Päikesepaneeli laadimiskontroller: skeem, tööpõhimõte, ühendusviisid

Päikeseenergeetika piirdub (olmetasandil) veel suhteliselt väikese võimsusega fotoelektriliste paneelide ehitamisega. Kuid olenemata päikesevalguse elektrivooluks muundava fotoelektrilise muunduri konstruktsioonist on see seade varustatud mooduliga, mida nimetatakse päikesepatarei laadimiskontrolleriks.

Tõepoolest, päikesevalguse fotosünteesi paigaldise skeemi kuulub aku – päikesepaneelilt saadava energia salvesti. Just seda teisest energiaallikat teenindabki esmajoones kontroller.

Meie esitatud artiklis vaatleme selle seadme ehitust ja tööpõhimõtteid, samuti käsitleme selle ühendamisviise.

Päikesepatareide kontrollerid

Elektrooniline moodul, mida nimetatakse päikesepatarei kontrolleriks, on ette nähtud täitma tervet rida juhtimisfunktsioone päikesepatarei aku laadimise/tühjenemise protsessis.

Kui päikesepaneeli pinnale, mis on paigaldatud näiteks maja katusele, langeb päikesevalgus, muundavad seadme fotoelemendid selle valguse elektrivooluks.

Saadud energia võiks põhimõtteliselt suunata otse akumulaatorisse. Laadimis- ja tühjenemisprotsessil on aga oma nüansid (kindlad voolu- ja pingetasemed). Kui neid nüansse eirata, läheb aku lühikese ajaga lihtsalt rikki.

Et vältida selliseid kurbaid tagajärgi, on ette nähtud moodul, mida nimetatakse päikesepaneeli laadimiskontrolleriks.

Lisaks aku laadimistaseme kontrollile jälgib moodul ka energiatarbimist. Sõltuvalt tühjenemisastmest reguleeritakse ja seatakse päikesepaneeli akulaadimiskontrolleri skeemiga voolutase, mis on vajalik alg- ja järgnevaks laadimiseks.

Sõltuvalt päikeseenergiaseadme akulaadimiskontrolleri võimsusest võivad nende seadmete konstruktsioonid olla väga erineva konfiguratsiooniga.

Üldiselt, lihtsalt öeldes, tagab moodul akule muretu 'elu', mis perioodiliselt kogub ja annab energiat tarbimisseadmetele.

Praktikas kasutatavad liigid

Tööstuslikul tasandil on käivitatud ja teostatakse kahte tüüpi elektrooniliste seadmete tootmist, mille teostus sobib paigaldamiseks päikeseenergiasüsteemi skeemi:

1. PWM-seeria seadmed.
2. MPPT-seeria seadmed.

Esimest tüüpi päikesepaneeli kontrollerit võib nimetada 'vanakooli kontrolleriks'. Selliseid skeeme töötati välja ja võeti kasutusele juba päikese- ja tuuleenergia kujunemise koidikul.

PWM-kontrolleri skeemi tööpõhimõte põhineb laiimpulssmodulatsiooni algoritmidel. Selliste seadmete funktsionaalsus jääb mõnevõrra alla täiustatud MPPT-seeria seadmetele, kuid üldiselt töötavad need ka üsna tõhusalt.

Üks ühiskonnas populaarseid päikeseelektrijaama akulaadimiskontrolleri mudeleid, hoolimata sellest, et seadme skeem on teostatud PWM-tehnoloogial, mida peetakse vananenuks.

Konstruktsioonid, kus rakendatakse Maximum Power Point Tracking (maksimaalse võimsuse piiri jälgimine) tehnoloogiat, eristuvad kaasaegse lähenemisega skeemitehnilistele lahendustele, tagavad suurema funktsionaalsuse.

Kuid võrreldes mõlemat tüüpi kontrollereid ja veelgi enam, kodusfääri poole kaldu, ei paista MPPT-seadmed selles roosilises valguses, milles neid traditsiooniliselt reklaamitakse.

MPPT-tüüpi kontroller:

• on kõrgema hinnaga;
• omab keerulist seadistusalgoritmi;
• annab võimsuse eelise ainult suure pindalaga paneelidel.

See seadmetüüp sobib pigem globaalsete päikeseenergiasüsteemide jaoks.

Kontroller, mis on ette nähtud kasutamiseks päikeseenergiaseadme koostises. See kuulub MPPT-seadmete klassi – need on täiustatumad ja tõhusamad.

Tavakasutaja vajadusteks, kellel on tavaliselt väikese pindalaga paneelid, on soodsam osta ja sama efektiivsusega kasutada PWM-kontrollerit (PWM).

Kontrollerite struktuurskeemid

PWM- ja MPPT-kontrollerite põhimõttelised skeemid – nende vaatlemine tavavaatleja pilguga on liiga keeruline teema, mis nõuab peent elektroonikatundmist. Seetõttu on mõistlik käsitleda ainult struktuuriskeeme. Selline lähenemine on arusaadav laiale ringile.

Variant nr 1 – PWM-seadmed

Ping päikesepaneelilt tuleb kahe juhtme (positiivne ja negatiivne) kaudu stabiliseerivale elemendile ja eraldavale takistusahelale. Selle skeemiosa abil saavutatakse sisendpinge potentsiaalide ühtlustamine ja mingil määral korraldatakse kontrolleri sisendi kaitset sisendpinge piiri ületamise eest.

Siin tuleb rõhutada: iga üksiku seadmemudeli puhul on konkreetne sisendpinge piir (märgitud dokumentatsioonis).

Umbes selline näeb välja PWM-tehnoloogial põhinevate seadmete struktuuriskeem. Väikeste koduste jaamade koosseisus kasutamiseks tagab selline skeemilahendus piisava efektiivsuse.

Seejärel piiravad võimsustransistorid pinge ja voolu vajaliku suuruseni. Need skeemikomponendid on omakorda juhitavad kontrolleri kiibi poolt läbi draiveri mikroskeemi. Tulemusena seatakse võimsustransistoride paari väljundis akule sobiv pinge ja voolu normaalväärtus.

Samuti on skeemis temperatuuriandur ja draiver, mis juhib võimsustransistori, millega reguleeritakse koormuse võimsust (kaitse aku sügava tühjenemise eest). Temperatuurianduriga kontrollitakse PWM-kontrolleri oluliste elementide kuumuse olekut.

Tavaliselt temperatuuritase korpuse sees või võimsustransistoride radiaatoritel. Kui temperatuur ületab seadistatud piire, lülitab seade kõik aktiivtoiteliinid välja.

Variant nr 2 – MPPT-seadmed

Skeemi keerukus on sel juhul tingitud selle täiendamisest mitmete elementidega, mis ehitavad üles vajaliku juhtimisalgoritmi põhjalikumalt, lähtudes töötingimustest.

Pinge ja voolu tasemeid jälgitakse ja võrreldakse komparaatorite skeemidega ning võrdlustulemuste põhjal määratakse väljundvõimsuse maksimum.

Struktuurne skeemilahendus MPPT-tehnoloogiatel põhinevatele laadimiskontrolleritele. Siin on juba märgitud keerukam juhtimis- ja perifeeriaseadmete haldusalgoritm.

Seda tüüpi kontrollerite peamine erinevus PWM-seadmetest on see, et nad suudavad kohandada päikeseenergeetilist moodulit maksimaalsele võimsusele sõltumata ilmastikutingimustest.

Selliste seadmete skeemiga realiseeritakse mitu kontrollimeetodit:

• häiringu- ja vaatlusmeetod;
• suureneva juhtivuse meetod;
• voolurullimise meetod;
• püsipingemeetod;

Kuid üldtegevuse lõpposas rakendatakse veel kõigi nende meetodite võrdlusalgoritmi.

Kontrollerite ühendamisviisid

Ühenduste teemat käsitledes tuleb kohe märkida: iga üksiku seadme paigalduse iseloomulikuks jooneks on töö konkreetse päikesepaneelide seeriaga.

Näiteks, kui kasutatakse kontrollerit, mis on arvestatud maksimaalsele sisendpingele 100 volti, peab päikesepaneelide seeria väljundis andma pinget, mis ei ole suurem sellest väärtusest.

Iga päikeseenergeetiline käitis toimib esimese astme väljund- ja sisendpinge tasakaalu reegli järgi. Kontrolleri pinge ülempiir peab vastama paneeli pinge ülempiirile.

Enne seadme ühendamist tuleb kindlaks määrata selle füüsilise paigalduse koht. Reeglite järgi tuleb paigalduskohaks valida kuivad, hästi ventileeritavad ruumid. Välistatakse kergesti süttivate materjalide viibimine seadme läheduses.

Ei ole lubatud vibratsiooni, soojuse ja niiskuse allikate olemasolu seadme vahetus läheduses. Paigalduskoht tuleb kaitsta sademete ja otsese päikesekiirguse eest.

PWM-mudelite ühendamistehnika

Praktiliselt kõik PWM-kontrollerite tootjad nõuavad seadmete ühendamisel täpse järjestuse järgimist.

PWM-kontrollerite ühendamise tehnika perifeeriaseadmetega ei eristu eriliste raskustega. Iga plaat on varustatud märgistatud klemmidega. Siin tuleb lihtsalt järgida tegevuste järjestust.

Perifeeriaseadmeid tuleb ühendada täielikus vastavuses kontaktklemmide tähistustega:

1. Ühendage aku juhtmed seadme akuklemmidel vastavalt näidatud polaarsusele.
2. Vahetult positiivse juhtme kontakti punktis lülitage sisse kaitsekork.
3. Kontrolleri päikesepaneelile mõeldud kontaktidele kinnitage päikesepaneelidelt väljuvad juhtmed. Järgige polaarsust.
4. Ühendage seadme koormusväljunditesse vastava pingega (tavaliselt 12/24 V) kontrolllamp.

Näidatud järjestust ei tohi rikkuda. Näiteks on kategooriliselt keelatud ühendada päikesepaneelid enne, kui aku on ühendatud. Selliste toimingutega riskib kasutaja seadme «põletamisega». Selles materjalis kirjeldatakse üksikasjalikumalt päikesepaneelide ja aku kokkupaneku skeemi.

Samuti on PWM-seeria kontrollerite puhul lubamatu ühendada pingemuundur kontrolleri koormusklemmidele. Muundur tuleb ühendada otse aku klemmidega.

MPPT-seadmete ühendamise järjekord

Füüsilise paigalduse üldnõuded seda tüüpi seadmetele ei erine eelmistest süsteemidest. Kuid tehnoloogiline paigaldus on sageli veidi erinev, kuna MPPT-kontrollereid peetakse sageli võimsamateks seadmeteks.

Suure võimsusega kontrollerite puhul on soovitatav kasutada suure ristlõikega kaableid, mis on varustatud metallotsikutega toiteahelate ühendustel.

Näiteks võimsate süsteemide puhul täiendatakse neid nõudeid sellega, et tootjad soovitavad võtta toiteühendusliinide jaoks kaabli, mis on ette nähtud voolutihedusele vähemalt 4 A/mm². See tähendab, et näiteks 60 A vooluga kontrolleri jaoks on vaja akuga ühendamiseks kaablit ristlõikega vähemalt 20 mm².

Ühenduskaablid peavad olema varustatud spetsiaalse tööriistaga tihedalt kokku surutud vaskotsikutega. Päikesepaneeli ja aku negatiivsed klemmid tuleb varustada kaitsmete ja lülititega adapteritega.

Selline lähenemine välistab energiakad ja tagab paigaldise ohutu käitamise.

Võimsa MPPT-kontrolleri struktuurskeem: 1 – päikesepaneel; 2 – MPPT-kontroller; 3 – klemmliist; 4,5 – sulavkaitsmed; 6 – kontrolleri toitelüliti; 7,8 – maandussiin

Enne päikesepaneelide ühendamist seadmega tuleb veenduda, et klemmide pinge vastab kontrolleri sisendile lubatud pingele või on sellest väiksem.

Perifeeria ühendamine MTTP seadmega:

1. Viige paneeli ja aku lülitid asendisse «väljas».
2. Eemaldage kaitsekaitsmed paneelilt ja akult.
3. Ühendage kaabliga aku klemmid kontrolleri akuklemmidega.
4. Ühendage kaabliga päikesepaneeli väljundid kontrolleri klemmidega, mis on tähistatud vastava märgiga.
5. Ühendage kaabliga maandusklemm maandussiiniga.
6. Paigaldage kontrollerile temperatuuriandur vastavalt juhistele.

Pärast neid toiminguid tuleb paigaldada tagasi eemaldatud aku kaitse ja viia lüliti asendisse «sisse». Kontrolleri ekraanile ilmub aku tuvastamise signaal.

Seejärel, pärast lühikest pausi (1–2 min), paigaldage tagasi eemaldatud päikesepaneeli kaitse ja viige paneeli lüliti asendisse «sisse».

Seadme ekraan näitab päikesepaneeli pinge väärtust. See hetk kinnitab päikeseenergiapaigaldise edukat käivitamist.

Järeldused ja kasulik video teemal

Tööstus toodab seadmeid, mis on mitmekesised skeemilahenduste poolest. Seetõttu ei ole võimalik anda üheseid soovitusi kõigi paigaldiste ühendamiseks.

Kuid peamine põhimõte igat tüüpi seadmete puhul jääb samaks: ilma akut kontrolleri siinidega ühendamata ei tohi ühendust luua fotoelektriliste paneelidega. Sarnased nõuded kehtivad ka pinge inverteri skeemi lisamisel. Seda tuleb käsitleda eraldi moodulina, mis ühendatakse akuga otsekontaktiga.

Kui teil on vajalikke kogemusi või teadmisi, jagage neid palun meie lugejatega. Jätke oma kommentaarid allpool asuvasse plokki. Siin saate esitada ka artikli teemal küsimusi.