Это автоматически включающаяся схема, которая контролирует зарядку аккумулятора от солнечных панелей и других источников питания. Она основана на интегральных схемах 555 и заряжает батарейку, когда её заряд становится ниже заданного уровня, а затем останавливает зарядку во время того, когда батарейка достигает верхнего лимита по вольтажу.
Шаг 1: Моя цель
«Создать дешевый и эффективный контроллер заряда солнечной батареи»
Шаг 2: Схема
Для сборки контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи своими руками понадобятся:
- Интегральная схема NE555 IC с сокетом IC
- Один транзистор 2N2222 или PN222a
- Три резистора на 1K Ом
- Один резистор на 330 Ом и один на 100 Ом
- Два резистора на 330 Ом 1/5 w (опционально)
- Два потенциометра на 10K
- Два светодиода (зеленый и красный)
- Диод 1N4007
- Реле 5V SPDT
- Два трехпиновых коннектора для макетной платы
- Провода
- Макетная плата
- LM7805 (тип TO-220)
- Два конденсатора(я использую на.1uF, можете использовать любой)
- МОП-транзисторами IRF 540 (MOSFET)
На рисунке вы увидите завершенную схему контроллера. 5V реле — главный компонент схемы, это Ключ (SPDT, Single Pole Double Throw). У него одна обычная клемма и два контакта разных конфигураций. Один — обычно открыт (NO), второй — обычно закрыт (NC).
В нашем случае мы подключаем плюс солнечной панели на полюс реле (обычную клемму) и плюс батарейки на обычно открытый контакт; когда батарейка подключена к контроллеру солнечной зарядки, схема проверяет вольтаж батарейки. Если вольтаж меньше или равен обычному, то ток начинает поступать на батарейку, и она заряжается. Когда вольтаж батарейки начинает превышать верхний предел, реле активируется и ток перенаправляется в обычно закрытый контакт.
Шаг 3: Калибровка
После завершения схемы, нужно настроить нижний и верхний пороги. Калибровка батарейки нужна, чтобы предотвратить чрезмерную разрядку или зарядку. Я использую 12V в качестве нижнего предела и 14.9V в качестве верхнего. Это означает, что когда заряд батареи понижается до 12V, начинается зарядка и когда вольтаж поднимается до 14.9V, реле активируется, и схема перестает заряжать батарейку.
Чтобы настроить лимиты, вам понадобится мультиметр и два источника питания на 12V и 15V, или один универсальный. Сначала нужно установить нижний порог. Для этого установите вольтаж на 12V и подключите его к схеме. Соедините землю с мультиметром и замерьте показатель на пине 2 схемы 555. Настройте вольтаж так, чтобы получить 1.66V. Затем переключите вольтаж на 14.9V и возьмите замер на пине 6 схемы 555. Настройте вольтаж на 3.33V. Теперь контроллер готов к работе.
Шаг 4: Соединение
Приложенная картинка показывает электрическую схему устройства. Сначала соедините плюс от солнечной панели к центральному полюсу реле, затем соедините красный провод от батарейки с NO на реле. Соедините минус от солнечной панели с минусом на схеме, а затем присоедините минус батарейки к схеме.
Шаг 5: Работа
Когда вольтаж батарейки меньше, чем 14.9V, она начинает заряжаться путём передачи тока через NO на реле. Когда вольтаж батарейки достигает 14.9 вольт, реле автоматически переключается на NC.
Шаг 6: Момент истины
Важным критерием выбора контроллера является стоимость контроллера. При возникновении вопроса, какой контроллер купить, дороже или дешевле, в случаях небольших солнечных электростанций возникает решение, купить контроллер проще и дешевле, а на разницу в цене купить еще одну две солнечные батареи.
Если вы хотите установить простую , то стоит выбрать недорогой, но качественный ШИМ контроллер, с запасом по мощности в 20-30%.
Если же вы очень критично относитесь к , вам важно все параметры станции, высокая эффективность, контроль параметров, возможности удаленного управления, а также переключение между электростанцией и электросетью, или автоматическое включение генератора, то стоит приобрести продвинутый, современный, MPPT контроллер, с множеством функций, встроенных защит, возможностью управления внешними устройствами и перераспределением нагрузок.
Выбор производителя
Не маловажным аспектом является выбор производителя контроллеров. При выборе производителя контроллеров следует учитывать следующие факторы:
1) Специализации производителя. Что выпускает данное предприятие. Специализируется ли оно на производстве компонентов автономных электростанций, или контроллер является дополнительно выпускаемым среди прочей разнообразной несерьезной электроники. Бывает еще, что профильное по электрическим и электронным приборам предприятие решило выпускать дополнительно контроллер заряда солнечных батарей, и хотя они имеют серьезный подход, хорошую компонентную базу, но часто их устройства могут быть непродуманными, иметь мало функций. Это связано с тем, что для выпуска контроллера не открывался специальный отдел, который бы занимался проработкой изделия, испытаниями, доработкой, сопровождением и поддержкой контроллера в эксплуатации. Скорее всего, предприятие приобрело патент на изготовление контроллера у сторонней фирмы для загрузки незадействованных мощностей. Причем данный контроллер будет устаревшим, прошлого поколения вряд ли кто будет продавать патент на совершенно новое технологичное перспективное устройство.
2) Страна производства. Если для вас важно, контроллеры можно выбрать по стране производства. Основное разделение идет на:
Европейские. Наиболее качественные продуманные и дорогие.
Американские. Аналогично европейским.
Российские. Рынок наших контроллеров только развивается. Но уже есть достаточно продуманные контроллеры, способные составить конкуренцию европейским контроллерам. Одним из плюсов является возможность гарантийного ремонта или замены в небольшие сроки.
Китайские. Такие контроллеры можно разделить на две категории:
1) От брендовых производителей, специализирующихся на выпуске именно компонентах солнечных электростанций.
2 ) Прочие китайские производители неизвестных марок. Такие контроллеры отличает невысокая цена, некачественное исполнение, отсутствие каких-либо инструкций, гарантий и поддержки производителя.
Данный контроллер заряда солнечной батареи предназначен для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора от солнечной панели. Эта схема подходит для солнечных батарей мощностью от 15 ватт и содержит световой индикатор процесса работы контроллера.
Солнечная батарея представляет собой непрерывный источник напряжения, которое поступает на вход контроллера, к выходу же контроллера подключается аккумулятор. В результате этого не происходит перезаряда аккумуляторной батареи и соответственно продлевается срок ее службы.
Описание работы контроллера заряда солнечной батареи
Напряжение от солнечной батареи сначала проходит через диод D6 (желательно диод Шоттки), который препятствует разрядку аккумулятора обратно через панель, когда солнце не светит. После диода D6 идет классической линейный регулятор на основе LM317. Выходное напряжение регулятора определяется соотношением сопротивлений резисторов R20 и R1.
Напряжение на выходе должно быть в районе 13,6…13,8 вольт. Точное значение можно выставить подбором сопротивления R19, значение которого определяется опытным путем. Конкретно в данном случае его сопротивление (R19) равнялось 390K, так что это значение можно взять за отправную точку.
Диод D5 является защитным. После стабилизатора LM317 следует цепь световой индикации состоящей из трех светодиодов (D2, D3, D4). Свечение светодиода D2 указывает на то, что аккумулятор полностью заряжен (напряжение 13 вольт).
Светодиод D3 используется для указания напряжение на солнечной батареи (15,5 вольт). Последний светодиод D4 указывает на процесс заряда аккумулятора. Для срабатывания индикации выбрано пороговое значение 50 мА.
Для работы светодиода D3 применен компаратор на операционном усилителе LM339, который сравнивает напряжение с выхода солнечной панели с опорным напряжением, полученным с помощью стабилитрона D1. Для экономии энергии аккумулятора светодиоды питаются непосредственно от солнечной панели через стабилизатор 78L12.
Настройка контроллера заряда аккумулятора солнечной батареи
После монтажа деталей и проверке на ошибки, на вход (вместо солнечной панели) необходимо подключить регулируемый блок питания и подать сначала напряжение 17…20 вольт. Изменяя сопротивление резистора R19 необходимо установить выходное напряжения стабилизатора в районе 13,6…13,8 вольт. После этого входное напряжение от блока питания необходимо выбрать около 13,1 вольт и подстроечным резистором R18 добиться, чтобы загорелся светодиод D2. При снижении напряжения блока питания ниже 13 вольт светодиод D2 должен погаснуть.
Далее устанавливаем входное напряжение 15,5 вольт и, вращая подстроичник R4 добиваемся, чтобы загорелся светодиод D3. Для настройки индикации зарядки понадобится аккумулятор. Подключите его к контроллеру через амперметр, а напряжение на блоке питания выставите такое, чтобы аккумулятор заряжался током около 50мА. После этого выставьте резистор R14 так, чтобы загорелся D4. При снижении тока ниже 40мА светодиод D4 должен погаснуть. Собственное потребление контроллера (от аккумулятора) составляет около 9-10мА, что при использовании свинцово-кислотного аккумулятора незначительно.
http://www.pctun.czechian.net/solarko/solarko.html
В системах электростанций, работающих на солнечных батареях, для подачи полученной энергии на используют всевозможные схемы подключения, которые выполнены на разных алгоритмах на основе технологии микропроцессорной электроники. На основе таких схем созданы устройства, которые называются контроллеры для солнечных батарей.
Принцип действия
Существует несколько методов передачи электроэнергии от солнечных элементов к аккумуляторной батареи:
- Без применения приборов коммутации и регулировки, напрямую.
- Через контроллеры для
Первый способ обуславливает прохождение электрического тока от источника на аккумуляторы для повышения их напряжения. Сначала напряжение повысится до предельного определенного значения, которое зависит от типа и разновидности конструкции аккумуляторной батареи и температуры внешней обстановки. Далее превысит этот уровень.
В начальный период зарядка аккумуляторов идет в норме. Далее начинаются процессы, характеризующиеся отрицательными моментами: зарядный ток продолжает поступать, вызывает увеличение напряжения выше допустимой величины, наступает перезаряд, и как следствие, повышается температура электролита. Это приводит его к закипанию и выбросу водяного пара со значительной интенсивностью из отдельных элементов батареи. Такой процесс может продолжаться до момента высыхания банок. Понятно, что ресурс батареи аккумуляторов от этого явления не возрастает.
Чтобы ограничить ток заряда, пользуются специальными устройствами – контроллерами заряда, или делают это вручную. Последним способом практически никто не пользуется, так как это доставляет неудобство следить за величиной напряжения по приборам, делать переключения руками, требуется назначать для этого специального работника, чтобы он обслуживал контроллеры для солнечных батарей.
Порядок действий контроллера во время заряда
Контроллеры для солнечных батарей изготавливают различных модификаций по принципам и сложности метода ограничения напряжения:
- Простое отключение и включение. Контроллер переключает зарядное устройство к аккумулятору в зависимости от значения напряжения на клеммах.
- Преобразования .
- Контроль наибольшей мощности.
Первый принцип простой коммутации
Это самый простой вид работы, однако он менее надежный. Основным недостатком метода является то, что при увеличении напряжения на клеммах батареи аккумуляторов до максимального значения, окончательного заряда не наступает. Заряд доходит до 90% от номинала. Аккумуляторы постоянно находятся в состоянии недозаряда. Это пагубно влияет на их срок службы.
Широтно-импульсный принцип
Такие приборы производятся на основе микросхем. Они управляют силовым блоком для поддержания напряжения на входе в определенном интервале сигналами обратной связи.
Контроллеры с широтно-импульсным управлением имеют возможности:
- Измерять температуру электролита в батарее выносного или встроенного типа.
- Образовывать компенсацию температуры напряжением заряда.
- Подстраиваться под свойства конкретного типа аккумуляторов с разными значениями по графику напряжения.
Чем больше функций встроено в контроллеры для солнечных батарей, тем их надежность и стоимость выше.
График действия солнечной батареи
Ограничение напряжения по точке наибольшей мощности
Эти устройства тоже могут работать по широтно-импульсному способу. Их точность высока, так как идет учет максимального значения мощности, отдаваемой солнечной батареей. Значение мощности вычисляется и сохраняется.
Для гелиобатарей с напряжением 12 вольт максимальная мощность находится на 17,5 вольтах. Простой контроллер выключит заряд аккумулятора уже при 14 В, а контроллер со специальной технологией позволяет применять запас солнечных батарей до 17,5 вольт.
Чем сильнее разрядилась батарея, тем больше потери энергии от солнечных элементов, контроллеры для солнечных батарей снижают эти потери. В результате, контроллеры, применяя преобразования широтно-импульсного вида, на всех зарядных циклах повышают отдачу энергии солнечной батареей. Процент экономии может достигать до 30%, в зависимости от различных факторов. Выходной ток аккумулятора при этом будет выше входного.
Свойства
При осуществлении выбора типа контроллера нужно обращать внимание не только на принципы работы, но и на условия, предназначенные для его работы. Такими показателями устройств являются:
- Величина напряжения входа.
- Значение общей мощности солнечных элементов.
- Вид нагрузки.
Напряжение
На схему контроллера может идти напряжение от нескольких батарей, которые соединены по-разному. Для правильного функционирования устройства нужно, чтобы общая величина напряжения вместе с холостым ходом не была больше предела, указанного изготовителем в инструкции.
Назовем некоторые факторы, благодаря которым необходимо делать 20% запас напряжения:
- Нужно учесть фактор рекламного завышения данных контроллера.
- Процессы, происходящие в фотоэлементах, нестабильны, при чрезмерных солнечных вспышках света энергия, которая создает напряжение холостой работы батареи, может быть превышена.
Мощность солнечной батареи
Эта величина важна в работе контроллера, так как устройство должно иметь достаточную мощность, чтобы передавать ее аккумуляторным батареям, если мощности не будет хватать, то схема прибора выйдет из строя.
Для вычисления мощности значение выходного тока из контроллера умножают на напряжение, которое выработано, не забывая про 20% резерв.
Вид нагрузки
Контроллер должен использоваться по своему назначению. Не нужно применять его как обычный источник напряжения, подключать к нему разные устройства бытового назначения. Может быть, некоторые из них будут нормально работать, и не выведут контроллер из строя.
Другой вопрос, сколько времени это будет продолжаться. Устройство работает на принципе преобразований широтно-импульсного типа, применяет технологии микропроцессорного производства. Эти технологии учитывают нагрузку, заложенную в свойствах аккумуляторной батареи, а не разного рода потребителях, имеющих своеобразные свойства поведения при изменении нагрузки.
Как сделать контроллер своими руками
Чтобы изготовить такое устройство, достаточно иметь некоторые знания электротехники и электроники. Самодельное устройство будет уступать промышленному образцу по наличию функций и эффективности, но для простых сетей с небольшой мощностью, такой самодельный контроллер вполне подойдет.
Самодельный контроллер должен иметь следующие параметры:
- 1,2 P ≤ I × U. В данном выражении применяются обозначения общей мощности источников (Р), тока выхода контроллера (I), напряжения при разряженном аккумуляторе (U).
- Наибольшее напряжение входа контроллера должно соответствовать общему напряжению аккумуляторов на холостом ходу без нагрузки.
Простая схема модуля самодельного контроллера:
Контроллеры для солнечных батарей, собранные самостоятельно, имеют свойства:
- Напряжение заряда – 13,8 вольт, меняется от номинального тока.
- Отключающее напряжение – 11 вольт, может настраиваться.
- Включающее напряжение – 12,5 вольта.
- Снижение напряжения на ключах – 20 милливольт при токе 0,5 А.
Контроллеры для солнечных батарей входят в состав любых гелиосистем, а также систем на солнечных батареях и ветряных генераторах. Они дают возможность создания нормального режима зарядки батарей аккумуляторов, увеличивают эффективность и снижают износ, могут собираться собственными силами.
Разбор схемы контроллера для гибридного питания
Для примера будем рассматривать источник аварийного освещения или охранной сигнализации, работающей в круглосуточном режиме.
Применение энергии солнечной батареи позволяет сократить расход электрической энергии от питающей центральной сети, а также защитить электроустройства от возможности веерного отключения питания.
В темное время, когда нет солнечного света, система переключается на сетевое питание 220 вольт. Запасным источником стала аккумуляторная батарея на 12 вольт. Эта система функционирует в любую погоду.
Схема простейшего контроллера
Фоторезистор осуществляет управление транзисторами Т1 и Т2.
Днем, когда есть солнечный свет, транзисторы закрываются. Напряжение 12 вольт подается на батарею аккумуляторов от панели через диод D2. Он не дает разряжаться аккумулятору через панель. При достаточном освещении панель выдает ток мощностью 15 ватт, 1 ампер.
Когда аккумуляторы получат полный заряд до 11,6 вольта, то стабилитрон открывается и включается красный светодиод (LED Red). При снижении напряжения на контактах аккумулятора до 11 вольт, красный светодиод отключается. Это обозначает, что батарея аккумуляторов требует зарядки. Резисторы R1 и R3 осуществляют ограничение тока светодиода и стабилитрона.
Ночью, или в темное время, когда нет света солнца, сопротивление фотоэлемента снижается, подключаются транзисторы Т1 и Т2. Аккумуляторная батарея получает заряд от блока питания. Ток заряда от линии питания 220 вольт через трансформатор, выпрямитель, резистор и транзисторы поступает на аккумуляторную батарею. Емкость С2 сглаживает пульсации напряжения сети.
Предел светового потока, при котором включается фотодатчик, настраивают переменным резистором.
Здравствуйте. Попробую я сегодня рассказать про достаточно маломощный (10А ток заряда и разряда) контроллер заряда аккумуляторной батареи от солнечных панелей.
В обзоре подробные фото контроллера внутри и снаружи, а также тестирование…
Итак, всем известно, что солнечные панели преобразовывают световое излучение в электрический ток, таким образом в дневное время можно получать электрическую энергию от Солнца. Для того, чтобы сохранить эту энергию для использования в тёмное время суток, солнечную силовую установку необходимо оборудовать аккумулятором, который в светлое время суток будет заряжаться, а в тёмное отдавать энергию потребителям.
Но для чего же нужен контроллер заряда? И действительно, достаточно просто соединить солнечную батарею с аккумулятором, и при наличии хоть какого-то света, а ещё лучше - Солнца, от солнечной батареи пойдет зарядный ток в аккумулятор и без использования контроллера. Однако у каждого аккумулятора есть предельное значение напряжения, превышение которого ведёт к перезаряду, кипению электролита и в конечном итоге к выходу из строя аккумулятора. То же самое можно сказать и о цикле разряда. Также нельзя разряжать аккумуляторы ниже определённого для каждого типа аккумулятора напряжения. Вот для этих целей и служит контроллер заряда, который следит за правильным зарядом и разрядом аккумулятора, а также имеет и некоторые дополнительные функции. Бывают контроллеры релейного типа, которые просто подключают и отключают солнечную панель от аккумулятора при достижении максимального напряжения, а также бывают контроллеры с ШИМ модуляцией, которые могут регулировать напряжение выдаваемое на аккумулятор. Вторые предпочтительнее, т.к. они более полно заряжают аккумулятор.
В данном случае расскажу о таком контроллере с ШИМ. В виду его небольшой мощности, основное его предназначение - управление автономным освещением. Но обо всём по порядку.
Комплект состоит из самого контроллера и инструкции на английском языке:
Могу сказать, что подобные инструкции читаю редко, но в эту заглянул.
Общий вид и размеры:
Размеры продублирую цифрами: 14х9х3 см (приблизительно);
Корпус сделан из пластика, с 4 «ушами» для крепления, на передней панели присутствуют:
1. Группа из 3 светодиодов (слева сверху). Левый зеленый показывает наличие тока от солнечной панели, средний 2-х цветный индицирует состояние заряда батареи (красный - батарея разряжена, зелёный - батарея заряжена) и правый жёлтый - активация нагрузки;
2. 7 сегментный с точкой индикатор красного цвета для индикации выбранного режима работы;
3. Кнопка под 7 сегментным индикатором для выбора нужного режима работы;
4. Винтовые клеммники для подключения солнечной панели, аккумуляторной батареи, нагрузки.
На обратной стороне корпуса присутствует металлическая пластина, крепящаяся к корпусу 4-мя саморезами, служащая радиатором для силовых транзисторов.
Заглянем внутрь:
Со схемотехнической точки зрения ничего говорить не буду, для интересующихся на фотографиях видны наименования микросхем. Отмечу лишь достаточно аккуратный монтаж и возможность увеличения мощности прибора путём добавления силовых транзисторов на отсутствующие места, естественно делать это нужно с умом.
Перейдём к тестированию, для этого дополнительно к обозреваемому контроллеру нам понадобятся элементы солнечной панели (о них расскажу как-нибудь в другой раз), кусок ламината для крепления этих элементов, 12 вольтовый свинцовый аккумулятор, провода, термоклей, припой, флюс, мультиметр, регулируемый источник питания постоянного тока, 12 вольтовая светодиодная лента играющая роль нагрузки:
Выходные напряжения каждого солнечного элемента используемых для тестирования, судя по ТХ производителя, около 6 вольт, поэтому нам необходимо соединить последовательно 3 таких элемента и закрепить эти элементы и провода с помощью термоклея на куске ламината.
Проверяем что получилось:
Напряжение 17 вольт, ток КЗ всего 7 мА, с напряжением всё нормально, но с током не густо, хотя отмечу, элементы в тени. Откроем шторы:
Напряжение 20 вольт, ток КЗ около 40 мА, уже что-то.
Собираем тестовый макет:
Светодиодная лента не светится, что соответствует выбранному 17 режиму (см.инструкцию), при котором нагрузка включается только при отсутствии тока от солнечной панели, что соответствует тёмному времени суток. Мультиметр показывает 27 мА зарядного тока.
На следующем видео демонстрация работы автоматического освещения при смене дня и ночи (как это так и следующее видео лучше смотреть на весь экран, чтобы подсказки корректно отображались):
Для дальнейших экспериментов подключим вместо аккумуляторной батареи регулируемый источник питания постоянного тока и первым экспериментом будет измерение тока покоя прибора. Т.е. какой ток потребляет контроллер заряда без солнечной панели и нагрузки:
Оказалось всего 5 мА, что сравнимо с током саморазряда аккумулятора.
На следующем видео я постарался продемонстрировать как ведёт себя контроллер заряда при изменении напряжения на аккумуляторе при затенённых солнечных элементах:
Немного слов о режимах работы:
0 - нагрузка включена постоянно (этот режим можно использовать для общего применения);
16 - включение/выключение нагрузки осуществляется кнопкой управления;
17 - нагрузка включена в темное время суток;
01...15 - включение нагрузки после заката на столько часов, какой режим выбран (1...15)
Что еще можно сказать? Контроллер вполне работоспособен в своей области применения. Одной цепочки солнечных элементов явно не достаточно, необходимо впаралель добавить еще несколько, но важно не забывать развязывать их диодами, лучше использовать диоды Шоттки (прямое падение напряжения меньше).
Вот вроде бы и всё, если будут вопросы, спрашивайте в комментариях, постараюсь ответить.
P.S. Да, чуть не забыл, товар предоставлен бесплатно для тестирования.
Планирую купить +51 Добавить в избранное Обзор понравился +26 +59
