Как правильно выбрать контроллер для заряда солнечных батарей

Любая система автономного электропитания с применением аккумуляторных батарей должна оборудоваться средствами контроля заряда и разряда АКБ. Контроллеры заряда используются в автономных фотоэлектрических системах и выполняют целый ряд задач: от обеспечения правильного заряда АКБ, защиты от перезаряда (в случаях, когда солнечная панель продолжает вырабатывать электричество после полного заряда накопителя энергии) до защиты от глубокого разряда аккумулятора нагрузкой. В этом материале мы рассмотрим подробнее, что такое контроллер солнечных батарей, почему без него не обойтись, и как выбрать необходимый контроллер для своей СЭС.

Базовая задача контроллера заряда

Контроллер солнечного заряда – это базовый элемент, который необходим для работы электростанции, работающей на возобновляемой энергии и имеющей в своем составе аккумуляторную батарею. Цена данного оборудования – около 3-10% от стоимости всего комплекта, но данный факт не уменьшает значимости контроллера в деле обеспечения бесперебойной работы станции.

Определим, для чего нужен контроллер солнечных батарей в комплекте оборудования СЭС. Прибор предназначен для обеспечения качественной зарядки аккумуляторной батареи с целью продления его срока службы. При зарядке АКБ основным параметром является напряжение заряда – контроллер должен устанавливать и поддерживать уровень зарядного напряжения, который определен заводом-изготовителем для данной модели аккумулятора. Другой важной функцией является защита аккумулятора от неконтролируемой глубокой разрядки аккумулятора нагрузкой. Глубокий разряд губителен для большинства применяемых аккумуляторных батарей, за этим параметром очень важно следить и контролировать его. 

Обычно рабочее напряжение солнечных батарей выше допустимых значений заряда аккумулятора, поэтому зарядка напрямую от панели без установки контроллера совершенно точно закончится его перезарядом и повреждением пластин АКБ. Контроллер срезает или преобразует (в зависимости от типа контроллера) излишнее напряжение солнечной панели и подает на аккумулятор строго установленный уровень напряжения в соответствии с требованиями завода-изготовителя. Этим он не допускает поломки и даже взрыва или возгорания батареи. Описанный выше функционал является основным, для чего нужен контроллер заряда СЭС в первую очередь. В настоящее время контроллеры имеют также ряд дополнительных пользовательских функций: отображение рабочих параметров зарядке на дисплее, различные защиты от неправильных действий при установке и эксплуатации, запись событий и аварийных сигналов с интеграцией даты и времени, функции управления режимами работы нагрузки, слежение за температурой аккумулятора, удаленный мониторинг и прочие.

На практике это дает потребителю следующие преимущества:

• снижение расходов на обслуживание СЭС;
• снижение требуемой емкости накопителей, и, соответственно, удешевление СЭС;
• возможность получить на 20%-30% больше энергии от солнечных панелей (для МРРТ контроллеров);
• увеличение срока службы аккумуляторов за счет их правильной эксплуатации и недопущения критических режимов;
• упрощение системы управления нагрузкой, снижение затрат на автоматику;
• удобное отслеживание за параметрами зарядки аккумулятора и возможность удаленного мониторинга.

Элементы цепи получают надежную защиту от перенапряжения, короткого замыкания и других опасных факторов. И главное – от контроллера во многом зависит ресурс аккумулятора и корректность его работы.

Какие бывают контроллеры солнечной батареи?

Попробуем определить, какой нужен контроллер для солнечной батареи в рамках Вашего проекта.

Все существующие на сегодняшний день контроллеры делятся на два основных типа: PWM (ШИМ) и MPPT.

ШИМ-контроллеры (PWM)

Разберемся с тем, что такое контроллер заряда ШИМ (PWM). Это прибор, работа которого построена на принципе широтно-импульсной модуляции. ШИМ или PWM контроллер срезает излишнее напряжение солнечной батареи до уровня, который необходим аккумулятору. При этом срезается и мощность самой солнечной панели, поскольку зарядный ток от панели сохраняется и подается на АКБ. Такие контроллеры отличаются низкой стоимостью, хорошей надежностью, но имеют ограниченный спектр применения. В настоящее время такие контроллеры оснащаются неплохим пользовательским функционалом от информативного дисплея и возможности подключения датчика температуры до широкого диапазона возможностей по управлению нагрузкой, наличием USB-портов и т.д.

МРРТ контроллеры

Итак, МРРТ-контроллер – что это, и чем он отличается от контроллеров заряда с широтно-импульсной модуляцией? Основной отличительной особенностью МРРТ контроллера является не срезание напряжения солнечной панели, а его преобразование с увеличением зарядного тока и сохранением мощности. Аббревиатура MPPT – maximum power point tracking – переводится, как отслеживание точки максимальной мощности. Простыми словами, контроллер в переменных погодных условиях находит максимально эффективное значение напряжения и силы тока солнечной панели, при которых извлекается максимальная мощность с панели при заданных показателях световой яркости, нагрева и угла падения лучей. Т.е. контроллер обеспечивает максимально удобную и эффективную работу панели по своим рабочим параметрам, а далее поступаемая мощность преобразуется в зарядную с параметрами, необходимыми для аккумуляторной батареи. Благодаря этому механизму энергия не теряется, извлекается максимально возможная мощность из солнечных панелей при сохранении всего функционала заряда и защиты аккумуляторных батарей и обеспечения их длительного срока службы.

MPPT контроллеры являются универсальными и могут применяться во всех ситуациях, за исключением случаев, где экономически целесообразнее применять PWM (ШИМ) контроллеры. Стоимость МРРТ контроллеров обычно в разы выше стоимости ШИМ (PWM) контроллеров.

Какому контроллеру отдать предпочтение?

Итак, как выбрать контроллер для солнечной батареи из двух вышеописанных вариантов? ШИМ-контроллеры, как правило, используются в солнечных электростанциях, где рабочее напряжение солнечной панели соответствует или наиболее близко к максимальному зарядному напряжению аккумуляторной батареи. В этом случае контроллер будет минимально срезать напряжение фотоэлектрических модулей, и, соответственно, потери энергии будут незначительными.

В то же время, когда напряжение солнечных батарей значительно отличается от зарядного напряжения аккумулятора целесообразнее использовать МРРТ контроллер. Также MPPT контроллер незаменим в случаях, когда необходимо использовать солнечную батарею на 24В для зарядки аккумуляторной батареи напряжением 12В. Контроллер MPPT является оптимальным решением для более мощных систем, поскольку в них даже небольшой процент потери мощности может привести к значительным потерям в абсолютных величинах.

Как выбрать контроллер

Разберем подробнее, как правильно выбрать контроллер для солнечной батареи и что следует учитывать.

Во-первых, для расчетов во внимание принимается:

• количество солнечных панелей;
• рабочие напряжение и ток солнечных панелей;
• общая мощность солнечной батареи;
• напряжение и тип аккумуляторной батареи;
• емкость аккумуляторной батареи;
• дополнительные требования к контроллеру – герметичность, наличие дисплея, USB-портов, температурного датчика, функционала управления нагрузкой и прочее.

При выборе широтно-импульсных контроллеров напряжение солнечной батареи должно быть близко к зарядному напряжению аккумуляторной батареи. Далее, высчитывается рабочий ток от всего блока солнечных модулей и подбирается по нему номинал ШИМ (PWM) контроллера. Основной характеристикой контроллеров как раз является номинальный зарядный ток, именно по нему и выбирается необходимая модель солнечного контроллера.

Также перед тем, как подобрать контроллер для солнечных батарей, следует обратить внимание и на требования к пользовательским опциям. Это поможет определиться и выбрать наиболее подходящую модель контроллера, поскольку их модификаций сейчас огромное множество.

При выборе контроллера MPPT прежде всего учитывается напряжение и мощность блока солнечных панелей и напряжение аккумуляторной батареи. Также, как и у ШИМ (PWM) контроллеров, основной характеристикой MPPT контроллера является зарядный ток. Поэтому важно его правильно рассчитать с учетом повышения зарядного тока при преобразовании энергии. Также при выборе МРРТ контроллера важно обратить внимание на максимально допустимое напряжение на входе контроллера – от этого зависит формирование схемы соединения солнечных панелей.

Описанные выше рекомендации помогут Вам самостоятельно подобрать тип контроллера солнечного заряда и определить какая именно модель будет наиболее эффективной. Но если у Вас возникнут сомнения или вопросы, Вы можете обратиться к нам и специалист Вас подробно проконсультирует

О том, как правильно подобрать контроллер заряда для солнечных батарей. При выборе контроллера нашими специалистами учитывается множество дополнительных факторов. Например, если в контроллере есть функция контроля нагрузки, то нужно учитывать и ток разряда — он должен быть не более номинального тока контроллера заряда, также мы учитываем температурный коэффициент солнечных панелей при отрицательных температурах типичный кремниевый солнечный модуль имеет напряжение холостого хода примерно на 20% выше, чем указанное в его спецификациях, что также влияет на правильный выбор схемы соединения солнечных панелей или модель контроллера.

Поэтому, если у Вас нет достаточного опыта или Вы сомневаетесь, мы рекомендуем доверять расчеты специалистам, которые знают, как выбрать контроллер для солнечных батарей и имеют большой опыт. Сотрудники нашей компании имеют опыт строительства, эксплуатации и научных исследований в области применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в том числе установки солнечных панелей, с 2009 года. Этот опыт помогает нашим инженерам применять проверенные временем технологии, определять оптимальную конфигурацию и принимать самые лучшие решения при строительстве СЭС для удовлетворения всех требований Заказчика. Мы разрабатываем только взвешенные, всесторонне продуманные инженерные решения, и подбираем оборудование с учетом специфики Вашего объекта и последними достижениями техники на момент проектирования.

Мы знаем, как выбрать и как подключить контроллер заряда, чтобы он служил долго и обеспечил долгую и эффективную работу всей солнечной электростанции в целом. Приобретая контроллер солнечного заряда в нашей компании, Вы получите бесплатную консультацию от специалиста по его выбору, правильному подключению и дальнейшей эксплуатации. В случае выполнения всего комплекса работ от проектирования до ввода в эксплуатацию солнечной электростанции силами нашей компании, Вы вместе с гарантией на оборудование получаете бесплатное сервисное обслуживание СЭС в оговоренный договором период.