Изготовление контроллера для солнечной панели

Контролер заряда – это электронное техническое устройство предназначенное для управления работой гелио установки в заданном режиме.

Данный процесс выражается в контролировании режима заряд-разряд аккумуляторной батареи, а также управлении работой солнечных батарей и подключения нагрузки в соответствии с оптимальными параметрами использования накопленной энергии.

Контролер зарядаНаличие контроллера заряда в составе оборудования солнечной электрической станции позволяет ее использовать в автоматическом режиме

Основное назначение

Контроллер заряда аккумуляторной батареи (АКБ) от солнечной батареи предназначен для поддержания уровня заряда аккумуляторов, который также не допускает их полную разрядку или перезарядку. К таким устройствам обычно подключают свинцовые аккумуляторы из-за своей распространенности, однако, возможно подключение других разновидностей. Контроллер для солнечных батарей выполняет большое количество функций, благодаря которым обеспечивается надежная и эффективная работа. Основными из них являются:

  • выбор наиболее эффективной системы заряда аккумулятора;
  • мониторинг заряженности батареи;
  • автоматическое включение и выключение;
  • грамотное распределение энергии;
  • защита от перенапряжения и разрыва цепи.

Три принципа построения контроллеров заряда

По принципу действия различают три типа солнечных контроллеров.
Первый, самый простой тип – это устройство, выполненное по принципу «On/Off» («Вкл./Выкл.»). Схема такого аппарата представляет собой простейший компаратор, который включает или выключает цепь заряда в зависимости от значения напряжения на клеммах аккумулятора. Это самый простой и дешевый тип контроллеров, но и способ, которым он производит заряд, самый ненадежный. Дело в том, что контроллер отключает цепь заряда по достижении предельного значения напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Но при этом не происходит полного заряда банок. Максимально достигается не более 90% заряда от номинального значения. Вот такой постоянный недобор заряда значительно уменьшает работоспособность аккумулятора и срок его работы.

Вольт-амперная характеристика
Вольт-амперная характеристика солнечного модуля

Второй тип контроллеров – это устройства, построенные по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Это более сложные аппараты, в которых кроме дискретных компонентов схемы имеются уже и элементы микроэлектроники. Аппараты на базе ШИМ (англ. – PWM) осуществляют зарядку аккумуляторов ступенчато, выбирая оптимальные режимы заряда. Эта выборка производится автоматически и зависит от того, как глубоко разряжены АКБ. Контроллер повышает напряжение, одновременно понижая силу тока, обеспечивая тем самым полную зарядку аккумуляторной батареи. Большой недостаток ШИМ-контроллера – заметные потери в режиме зарядки аккумулятора – теряются до 40%.

ШИМ – контроллер
ШИМ – контроллер

Третий тип – это контроллеры MPPT, то есть работающие по принципу отыскания точки максимальной мощности солнечного модуля. В процессе работы устройства этого типа используют максимально доступную мощность для любого режима заряда. По сравнению с другими, аппараты этого типа отдают на заряд аккумуляторных батарей примерно на 25% — 30% больше энергии, чем другие аппараты.

MPPT - контроллер
MPPT — контроллер

Заряд АКБ производится меньшим напряжением, чем это делают контроллеры других типов, но большей силой тока. Коэффициент полезного действия аппаратов MPPT достигает 90% — 95%.

Простейший самодельный контроллер

При самостоятельном изготовлении любого контроллера необходимо обязательно соблюдать определенные условия. Во-первых, максимальное напряжение на входе должно быть равным напряжению АКБ без нагрузки. Во-вторых, должно быть выдержано соотношение: 1,2P

Схема простейшего контроллера
Схема простейшего контроллера

Этот аппарат предназначен для работы в составе солнечной электростанции малой мощности. Принцип работы контроллера предельно прост. Когда напряжение на клеммах аккумуляторов достигнет заданного значения, заряд прекращается. В дальнейшем производится только так называемый капельный заряд.

собранный контроллер
Контроллер, смонтированный на печатной плате

При падении напряжения ниже установленного уровня подача энергии на аккумуляторы возобновляется. Если при работе на нагрузку в отсутствии заряда напряжение АКБ будет ниже 11 вольт, контроллер отключит нагрузку. Тем самым исключается разряд аккумуляторов в период отсутствия солнца.

Аналоговый контроллер для маломощных гелиевых систем

Аналоговые устройства используются, в основном, в гелиевых системах, имеющих небольшую мощность. В мощных системах целесообразно применять цифровые последовательные аппараты типа MPPT. Эти контроллеры прерывают зарядный ток, когда аккумулятор будет полностью заряжен. В предлагаемой схеме аналогового контролера используется параллельное подключение. При таком подключении солнечный модуль всегда соединен с аккумулятором через специальный диод. Когда напряжение на аккумуляторе достигнет заданного значения, контроллер параллельно солнечному модулю включает цепь нагрузочного сопротивления, которое принимает на себя избыток энергии от модуля.

Это устройство было разработано и собрано под конкретную систему, состоящую из солнечной панели с 36 ячейками, с выходным напряжением холостого хода 18 вольт и с током короткого замыкания до одного ампера. Емкость аккумулятора до 50 ампер-часов, при номинальном напряжении 12 вольт. Перед тем, как включить собранный аппарат в рабочую конфигурацию системы, необходимо произвести его настройку. Для быстрой настройки нужно взять предварительно заряженный аккумулятор. Солнечную батарею с соблюдением полярности нужно подключить к клеммам PV по схеме, а аккумулятор – к клеммам ВАТ. К клеммам аккумулятора необходимо также подключить цифровой вольтметр.

Схема аналогового контроллера
Схема аналогового контроллера

Теперь для получения максимальной отдачи от солнечной батареи, нужно сориентировать ее на солнце. После этого медленно поворачивать винт двадцатиоборотного переменного резистора номиналом в 100 кОм. Вращение винта производится до тех пор, пока светодиод не начнет мигать. После того, как начнется мигание, винт следует продолжать медленно поворачивать до тех пор, пока вольтметр не покажет значение напряжения на клеммах аккумулятора, равное желаемому. На этом настройка устройства завершена.

В процессе эксплуатации системы при достижении напряжением на клеммах аккумулятора предельного значения светодиод начинает выдавать краткие световые импульсы с длительными промежутками. При продолжении заряда аккумулятора длительность световых импульсов увеличивается, а интервал между ними, наоборот, сокращается.

Разумеется, при наличии определенных знаний и навыков можно собрать и более сложное устройство, например, MPPT, но если речь заходит о покупке дорогостоящего оборудования для домашней электростанции, то, вероятно, есть смысл все-таки купить промышленный аппарат, на который распространяется к тому же и гарантия изготовителя. И не подвергать аккумуляторные батареи риску повреждения.

Контроллеры зарядки для СБ: краткое описание

Существует несколько разновидностей описываемого устройства. Самые простые из них выполняет лишь одну функцию: включает и выключает батареи в зависимости от их заряда. Более «продвинутые» модели снабжены функцией отслеживания точки максимального значения мощности, что обеспечивает более высокий выходной ток по сравнению с током солнечной батареи. А это, в свою очередь, повышает КПД всей установки в целом.

Более усовершенствованные модели – способны понижать напряжение на СБ и поддерживать его на требуемом уровне. Наличие данной функции способствует более полной зарядке АКБ.

Любой контроллер, в том числе и самодельный, должен отвечать определенным требованиям:

  • 1,2P ≤ I×U, где P – суммарная мощность солнечных батарей всей системы; I – выходной ток контроллера; U – напряжение системы при разряженных аккумуляторах.
  • 1,2Uвх = Uх.х, где Uвх – максимально допустимое входное напряжение, Uх.х – суммарное напряжение холостого хода всех солнечных батарей системы.

Контроллер заряда солнечной батареи своими руками

В специализированных компаниях, а также торговых сетях занимающихся электронным оборудованием можно приобрести контроллеры заряда, выпускаемые различными компаниями производителями, как отечественными, так и зарубежными.

Подобное оборудование стоит достаточно дорого, поэтому для снижения стоимости гелио установки и сокращения сроков ее окупаемости, подобное устройство можно собрать своими руками.

В этом случае, конечно же, необходимо уметь пользоваться паяльником и иметь хотя бы начальные знания касающиеся электронных устройств и способах их монтажа.

О том, как сделать контроллер заряда для солнечной батареи своими руками мы расскажем в настоящей статье нашего проекта.

Схема контроллера заряда

Существует множество схем подобного оборудования, различающихся по степени сложности изготовления и техническим возможностям готового изделия после его сборки.

Конкретную схему каждый пользователь выбирает для себя сам, ориентируясь на свой опыт работы с электронными изделиями и умением их собирать самостоятельно.

На ниже следующем рисунке приведена схема контроллера, о сборке которого будет рассказано далее.

Конструктивная схема контроллера зарядаКонструктивная схема контроллера заряда аккумуляторной батареи на основе двух микросхем

Комплектующие для самодельного контроллера управления работой солнечной батареи

Для сборки контроллера по выше приведенной схеме потребуются следующие комплектующие, а именно:

  • Микросхемы — LM385-2.5 (2 шт.);
  • Конденсаторы – емкостью 100 пф (2 штуки) и 1000 пф (1 штука);
  • Диоды — SB540 (1 штука) или аналогичный с рабочим током равным максимальному току, вырабатываемому солнечной батареей, а также диод Шотки;
  • Транзисторы — BUZ11, BC548, BC556;
  • Резисторы — R1 – 1k5, R2 – 100k, R3 – 68k, R4 и R5 – 10k, R6 – 220k, R7 – 100k, R8 – 92k, R9 – 10k, R10 – 92k.
  • Светодиодный индикатор – 1 штука.

Принципиальная схема контроллера зарядаПринципиальная схема контроллера заряда на основе двух микросхем типа LM385-2.5

Важно! Данная схема рассчитана на работу с одной солнечной батареей, способной вырабатывать максимальный ток 4,0 Ампера и аккумулятором, емкость которого составляет 3000 А/час.

При необходимости комплектующие можно заменить, а также усовершенствовать данную схему, если появиться такая необходимость.

Вот некоторые советы по замене комплектующих:

  • Если заменить микросхемы, то следует менять и конденсатор С2 (его емкость должна соответствовать новым характеристикам микросхем).
  • При невозможности приобрести резисторы сопротивлением 92К (R8 и R10 на схеме), их следует заменить на два подключаемых последовательно, сопротивлениями 82 и 10 К.

К сведению! При использовании солнечных панелей, максимальный ток которых более 4,0 А, необходимо использовать более мощные транзисторы и диоды, чем указанных в рассматриваемой схеме.

Принцип работы собираемой схемы

В темное время суток, когда солнечная батарея не вырабатывает электрический ток, контроллер находиться в режиме ожидания (спящий режим).

При попадании солнечных лучей на фотоэлектрические элементы гелио установки, начинается вырабатываться электрический ток, и при достижении напряжения, равного 10,0 В контроллер включается в работу (электрический ток подается на клеммы аккумулятора).

Когда напряжение станет равным 14,0 В, включается в работу усилитель U1 и зарядка прекращается (в это время разряжается конденсатор С2).

После разрядки конденсатора напряжение падает и закрывается мощный транзистор (VT3 на схеме) и зарядка АКБ возобновляется.

Виды контроллеров зарядаРазнообразие моделей готовых контроллеров заряда позволяет выбрать нужную по техническим характеристикам и в заданном ценовом диапазоне

Сборка контроллера заряда аккумулятора

Для того, чтобы было удобно использовать собираемую конструкцию, необходимо подобрать корпус, в котором будет размещена плата с установленными на нее электронными составляющими и изготовить саму эту плату.

В магазинах группы «Сделай САМ» можно приобрести специальные заготовки для изготовления печатных плат, представляющие собой диэлектрик (стеклотекстолит) в виде пластины, на который нанесен слой меди или иного токопроводящего материала.

Изготовление печатной платы осуществляется в следующей последовательности:

  • На бумаге рисуется шаблон, соответствующий схеме, предполагаемой к размещению на печатной плате. На шаблоне прорисовываются дорожки между элементами схемы, а также места установки этих элементов.
  • Подбирается заготовка печатной платы нужного размера (если необходимо, то излишки обрезаются при помощи ножовки по металлу).
  • Шаблон приклеивается при помощи клея «Момент» на подготовленную заготовку.
  • В местах крепления элементов схемы просверливаются отверстия (сверло диаметром 0,7 – 0,8 мм).
  • Шаблон удаляется, а на заготовке платы, между просверленными отверстиями, прорисовываются дорожки связи (для этого используется краска стойкая к водным растворам).
  • Когда дорожки и места пайки электронных составляющих прорисованы, можно приступать к травлению платы.

Важно! Перед нанесением краски на поверхность печатной платы ее следует обезжирить при помощи бензина, ацетона или простого моющего средства.

Вариант прорисовки шаблона печатной платы с нанесением комплектующих и электрических дорожекВариант прорисовки шаблона печатной платы с нанесением комплектующих и электрических дорожек

К сведению! Травление, в домашних условиях, можно выполнить с помощью перекиси водорода или раствором хлорного железа.

Травление осуществляется следующим образом, а именно:

  • В специальную емкость, стойкую к воздействиям химических веществ (стекло, эмалированная посуда и т.д.) наливается подготовленный раствор;
  • Затем в раствор погружается печатная плата с нанесенным на него рисунком.
  • Когда токопроводящий слой, в местах, где отсутствует краска, раствориться, плата достается из раствора, после чего обливается проточной водой;
  • После этого заготовка вытирается насухо и с ее поверхности удаляется краска, обозначающая электрические дорожки (используется наждачная бумага).

Когда краска будет удалена, печатная плата готова к размещению электронных элементов схемы.

Внешняя печатная плата изготовленная своими рукамиВнешняя печатная плата изготовленная своими руками

В соответствии с выбранной схемой и шаблоном размещения комплектующих, выполняется впаивание элементов конструкции, в местах где просверлены монтажные отверстия.

Готовая плата помещается в подготовленный корпус, на котором монтируются места вывода контактов к источнику электрического тока (солнечная батарея) и накопительному элементу гелио системы (аккумуляторная батарея).

Проверятся работоспособность собранной схемы, и выполняется установка собранного контроллера в выбранном месте размещения.

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 4: Соединение

Изготовление контроллера для солнечной панели

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 6: Момент истины

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Оригинал


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий