В любой электрической системе, имеющей в составе аккумуляторные батареи (АБ), должны присутствовать средства контроля заряда и разряда тех самых аккумуляторов. Основной задачей подобных устройств является управление зарядом АБ с оптимальным использованием мощности, генерируемой солнечными панелями.
Для чего нужен контроллер?
Наличие его особенно важно, если в системе установлены свинцово-кислотные аккумуляторы. Они особенно боятся как глубокого разряда, так и перезаряда, их срок службы в таких случаях резко сокращается, а иногда приводит к выходу из строя оборудования. Например, если на заряженный аккумулятор продолжает подаваться ток, это может вызвать закипание электролита и бурное выделение газа (если в системе заливные батареи) или вспучивание и даже взрыв герметичных аккумуляторов.
Щелочные батареи не боятся глубокого разряда, но перезаряд может вывести их из строя.
Что касается литиевых аккумуляторов, для них важно устанавливать систему балансировки напряжения между элементами последовательной цепи.
Таким образом, в автономную электросистему вводятся приборы, отключающие нагрузку от аккумуляторов при глубоком разряде, а также отключают источник энергии (в нашем случае солнечные батареи), если аккумуляторы полностью заряжены.
Важно! Никогда не подключайте нагрузку напрямую к аккумуляторам без контроллера заряда! Так вы рискуете вывести АБ из строя.
На рынке есть контроллеры заряда с предусмотренным режимом «выравнивания», который рекомендуется применять для заливных батарей, для герметичных такой режим использовать запрещено!
Чаще всего контроллеры продаются уже с настроенными типовыми показателями уровня напряжений отключения, но при необходимости эти данные можно отрегулировать.
Контроллеры могут быть встроены в инверторы или в блоки бесперебойного питания.
Стоимость такого контроллера не превышает 5% от стоимости всей СЭС, но применяемые технологии заряда активно влияют и на эффективность хранения и использования полученной энергии, и на срок службы АБ – а это более половины стоимости всей электростанции. Вывод – не стоит экономить на контроллере, приобретайте качественный прибор с гарантией от известного производителя.
Какие бывают солнечные контроллеры?
Простейшие их этих устройств просто отключают солнечную батарею при достижении граничного напряжения в АБ. При снижении этого показателя батарея вновь подключается и процесс заряда возобновляется. Обычно максимальный уровень заряда составляет 60-65%, а недостаточный заряд вызывает порчу пластин и резкое снижение срока эксплуатации АБ.
Приборы такого типа сейчас практически не выпускаются, а современные контроллеры используют на завершающей стадии заряда широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока, или PWM, от английского pulse-width modulation. ШИМ контроллеры соединяют фотоэлектрический модуль с аккумулятором напрямую и могут обеспечить заряд аккумуляторов практически до 90–95%, в то время как при простом регулировании (включение-выключение) заряд АБ чаще всего не превышает 55–60%. При этом напряжение на солнечной панели снижается до напряжения АБ.
Как работают ШИМ контроллеры?
В момент, когда напряжение в аккумуляторной батарее достигает установленного граничного значения, механизм ШИМ постепенно снижает ток заряда, чтобы предотвратить перегрев, вспухание аккумуляторов или закипание электролита. В это время процесс заряжания продолжается до момента достижения максимального количества электричества в АБ. При этом мы получаем более высокий КПД процесса, меньшее время заряда и безопасную заряженную батарею.
Важно! Суммарная мощность подключенных фотоэлектрических блоков должна соответствовать мощности, указанной производителем контроллера в технических характеристиках.
Там же производитель указывает максимальное входное напряжение. Это важно знать, поскольку сумма напряжений холостого хода последовательно подключенных батарей не должна превышать это значение. При выборе контроллера имейте в виду, что в солнечную погоду летом показатель напряжения холостого хода солнечной панели может превысить цифру, указанную в технических характеристиках прибора.
Использование ШИМ контроллеров дает максимальный результат в системах небольшой мощности.
Преимущества МРРТ контроллеров
В более крупных, мощных солнечных электростанциях применяют второй тип контроллеров – MPPT, от английского Maximum Power Point Tracking (слежение за точкой максимальной мощности, или СТММ), которые могут контролировать точку максимальной мощности самих фотоэлектрических батарей. Входное напряжение может меняться в зависимости от нагруженности и освещенности фотоэлектрического модуля.
Большинство современных контроллеров производит регулирование по степени заряженности аккумулятора (SOC — state of charge), что обеспечивает оптимальный режим работы аккумуляторов и продлевает их срок службы.
Таким образом, при помощи МРРТ контроллера происходит увеличение генерации 10-40%, в зависимости от степени нагрева поверхности панели. Такая прибавка происходит также и при низкой освещенности, ведь более высоковольтные солнечные панели продолжают заряжать аккумуляторы и при низкой освещенности.
Важно отметить, что при использовании в системе такого устройства снижаются потери в проводах и уменьшается стоимость самих проводов. Вспомним закон Ома, в соответствии с которым потери в проводах зависят от их сопротивления и от тока Pc (Watt) = Rc x I². Как видно, из формулы следует, что сечение кабеля может быть уменьшено в 4 раза при повышении напряжения в 2 раза.
При заданной номинальной мощности если соединить последовательно большее количество фотоэлектрических панелей, это увеличит напряжение на выходе солнечной батареи и уменьшит ток (P = V x I, т.е. при равной мощности P ток I уменьшается при увеличении V).
Еще одна статья расходов: при увеличении размера СЭС увеличивается и длина кабелей. Если соединить добавленные модули последовательно, можно тем самым существенно уменьшить необходимое количество проводов и их сечение, а это заметно уменьшит стоимость установки.
Итак, применение MPPT контроллеров при установке СЭС дает заметную выгоду, даже несмотря на их более высокую цену по сравнению с ШИМ контроллерами, особенно если ваша СЭС имеет высокую мощность.
