DIY regulátor nabíjení pro solární panely. Regulátor nabíjení solární baterie: schéma, princip činnosti, způsoby připojení Regulátor nabíjení solární baterie

V naší progresivní době, kdy se technologie neustále zdokonalují a výrobní kapacita neustále narůstá, jsou materiály a komponenty, o kterých se dříve mohlo jen snít, stále dostupnější pro prostého domácího dělníka. Jednou z takových součástí jsou solární fotovoltaické články. Stále větší počet domácích Kulibinů si vytváří své vlastní z fotovoltaických článků zakoupených za rozumnou cenu na Ebay, Dealextreme nebo jiných místech.

Jak ale víte, zavedení nového technického zařízení, jako je solární baterie, provokuje k vytvoření ovládacího zařízení pro toto užitečné zařízení. Pokud se dříve k tomu používaly nejjednodušší obvody s omezovacími diodami nebo relé, nyní se vyvíjejí stále progresivnější zařízení. Doporučujeme, abyste se seznámili s jedním z těchto zařízení, regulátory nabíjení pro solární baterii, jejichž výroba je docela proveditelná i pro začátečníky. Podstata činnosti všech regulátorů nabíjení (jak továrních, tak domácích) je následující: zátěží solární baterie je nejčastěji baterie, která akumuluje přijatou energii ze Slunce, a aby byly dodrženy všechny parametry nabíjení baterie , zabránit jeho přebíjení (a tím prodloužit životnost jeho provozu) a využít energii „navíc“. Podívejme se tedy na obvod regulátoru nabíjení pro solární baterii.

Je určen k nabíjení uzavřené olověné (gelové) baterie na 12 V ze solárního panelu s nízkým výkonem se zpětným proudem až několik ampérů. Sériová ochranná dioda, která byla dříve instalována, aby zabránila vybíjení baterií v noci, je zde nahrazena tranzistorem s efektem pole, který je zase řízen komparátorem.

Kvalitnější vytištěný výkres je v archivu. Ovladač zastaví nabíjení baterie, když napětí na ní dosáhne předem stanovené meze a přepne panel na další spotřebič (zátěž), ​​aby využil přebytečnou energii. Když napětí baterie klesne pod přednastavený limit, regulátor přepne solární panel ze zátěže na nabití baterie. Hlavní vlastnosti schématu:

Nabíjecí napětí Vbat=13,8V (nastavitelné), měřeno za přítomnosti nabíjecího proudu;
-Zátěž se vypne, když je Vbat menší než 11V (konfigurovatelné), zátěž se zapne, když Vbat = 12,5V;
-Teplotní kompenzace režimu nabíjení;
-Ekonomický komparátor TLC339 lze nahradit běžnějším TL393 nebo TL339;
-Pokles napětí na klávesách je menší než 20mV při nabíjení proudem 0,5A.

Je lepší nakonfigurovat zařízení tak, aby zapínalo/vypínalo nabíjení na základě údajů z pasu pro použitou baterii; Nabíjecí proud je omezen pouze schopnostmi solární baterie - obvod regulátoru jej nijak neovlivňuje. Tento přístroj používal autor rok. Během této doby nebyly zjištěny žádné stížnosti ani nesrovnalosti v práci. Na fotografii plošného spoje zařízení jsou kromě kabeláže přímo pod samotným ovladačem (vpravo) také místa pro 3 DC/DC měniče pro 3,6 a 9 voltové výstupy.

Foto hotového zařízení se všemi komponenty včetně baterií, ovladače, převodníků a přídavného zobrazovacího a spínacího bloku. Návrhář ovladače - Oscar den Uijl.

Přeměňují sluneční energii na elektrický proud, nemají žádné pohyblivé části, proto jsou hospodárné, spolehlivé a stále více používané. Taková zařízení obsahují několik součástí, z nichž každá plní svou vlastní funkci.

Nejpokročilejší sady obsahují sadu, která převádí 12V DC napětí na 220V AC. To vám umožní připojit běžná síťová zařízení, jako je televizor a rádio, k autonomnímu systému napájení.

Povinným prvkem nezbytným pro efektivní provoz celého systému je regulátor nabíjení.

Hlavním úkolem regulátoru nabíjení je distribuce toku elektrické energie přijaté ze solárního panelu. Udržování stabilního výstupního napětí a také eliminace přebíjení nebo úplného vybití zabudovaného do systému.

To výrazně zvyšuje životnost drahé baterie.

Hlavní funkce

Napájecí systém pomocí ovladače. (Klikni pro zvětšení)

Ovladač provádí:

1. Výběr optimálního nabíjecího proudu baterie.
2. Vypnutí baterie při nabíjení na nastavený limit.

Není nutné kupovat takový ovladač ve specializované prodejně. S páječkou a minimálními znalostmi v elektrotechnice si můžete sami sestavit základní obvod.

Existuje několik typů takových zařízení. Nejjednodušší mají pouze jednu funkci: připojuje a odpojuje baterii v závislosti na úrovni nabití.

Sofistikovaná zařízení monitorují špičkový výkon, a proto zajišťují větší výstupní proud, čímž zvyšují efektivitu systému.

Každý ovladač musí splňovat následující požadavky:
1,2P ≤ I×U, kde P je celkový výkon panelů; I – proud na výstupu regulátoru; U – výstupní napětí při zátěži.

Analýza konkrétního obvodu

Jako příklad uveďme hybridní zdroj pro napájení nouzového osvětlení nebo domácí bezpečnostní poplašný systém, který musí fungovat 24 hodin denně.

Napájení na bázi solárního panelu během dne může nejen výrazně snížit spotřebu elektřiny ze sítě, ale také chránit zařízení před kolísajícími výpadky proudu.

V noci se okruh přepne na napájení ze sítě 220V. Záložním zdrojem energie je dobíjecí baterie 12 V, 4,5 A/h. Takový systém bude efektivně fungovat za každého počasí.

Jednoduchý řídicí obvod

Pinout tranzistoru.

Fotorezistor LDR řídí tranzistory T1 a T2. Obrázek vlevo ukazuje pinout tranzistorů, kde E (1) je emitor, C (2) je kolektor, B (3) je báze.

Během denního světla je fotorezistor osvětlen a tranzistory jsou uzavřeny. Proto je do baterie přiváděno 12V napájení z panelu (solárního panelu) přes diodu D2.

Zabraňuje také vybíjení baterie přes panel. Za dobrého světla poskytuje 15W panel proud 1A.

Při plném nabití baterie na 11,6 V prorazí zenerova dioda ZD a rozsvítí se červená LED. Když napětí na svorkách baterie klesne na 11V, LED zhasne. To znamená, že je třeba baterii nabít. Rezistory R1, R3 omezují proud zenerovy diody a LED.

V noci se odpor fotorezistoru LDR snižuje, tranzistory T1, T2 se zapínají. Baterie se nabíjí přes napájecí zdroj. Do baterie je přiváděn nabíjecí proud ze sítě 220V přes transformátor, diodový můstek D3 - D6, rezistor R4, tranzistor T2 a diodu D1. Kondenzátor C2 vyhlazuje zvlnění síťového napětí.

Práh osvětlení, při kterém se spouští fotosenzor LDR, se nastavuje pomocí proměnného odporu VR1.

Tentokrát jsem se rozhodl vyrobit automat, který automaticky zapíná LED osvětlení v zahradním altánku. Vzhledem k tomu, že poblíž není žádná zásuvka a neustále tahat za prodlužovačku je docela zdlouhavé, rozhodl jsem se napájet LED diody z baterie s dobíjením ze solárních článků.

Již dříve byl popsán velmi podobný, který osvětluje skleněnou polici ve skříni. Použití tohoto ovladače by představovalo problém, protože k osvětlení altánku potřebujeme více světla než k osvětlení skleněné police. Také použití výkonnějšího světelného zdroje rychle vybije baterii, která může selhat v důsledku hlubokého vybití prvků v baterii.

Abych tomu zabránil, rozhodl jsem se vytvořit jednoduchý ovladač s ochranou proti příliš hlubokému vybití baterie na bázi . Solární články zase slouží i jako světelný senzor, což celý okruh značně zjednodušuje.

Deska s plošnými spoji má rozměry 40 mm x 45 mm. Navíc byly přidány dva montážní otvory. Celé zařízení je napájeno třemi Ni-MH bateriemi (1,2V/1000mAh). K nabíjení se používá solární baterie o jmenovitém napětí 5 voltů a maximálním výstupním proudu až 80 mA. Solární baterie nabíjí baterie přes usměrňovací diodu D1. Obvod nemá ochranu proti přebití baterie, protože v takové konfiguraci je přebíjení prostě nemožné.

Plně nabitá baterie by měla mít napětí asi 4,2-4,35 V. Solární článek produkuje napětí 5 V, ale na usměrňovací diodě je úbytek asi 0,7 V, což nám dává napětí 4,3 V. Tranzistor Q1 je zodpovědný za zapnutí světla v noci a jeho vypnutí během dne. Báze tohoto tranzistoru je připojena přes odpor 2,2 kOhm ke kladnému pólu solárního článku.

Když solární článek nevyrábí elektřinu nebo je příliš malý, tranzistor Q1 se vypne. Poté bude proud z pinu („REF“) zenerovy diody TL431 protékat pouze přes rezistor R4, který spolu s odpory R2 a R3 vytváří napěťový dělič. Tranzistor Q2 řídí zátěž ve formě LED diod. Aby obvod správně fungoval, nemůžeme ignorovat rezistor R5, jehož úkolem je přitáhnout bázi tranzistoru Q2 ke kladnému pólu zdroje.

Podle výpočtů pro dostupné napětí se ukazuje, že odpor by měl mít odpor 100 Ohmů. Při takovém odporu se obvod spíná velmi rychle. Problém je ale v tom, že tento odpor má docela malou hodnotu a protéká jím velmi velký proud. Celkový proudový odběr je cca 23 mA! Rozhodl jsem se vyměnit tento odpor za odpor větší hodnoty. Nakonec jsem nainstaloval rezistor 1 kOhm. Nyní není odlehčení zátěže tak rychlé, ale spotřeba proudu byla snížena na 8mA.

Proudových 8mA je samozřejmě spotřebováno pouze v případě, že je solární článek na tmavém místě – tedy pouze v noci, kdy svítí LED diody. A to je stejný maximální proud (8 mA), který jde z baterie při napětí 4,2 V. Vypínací napětí zátěže jsem nastavil na 2,9 V. Maximální napětí pro jeden článek je 0,9 V, což při zapojení tří v série nám dává 2,7 V, a proto nám zbývá ještě 0,2 V.

Obvod po odpojení zátěže (t.j. při 2,9 V a méně) spotřebuje pouze 50 μA. Stejný proud poteče, když solární panel nabíjí baterie. Zařízení je velmi citlivé na světlo, ale ne natolik, aby pouliční osvětlení rušilo detekci soumraku. Od okamžiku, kdy je detekován západ slunce, dokud se LED diody nerozsvítí na 100 %, to trvá přibližně 2 minuty.

Vyjmutím tranzistoru Q1, rezistoru R1 a usměrňovací diody D1 ze systému získáme jednoduchý obvod pro ochranu baterie před hlubokým vybitím. Podobný obvod lze použít k odpojení Li-Ion nebo Li-Pol baterie od nabíjení. Dá se použít například do svítilny. Je také možné vytvořit podobnou ochranu pro jiná napětí, k tomu je třeba vypočítat dělič napětí. Jsou tam vzorce a příklad výpočtu

Obvod regulátoru nabíjení solární baterie je založen na čipu, který je klíčovým prvkem celého zařízení. Čip je hlavní částí ovladače a samotný ovladač je klíčovým prvkem solárního systému. Toto zařízení hlídá chod celého zařízení jako celku a zvládá i nabíjení baterie ze solárních panelů.

Když je baterie maximálně nabitá, regulátor bude regulovat přívod proudu do ní a sníží jej na požadovanou hodnotu, aby kompenzoval samovybíjení zařízení. Pokud je baterie zcela vybitá, ovladač vypne veškerou příchozí zátěž do zařízení.

Potřebu tohoto zařízení lze snížit na následující body:

1. Vícestupňové nabíjení baterie;
2. Nastavení zapnutí/vypnutí baterie při nabíjení/vybíjení zařízení;
3. Připojení baterie při maximálním nabití;
4. Připojení nabíjení z fotobuněk v automatickém režimu.

Regulátor nabíjení baterie pro solární zařízení je důležitý, protože výkon všech jeho funkcí ve správném režimu výrazně zvyšuje životnost vestavěné baterie.

Jak funguje regulátor nabíjení baterie?

Při absenci slunečního světla na solární články konstrukce je v režimu spánku. Poté, co se paprsky objeví na prvcích, je ovladač stále v režimu spánku. Zapne se pouze v případě, že akumulovaná energie ze slunce dosáhne 10 V v elektrickém ekvivalentu.

Jakmile napětí dosáhne této hodnoty, zařízení se zapne a začne dodávat proud do baterie přes Schottkyho diodu. Proces nabíjení baterie v tomto režimu bude pokračovat, dokud napětí přijaté ovladačem nedosáhne 14 V. Pokud k tomu dojde, dojde k určitým změnám v obvodu ovladače pro 35wattovou solární baterii nebo jakoukoli jinou. Zesilovač otevře přístup k tranzistoru MOSFET a zbylé dva, slabší, se uzavře.

Tím se zastaví nabíjení baterie. Jakmile napětí klesne, obvod se vrátí do původní polohy a nabíjení bude pokračovat. Čas vyhrazený ovladači k provedení této operace je přibližně 3 sekundy.

Typy

Tento typ zařízení je považován za nejjednodušší a nejlevnější. Jeho jediným a hlavním úkolem je vypnout napájení baterie při dosažení maximálního napětí, aby nedošlo k přehřátí.

Tento typ má však určitou nevýhodu, a to, že se vypíná příliš brzy. Po dosažení maximálního proudu je potřeba ještě pár hodin udržet proces nabíjení a tento ovladač jej okamžitě vypne.

Díky tomu bude nabití baterie kolem 70 % maxima. To má negativní dopad na baterii.

PWM

Tento typ je vylepšený On/Off. Modernizace spočívá v tom, že má vestavěný systém pulzně šířkové modulace (PWM). Tato funkce umožňovala regulátoru při dosažení maximálního napětí nevypínat přívod proudu, ale snížit jeho sílu.

Díky tomu bylo možné nabíjet zařízení téměř na 100%.

Tento typ je v současnosti považován za nejpokročilejší. Podstata jeho práce je založena na tom, že je schopen určit přesnou hodnotu maximálního napětí pro danou baterii. Průběžně monitoruje proud a napětí v systému. Díky neustálému získávání těchto parametrů je procesor schopen udržovat nejoptimálnější hodnoty proudu a napětí, což mu umožňuje vytvářet maximální výkon.

Pokud porovnáme regulátory MPPT a PWN, účinnost prvního je přibližně o 20-35% vyšší.

Možnosti výběru

Existují pouze dvě výběrová kritéria:

1. Prvním a velmi důležitým bodem je vstupní napětí. Maximum tohoto ukazatele by mělo být vyšší přibližně o 20 % napětí solární baterie naprázdno.
2. Druhým kritériem je jmenovitý proud. Pokud je zvolen typ PWN, měl by být jeho jmenovitý proud vyšší než zkratový proud baterie přibližně o 10 %. Pokud je zvolen MPPT, pak jeho hlavní charakteristikou je výkon. Tento parametr musí být větší než napětí celého systému vynásobené jmenovitým proudem systému. Pro výpočty se bere napětí, když jsou baterie vybité.

Jak si to vyrobit sami

Pokud není možné zakoupit hotový produkt, můžete si jej vytvořit sami. Ale pokud je docela jednoduché porozumět tomu, jak funguje solární regulátor nabíjení baterie, pak bude jeho vytvoření obtížnější. Při jeho vytváření byste měli pochopit, že takové zařízení bude horší než analog vyrobený v továrně.

Toto je nejjednodušší obvod ovladače solárního panelu, který bude nejjednodušší vytvořit. Uvedený příklad je vhodný pro vytvoření regulátoru pro nabíjení olověného akumulátoru s napětím 12 V a připojení nízkopříkonového solárního akumulátoru.

Pokud na některých klíčových prvcích nahradíte jmenovité hodnoty, můžete toto schéma použít na výkonnější systémy s bateriemi. Podstatou provozu takového domácího regulátoru bude to, že při napětí nižším než 11 V bude zátěž vypnuta a při 12,5 V bude přivedena do baterie.

Za zmínku stojí, že jednoduchý obvod používá místo ochranné diody tranzistor s efektem pole. Pokud však máte nějaké znalosti o elektrických obvodech, můžete vytvořit pokročilejší ovladač.

Toto schéma je považováno za pokročilé, protože jeho vytvoření je mnohem složitější. Ale regulátor s takovým zařízením je docela schopný stabilního provozu nejen při připojení k solární baterii, ale také k větrnému generátoru.

Video

Jak správně zapojit ovladač se dozvíte z našeho videa.

Ovladač je velmi jednoduchý a skládá se pouze ze čtyř částí.

Jedná se o výkonný tranzistor (používám IRFZ44N a vydrží proud až 49A).

Automobilový reléový regulátor s pozitivním ovládáním (VAZ "klasika").

Rezistor 120 kOhm.

Dioda je výkonnější, aby podržela proud daný solárním panelem (např. z diodového můstku auta).

Princip fungování je také velmi jednoduchý. Píšu pro lidi, kteří elektronice vůbec nerozumí, jelikož já sám jí nerozumím vůbec.

Relé regulátoru je připojeno k baterii, mínus k hliníkové základně (31k), plus k (15k), od kontaktu (68k) je vodič připojen přes odpor k hradlu tranzistoru. Tranzistor má tři nohy, první je brána, druhá je kolektor a třetí je zdroj. Mínus solárního panelu je připojen ke zdroji a plus k baterii, z kolektoru tranzistoru jde mínus solárního panelu do baterie.

Když je relé-regulátor připojen a funguje, kladný signál z (68k) odemkne bránu a proud ze solárního panelu teče přes zdroj-odtok do baterie, a když napětí na baterii překročí 14 voltů, relé -regulátor vypne plus a hradlo tranzistoru, vybíjení přes odpor se sepne do mínusu, čímž se přeruší mínusový kontakt solárního panelu a ten se vypne. A když napětí trochu klesne, relé-regulátor opět přiloží plus na bránu, tranzistor se otevře a opět poteče proud z panelu do baterie. Aby se baterie v noci nevybíjela, je potřeba dioda na kladném vodiči solárního panelu, protože bez světla solární panel sám spotřebovává elektřinu.

Níže je vizuální schéma zapojení prvků regulátoru.

Nejsem dobrý v elektronice a možná jsou v mém obvodu nějaké nedostatky, ale funguje to bez jakéhokoli nastavení a funguje okamžitě a dělá to, co dělají tovární ovladače pro solární panely, a cena je jen asi 200 rublů a hodina práce.

Níže je ne zcela zřetelná fotografie tohoto ovladače, všechny díly ovladače jsou jednoduše přichyceny k tělu krabičky takovým hrubým a nedbalým způsobem. Tranzistor se trochu zahřeje a namontoval jsem ho na malý ventilátor. Paralelně s rezistorem jsem umístil malou LED diodu, která ukazuje činnost regulátoru. Když svítí, baterie je připojená, když není, znamená to, že baterie je nabitá, a když rychle bliká, baterie je téměř plně nabitá a právě se dobíjí.

Tento ovladač funguje více než šest měsíců a za tuto dobu nebyly žádné problémy, zapojil jsem ho a je to, nyní nesleduji baterii, vše funguje samo. Toto je můj druhý regulátor, první jsem sestavil pro větrné generátory jako předřadný regulátor, podívejte se na něj v předchozích článcích v sekci o mých domácích výrobcích.

Pozor - ovladač není plně funkční. Po nějaké době práce se ukázalo, že tranzistor v tomto obvodu se úplně neuzavře a proud stále proudí do baterie, i když napětí překročí 14 voltů

A teď mám jako regulátor předřadný regulátor, který funguje perfektně už dlouho. Jakmile napětí překročí 14 voltů, tranzistor se otevře a rozsvítí žárovku, která spálí veškerou přebytečnou energii. Na tomto předřadníku jsou nyní dva solární panely a větrný generátor současně.