Szolár töltésvezérlő 100 Ah akkumulátorhoz

Ezt az átfogó szolár töltésszabályozót úgy tervezték, hogy hatékonyan töltsön be egy nagy 12 V 100 Ah akkumulátort, a legnagyobb hatékonysággal. A szolár töltő gyakorlatilag bolondbiztos az akkumulátor túltöltése, a terhelés rövidzárlata vagy a jelenlegi körülmények között.

Ennek a 100 Ah szolárszabályozó áramkörnek a legfontosabb elemei nyilvánvalóan a napelem és a (12 V) akkumulátor. Az akkumulátor itt energiatároló egységként működik.

A kisfeszültségű egyenáramú lámpákat és hasonló dolgokat közvetlenül az akkumulátorból lehet hajtani, míg a inverter működtethető az akkumulátor közvetlen feszültségének 240 V AC-vé alakítására.

Mindazonáltal ezek az alkalmazások általában nem a témája ennek a tartalomnak, amelyre összpontosít akkut napkollektorral felakasztani . Túl csábítónak tűnhet, ha a napelemet közvetlenül az akkumulátorhoz csatlakoztatja a töltéshez, de ez soha nem ajánlott. Egy megfelelő töltésszabályozó kulcsfontosságú az akkumulátorok napelemről történő töltéséhez.

A töltésszabályozó elsődleges fontossága a töltési áram csökkentése a csúcsfényes napfényben, amikor a napelem nagyobb árammennyiséget biztosít az akkumulátor szükséges szintjén túl.

Ez azért válik fontossá, mert a nagy árammal történő töltés kritikusan károsíthatja az akkumulátort, és minden bizonnyal csökkentheti az akkumulátor várható élettartamát.

Töltésszabályozó nélkül fennáll annak veszélye az akkumulátor túltöltése általában közelgő, mivel a napelem áramának teljesítményét közvetlenül a napsugárzás szintje vagy a beeső napfény mennyisége határozza meg.

Lényegében talál néhány módszert a töltőáram szabályozására: át sorozatszabályozó vagy párhuzamos szabályozó.

A soros szabályozó rendszer általában tranzisztor formájában van, amelyet sorba vezetnek a napelem és az akkumulátor között.

A párhuzamos szabályozó a formájában van „sönt” szabályozó a szolárpanellel és az akkumulátorral párhuzamosan van rögzítve. A 100 Ah szabályozó ebben a bejegyzésben kifejtve valójában egy párhuzamos típusú napelemes szabályozó.

A legfontosabb jellemzője a söntszabályozó az, hogy nem igényel nagy mennyiségű áramot, amíg az akkumulátor teljesen fel nem töltődik. Gyakorlatilag a saját jelenlegi fogyasztása olyan alacsony, hogy figyelmen kívül hagyható.

Egyszer a az akkumulátor teljesen fel van töltve azonban a felesleges teljesítmény hővé oszlik el. Különösen nagyobb napelemeknél a magas hőmérséklet a szabályozó viszonylag hatalmas felépítését igényli.

Valódi céljával együtt egy tisztességes töltésszabályozó emellett több szempontból is biztonságot nyújt, védelmet nyújt az akkumulátor mély lemerülése ellen, és elektronikus biztosíték és megbízható biztonságot jelent az akkumulátor vagy a napelem panel polaritásának megfordítása felé.

Egyszerűen azért, mert az egész áramkört az akkumulátor hibás polaritású védődiódán (D1) keresztül hajtja, a szolár töltésszabályozó akkor is normálisan működik, ha a napelem nem szolgáltat áramot.

Az áramkör a nem szabályozott akkumulátorfeszültséget (D2-R4 elágazás), valamint a rendkívül pontos, 2,5 V-os referenciafeszültséget használja, amelyet a D5 zener dióda használ.

Mivel a töltésszabályozó önmagában tökéletesen teljesít 2 mA-nél alacsonyabb árammal, az akkumulátor alig töltődik be éjszaka, vagy amikor felhős az ég.

Az áramkör minimális áramfogyasztását a BUZ11, T2 és T3 típusú MOSFET-ek használatával érik el, amelyek kapcsolása feszültségfüggő, ez lehetővé teszi számukra, hogy gyakorlatilag nulla hajtóteljesítmény mellett működjenek.

A javasolt szolár töltésszabályozás 100 Ah akkumulátorhoz figyeli az akkumulátort feszültséget és szabályozza a T1 tranzisztor vezetési szintjét.

Minél nagyobb az akkumulátor feszültsége, annál nagyobb lesz a T1-en átmenő áram. Ennek eredményeként az R19 körüli feszültségesés nagyobb lesz.

Ez a feszültség az R19-en keresztül válik a kapu kapcsolási feszültségévé a MOSFET T2 számára, ami a MOSFET erősebb kapcsolását okozza, csökkentve a lefolyó-forrás ellenállást.

Emiatt a napelem erősebben megterhelődik, ami az R13-on és a T2-en keresztül elvezeti a felesleges áramot.

A Schottky D7 dióda megvédi az akkumulátort a napelem + és - kapcsainak véletlen megfordulásától.

Ez a dióda emellett leállítja az akkumulátor áramát a napelembe, ha a panel feszültsége az akkumulátor feszültsége alá esik.

Hogyan működik a szabályozó

A 100 Ah szolár töltő szabályozó kapcsolási rajza a fenti ábrán látható.

Az áramkör elsődleges elemei egy pár 'nehéz' MOSFET és egy négyszeres erősítő IC.

Ennek az IC-nek a funkciója 3 szakaszra osztható: az IC1a köré épített feszültségszabályozóra, az IC1d köré konfigurált akkumulátor túlkisülés vezérlőre és az elektronikus rövidzárlat elleni védelem az IC1c körül vezetékes.

Az IC1 úgy működik, mint a fő vezérlő komponens, míg a T2 adaptálható teljesítményellenállásként működik. A T2 az R13-mal együtt aktív terhelésként viselkedik a napelem kimenetén. A szabályozó működése meglehetősen egyszerű.

Az akkumulátor feszültségének változó része az IC1a vezérlő op erősítő nem invertáló bemenetére kerül az R4-P1-R3 feszültségosztón keresztül. Amint azt korábban tárgyaltuk, a 2,5 V referenciafeszültséget az op erősítő invertáló bemenetére alkalmazzuk.

A szolárszabályozás munkamódszere meglehetősen lineáris. Az IC1a ellenőrzi az akkumulátor feszültségét, és amint eléri a teljes töltöttséget, bekapcsolja a T1, T2 helyzetet, ami a szolárfeszültség tolását okozza az R13-on keresztül.

Ez biztosítja, hogy az akkumulátort ne terhelje túl vagy töltse túl a napelem. Az IC1b és D3 alkatrészeket az „akkumulátor töltési” állapotának jelzésére használják.

A LED akkor világít, amikor az akkumulátor feszültsége eléri a 13,1 V-ot, és amikor az akkumulátor töltési folyamata megkezdődik.

Hogyan működnek a védelmi szakaszok

Az IC1d opamp összehasonlítóként van beállítva a lemerült elem feszültségszintet, és védelmet nyújt a mélykisülés ellen, valamint a MOSFET T3.

Az akkumulátor feszültségét először az R8 / R10 rezisztív osztó segítségével arányosan csökkentik a névleges érték körülbelül 1/4-ig, majd ezt követően összehasonlítják a D5-en keresztül kapott 23 V referenciafeszültséggel. Az összehasonlítást az IC1c végzi.

A potenciális elválasztó ellenállásokat úgy választják meg, hogy az IC1d kimenete alacsonyabbra süllyedjen, ha az akkumulátor feszültsége megközelítőleg 9 V érték alá esik.

A MOSFET T3 ezt követően gátolja és levágja az akkumulátor és a terhelés közötti földelő összekötőt. Az R11 visszacsatolási ellenállás által létrehozott hiszterézis miatt az összehasonlító nem változtatja meg az állapotát, amíg az akkumulátor feszültsége ismét el nem éri a 12 V-ot.

A C2 elektrolit kondenzátor gátolja a mélykisüléses védelem aktiválódását azonnali feszültségesések miatt, például egy hatalmas terhelés bekapcsolása miatt.

Az áramkörben található rövidzárlat-védelem elektronikus biztosítékként működik. Ha véletlenül rövidzárlat történik, akkor levágja az akkumulátor terhelését.

Ugyanezt valósítják meg a T3-on keresztül is, amely bemutatja a MOSFET T13 kulcsfontosságú ikerfunkcióját. A MOSFET nemcsak rövidzárlat-megszakítóként működik, hanem a lefolyó-forrás csomópontja is szerepet játszik, mint egy számítási ellenállás.

Az ellenálláson keletkező feszültségesést az R12 / R18 csökkenti, majd az IC1c komparátor invertáló bemenetére alkalmazza.

Itt is a D5 által szolgáltatott pontos feszültséget használják referenciaként. Amíg a rövidzárlat-védelem inaktív marad, az IC1c továbbra is „magas” logikai kimenetet nyújt.

Ez a művelet blokkolja a D4 vezetését, így az IC1d kimenet kizárólag a T3 kapu potenciálját határozza meg. Az R14 / R15 rezisztív osztó segítségével egy 4 V és 6 V közötti kapu feszültségtartomány érhető el, amely lehetővé teszi a T3 lefolyó-forrás csomópontja fölötti tiszta feszültségesés megállapítását.

Amint a terhelési áram a legmagasabb szintre kerül, a feszültségesés gyorsan növekszik, amíg a szint éppen elegendő az IC1c váltásához. Ez azt eredményezi, hogy kimenete logikussá válik.

Emiatt a D4 dióda aktiválódik, lehetővé téve a T3 kapu testzárlatát. Emiatt a MOSFET leáll, megállítva az áramlást. Az R12 / C3 R / C hálózat határozza meg az elektronikus biztosíték reakcióidejét.

Viszonylag lassú reakcióidőt állítanak be annak érdekében, hogy elkerüljék az elektronikus biztosíték működésének helytelen aktiválódását a terhelés áramának alkalmi pillanatnyi magas áramerőssége miatt.

Ezenkívül a D6 LED-et 1,6 V referenciaként alkalmazzák, biztosítva, hogy a C3 ne tudjon tölteni ezen feszültségszint felett.

Amikor megszűnik a rövidzárlat, és a terhelés leválik az akkumulátorról, a C3 a LED-en keresztül fokozatosan ürül (ez akár 7 másodpercig is eltarthat). Mivel az elektronikus biztosítékot meglehetősen lassú reakcióval tervezték, ez nem jelenti azt, hogy a terhelési áram túlzott szintet érhet el.

Mielőtt az elektronikus biztosíték aktiválódhat, a T3 kapu feszültsége arra kéri a MOSFET-et, hogy a kimeneti áramot a P2 előre beállított beállítással meghatározott pontra korlátozza.

Annak biztosítása érdekében, hogy semmi ne égjen vagy ne süljön meg, az áramkör tartalmaz egy szabványos biztosítékot (F1), amelyet sorosan csatlakoztatnak az akkumulátorhoz, és megnyugtatást nyújt arról, hogy az áramkörben bekövetkező valószínű meghibásodás nem okozhat azonnali katasztrófát.

Végső védekező pajzsként a D2 bekerült az áramkörbe. Ez a dióda védi az IC1a és IC1b bemeneteket a véletlen fordított akkumulátor-csatlakozás miatti károsodásoktól.

A Napelem kiválasztása

A legmegfelelőbb napelem kiválasztása természetesen függ az akkumulátor Ah értékétől, amellyel dolgozni kíván.

A napelemes töltésszabályozót alapvetően 15-18 V és 10-40 W mérsékelt kimeneti feszültségű napelemekhez tervezték. Az ilyen típusú panelek általában alkalmasak 36 és 100 Ah közötti névleges elemekre.

Mindazonáltal, mivel a szolár töltésszabályozó úgy van előírva, hogy optimális áramfelvételt nyújtson 10 A-ra, a 150 watt névleges napelemek jól alkalmazhatók.

A szolár töltő szabályozó áramköre is beilleszthető szélmalmok és más feszültségforrásokkal, feltéve, hogy a bemeneti feszültség 15-18 V tartományban van.

A hő nagy részét az aktív terhelés, T2 / R13 adja el. Mondanom sem kell, hogy a MOSFET-et hatékonyan kell hűteni egy hűtőbordán keresztül, és az R13-at megfelelő besorolással kell ellátni a rendkívül magas hőmérsékletek ellenállása érdekében.

Az R13 teljesítménynek meg kell felelnie a napelem névleges értékének. A (szélsőséges) szcenárióban, amikor egy napelemet 21 V üresjárati kimeneti feszültséggel és 10 A rövidzárlati árammal kapcsolják össze, ilyen esetben a T2 és R13 megkezdi a feszültséggel egyenértékű teljesítmény elvezetését az akkumulátor és a napelem közötti különbség (kb. 7 V) szorozva a rövidzárlati árammal (10 A), vagy egyszerűen 70 watt!

Ez akkor fordulhat elő, ha az akkumulátor teljesen fel van töltve. Az energia nagy részét R13-on keresztül szabadítják fel, mivel a MOSFET ekkor nagyon alacsony ellenállást kínál. Az R13 MOSFET ellenállás értéke gyorsan meghatározható a következő Ohm-törvény alapján:

R13 = P x I^két= 70 x 10^két= 0,7 Ohm

Ez a fajta szélsőséges napelem teljesítmény azonban szokatlannak tűnhet. A szolár töltésszabályozó prototípusában 0,25 Ω / 40 W ellenállást alkalmaztunk, amely négy párhuzamosan kapcsolt 1Ω / 10 W ellenállásból állt. A T3 szükséges hűtését ugyanígy számítják ki.

Tegyük fel, hogy a legnagyobb kimeneti áram 10 A (ami hozzávetőlegesen 2,5 V feszültségeséshez vezet a lefolyó-forrás csomópontjánál), akkor a kb. 27 W maximális disszipációt kell értékelni.

A T3 megfelelő hűtésének garantálása még túlzott háttérhőmérsékleten is (pl. 50 ° C), a hűtőbordának 3,5 K / W vagy kisebb hőellenállást kell alkalmaznia.

A T2, T3 és D7 alkatrészek a NYÁK egyik oldalán helyezkednek el, megkönnyítve egyetlen közös hűtőbordához való rögzítését (szigetelő komponensekkel).

Ennek a három félvezetőnek a disszipációját bele kell foglalni, és ebben az esetben olyan hűtőbordát szeretnénk, amelynek hőmérséklete 1,5 K / W vagy nagyobb. Az alkatrészlistában leírt típus megfelel ennek az előfeltételnek.

Hogyan kell beállítani

Szerencsére a 100 Ah akkumulátoros szolárszabályozó áramkört nagyon könnyű felállítani. A feladat ennek ellenére igényel párat (szabályozott) tápegységek .

Az egyiket 14,1 V kimeneti feszültségre állítják, és összekapcsolják a NYÁK-n lévő akkumulátorvezetékekkel („accu” jelöléssel). A második tápegységnek áramkorlátozóval kell rendelkeznie.

Ezt a tápfeszültséget a napelem nyitott áramkörének feszültségéhez (például 21 V, mint a korábban megadott állapotban) állítják be, és a „sejtek”.

Amikor a P1-et megfelelően beállítjuk, a feszültségnek 14,1 V-ra kell csökkennie. Kérjük, ne aggódjon emiatt, mivel az áramkorlátozó és a D7 garantálja, hogy semmi sem romolhat el!

A P2 hatékony beállításához egy kicsit nagyobb terheléssel kell dolgozni, mint a kimeneten esetlegesen fellépő legnagyobb terhelés. Ha ki akarja vonni a maximumot ebből a kialakításból, próbáljon 10 A terhelési áramot kiválasztani.

Ez megvalósítható 1Ω x120 W terhelési ellenállással, amely például 10 párhuzamosan 10Ω / 10 W ellenállást tartalmaz. A P2 előre beállított értéket a „Maximálisra (az ablaktörlő R14 felé) kell forgatni.

Ezt követően a terhelést a NYÁK „terhelésnek” nevezett vezetékeihez rögzítik. Lassan és óvatosan finomhangolja a P2-t, amíg el nem éri azt a szintet, ahol a T3 csak kikapcsol és levágja a terhelést. A teherellenállások eltávolítása után a „terhelő” vezetékeket rövid ideig rövidzárlatba lehet kapcsolni annak ellenőrzésére, hogy az elektronikus biztosíték megfelelően működik-e.

NYÁK-elrendezések

Alkatrész lista

Ellenállások:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2,2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = lásd a szöveget
R17 = 10k
P1 = 5k előre beállított
P2 = 50k előre beállított
Kondenzátorok:
Cl = 100 nF
C2 = 2,2uF / 25V radiális
C3 = 10uF / 16V
Félvezetők:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = Piros LED
D5 = LM336Z-2,5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Vegyes:
F1 = 10 A (T) biztosíték NYÁK-tartóval
8 lapátos sorkapocs csavaros rögzítéshez
Hűtőborda 1,251VW