Solární regulátor nabíjení: schéma, princip činnosti, způsoby připojení

Komentáře:

Pokud jste přemýšleli o alternativním způsobu výroby energie a rozhodli jste se pro instalaci solárních panelů, pravděpodobně chcete ušetřit. Jedním ze způsobů, jak ušetřit peníze, je vyrobit regulátor nabíjení vlastníma rukama. Při instalaci solárních generátorů - panelů, vyžaduje mnoho dalšího vybavení: regulátory nabíjení, baterie, pro přenos proudu podle technických norem.

Zvažte vytvoření solární regulátor nabíjení rukama.

Jedná se o zařízení, které kontroluje úroveň nabití olověných akumulátorů a zabraňuje jejich úplnému vybití a přebití. Pokud se baterie začne vybíjet v nouzovém režimu, zařízení sníží zátěž a zabrání úplnému vybití.

Je třeba poznamenat, že regulátor vyrobený svépomocí se kvalitou a funkčností nevyrovná průmyslovému, ale pro provoz elektrické sítě bude zcela dostačující. V prodeji se mohou objevit výrobky, které se vyrábějí ve sklepě a jejichž spolehlivost je velmi nízká. Pokud si nemůžete dovolit dražší jednotku, můžete si ji raději postavit sami.

Řídicí jednotka solárního nabíjení DIY

I výrobek vyrobený vlastními silami musí splňovat následující podmínky:

• 1,2P
• Maximální přípustné vstupní napětí se musí rovnat celkovému napětí všech baterií bez zátěže.

Na obrázku níže je schéma takového elektrického zařízení. K jeho sestavení budete potřebovat trochu znalostí elektroniky a trpělivosti. Konstrukce byla mírně upravena a dioda je nyní nahrazena tranzistorem s polem, který je regulován komparátorem.
Takový regulátor nabíjení postačí pro použití v sítích s nízkým příkonem, kde se používá pouze . Vyznačuje se snadnou výrobou a nízkou cenou materiálů.

Regulátor nabíjení pro solární panely funguje na jednoduchém principu: jakmile napětí paměťového média dosáhne předem nastavené hodnoty, přestane se nabíjet; následuje pouze proudové nabíjení. Pokud napětí klesne pod určitou mez, obnoví se dodávka proudu do baterie. Pokud je baterie nabitá na méně než 11 V, řídicí jednotka ji vypne. Díky regulátoru se baterie samovolně nevybíjí, když nesvítí slunce.

Hlavní funkce obvod regulátoru nabíjení:

• Nabíjecí napětí V=13,8V (nastavitelné), měřeno za přítomnosti nabíjecího proudu;
• Odpojení zátěže když je Vbat nižší než 11 V (nastavitelné);
• Zapnutí zátěže když Vbat=12,5V (nastavitelné); zapnutí zátěže
• Teplotní kompenzace režimu nabíjení;
• Úsporný komparátor TLC339 lze nahradit běžnějším komparátorem TL393 nebo TL339;
• Klíčový pokles napětí je při nabíjení 0,5 A menší než 20 mV.

Pokročilý regulátor solárního nabíjení

Pokud jste si jisti svými znalostmi elektroniky, můžete zkusit sestavit složitější obvod regulátoru nabíjení. Je robustnější a může fungovat jak na solární panely, tak na větrný generátor, který vám pomůže svítit v noci.

Výše je vylepšený obvod pro regulátor nabíjení vlastníma rukama. Prahové hodnoty se mění pomocí trimrů, kterými upravíte provozní parametry. Proud přicházející ze zdroje je spínán relé. Samotné relé je ovládáno klíčem tranzistoru s polem.

Všechny obvody regulátoru nabíjení byly vyzkoušeny v praxi a osvědčily se po mnoho let.

U letních chat a jiných zařízení, která nevyžadují vysokou spotřebu zdrojů, nemá smysl utrácet peníze za drahé prvky. Pokud máte potřebné znalosti, můžete navržené návrhy upravit nebo přidat potřebné funkce.

Při používání alternativních zdrojů energie si tak můžete vyrobit vlastní regulátor nabíjení. Nezoufejte, pokud se vám první palačinka nepovedla. Nikdo přece není imunní vůči chybám. Trocha trpělivosti, píle a experimentování tomu přinese konec. Na druhou stranu, funkční zdroj napájení je skvělým zdrojem hrdosti.

Regulátor nabíjení je velmi důležitou součástí systému, ve kterém solární panely vytvářejí elektrický proud. Řídí nabíjení a vybíjení baterií. Díky němu se baterie nemohou přebít a vybít natolik, aby nebylo možné obnovit jejich funkční stav.

Takové ovladače lze vyrobit vlastníma rukama.

Princip fungování

Pokud ze solárního panelu neteče žádný proud, je regulátor v režimu spánku. Nevyužívá žádný příkon baterie. Když na panel dopadá sluneční světlo, začne do regulátoru proudit elektrický proud. Měla by se zapnout. Indikační LED dioda spolu se dvěma slabými tranzistory se však rozsvítí pouze tehdy, když proudové napětí dosáhne 10 V.

Jakmile je dosaženo tohoto napětí, proud poteče přes Schottkyho diodu do baterie. Pokud napětí stoupne na 14 V, zesilovač U1 začne pracovat a otevře MOSFET. Tím dojde k zhasnutí LED diody a k uzavření obou nesilových tranzistorů. Baterie se nenabíjí. Mezitím se bude C2 vyprazdňovat. To trvá v průměru 3 sekundy. Po vybití kondenzátoru C2 se překoná hystereze U1, MOSFET se uzavře a baterie se začne nabíjet. Nabíjení bude probíhat, dokud napětí nestoupne na spínací úroveň.

Výroba "udělej si sám

Pokud má člověk určité znalosti v oblasti elektroniky a elektrotechniky, může se pokusit sestavit řídicí obvod pro solární panely a generátor větrné turbíny vlastníma rukama. Takové zařízení bude mít nižší funkčnost a účinnost než průmyslové prototypy, ale pro sítě s nízkou spotřebou energie může být zcela dostačující.

Podomácku vyrobená regulační jednotka musí splňovat základní podmínky:

• 1,2P ≤ I × U. Tato rovnice používá zápis celkového výkonu všech zdrojů (P), výstupního proudu regulátoru (I), napětí systému při zcela vybitých bateriích (U),
• Maximální vstupní napětí regulátoru musí odpovídat celkovému napětí nezatížených baterií.

Nejjednodušší schéma takového modulu je následující:

Ručně sestavené zařízení pracuje s následujícími vlastnostmi:

• Nabíjecí napětí - 13,8 V (může se lišit v závislosti na jmenovitém proudu),
• Odpojovací napětí - 11 V (nastavitelné),
• Zapínací napětí - 12,5 V,
• Úbytek napětí na spínačích - 20 mV při 0,5 A.

PWM nebo MRRT regulátory nabíjení jsou jednou z nedílných součástí každého hybridního systému se solárním nebo větrným generátorem. Zajišťují správné nabíjení akumulátorů, zvyšují účinnost a zabraňují předčasnému opotřebení akumulátorů a lze je snadno ručně předmontovat.

Schéma zapojení

Kliknutím zvětšíte schéma zapojení

Po odstranění zadní stěny je možný přístup k desce plošných spojů jednotky.

Jako baterie byla zvolena 12V baterie o kapacitě 1,2 Ah, protože autor ji měl k dispozici. Za jasného slunečného dne bude panel schopen nabít 2-3 tyto baterie. Aby se snížilo riziko zkratu, je v obvodu baterie pojistka. Aby se zabránilo vybíjení baterie přes solární panel při slabém osvětlení, je v sérii s panelem zařazena Schottkyho dioda typu IN5817. Při plném nabití baterie je proud odebíraný ze solárního panelu přibližně 50 mA při 19 V.

Jako testovací zátěž jsem použil podomácku vyrobenou LED fytolampu se 4 fytolampami v sérii o výkonu 1 W a do série s LED jsem zařadil rezistor typu MLT-2 o odporu 30 Ohmů. Při napětí 12,6 V bude proud odebíraný žárovkou přibližně 60 mA. Baterie o kapacitě 1,2 Ah tak vydrží napájet lampu přibližně 20 hodin.

Celkově se ukázalo, že sestavená samostatná konstrukce je z technického hlediska docela dobře proveditelná. Z ekonomického hlediska, vzhledem k ceně solárního panelu, baterie a řídicí jednotky, je však situace neradostná. Solární baterie stojí 2 700 p, baterie 12 V 1,2 A/h stojí asi 500 p, řídicí jednotka 400 p. Autor také vyzkoušel dvě baterie 6 V 12 Ah zapojené do série (budou stát asi 3000 p). Tento typ baterií se nabíjí během 3-4 slunečných dnů, přičemž nabíjecí proud je až 270 mA.

Celkové náklady na použité zařízení v minimální sadě 3600 str. Jak je patrné, tato fytolampa spotřebuje přibližně 0,8 W. Při sazbě 3,5 p za 1 kWh by lampa měla pracovat ze sítě s účinností napájení 50 %, tedy asi 640000 h nebo 73 let, aby se náklady na zařízení ospravedlnily. Mezitím bude nepochybně nutné zařízení během této doby několikrát kompletně vyměnit; není vyloučena degradace baterií a degradace fotovoltaických článků.

Schéma zařízení

Tyto desky se velmi zahřívají, takže je budeme pájet mírně nad deskou plošných spojů. K tomu použijeme tvrdý měděný drát, ze kterého vyrobíme nožičky pro desku plošných spojů. Budeme mít 4 kusy měděného drátu, ze kterých vytvoříme 4 nožičky pro desku plošných spojů. Místo měděného drátu můžete použít také - kolíkové konektory.

Solární článek je připojen ke svorkám IN + a IN nabíjecí desky TP4056. Na kladném konci je vložena dioda, která chrání před zpětným napětím. Desky BAT + a BAT- jsou pak připojeny k +ve a -ve konci baterie. To je vše, co potřebujeme k nabití baterie.

Pro napájení desky Arduino je nyní třeba zvýšit výstupní napětí na 5 V. Do tohoto obvodu tedy přidáme 5V napěťový zesilovač. Připojte baterie -ve ke vstupu IN- zesilovače a ve+ ke vstupu IN+ a přidejte přepínač mezi nimi. My jsme připojili desku posilovače přímo k nabíječce, ale doporučujeme tam nainstalovat spínač SPDT. Když tedy jednotka nabíjí baterii, je baterie nabitá a nepoužívá se.

Solární články jsou připojeny ke vstupu nabíječky lithiových baterií (TP4056), jejíž výstup je připojen k lithiové baterii 18560. K baterii je připojen také zesilovač napětí 5 V, který se používá k převodu z 3,7 V DC na 5 V DC.

Nabíjecí napětí se obvykle pohybuje kolem 4,2 V. Vstupní napětí zesilovače se pohybuje od 0,9 do 5,0 V. Na vstupu se tedy zobrazí přibližně 3,7 V, když se baterie vybíjí, a 4,2 V, když se dobíjí. Výstupní signál zesilovače do zbytku obvodu si zachová hodnotu 5 V.

Tato konstrukce bude velmi užitečná pro napájení vzdáleného záznamníku dat. Jak víte, napájení je pro vzdálený rekordér vždy problém a ve většině případů není k dispozici žádná zásuvka.

Taková situace vás nutí použít k napájení obvodu nějaké baterie. Nakonec se však baterie vybije. Náš levný projekt solární nabíječka je pro takovou situaci ideálním řešením.

Potřeba

Když je baterie maximálně nabitá, regulátor reguluje přívod proudu do baterie a snižuje jej na potřebnou hodnotu, aby kompenzoval samovybíjení zařízení. Pokud je baterie zcela vybitá, řídicí jednotka odpojí veškeré příchozí zatížení jednotky.

Potřebu tohoto zařízení lze shrnout takto:

1. Nabíjení baterie je vícestupňový proces;
2. Ovládání zapnutí/vypnutí baterie pro nabíjení/vybíjení jednotky;
3. Připojení plně nabité baterie;
4. Připojení nabíjení z fotovoltaických článků v automatickém režimu.

Regulátor nabíjení baterie pro solární zařízení je důležitý, protože správné fungování všech jeho funkcí výrazně prodlužuje životnost vestavěné baterie.

Schémata zapojení

Existují tři možná schémata vzájemného propojení solárních panelů: sériové, paralelní a sériově-paralelní zapojení. Nyní o nich podrobněji.

Sériové zapojení

V tomto schématu je mínusová svorka prvního panelu připojena k plusové svorce druhého panelu, mínusová svorka druhého panelu ke třetímu atd. Toto zapojení vede k tomu, že se napětí všech panelů vzájemně sčítají. Jinými slovy, pokud chcete například 220 V najednou, může vám tento obvod pomoci, ale používá se jen zřídka.

Podívejme se na příklad. Máme 4 panely, každý o jmenovitém napětí 12 V, Voc: 22,48 V (to je napětí naprázdno), na výstupu dostaneme 48 V. Napětí naprázdno = 22,48 V*4=89,92 V. Maximální výstupní proud, Imp, zůstane stejný.

V tomto zapojení se nedoporučuje používat panely s různými hodnotami Imp, protože účinnost systému bude nízká.

Paralelní připojení

Toto schéma umožňuje bez zvýšení napětí panelů zvýšit proud. Uveďme si příklad. Máme 4 panely, každý o jmenovitém napětí 12 V, OCV 22,48 V, proud v maximálním bodě výkonu 5,42 A. Na výstupu obvodu zůstane jmenovité napětí a napětí naprázdno beze změny, ale maximální výkon bude 5,42 A*4=21,68 A.

Sériově-paralelní zapojení

- Solární jmenovité napětí: 12V.- Napětí naprázdno Voc: 22,48V.- Maximální výstupní proud Imp: 5,42A.

Zapojením 2 solárních panelů do série a 2 paralelně na výstupu získáme napětí 24 V, napětí naprázdno 44,96 V a proud 5,42 A*2=10,84 A.

To dává příležitost získat vyvážený systém a ušetřit na zařízení, jako je regulátor nabíjení baterie, protože nebude muset odolávat vysokému napětí ve špičce. Obvod také umožňuje použití panelů s různými výstupy, např. 2 x 12 V, převedených na 24 V. Jedná se o nejpohodlnější možnost pro domácí síť.

Nejlepší stacionární solární panely

Stacionární zařízení se vyznačují velkými rozměry a zvýšenou kapacitou. Instalují se ve velkém množství na střechy budov a další volné plochy. Jsou určeny pro celoroční použití.

Sunways FSM-370M

4.9

★★★★★
redakční hodnocení

98%
Zákazníci tento produkt doporučují

Model je vyroben technologií PERC, díky níž je stabilní i za nepříznivých povětrnostních podmínek. Rám z eloxovaného hliníku netrpí náhlými otřesy ani deformacemi. Vysoce odolné tvrzené sklo s nízkou absorpcí UV záření zaručuje integritu panelu.

Jmenovitý výkon je 370 W a napětí 24 V. Baterie může pracovat při venkovních teplotách od -40 °C do +85 °C. Sestava diod ji chrání před přetížením a zpětnými proudy a snižuje ztráty účinnosti při částečném zastínění povrchu.

Výhody:

• Robustní rám odolný proti korozi;
• silné bezpečnostní sklo;
• stabilní provoz za všech podmínek;
• dlouhá životnost.

Nevýhody:

Těžká váha.

Sunways FSM-370M se doporučuje pro trvalé napájení velkých zařízení. Vynikající volba pro umístění na střechu domu nebo kancelářské budovy.

Delta BST 200-24 M

4.9

★★★★★
redakční hodnocení

96%
Zákazníci tento produkt doporučují

Zvláštností Delta BST je heterogenní struktura monokrystalických modulů. To zlepšilo schopnost panelu absorbovat rozptýlené sluneční záření a zajišťuje jeho efektivní provoz i při zatažené obloze.

Baterie má špičkový výkon 200 W při rozměrech 1580x808x35 mm. Pevná konstrukce je navržena tak, aby odolala náročným podmínkám, a vyztužený rám s odtokovými otvory zajišťuje stabilní provoz za nepříznivého počasí. Ochranná vrstva je vyrobena z 3,2 mm tvrzeného a zesvětleného skla.

Výhody:

• stabilní provoz v obtížných povětrnostních podmínkách;
• zesílená konstrukce;
• teplotní odolnost;
• nerezový rám.

Nevýhody:

Obtížná instalace.

Delta BST slouží k výrobě stabilní energie v každém ročním období a spolehlivě vyrábí elektřinu po mnoho let.

Feron PS0301

4.8

★★★★★
redakční recenze

90%
Zákazníci tento produkt doporučují

Solární panel Feron je konstruován tak, aby odolal náročným podmínkám a spolehlivě fungoval při teplotách od -40 °C do +85 °C. Kovový plášť je odolný proti poškození a nepodléhá korozi. Kapacita baterie je 60 W, rozměry připravené k použití jsou 35x1680x664 mm.

V případě potřeby lze konstrukci snadno složit. Pro bezpečné a pohodlné přenášení je k dispozici odolné syntetické pouzdro. Součástí sady jsou také dva držáky, kabel s klipy a ovladač, který umožňuje okamžité uvedení panelu do provozu.

Výhody:

• teplotní odolnost;
• stabilní provoz za všech povětrnostních podmínek;
• robustní pouzdro;
• rychlá instalace;
• praktická skládací konstrukce.

Nevýhody:

vysoká cena.

Feron lze používat za každého počasí. Dobrá volba pro instalaci v soukromém domě, ale pro získání dostatečného výkonu budete potřebovat několik těchto panelů.

Sluneční dům Woodland 120W

4.7

★★★★★
redakční recenze

85%
Zákazníci tento produkt doporučují

Model je vyroben z křemíkových polykrystalických destiček. Fotobuňky jsou potaženy silnou vrstvou tvrzeného skla, která eliminuje riziko mechanického poškození a vnějších vlivů. Jejich životnost je přibližně 25 let.

Baterie má výkon 120 W a ve stavu připraveném k použití měří přibližně 128 x 4 x 67 cm. Součástí balení je praktická úložná taška z odolného materiálu pro snadné skladování a přepravu panelu. Obsahuje nožičky pro snadné umístění na rovný povrch.

Výhody:

• ochranný nátěr;
• rychlá instalace;
• kompaktní rozměry a snadné přenášení;
• dlouhá životnost;
• robustní taška je součástí dodávky.

Nevýhody:

Rám je křehký.

Sluneční dům Woodland je schopen nabíjet 12voltové baterie. Skvěle se hodí na venkovská sídla, do loveckých revírů a na další místa daleko od civilizace.

Možnosti připojení heliobaterií

Solární články se skládají z několika jednotlivých panelů. Pro zvýšení výkonu systému z hlediska výkonu, napětí a proudu se prvky vzájemně propojují za použití fyzikálních zákonů.

Spojení více panelů dohromady lze provést pomocí jednoho ze tří schémat montáže solárních panelů:

• paralelní;
• v sérii;
• smíšené.

Paralelní schéma spočívá ve vzájemném propojení stejnojmenných svorek, přičemž buňky mají dva společné uzly sbíhajících se vodičů a jejich rozvětvení.

V paralelním zapojení jsou plusy připojeny k plusům a mínusy k mínusům, což má za následek, že se zvýší výstupní proud a výstupní napětí zůstane v rozmezí 12 voltů.

Hodnota maximálního možného výstupního proudu v paralelním obvodu je přímo úměrná počtu zapojených prvků. Zásady pro výpočet tohoto počtu jsou uvedeny v našem doporučeném článku.

Sériové zapojení zahrnuje připojení opačných pólů: "plus" prvního panelu k "mínusu" druhého. Zbývající nevyužitý "plus" druhého panelu a "minus" první baterie jsou připojeny k řídicí jednotce za ním.

Tento typ připojení vytváří podmínky pro průtok elektrického proudu, který zůstává jedinou cestou pro přenos energie od zdroje ke spotřebiči.

Při sériovém zapojení se výstupní napětí zvyšuje a dosahuje hodnoty 24 V, která je dostatečná pro napájení přenosných spotřebičů, LED světel a některých elektrických spotřebičů.

Sériově-paralelní nebo smíšené zapojení se většinou používá, když je třeba propojit několik skupin baterií. Pomocí tohoto obvodu lze na výstupu zvýšit napětí i proud.

V sériově-paralelním uspořádání dosahuje výstupní napětí úrovně, jejíž vlastnosti jsou nejvhodnější pro většinu domácích aplikací.

Tato varianta je výhodná také v tom, že v případě poruchy jedné součásti systému ostatní propojovací obvody fungují i nadále. Tím se výrazně zvyšuje spolehlivost celého systému.

Princip kombinovaného obvodu je založen na tom, že zařízení v každé skupině jsou zapojena paralelně. Všechny skupiny jsou propojeny do řady.

Kombinací různých typů připojení lze snadno sestavit baterii s požadovanými parametry. Hlavní je, aby počet připojených článků byl takový, aby provozní napětí dodávané do baterií, s ohledem na jeho úbytek v nabíjecím obvodu, převyšovalo napětí samotných baterií a zatěžovací proud baterie v tomto případě zajišťoval potřebnou hodnotu nabíjecího proudu.

Potřebujete

Když je baterie maximálně nabitá, regulátor reguluje přívod proudu do baterie a snižuje jej na potřebnou hodnotu, aby kompenzoval samovybíjení jednotky. Pokud je však baterie zcela vybitá, řídicí jednotka odpojí veškeré příchozí zatížení jednotky.

Potřebu tohoto zařízení lze shrnout takto:

1. Nabíjení baterie je vícestupňové;
2. Nastavení vypínače baterie při nabíjení/vybíjení;
3. Připojení plně nabité baterie;
4. Připojení nabíjení pomocí fotobuněk v automatickém režimu.

Regulátor nabíjení baterie pro solární zařízení je důležitý, protože správné fungování všech jeho funkcí výrazně prodlužuje životnost vestavěné baterie.