеров МРРТ, обойтись невозможно.

Во время работы, контроллеры МРРТ потребляют от 2 до 5 Вт мощности. Но с учётом повышения эффективности работы всей системы в целом, подобный расход можно зарегистрировать только с помощью контрольных приборов.

Ведь оптимизируя работу солнечных батарей, контроллеры МРРТ приводят к тому, что мощность всей системы автономного энергоснабжения вырастает на 25-30%.

Другими словами, подключая контроллер МРРТ, вы повышаете мощность без приобретения дополнительных фотопреобразователей.

Контроллеры первого поколения работали по принципу включения и выключения тока заряда. Т.е., они снимали показания с клемм аккумулятора, и как только напряжение достигало 14-14,5 В, питание отключалось.

Ни какие другие показания в расчёт не брались. А между тем, во время зарядки АКБ, происходит нагрев электролита, что опосредованно приводит к временному повышению напряжения. С остыванием электролита, уровень заряда падает ниже нормы.

И контроллер опять включает заряд.

Функционирование в таком режиме, приводит к сульфатации пластин, падению номинальной ёмкости без возможности восстановления и как следствие срок службы АКБ резко снижается.

ШИМ контроллеры, это устройства второго поколения. Имея сложную электронную начинку, они запрограммированы на получение нескольких параметров АКБ во время заряда, и соответственно изменяют характеристика зарядного тока. В частности:

Этап «Наполнение». В течении 2-4 часов, АКБ способен аккумулировать всю поступающую энергию. Поэтому ШИМ контроллер, подаёт на него практически весь вырабатываемый солнечными батареями ток.

Этап «Насыщения». Достигнув определённого уровня заряда, изменяются физико-химические показатели электролита. ШИМ контроллер, оценив эти изменения, начинает подавать зарядный ток, подвергнув его Широтно-Импульсной модуляции. Такие изменения предотвращают закипание электролита и препятствуют газообразованию.

Этап «Выравнивания». Переход между вторым и третьим этапом не ступенчатый, а плавный. Сила подаваемого зарядного тока и напряжение постоянно изменяются. И такой подход приводит к:

Перемешиванию электролита.
Очищению пластин.
Выравниванию напряжения в разных банках.

Этап «Поддержки». При достижении 100% уровня заряда аккумулятора, ШИМ контроллер не выключается полностью, а оставляет минимальный необходимый ток для предотвращения саморазряда АКБ.

Согласованная работа ШИМ контроллера с батареей аккумуляторов в таком избирательном режиме, позволяет доводить уровень заряда АКБ до 100% и существенно повышает срок их эксплуатации. При этом в течении всего времени работы, ёмкость АКБ практически не снижается.

Разновидности ШИМ контроллеров

Даже если очень искать, то приобрести новый контроллер первого поколения, который работает только в режиме «вкл-выкл», вряд ли получится. Все современные контроллеры работают в 2-3 ступенчатом режиме.

В зависимости от модели, ШИМ контроллеры могут иметь различные индикаторы состояния. Простейшие отображают стадию процесса с помощью светодиодов, более сложные имеют монохромное табло.

Продвинутые модели снабжают полнофунциональным жидкокристаллическим дисплеем. Такие модели можно уже программировать и изменять параметры вручную, обходя предустановленные режимы работы.

В частности, их можно настраивать для зарядки не только типовых аккумуляторных батарей, но и для редких, нестандартных АКБ.

Залог долгой службы аккумулятора, кроется в индивидуальном подходе к зарядке. Нельзя добиться надёжного функционирования АКБ в течении продолжительного времени, если не подбирать для его зарядки оптимальный режим. Следить за этим владельцу самостоятельно, практически невозможно. Но с этой работой успешно справляются предлагаемые в нашем магазине ШИМ контроллеры.

Рекомендации перед покупкой

Подойдите к выбору ШИМ контроллера ответственно. Если вы уже имеете систему АКБ, то имейте при себе параметры каждого аккумулятора в отдельности, и всей системы в целом. Обратитесь к нашему специалисту за консультацией, и мы поможем вам выбрать именно такой прибор, который лучше всего будет сочетаться с вашим АКБ.

Солнечные контроллеры (MPPT, ШИМ)5.00/5 (100.00%) 100

Мы осуществляем доставку во все регионы РФ контактный телефон: +7 (988) 237-56-74

Контроллер заряда солнечной батареи

Купить контроллеры заряда солнечных батарей в Молдове и Кишиневе PWM (ШИМ) и MPPT (ТММ).

Контроллер заряда солнечных батарей – устройство электронного типа, устанавливается в схему управления солнечной электрической станции.

Защищает работу аккумуляторных батарей (АКБ) в автоматическом режиме (поддерживает уровень заряда), предохраняет от повреждений, продлевает срок их эксплуатации, системы в целом.

Контроллеры работают в безопасном режиме – предусмотрены элементы средств защиты. Прибор обеспечивает работоспособность при коротких замыканиях, перегреве, перенапряжении.

Функции контроллера заряда аккумулятора

регулировать, контролировать параметры, индикацию процесса заряда-разряда АКБ
определять уровень заряда батареи в режиме реального времени
осуществлять выбор режима нагрузки
предотвращать перезарядку/разрядку АКБ
подключать или отключать нагрузку от потребителей электрической энергии
осуществлять температурную компенсацию тока зарядки АКБ
обеспечивать безопасность работы солнечной электрической станции

Контроллер заряда АКБ – виды

Различаются контроллеры заряда АКБ между собой принципом действия и конструктивным исполнением. Изделия последнего поколения используются 2 типов:

Прибор настраиваются под любой тип АКБ: жидко-кислотный, AGM, гелевый аккумулятор (GEL).

Контроллер PWM (ШИМ)

Принцип работы шунтовых и последовательных контроллеров солнечного заряда АКБ с аббревиатурой PWM основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ), что позволяет при достижении максимальной величины тока уменьшать его силу.

Выпускаются на напряжение кратное 12 В (12, 24, 36, 48,60, 72 и 96 В). Устройства поддерживают напряжение для зарядки аккумулятора в необходимых пределах, при этом зарядка происходит независимо от напряжения, которое выдает солнечная батарея.

Основное условие – напряжение должно быть выше необходимой величины заряда конкретной АКБ. PWM-контроллеры используются в энергосистемах мощностью не более 2 кВт. Работают в интервале температур – 25 0С до +55 0С.

Коэффициент полезного действия – 100%.

Контроллер MPPT (ТММ)

MPPT–контроллеры используются в схемах управления солнечными электростанциями больших мощностей. Прибор анализирует режим работы солнечных панелей, отслеживает напряжение, токи и формирует выходные параметры, необходимые для заряда накопительных элементов питания. Благодаря этому рационально используется энергия.

Принцип работы основан на поиске точки максимальной мощности, при которой параметры яркости света, угла падения лучей и нагрева будут эффективными.

Преимущества устройств

компактность
высокий КПД
возможность заряда АКБ при низком уровне освещенности
простой монтаж
возможность выбора кабеля с пониженным поперечным сечением для соединения элементов системы
контроллер располагается на значительном расстоянии от источника энергии
срок эксплуатации – 10 лет и больше

Контроллер заряда MPPT PROF – современное решение, отличающее удобством применения. Изделие снабжено жидкокристаллическим экраном, просто настраивается и управляется. Возможно подключение к нему специального устройства, позволяющего контролировать работу оборудования на расстоянии.

Купить контроллер заряда солнечных батарей в Кишиневе

Предлагаем купить контроллер заряда солнечной батареи PWM или MPPT типа по цене от 1050 лей в Кишиневе и Молдове.

При выборе PWM-контроллера обратите внимание на 2 характеристики: допустимую силу тока и рабочее напряжение. Для МРРТ-контроллера важна характеристика – максимальное напряжение холостого хода. Величина указывается в инструкции на солнечную панель.

Мррт контроллер

Трудно себе представить нашу жизнь без различных электронных устройств, которые позволяют осуществлять работу агрегатов и механизмов в автоматическом режиме.

Одним из таких устройств, работающем в системах автоматики установок по преобразованию различных видов альтернативной энергии в электрическую, являются Мррт контроллеры.

Что такое MPPT контроллер

Мррт контроллер – это электронное устройство, работающее в составе комплектов солнечных электростанций и ветровых установок, обеспечивающее режим работы системы с максимально возможным коэффициентом полезного действия на выходе преобразовательного устройства (солнечная батарея, ветровой генератор).
Аббревиатура МРРТ, произошла от английских слов — maximum power point tracking, что обозначает — максимальной возможная мощность на выходе.

Работа МРРТ котроллера заключается в том, что устройство отслеживает силу тока и напряжение на источнике электрического тока (солнечная батарея, ветровой генератор) и определяет их соотношение, при котором значение мощности на выходе будет максимальным. Эту способность прибора можно описать как – поиск точки максимальной мощности.

Кроме этого контроллер следит за зарядом аккумуляторных батарей, которые являются накопителем электрической энергии, и определяет режим их работы (накопление энергии, насыщение, выравнивание, поддержка), что в итоге определяет силу тока, подаваемого на аккумулятор.

Сравнение контроллеров MPPT и PWM (ШИМ)

В солнечных и ветровых установках по производству электрической энергии используются два вида контроллеров, это МРРТ, о которых было написано выше и PWM (ШИМ) котроллеры.

ШИМ аппараты являются более дешевыми устройствами, принцип действия которых основан на использовании широтно-импульсной модуляции. Устройства данного типа подразделяются на шунтовые и последовательные.

Для того, чтобы выбрать наиболее подходящий для конкретной системы, нужно их сравнить, чтобы изучить достоинства и недостатки каждого типа подобных устройств.

Достоинства устройств разного типа:

Возможность использования в различных системах, различающихся по источнику получения энергии (солнечные, ветровые, комбинированные системы)
Высокий КПД.
Создание оптимальных условий работы для аккумуляторных батарей позволяет продлить сроки их эксплуатации.
Высокое напряжение на входе позволяет уменьшить сечение кабелей и проводов, используемых для соединения элементов системы или увеличить расстояние от источника энергии до контроллера.
Использование устройств данного типа позволяют увеличить эффективность использования солнечных батарей, что обусловлено возможностью заряда аккумуляторов при низкой освещённости.

Низкая стоимость.
Последовательные модели: позволяют использовать одновременно различные источники энергии и создают низкий нагрев во время регулирования;
Шунтовые модели: незначительные потери мощности в процессе работы, слабые электромагнитные помехи и низкий уровень падения напряжения в ключах.

Недостатки устройств разного типа:

Высокая стоимость.
Более сложная технология, в равнении с аналогами.

Последовательные модели: при полном заряде источник энергии отключается, значительные потери в последовательных ключах, электромагнитные помехи.
Шунтовые модели: значительный нагрев во время работы, невозможность использования с иными источниками энергии, кроме солнечных панелей.

Мррт контроллер для солнечных батарей

В солнечных электростанциях контроллер обеспечивает работу комплекта оборудования в автоматическом режиме, отслеживая режим заряда аккумуляторных батарей. Режим заряда зависит от зарядки батарей и соответствует выдаваемой мощности солнечных панелей в конкретный момент времени, которая зависит от погодных условий и пространственного места расположения солнца.

Схематично, расположение контроллера в схеме солнечной электростанции выглядит следующим образом:
Режимы работы контроллера для солнечных батарей:

Заряд аккумуляторных батарей в зависимости от состояния их заряда;
Автоматическое отключение полностью заряженного аккумулятора от источника энергии (солнечной батареи);
Отключение нагрузки (потребителей), в случае, когда заряд аккумулятора падает ниже критической отметки;
Автоматическое включение нагрузки, после заряда аккумулятора;
Автоматическое включение солнечных батарей, после того, как заряд аккумуляторной батареи станет меньше установленных значений, определяющих необходимость его зарядки.

Использование Мррт контроллеров в системах солнечной генерации, позволяет увеличить производительность солнечных электростанций, что в свою очередь снижает сроки окупаемости приобретенного оборудования.

Основными техническими характеристиками, определяющими параметры использования конкретного прибора, являются:

Электрическая мощность;
Номинальное напряжение на входе устройства;
Максимальный ток заряда аккумулятора;
Максимальное напряжение на выходе устройства;
Диапазон регулировки напряжения;
Температурный режим работы;
Габаритные размеры;
Вес устройства.

Средние цены

Для того, чтобы понять в каком ценовом диапазоне находятся Мррт контроллеры различных производителей, можно рассмотреть стоимость моделей, приведенных выше, это:

КЭС 100/20 MPPT – от 10000,00 рублей;
КЭС DOMINATOR MPPT 250/60 – от 40000,00 рублей;
Epsolar MPPT TRACER-2215BN 20А 12/24В – от 9000,00 рублей;
IT6415ND 60A 12V/24V/36 В – от 30000,00 рублей.
Victron BlueSolar 100/15 12/24В 15А – от 11000,00 рублей;
Victron BlueSolar 150/70 12/24/48В 70А – от 55000,00 рублей.

Как видно из приведенных цифр, наиболее дешевые, это модели китайского производства, а наиболее дорогие – европейских производителей.

Продукция отечественных предприятий несколько дороже устройств, произведенных в Китае, но дешевле изготовленных в Европе.

Можно ли сделать своими руками

Наша страна всегда славилась тем, что у нас есть много толковых изобретателей и рационализаторов, людей творческих и пытающихся сделать своими руками и из подручных средств устройства различного типа и предназначения.
«Самоделкины» не обошли стороной и Мррт контроллеры, которые при наличии навыков работы паяльником и начальных знаний в области электротехники, можно изготовить своими руками.
Одним из вариантов подобного устройства, изготовленного самостоятельно, может быть прибор, собранный по ниже приведенной схеме:
Собранный по данной схеме контроллер, будет иметь напряжение на выходе – 14,0 Вольт и обладать настройками режимов работы по напряжению отключения и включения аккумуляторных батарей.

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

SRNE SR-ML2440 MPPT 12/24В 40А КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДА

Артикул: нет

Описание
Параметры
Инструкции

Контроллер солнечного заряда SR-ML2440 40A, 12V/24V относится к серии контроллеров МРРТ-заряда. Эффективность использования МРРТ-заряда на 15-20% превышает эффективность заряда ШИМ-контроллеров.
Контроллер работает в систме 12В и 24В, напряжение системы контроллер определяет автоматически.

Особенности:

Эффективный заряд даже в случае, когда на солнечную панель падает тень, или панель частично повреждена. Комбинация нескольких алгоритмов обеспечивает точное отслеживание оптимальной рабочей точки на Вольт-амперной характеристики в предельно короткие сроки.
Встроенный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности может существенно улучшить эффективность использования энергии фотоэлектрических систем, и повысить эффективность заряда на 15-20% по сравнению с обычными ШИМ-методом.
Высокая эффективность слежения за точкой максимальной мощности — 99,9%.
Максимальная эффективность преобразования напряжения — 98%.
Возможно заряжать различные виды аккумуляторов: гелевые, герметичные аккумуляторы, открытые аккумуляторы, литиевые аккумуляторы и т. д.
Контроллер имеет ограниченный ток заряда. Когда мощность солнечная панель превышает определенный уровень и зарядный ток больше, чем номинальный ток, контроллер автоматически снижает мощность заряда и снижает зарядный ток до номинального уровня.
Автоматическое распознавание напряжения на аккумуляторе.
Светодиодные индикаторы неисправности и ЖК-экран, который может отображать информацию о неисправности, помогают пользователям быстро выявлять ошибки системы.
Функцию хранения данных сроком до одного года.
Контроллер оснащен ЖК-дисплеем, с помощью которого пользователи могут не только проверить эксплуатационные данные и состояние, но и изменять параметры контроллера.
Контроллер поддерживает стандартный протокол Modbus.
Защита контроллера от перегрева. Когда температура превышает установленное значение, то ток заряда будет снижаться прямо пропорционально температуре, с тем чтобы сдержать рост температуры контроллера, и избежать повреждений в результате перегрева.
Температурная компенсация. Контроллер может автоматически регулировать параметры заряд и разряд для того, чтобы продлить срок службы аккумуляторов.
Молниезащита.

Безопасность:

Защита от перегрузок.
Защита от обратной полярности.
Защита от перезаряда и переразряда.
Защита от молний.
Защита от короткого замыкания.

Технические характеристики:

Тип контроллера	ML2420	ML2430	ML2440
Напряжение системы, В	12/24 (автовыбор)
Потери в режиме холостого хода, Вт	0.7 — 1.2
Напряжение на аккумуляторах, В	9 — 35
Максимальное напряжение на входе от СБ, В	100 (25°С), 90 (-25°С)
Максимальный ток заряда АБ, А	20	30	40
Номинальный ток нагрузки, А	20
Максимальная мощность солнечного модуля, Вт	260 (12В), 520 (24В)	400 (12В), 800 (24В)	550 (12В), 1100 (24В)
КПД преобразования	≤ 98%
Эффективность MPPT	>99%
Температурная компенсация	-3.0mV/°C/12V（25°C）
Рабочая температура	-35°C … +45°C
Класс защиты	IP32
Вес, кг	1.4	2	2
Коммуникационный порт	RS232
Высота над уровнем моря	≤ 3000м
Габариты, мм	21015159.5	23817372.5	23817372.5

Следуй за нами

Новости

Наши партнеры

Контроллеры заряда MPPT

MPPT технология — отслеживание точки максимальной мощности для более эффективного использования энергии от солнечных батарей. Сама аббревиатура MPPT происходит от англоязычного словосочетания «Maximum Power Point Tracking» и переводится как «Поиск точки максимальной мощности».

Возможности MPPT — технологий широко используются в области солнечно — сберегающих установок. Солнечные контроллеры MPPT, в автоматическом режиме, анализируют вольт — амперную характеристику с целью нахождения точки максимальной мощности.

Технология работы MPPT — контроллера заряда для солнечных установок

Схема работы, по которой работает любой MPPT — контроллер, основывается на выявлении точки максимальной электрической мощности: блок микропроцессора, контролируя значения напряжения и тока, определяет их максимально оптимальную пропорцию для вырабатывания полной мощности. При выборе номинальных значений напряжения и тока одновременно учитывается этап процесса зарядки.

Иными словами, MPPT — контроллер заряда позволяет «снять» с солнечной батареи избыток напряжения, которое автоматически преображается в дополнительную мощность для заряда аккумулятора.

Исходя из этого можно сделать вывод, что регулировка напряжения с помощью MPPT-контроллера даёт возможность от солнечной батареи генерировать максимальную мощность.

Напряжение на входе при этом изменяется в зависимости от условий освещённости, загруженности солнечного модуля, а на выходе его показатели равны показателям напряжения необходимого для заряда аккумуляторной батареи, с учетом выполнения необходимых стадий заряда.

Недостатки и преимущества MPPT-контроллеров

Если сравнивать солнечный контроллер MPPT с другими аппаратными устройствами аккумуляции энергии, то можно выделить ряд выгодных преимуществ. Так, он позволяет:

Повысить общую эффективность гелиосистемы на 15 – 30 % (в сравнении с теми же PWM-контроллерами);
Работать, выдавая необходимую мощность, даже при уменьшении уровня освещённости солнечных панелей за счет повышенного напряжения на входе.

Но плюсы энергоэффективности не всегда определяют выбор в пользу MPPT контроллеров, поскольку некоторые модели контроллеров сравнительно дороже аналогов — обычных ШИМ котроллеров.

Выбор MPPT — контроллеров для солнечных панелей

Необходимый для того или иного случая MPPT — контроллер для солнечных батарей обычно подбирают по показателям генерируемой мощности, тока и напряжения. Важно учитывать ещё и максимум напряжения холостого хода самих солнечных панелей, влияющий на схему коммутации.

Поможем сделать верный выбор

Купить MPPT контроллер можно через наш магазин, если есть сомнения выбора — специалисты компании «Мой Ватт» помогут подобрать MPPT – контроллер для решения ваших задач.

Принцип работы MPPT контроллера для солнечных батарей

У большинства владельцев электрогенерирующих установок на солнечных элементах возникают вопросы к функциональному назначению и принципам работы MPPT-контроллера в составе «домашней «электростанции. Попытаемся дать читателю максимально детальное представление об этом, c привлечением физики.

Углубимся немного в школьную физику

Известно, что сила тока в замкнутой электрической цепи определяется законом Ома для полной цепи, куда входят R (сопротивление всех внешних элементов) и r (внутреннее сопротивление источника напряжения — то есть в данном случае собственно солнечной ячейки/-ек).

При этом с точки зрения электротехники каждый единичный солнечный элемент является «плохим» полупроводниковым диодом: у него высокая собственная ёмкость, значительный ток утечки и так далее.

Также у него имеется своя вольт-амперная характеристика (ВАХ), напоминающая характеристику «обычного» диода — несмотря на то, что солнечный элемент используется в фотогальваническом (генерирующем) режиме, а не для выпрямления электрического тока.

Отсюда следует, что в зависимости от своего фактического состояния (фактической внешней освещённости/затенённости, температуры, старения и прочих причин) внутреннее сопротивление каждой отдельной генерирующей электроэнергию солнечной ячейки (а с ней — и всего модуля) динамически «плавает» в достаточно широком диапазоне.

Это значит, что даже при полностью неизменном внешнем сопротивлении R величина напряжения U на выводах ячейки и ток I в цепи будут достаточно серьёзно изменяться.

Поскольку снимаемая с единичного элемента мощность является произведением U и I, она также будет меняться — причём из-за нелинейности ВАХ график снимаемой мощности имеет характерный «горбатый» вид, с точкой перегиба, отвечающей максимуму.

Таким образом, если дополнительно не «подстраивать» сопротивление внешней цепи R (нагрузки) под постоянно меняющиеся U и r солнечного элемента/-ов, то суммарный съём мощности может упасть до 25-30% от максимально возможного для всей батареи в данных условиях.

Контроллер как промежуточный элемент между солнечными модулями и нагрузкой

Из сказанного выше очевидно, что для эффективной работы солнечных батарей между ним и потребляющей электричество нагрузкой (например, батареей аккумуляторов) необходимо «промежуточное звено», преобразующее токи/напряжения между модулем и аккумуляторами. Наибольшее распространение на рынке получили два типа контроллеров — MPPT и PWM:

1. контроллер PWM(аббревиатура от Pulse Width Modulation) — относительно простое устройство, по сути дозирующее время, на которое электрогенерирующие ячейки подключаются/отключается к/от нагрузки (тем самым регулируется R нагрузки и отдаваемые в неё ток и мощность);

2. контроллер MPPT(Maximum Power Point Tracking) является высокоинтеллектуальным устройством, дополнительно динамически отслеживающим упомянутую «точку максимальной мощности» (ТММ) при преобразовании тока/напряжения.

Обычно в продающихся устройствах реализуются следующие принципы работы MPPT-контроллеров (алгоритмы управления):

Perturb and Observe — контроллер выполняет периодическое полное сканирование параметров подключенного к нему солнечного модуля и рассчитывает текущее положение ТММ. Обычно в параметрах настройки такого контроллера можно задать интервал, через который следует производить подобное сканирование — он может варьироваться от нескольких минут до нескольких часов. Минус такого подхода в том, на время поиска ТММ отдача электроэнергии в нагрузку прерывается;
Scan and Hold — контроллер выполняет начальное сканирование подключенного модуля на предмет поиска ТММ и в дальнейшем считает её положение неизменным (то есть независящим от затенения облаками и прочих подобных факторов) — до следующего полного сканирования. Очевидно, что такой подход обеспечивает хорошую непрерывность генерации, однако плохо адаптируется к быстро изменяющимся внешним условиям;
Percentage of open circuit voltage — положение ТММ динамически определяется контроллером как задаваемая коэффициентом доля от напряжения холостого хода подключенного модуля. Метод отличается быстротой (время прерывания генерации на проведение измерений мало);
жёсткая предустановка ТММ — пользователь сам назначает величину напряжения на модуле, которое считается контроллером фактическим положением ТММ независимо от внешних условий. Плюсы и минусы подхода очевидны: электрогенерация не прерывается, но подключаемый модуль сначала должен быть откалиброван (снята его фактическая характеристика), а дрейф (деградация) его параметров никак не отслеживаются.

Схема и принцип работы контроллера заряда солнечной батареи

Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея – накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

В представленной нами статье разберемся в устройстве и принципах работы этого прибора, а также рассмотрим способы его подключения.

Контроллеры для солнечных батарей

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда аккумулятора солнечной батареи.

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Контроллер — обязательная составляющая гелиостанции, вырабатывающей электрический ток из энергии солнечного света Владельцам частных мини электростанций и желающим обзавестись солнечной энергетической установкой представлено сейчас два вида контроллеров: PWM (или ШИМ) и MPPT Контролеры ШИМ обеспечивают выполнение многоступенчатого заряда аккумулятора. С их помощью осуществляется наполнение, выравнивание, поглощение и поддержка заряда Недорогие модели контроллеров для бытовых солнечных установок снабжены светодиодной индикацией, позволяющей следить за рабочими характеристиками и техническим состоянием батареи MPPT (maximum power point tracking) — контроллеры более высокого уровня и цены. В них предусмотрено отслеживание точки максимальной мощности Для небольших солнечных электростанций, в составе которых одна-две панели, достаточно возможностей контроллеров ШИМ (PWM) Оба вида контроллеров, как и подключенные к схеме аккумуляторы должны устанавливаться в помещении, так как в их конструкции имеются чувствительные к температуре датчики В покупке контроллера нет необходимости, если вы приобретаете комплексную солнечную станцию. В ее изолированном корпусе есть весь набор устройств, требующихся для обработки и накопления электроэнергии Контроллеры для солнечных панелейКонтроллер с широко-импульсной модуляциейПрибор для многоуровневого заряда батареиБюджетная модель со светодиодной индикацийКонтроллер для солнечной станции МРРТНебольшая гелиостанция для дачиПодключение солнечных панелей к аппаратуреКомплекс из солнечных батарей и аппаратуры

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.

В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Применяемые на практике виды

На промышленном уровне налажен и осуществляется выпуск двух видов электронных устройств, исполнение которых подходит для установки в схему солнечной энергетической системы:

Устройства серии PWM.
Устройства серии MPPT.

Первый вид контроллера для солнечной батареи можно назвать «старичком». Такие схемы разрабатывались и внедрялись в эксплуатацию ещё на заре становления солнечной и ветряной энергетики.

Принцип работы схемы PWM контроллера основан на алгоритмах широтно-импульсной модуляции. Функциональность таких аппаратов несколько уступает более совершенным устройствам серии MPPT, но в целом работают они тоже вполне эффективно.

Одна из популярных в обществе моделей контроллера заряда АКБ солнечной станции, несмотря на то, что схема устройства выполнена по технологии PWM, которую считают устаревшей

Конструкции, где применяется технология Maximum Power Point Tracking (отслеживание максимальной границы мощности), отличаются современным подходом к схемотехническим решениям, обеспечивают большую функциональность.
Но если сравнивать оба вида контроллера и, тем более, с уклоном в сторону бытовой сферы, MPPT устройства выглядят не в том радужном свете, в котором их традиционно рекламируют.
Контроллер типа MPPT:

имеет более высокую стоимость;
обладает сложным алгоритмом настройки;
даёт выигрыш по мощности только на панелях значительной площади.

Этот вид оборудования больше подходит для систем глобальной солнечной энергетики.

Контроллер, предназначенный под эксплуатацию в составе конструкции солнечной энергетической установки. Является представителем класса аппаратов MPPT – более совершенных и эффективных

Под нужды обычного пользователя из бытовой среды, имеющего, как правило, панели малой площади, выгоднее купить и с тем же эффектом эксплуатировать ШИМ-контроллер (PWM).

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 – устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий.

Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами.

Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 – приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

Схемное решение в структурном виде для контроллеров заряда, основанных на технологиях MPPT. Здесь уже отмечается более сложный алгоритм контроля и управления периферийными устройствами

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

возмущения и наблюдения;
возрастающей проводимости;
токовой развёртки;
постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.

Способы подключения контроллеров

Рассматривая тему подключений, сразу нужно отметить: для установки каждого отдельно взятого аппарата характерной чертой является работа с конкретной серией солнечных панелей.

Так, например, если используется контроллер, рассчитанный на максимум входного напряжения 100 вольт, серия солнечных панелей должна выдавать на выходе напряжение не больше этого значения.

Любая солнечная энергетическая установка действует по правилу баланса выходного и входного напряжений первой ступени.

Верхняя граница напряжения контроллера должна соответствовать верхней границе напряжения панели

Прежде чем подключать аппарат, необходимо определиться с местом его физической установки.

Согласно правилам, местом установки следует выбирать сухие, хорошо проветриваемые помещения. Исключается присутствие рядом с устройством легковоспламеняющихся материалов.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители PWM-контроллеров требуют соблюдать точную последовательность подключения приборов.

Техника соединения контроллеров PWM с периферийными устройствами особыми сложностями не выделяется. Каждая плата оснащена маркированными клеммами. Здесь попросту требуется соблюдать последовательность действий

Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:

Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
Подключить к выводам нагрузки прибора контрольную лампу соответствующего напряжения (обычно 12/24В).

Указанная последовательность не должна нарушаться. К примеру, подключать солнечные панели в первую очередь при неподключенном аккумуляторе категорически запрещается. Такими действиями пользователь рискует «сжечь» прибор. В этом материале более подробно описана схема сборки солнечных батарей с аккумулятором.

Также для контроллеров серии PWM недопустимо подключение инвертора напряжения на клеммы нагрузки контроллера. Инвертор следует соединять непосредственно с клеммами АКБ.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие требования по физической инсталляции для этого вида аппаратов не отличаются от предыдущих систем. Но технологическая установка зачастую несколько иная, так как контроллеры MPPT зачастую рассматриваются аппаратами более мощными.

Для контроллеров, рассчитанных под высокие уровни мощностей, на соединениях силовых цепей рекомендуется применять кабели больших сечений, оснащённые металлическими концевиками

Например, для мощных систем эти требования дополняются тем, что производители рекомендуют брать кабель для линий силовых подключений, рассчитанный на плотность тока не менее чем 4 А/мм2. То есть, например, для контроллера на ток 60 А нужен кабель для подключения к АКБ сечением не меньше 20 мм2.

Соединительные кабели обязательно оснащаются медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора необходимо оснастить переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход исключает энергетические потери и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Структурная схема подключения мощного контроллера MPPT: 1 – солнечная панель; 2 – контроллер MPPT; 3 – клеммник; 4,5 – предохранители плавкие; 6 – выключатель питания контроллера; 7,8 – земляная шина

Перед подключением солнечных панелей к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.

Подключение периферии к аппарату MTTP:

Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
Установить температурный датчик на контроллере согласно инструкции.

После этих действий необходимо вставить на место ранее извлечённый предохранитель АКБ и перевести выключатель в положение «включено». На экране контроллера появится сигнал обнаружения аккумулятора.

Далее, после непродолжительной паузы (1-2 мин), поставить на место ранее извлечённый предохранитель солнечной панели и перевести выключатель панели в положение «включено».

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему инвертора напряжения. Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос по теме статьи.