Оборудование > Контроллеры заряда

Контроллеры MORNINGSTAR	Контроллеры OutBack	Контроллеры EPSOLAR	Контроллеры ProSolar	Контроллеры PIP	Контроллеры Rich Electric
Солнечные контроллеры Victron Energy	Контроллеры заряда Steca Elektronik	Солнечные контроллеры МАП Энергия и МикроАРТ	Контроллеры JUTA	Schneider Electric солнечные контроллеры Xantrex и Conext	Контроллеры заряда Фотон А Электроника
Контроллеры заряда DELTA

Контроллер (англ. controller )  — регулятор, управляющее устройство. Контроллеры позволяют реализовать и автоматизировать сложные алгоритмы управления. Количество обрабатываемых входов-выходов является основной характеристикой контроллера.

Существует два основных вида конструкции контроллеров:

Компактные контроллеры - контроллеры, которые имеют встроенный блок питания, несколько входов и выходов. Такие контроллеры, как правило, дешевы и применяются в небольших системах управления.

Модульные контроллеры – данные контроллеры состоят из отдельных блоков (модулей). Каждый из таких модулей имеет свою функцию: модуль ЦПУ (центральный процессор), модуль ввода/вывода, интерфейсный модуль, коммуникационный модуль, модуль GSM. Такие контроллеры применяются в системах, которые требуют множества точек контроля и управления оснащаются более мощными контроллерами.

В области альтернативного получения энергии при помощи солнечных батарей особым спросом пользуются контроллеры двух типов: с использованием технологии ШИМ (PWM) - широтно-импульсная модуляция (Pulse-width modulation) и МРРТ - поиск точки максимальной мощности (Maximum Power Point Tracking).

Для того что бы разобраться чем отличаются две данные технологии рассмотрим их более подробно, начнем с контроллера MPPT.

MPPT контроллеры

MPPT расшифровывается как Maximum Power Point Tracking (отслеживание точки максимальной мощности). Мощность солнечных батарей указана всегда именно в этой точке. А напряжение в точке максимальной мощности, например для 12-и Вольтовых (12V) моделей солнечных батарей обычно равно 17,5 В.

При использовании не MPPT контроллера, напряжение на выходе солнечной батареи равно напряжению на заряжаемом аккумуляторе и лежит в пределах 11-14,5В. Соответственно, мощность солнечных батарей используется не полностью и часть мощности теряется. И теряется ее тем больше, чем глубже был разряд аккумулятора. Существует несколько алгоритмов поиска точки максимальной мощности. Наиболее распространенный — когда MPPT контроллер постоянно делает итерации по произведению ток * напряжение на входе и следит, чтобы эта величина была максимальной. Тем самым отслеживается точка максимальной мощности солнечного модуля. Напряжение на выходе MPPT контроллера равно напряжению аккумулятора. Оно зависит не от контроллера, а от уровня заряженности  АБ. Естественно, ограничивается на 14,5В*n (количество 12В в цепочке).

MPPT контроллеры могут понижать напряжение солнечной батареи до напряжения аккумулятора. В этом случае, токи на стороне солнечной батареи уменьшаются, поэтому можно уменьшить необходимое сечение проводов. Также, при таком режиме появляется возможность немного заряжать аккумуляторы при низкой освещенности (например, в пасмурную погоду, в начале и конце дня и т.п.). Практически все модели MPPT контроллеров, предлагаемых нами, имеют функцию преобразования напряжения солнечной батареи. Обязательно посмотрите в инструкции к контроллеру, в каких пределах может изменяться входное и выходное напряжение контроллера.

Может ли сила тока заряда (после контроллера) при разряженных АКБ превышать силу тока от солнечной батареи? Конечно, может. Мощности на входе и выходе почти одинаковы (за вычетом потерь в контроллере, это несколько процентов).

Т.к. P=U*I, при снижении U возрастает I.

Следует учитывать, что КПД преобразования MPPT контроллеров всегда ниже, чем контроллеров без MPPT. Поэтому, не всегда использование контроллера с MPPT оправдывает его высокую стоимость.

Рекомендуется использовать MPPT контроллеры в следующих случаях:

1. При мощности солнечных батарей более 300-500 Вт
2. Если у вас часто пасмурная погода; в этом случае вы можете использовать функцию понижения напряжения MPPT контроллера и скоммутировать модули на более высокое напряжение. Тем самым вы повысите напряжение в рабочей точке, и оно будет выше напряжения АБ даже в пасмурную погоду, что позволит заряжать АБ и при пониженных освещенностях.
3. Если ваши солнечные модули имеют нестандартное напряжение (например, аморфные или тонкопленочные модули)
4. Если ваша солнечная батарея находится на значительном расстоянии от аккумуляторных батарей — в этом случае желательно передавать энергию при более высоком напряжении и меньшем токе. Также, более высокое напряжение может быть нужно, если сечения проводов от солнечной батареи до контроллера ограниченное.

ШИМ-контроллеры

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – мощная методика для управления аналоговыми схемами с цифровыми выходами процессора. ШИМ широко используется, начиная от измерений и связи – заканчивая управлением силовыми преобразователями.

Существовавшие ранее модели контроллеров отключали солнечный модули при полной зарядке АКБ путем их закорачивания. Это ограничивало область применения подобных контроллеров лишь солнечными батареями, которые не боятся короткого замыкания. Контроллер с ШИМ - это последовательный контроллер и он отключает зарядку не закорачивая солнечные модули. Его алгоритм работы позволяет достигать 100% уровень зарядки аккумулятора. Происходит это в 4 стадии, которые выполняются автоматически в зависимости от фактического уровня заряда АКБ:

1) Стадия Основной заряд/Накопление/Bulk. Когда АКБ получает полностью весь ток солнечной батареи;

2) Стадия Поглощающий заряд/Насыщение/Absorbtion/ШИМ заряд. Когда напряжение на АКБ достигает определенного уровня, контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ тока заряда. Это позволяет избежать перегрева и газообразования в аккумуляторе. Ток уменьшается по мере заряда АКБ;

3) Стадия Поддерживающий заряд/Равновесие/Float. Когда АКБ полностью заряжена, зарядное напряжение уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования в батарее. АКБ поддерживается в заряженном состоянии;

4) Стадия  Уравновешивающий заряд(выравнивание/equalization).Только для АКБ открытого типа. Многие батареи с жидким электролитом улучшают свою работу при периодическом заряде до газообразования, при этом выравниваются напряжения на различных банках АКБ и происходит очищение пластин и перемешивание электролита. Зарядка аккумуляторов уравнительным зарядом – это метод контролируемой перезарядки, который предусматривает перемешивание электролита и восстанавливает неиспользуемые зоны материала пластин, что полностью восстанавливает емкость аккумуляторов. Процесс стадии выравнивания сопровождается большим газовыделением - образуются газообразные водород и кислород. Во избежание взрыва необходимо предусмотреть достаточную вентиляцию и устранить все источники зажигания.

ШИМ-контроллеры обычно применяются в небольших система от 100 Вт до 2 кВт, где нужна зарядка  аккумуляторов небольшой емкости и установлено немного модулей. Некоторые из них имеют как светодиодную индикацию, так и LCD-экраны, на которые выводится вся текущая информации о работе системы. Ниже для примера приводятся в виде таблицы сокращенные технические характеристики ШИМ-контроллера на примере Steca PR3030:

Когда напряжение на АБ достигает определенного значения, алгоритм ШИМ постепенно снижает ток заряда для предотвращения перегрева, вспухания или закипания аккумуляторов. Однако заряд АБ продолжается для достижения максимального количества энергии, запасаемой в АБ. Более того, сокращается время заряда. Результатом является более высокий КПД процесса заряда, быстрый заряд и полностью заряженная батарея. Аккумуляторы, которые заряжаются с использованием алгоритма ШИМ, будут поддерживаться при очень высоком среднем уровне заряженности в типичной солнечной системе электроснабжения. Кроме обеспечения более высокой резервной емкости в системе, срок службы аккумуляторной батареи может быть значительно увеличен. При использовании алгоритма ШИМ выравнивание элементов возможно и при более низких напряжениях. ШИМ заряд позволяет поддерживать отдельные элементы аккумуляторной батареи в более сбалансированном состоянии. Это важно при использовании герметичных аккумуляторов, которые не допускают газовыделения. Также, это очень полезно при использовании при заряде аккумуляторов от солнечных батарей, так как на практике в солнечных системах электроснабжения очень редко бывают случаи, когда возможно поддержание напряжения на АБ на высоком уровне в течение длительного времени. Специальное  исследование контроллеров с ШИМ показало, что контроллеры повышали восприимчивость АБ к заряду именно вследствие использования широтно-импульсной модуляции тока заряда. Контроллеры ШИМ позводили даже увеличить эффективность заряда АБ на 2-8% даже по сравнению с контроллерами, которые поддерживали постоянно высокое напряжение на АБ. Ряд испытаний показал, что алгоритм ШИМ имеет значительные преимущества для повышения восприимчивости АБ к заряду. Это исследование, проведенное Morningstar, было проведено в одинаковых тестовых условиях. Контроллер с ШИМ позволял "закачать" в аккумулятор на 20%-30% больше энергии от солнечных батарей, чем on-off контроллер.

Контроллер МРРТ работает по технологии управления максимальными пиками энергии. Это технология, которая позволяет заряжать АКБ с номинальным напряжением более низким, чем номинальное напряжение солнечной батареи. Например появляется возможность зарядки  АКБ с номинальным напряжением 12В от солнечной батареи с номинальным напряжением 24В, 48В, 60В или более. Это происходит за счет отслеживания точки максимальной мощности (Maximum Power Point Tracking) и преобразования напряжения СБ в более низкое, но с бОльшей силой тока, мощность источника при подобном преобразовании сохраняется. КПД МРРТ контроллеров составляет порядка 94-98%-очень высокая эффективность! Иначе говоря, чтобы шел заряд аккумуляторной батареи, солнечный модуль должен подать напряжение на батарею более высокое, чем напряжение АКБ. Рабочее напряжение модуля с номинальным напряжением 12В при стандартных условиях паспортизации(освещенность 1000Вт/м2, температура 25°С, спектр АМ1.5) обычно находится в пределах 17-18В. Такое рабочее напряжение солнечного модуля выбирается для того, чтобы в жаркий солнечный день рабочее напряжение нагревшегося гораздо выше 25°С модуля снизившись примерно до 15В, по прежнему превышало напряжение полного заряда АКБ(при температуре 25°С это напряжение для свинцово-кислотного аккумулятора равно 14,4В). По другому дело обстоит  при облачности низкой освещенности. При одинаковом номинальном напряжении СБ и АКБ может в условиях низкой освещенности возникнуть ситуация, когда напряжение солнечной батареи меньше напряжения аккумулятора, и соответственно зарядки нет. Но ситуация меняется, когда несколько последовательно соединенных модулей с напряжением превышающим номинальное напряжение АКБ подключаются на вход контроллера МРРТ. Чем выше общее напряжение модулей, тем при более низкой освещенности продолжает происходить зарядка аккумулятора. Представленные на рынке МРРТ контроллеры допускают входное напряжение в интервале 75-150В в зависимости от модели и фирмы производителя. Хотя в последнее время стали появляться и контроллеры с максимальным входным напряжением до 200В. Самые мощные контроллеры рассчитаны на входной ток 60-80А. Это позволяет подключать на один контроллер солнечные модули суммарной мощности до 4000Вт при системном напряжении 48В. Контроллер автоматически находит точку максимальной мощности системы солнечных модулей. Это позволяет получить прибавку в 30% к генерируемой модулями мощности в целом за год. Алгоритмы поиска точки максимальной мощности разнообразны, каждый имеет свои особенности и каждый производитель МРРТ контроллеров использует свои. Этапы зарядки МРРТ контроллера идентичны этапам зарядки контроллера с ШИМ. Многие контроллеры МРРТ позволяют выбор системного напряжения, широкие настройки для заряда АКБ, выполнять выравнивающий заряд для АКБ с жидким электролитом по расписанию, имеют счетчики сгенерированной солнечными модулями энергии в А*ч или Вт*ч посуточно(последние 128 дней), помесячно и таким образом позволяют наблюдать энергетический баланс в системе, индицируют мгновенную мощность солнечных модулей, входное напряжение солнечных модулей, суммарный ток массива солнечных модулей, напряжение в точке максимальной мощности(МРРТ), ток в точке максимальной мощности, температуру АКБ(при наличии температурного датчика), при помощи дополнительного оборудования или самостоятельно (MS TriStar MPPT) могут транслировать основные характеристики в сеть интернет, имеют вспомогательный выход(AUX) c помощью которого можно управлять внешними и внутренними функциями в зависимости от температуры и напряжения на АКБ или на солнечных модулях, возможность объединения в общую сеть с «себе подобными» или другими совместимыми продуктами для оптимального взаимодействия и обмена информацией и др. Т.е. имеют широчайший набор настроек какой только можно желать. Тем не менее список дополнительных функций растет ежегодно.

Большинство предлагаемых на рынке контроллеров имеет большое количество степеней защиты:

— Защита от неверной полярности подключения СБ, АКБ и нагрузки; 
— Защита от короткого замыкания (КЗ) на входе (СБ); 
— Защита от КЗ в нагрузке; 
— Защита от перегрева; 
— Защита нагрузки от перенапряжения на входе; 
— Защита от молний варистором; 
— Защита от обрыва в цепи АКБ; 
— Предотвращение разряда АКБ через СБ в ночное время; 
— Электронный предохранитель.

Контроллеры с жидкокристаллическими дисплеями могут отображать массу полезной информации: 
— уровень заряда АКБ в процентах, называемый SOC (State Of Charge); 
— напряжение на АКБ; 
— ток солнечной батареи; 
— ток зарядки АКБ; 
— ток в цепи нагрузки; 
— суммарное количество накопленных А*ч от солнечной батареи; 
— суммарное количество отданных нагрузке А*ч; 
— предупреждение о скором отключении нагрузки.

Некоторые модели контроллеров имеют встроенные реле времени, позволяющие подключать например ночное освещение (при этом сам солнечный модуль используется контроллером в качестве фотоэлемента для оценки времени суток); могут заряжать два независимых АКБ(обычно имеют в названии Duo); некоторые модели имеют коммуникационный порт для связи с компьютером для мониторинга, записи данных и ввода дополнительных параметров; возможна утилизация излишней энергии на ТЭН; специальное тропическое(влагостойкое) исполнение.

Как подобрать нужный контроллер?

Подбираются контроллеры конкретно к каждой солнечной системе индивидуально с учетом мощности как самих солнечных модулей, так и мощности нагрузки. Настоятельно рекомендуется внимательно изучать техническое описание и руководство по эксплуатации этих немаловажных в фотоэлектрической системе приборов перед включением их в систему.

Из предлагаемых на рынке контроллеров заряда мы отдаем предпочтение продукции: DELTA, Мап Энергия, Steca, ProSolar, EpSolar, PIP, RichElectronics, Victron Energy и др.

Напишите нам прямо сейчас!