Come scegliere un regolatore di carica solare. Controllori solari

Uno dei componenti più importanti di un impianto solare domestico è il regolatore di carica della batteria. È questo dispositivo che monitora il processo di carica/scarica delle batterie, mantenendone la modalità operativa ottimale. Esistono molti schemi di controllo per pannelli solari: dal più semplice, a volte realizzato in modo fatto in casa, a quello molto complesso, che utilizza microprocessori. Inoltre, i regolatori di carica fatti in casa per batterie solari spesso funzionano meglio di dispositivi industriali simili dello stesso tipo.

A cosa servono i controller di carica della batteria?

Se la batteria è collegata direttamente ai terminali dei pannelli solari, verrà caricata continuamente. Alla fine, una batteria già completamente carica continuerà a ricevere corrente, provocando un aumento della tensione di diversi volt. Di conseguenza, la batteria viene ricaricata, la temperatura dell'elettrolito aumenta e questa temperatura raggiunge valori tali che l'elettrolito bolle e si verifica un forte rilascio di vapori dalle lattine della batteria. Di conseguenza, potrebbe verificarsi la completa evaporazione dell'elettrolita e l'essiccazione delle lattine. Naturalmente, ciò non aggiunge "salute" alla batteria e ne riduce drasticamente la durata.

Controller in un sistema di ricarica di batterie solari

Quindi, per prevenire tali fenomeni, per ottimizzare i processi di carica/scarica, sono necessari dei controllori.

Tre principi per progettare i regolatori di carica

In base al principio di funzionamento, esistono tre tipi di controller solari.
Il primo tipo, il più semplice, è un dispositivo realizzato secondo il principio “On/Off”. Il circuito di tale dispositivo è un semplice comparatore che accende o spegne il circuito di carica a seconda del valore della tensione ai terminali della batteria. Questo è il tipo di controller più semplice ed economico, ma il modo in cui produce la carica è anche il più inaffidabile. Il fatto è che il controller spegne il circuito di ricarica quando viene raggiunto il limite di tensione ai terminali della batteria. Ma allo stesso tempo le lattine non sono completamente cariche. La carica massima raggiunta non è superiore al 90% del valore nominale. Questa costante mancanza di carica riduce notevolmente le prestazioni della batteria e la sua durata.

Caratteristica corrente-tensione del modulo solare

Secondo tipo di controller- Si tratta di dispositivi costruiti secondo il principio PWM (modulazione della larghezza dell'impulso). Si tratta di dispositivi più complessi in cui, oltre ai componenti circuitali discreti, sono presenti anche elementi microelettronici. I dispositivi basati su PWM (inglese - PWM) caricano le batterie per fasi, scegliendo le modalità di ricarica ottimali. Questa selezione viene effettuata automaticamente e dipende da quanto sono scariche le batterie. Il controller aumenta la tensione e allo stesso tempo diminuisce la corrente, garantendo così che la batteria sia completamente carica. Il grande svantaggio del controller PWM sono le perdite evidenti nella modalità di ricarica della batteria, fino al 40%.

Il terzo tipo sono i controller MPPT, cioè lavorando secondo il principio della ricerca del punto di massima potenza del modulo solare. Durante il funzionamento, dispositivi di questo tipo utilizzano la massima potenza disponibile per qualsiasi modalità di ricarica. Rispetto ad altri dispositivi di questo tipo forniscono circa il 25% - 30% in più di energia per caricare le batterie rispetto ad altri dispositivi.

La batteria viene caricata con una tensione inferiore rispetto ad altri tipi di controller, ma con una corrente maggiore. L'efficienza dei dispositivi MPPT raggiunge il 90% - 95%.

Il controller fatto in casa più semplice

Quando si crea un controller da soli, è necessario rispettare determinate condizioni. Innanzitutto, la tensione di ingresso massima deve essere uguale alla tensione della batteria senza carico. In secondo luogo, il rapporto deve essere mantenuto: 1,2P

Questo dispositivo è progettato per funzionare come parte di un impianto solare a bassa potenza. Il principio di funzionamento del controller è estremamente semplice. Quando la tensione ai terminali della batteria raggiunge il valore specificato, la carica si interrompe. Successivamente viene prodotta solo la cosiddetta carica di caduta.

Controller montato su PCB

Quando la tensione scende al di sotto del livello impostato, viene ripresa la fornitura di energia alle batterie. Se, durante il funzionamento di un carico in assenza di carica, la tensione della batteria è inferiore a 11 volt, il controller spegnerà il carico. Ciò impedisce che le batterie si scarichino quando non c'è il sole.

Controller analogico per sistemi ad elio a bassa potenza

I dispositivi analogici vengono utilizzati principalmente nei sistemi a elio a bassa potenza. Negli impianti potenti è consigliabile l'utilizzo di dispositivi seriali digitali del tipo MPPT. Questi controller interrompono la corrente di carica quando la batteria è completamente carica. Il circuito del controller analogico proposto utilizza una connessione parallela. Con questo collegamento il modulo solare è sempre collegato alla batteria tramite uno speciale diodo. Quando la tensione della batteria raggiunge un valore predeterminato, il controller, in parallelo con il modulo solare, accende un circuito di resistenza di carico, che assorbe l'energia in eccesso dal modulo.

Questo dispositivo è stato progettato e assemblato per un sistema specifico composto da un pannello solare a 36 celle, con una tensione di uscita a circuito aperto di 18 volt e una corrente di corto circuito fino a un ampere. La capacità della batteria è fino a 50 amperora, con una tensione nominale di 12 volt. Prima di includere il dispositivo assemblato nella configurazione di lavoro del sistema, è necessario configurarlo. Per una configurazione rapida, è necessario portare con sé una batteria precaricata. La batteria solare, rispettando la polarità, deve essere collegata ai terminali FV secondo lo schema, e la batteria – ai terminali IVA. È inoltre necessario collegare un voltmetro digitale ai terminali della batteria.

Ora, per ottenere il massimo dal pannello solare, è necessario orientarlo verso il sole. Successivamente, ruotare lentamente la vite di un resistore variabile da venti giri con un valore nominale di 100 kOhm. La vite viene ruotata finché il LED non inizia a lampeggiare. Dopo l'inizio del lampeggio, la vite deve continuare a girare lentamente finché il voltmetro non mostra la tensione desiderata sui terminali della batteria. Questo completa la configurazione del dispositivo.

Durante il funzionamento del sistema, quando la tensione ai terminali della batteria raggiunge un valore limite, il LED inizia ad emettere brevi impulsi luminosi a lunghi intervalli. Man mano che la batteria continua a caricarsi, la durata degli impulsi luminosi aumenta e l'intervallo tra loro, al contrario, diminuisce.

Naturalmente, se possiedi determinate conoscenze e abilità, puoi assemblare un dispositivo più complesso, ad esempio MPPT, ma se si tratta di acquistare apparecchiature costose per una centrale elettrica domestica, probabilmente ha senso acquistare un dispositivo industriale, che è coperto anche dalla garanzia del produttore. E non esporre le batterie al rischio di danni.

Il controller è un dispositivo elettronico responsabile del monitoraggio e della regolazione della carica della batteria. Diversi modelli differiscono per design e modalità operativa.

Tipi di controllori

Controllore di accensione/spegnimento

Il dispositivo più economico. Una caratteristica distintiva di questo tipo di dispositivo è che quando raggiunge Dopo aver raggiunto una certa tensione massima, il dispositivo disconnette il pannello solare dalle batterie e la ricarica viene sospesa. Questo tipo di controller viene utilizzato raramente, perché quando vengono utilizzati, le batterie non sono completamente cariche, il che ha un effetto negativo sul loro stato e, a lungo termine, porta al guasto completo. L'unico vantaggio di questo tipo è il suo basso costo.

PWM (PWM) – controller

Il funzionamento di questo tipo di dispositivo elettronico si basa sulla modulazione dell'ampiezza degli impulsi. Durante il funzionamento, un controller di questo tipo, dopo aver smesso di caricare la batteria, non spegne i pannelli solari, consentendo alla batteria di caricarsi completamente. Di norma, tali dispositivi vengono utilizzati in installazioni a bassa potenza, fino a 2,0 kW.

MPRT – controllore

Questi sono i dispositivi più costosi. Il funzionamento di dispositivi di questo tipo si basa sul controllo dei picchi che raggiungono il livello massimo di energia. Questo tipo di controller è più efficiente nell'uso e riduce il periodo di ammortamento degli impianti di energia solare.

Quali parametri del controller devono essere presi in considerazione

Per determinare i criteri per la scelta di un controller, è necessario formulare le funzioni che svolge, tra cui le seguenti:

• Assicurarsi che la batteria sia carica;
• Spegnimento della batteria quando è completamente carica in modalità automatica;
• Spegnimento del carico alla carica minima in modalità automatica;
• Collegamento dei carichi al ripristino della carica;
• Collegamento delle fotocellule durante la ricarica della batteria in modalità automatica.

Dopo aver deciso le funzioni di cui è responsabile il controller, possiamo formulare i parametri che devono essere presi in considerazione quando si sceglie un dispositivo.

I parametri principali sono due:

I moderni modelli di controller sono dotati di una varietà di meccanismi di protezione e della capacità di funzionare in diverse modalità. La presenza di tali elementi nella progettazione di un particolare dispositivo non influisce sui parametri principali nella scelta, ma stimola inoltre l'acquisto di un particolare modello.

Tali elementi di protezione includono:

• Protezione da inversione di polarità;
• Protezione degli ingressi contro i cortocircuiti;
• Protezione durante i carichi da cortocircuito;
• Protezione dal surriscaldamento;
• Protezione di ingresso contro carichi ad alta tensione;
• Protezione contro i fulmini;
• Schemi per prevenire la scarica notturna delle batterie;
• Fusibili elettronici.

Come scegliere un controller per la ricarica dei pannelli solari

Per selezionare il controller richiesto, è necessario decidere quali pannelli solari sono installati,
o pianificato per essere installato. Successivamente, è necessario calcolare la loro potenza, determinare per quale tensione operativa sono progettati e chiarire altri parametri del sistema in formazione.

Quindi studiano i parametri richiesti per il controller e li collegano alle caratteristiche del sistema in cui funzionerà il dispositivo. Una volta determinati i valori tecnici e soddisfatti i relativi requisiti, è necessario selezionare il paese e l'azienda del produttore del dispositivo e decidere da quale fascia di prezzo selezionare il controller. Decidi il luogo di acquisto e acquista il dispositivo selezionato.

Come realizzare un controller con le tue mani

Se hai conoscenze nel campo dell'elettronica e la capacità di utilizzare un saldatore, puoi realizzare tu stesso un regolatore di carica con materiali di scarto. Naturalmente questo sarà il tipo di controller più semplice, il cosiddetto tipo di controller “On/Off”.

Nel circuito sottostante, il segnale ricevuto dai pannelli solari viene generato utilizzando componenti elettronici. I transistor installati nel circuito controllano il funzionamento di quest'ultimo, i resistori regolano i parametri per la commutazione delle modalità operative e i microcircuiti fungono da amplificatore operazionale e controller dei parametri.

Sebbene sia chiaro dallo schema sopra riportato che non è difficile realizzare un tale elemento di sistema, inoltre, lo schema può sempre essere integrato e modificato, ma nonostante la sua ovvia semplicità, non è consigliabile utilizzare controller realizzati con mezzi improvvisati in per evitare conseguenze sfavorevoli, come la produzione di batterie da costruzione.

È possibile fare a meno di un controller per una batteria solare?

A volte, quando si sviluppa in modo indipendente una centrale solare, sorge la domanda: è possibile fare a meno di un controller? Per rispondere alla domanda posta è necessario ricordare il ruolo di questo dispositivo nel sistema di conversione dell'energia solare in energia elettrica. In breve, il controller controlla il processo di ricarica delle batterie.

In assenza di questo elemento del circuito di controllo, l'elettrolito nella batteria potrebbe bollire, il che a sua volta causerà danni alla batteria, il cui costo supera significativamente il costo del controller. Da ciò concludiamo che il funzionamento di un impianto solare in modalità automatica senza controller è inaccettabile.

L'unico caso in cui è possibile escludere il controller dal circuito di controllo è l'uso a breve termine dei pannelli solari. In questo caso viene installato un voltmetro nel circuito di carica delle batterie e nei momenti in cui la carica raggiunge valori di picco le batterie vengono spente manualmente. Superati i picchi di carico il circuito di carica, sempre in modalità manuale, viene messo in funzione.

Attualmente, un gran numero di aziende nazionali ed estere sono impegnate nella produzione di vari dispositivi elettronici. Il costo dei controller di vario tipo varia da 5,0 a 10,0 mila rubli, quindi non è necessario produrre da soli un dispositivo elettronico così complesso o escluderlo completamente dal circuito di controllo della centrale solare.

Avendo risparmiato un po ', puoi perderne di più se la batteria si guasta, inoltre, lavorare in modalità automatica, eseguita da un dispositivo realizzato da professionisti, consente di risparmiare tempo al proprietario, e nel mondo moderno, quando tutto scorre e avviene rapidamente, questo è un fattore importante. Ognuno però fa per sé una scelta individuale, per fortuna è una scelta, esiste sempre.

Attualmente stanno diventando sempre più diffusi i sistemi che non necessitano di collegamento alla rete elettrica. Il sistema comprende: un generatore di energia, un controller (PWM, MPPT, ad esempio Arduino), un relè, un inverter (trasforma la corrente) e cavi. Di seguito sono riportate varie opzioni per ottenere energia utilizzando fonti naturali e convertire la loro energia.

Regolatore di carica solare con display digitale Morningstar

Sistemi di fornitura energetica autonomi

Generatori eolici

Sono richiesti nelle zone con forti venti, altrimenti la loro redditività diminuisce notevolmente. Questi sistemi sono facili da utilizzare e mantenere.

Il principio di funzionamento dei generatori eolici è quello di convertire l'energia cinetica del vento in energia meccanica delle pale collegate al rotore, e quindi in energia elettrica.

• Il sistema è completamente autonomo, non è necessario alcun carburante.

• Design semplice che non richiede manutenzione costosa. La riparazione si riduce a un'ispezione preventiva.
• Per un funzionamento ininterrotto non è necessario arrestare il sistema. In assenza di vento, l’energia arriva ai consumatori dalle batterie.
• Il funzionamento silenzioso del sistema è ottenuto attraverso materiali avanzati e design di generatori eolici.

Per ottenere prestazioni ottimali è necessario che siano soddisfatte le seguenti condizioni:

• Vento costante. Prima dell'installazione, è necessario assicurarsi che non vi siano foreste e parchi nelle vicinanze, nonché indicatori della velocità e della forza dei flussi di vento.

Pannelli solari (batterie)

Rispetto ai generatori eolici, i pannelli solari hanno un processo produttivo più complesso e quindi il loro costo sarà più elevato. Ma tali sistemi sono tecnologicamente più avanzati per una serie di vantaggi:

• Proprio come i generatori eolici, i pannelli solari non necessitano di carburante e funzionano silenziosamente e senza interruzioni.

• Più durevole. Il tempo di funzionamento supera i generatori eolici di 10 anni.
• Energia cinetica più accessibile. La luce solare è più costante delle raffiche di vento.
• Zona di installazione. L’energia solare è molto più conveniente di quella eolica.
• Regolazione della potenza. I generatori eolici hanno una potenza fissa, ma i pannelli solari hanno la possibilità di impostare la potenza richiesta a seconda delle esigenze.

L’unico svantaggio dei pannelli solari è la durata della giornata a seconda del fuso orario. Ad esempio, nella regione di Murmansk, nel periodo dicembre-gennaio, i pannelli solari saranno inutilizzabili a causa dell'inizio della notte polare e della mancanza di luce solare.

Pannelli solari installati sul tetto di un edificio residenziale

Sistemi ibridi

Combinando generatori eolici e pannelli solari, otterremo un sistema in cui verranno compensate le carenze nella produzione di energia. La fonte principale è il generatore eolico, richiede minori costi di installazione ed è di più facile manutenzione. Come ulteriore fonte di energia vengono utilizzati i pannelli solari fotovoltaici. In caso di calma, assumeranno la funzione di generare elettricità.

Controllori

Uno dei componenti più importanti sono i regolatori di carica. Servono a monitorare e regolare la carica dei pannelli batteria.

È noto che la scarica completa e il sovraccarico influiscono sull'ulteriore funzionamento delle batterie. I pannelli delle batterie al piombo sono particolarmente sensibili. Il regolatore viene utilizzato per proteggere le batterie da questi carichi. Quando la batteria (batteria ricaricabile) è completamente carica tramite i controller, il livello di corrente verrà ridotto; quando la carica scende a valori critici, l'erogazione di energia verrà interrotta.

Tipi di controller

Esistono diversi tipi di regolatori: On/Off, PWM e MPPT.

Prima di selezionare un dispositivo, è necessario rispondere a due domande fondamentali:

• Qual è la tensione in ingresso?

Regolatore di carica automatico con regolatore MPPT per pannelli solari

Come con la maggior parte dei dispositivi, è richiesto un margine di sicurezza. La tensione massima del controller dovrebbe essere superiore del 20% rispetto alla tensione totale. Per determinare la riserva di corrente nominale è necessario aggiungere alla corrente di cortocircuito dei pannelli solari il 10–20%; questo valore dipende anche dal tipo di regolatore. Tali dati sono reperibili nelle schede tecniche dei titolari. Ad esempio, per il controller del pannello solare SOL4UCN2 (PWM), la tensione in uscita assume valori di 3 volt, 6 volt, 12 volt. È anche possibile selezionare controller con una tensione di uscita di 36 o 48 volt. Inoltre è necessario prevedere un inverter per convertire la corrente.

Accensione/spegnimento dei controller

Nella linea dei controller sono i più semplici e, di conseguenza, economici. Quando la carica della batteria raggiunge il limite, il controller interrompe la connessione tra il pannello solare e la batteria tramite un relè. In realtà la batteria non è completamente carica, il che influisce sulle ulteriori prestazioni della batteria. Pertanto, nonostante il costo contenuto, è meglio non utilizzare questo tipo di regolatore.

Regolatore On/Off per pannelli solari

Controller PWM (PWM).

Questo tipo di controller utilizza la tecnologia di modulazione dell'ampiezza dell'impulso. Il vantaggio è che la carica della batteria viene interrotta senza scollegare i moduli solari, il che consente di continuare a caricare la batteria al livello massimo. L'area di applicazione consigliata sono i sistemi a bassa potenza (fino a 48 volt).

MPRT – controllori

Il controller per il monitoraggio del punto di massima potenza è apparso negli anni '80. Questo tipo di controller è giustamente considerato il più efficace. Monitora il picco massimo di energia e abbassa la tensione ma aumenta la corrente senza modificare la potenza. Grazie all'elevata efficienza dei controller MRPT, riducono il periodo di ammortamento delle stazioni solari. Le tensioni di uscita vanno da 12 a 48 volt.

Controller fatti in casa

Certo, puoi creare tu stesso un controller. Serve come prototipo. Nel suo circuito, un relè viene utilizzato per commutare il segnale ricevuto dai generatori eolici o dai pannelli solari. Il relè è controllato da un circuito a soglia e da un interruttore a transistor ad effetto di campo. Resistenze trimmer regolano le soglie di cambio modalità.

Schema per creare un controller con le tue mani

Questo circuito utilizza 8 resistori come carico per utilizzare l'energia. Questo diagramma è iniziale; puoi semplificarlo tu stesso oppure puoi ricorrere all'aiuto di fonti affidabili. Nonostante l'evidente semplicità della struttura, non è consigliabile utilizzare controller fai-da-te per evitare conseguenze negative, come ad esempio danni alla batteria (con tensioni di 36–48 volt).

Un controller ibrido è un controller che utilizza l'energia eolica e solare. Il suo vantaggio è la possibilità di utilizzare due fonti di energia (generatore eolico o batteria solare) insieme o alternativamente. Indispensabile per la produzione autonoma.

Funzioni aggiuntive della batteria

Il progresso non si ferma e grazie ad esso è possibile selezionare individualmente un controller con le caratteristiche necessarie per ciascun consumatore. Il modello di controller può includere un display con informazioni su batteria, relè, pannelli solari, quantità di carica, tensione (volt), corrente. Potrebbe essere inoltre presente un sistema di avviso quando si avvicina la scarica e un timer per attivare la modalità notturna. Esistono controller che possono essere collegati a un computer.

Controller con la possibilità di connettersi a un computer I-Panda SMART 2

Piattaforma di controllo

Una delle migliori opzioni è la piattaforma Arduino. Ci sono molti vantaggi. Il vantaggio principale è l'accessibilità, poiché la shell del software è gratuita. I circuiti stampati sono disponibili gratuitamente. Grazie all'architettura aperta del sistema non ci saranno problemi con l'aggiunta alla linea. Questi controller supportano motori con tensioni fino a 12 volt; è possibile collegare un relè. Arduino produce anche altro hardware e software. Ad esempio, i microcontrollori che richiedono 5 volt o 3,3 volt per essere alimentati. Inoltre, i programmatori hanno accesso a funzionalità di porta speciali (PWM, ADC).

Molti miglioramenti possono essere fatti da soli. Ma nel 2008, l'azienda si è divisa in due parti, che hanno lasciato lo stesso nome, ma siti Web diversi (arduino.cc e arduino.org). Quando si scelgono i prodotti, è necessario prestare attenzione a questo, perché nonostante il passato comune, ora i prodotti Arduino sono diversi.

Un dispositivo che aiuta il segnale a compiere un giro di 1800, convertendo la corrente continua in corrente alternata. In questo caso, la frequenza e/o la tensione cambiano. Esistono numerosi circuiti inverter, i più comuni sono tre tipi.

Circuito inverter a ponte senza trasformatore

La prima tipologia sono gli inverter a ponte senza trasformatore, utilizzati per impianti con tensioni elevate (da 220 a 360 volt). Il secondo tipo comprende inverter con terminale zero del trasformatore, utilizzati in sistemi a bassa tensione (12-24 volt). E il terzo tipo sono gli inverter a ponte con trasformatore. Sono utilizzati per ampi intervalli di tensione di alimentazione (48 volt).

Paesi produttori

Sul mercato sono disponibili numerosi regolatori di carica con varie modifiche, che differiscono sia per prezzo che per qualità. Tra i controller di fabbricazione russa, le migliori opzioni sono i seguenti produttori: Emicon, Avtomatika-s, Aries. Queste aziende sono presenti sul mercato dei controller da molti anni e si sono dimostrate efficaci. Tra i controllori di fabbricazione estera, i leader sono considerati Allen-Bradley, MicroLogix (una filiale di Allen Bradley) e SLC 500. Il criterio principale per la scelta di questi produttori è un ampio ambito di applicazione, ovvero è possibile utilizzare i controllori di queste aziende in ambiti diversi e per scopi diversi.

Controllori di fabbricazione estera MicroLogix

Calcolo del sistema

Successivamente vengono valutate le prestazioni approssimative. Per fare ciò, è necessario calcolare l'attività solare minima e massima per il ciclo annuale. Questi valori dipenderanno anche dalla posizione geografica.

Le batterie ricaricabili vengono selezionate in base alla capacità operativa e alla corrente, a seconda delle esigenze del consumatore. Il collegamento delle batterie è possibile sia in serie che in parallelo. Per una maggiore affidabilità, si consiglia di utilizzare batterie della stessa capacità, preferibilmente prodotte in un unico lotto. Vengono utilizzate principalmente batterie al piombo, ma recentemente, a causa dei prezzi più bassi, le batterie agli ioni di litio stanno diventando competitive. La loro differenza sta nella maggiore capacità specifica, ma le batterie agli ioni di litio richiedono un caricatore speciale, molti regolatori semplicemente non sono adatti a loro.

Regolatore di carica solare MPPT Tracer 1215RN

Quando si utilizzano controller MPPT, è necessario considerare la corrente di uscita massima del controller, non la fonte primaria. I controller PWM non hanno questa funzionalità.

Un altro aspetto che richiede attenzione è la selezione di relè e cavi. La loro lunghezza dovrebbe essere minima per evitare ulteriori perdite. Naturalmente i fili vanno scelti a seconda delle esigenze, perché le loro caratteristiche dipendono dalla sezione del filo e dal materiale di cui sono realizzati. I cavi devono resistere alla tensione specificata compresa tra 12 e 48 volt. Inoltre, non trascurare il materiale isolante, influisce direttamente sulla conduttività termica dei fili.

Indipendentemente dal tipo di regolatore (PWM, MPRT o autocostruito), è necessario tenere conto dei parametri dell'intero sistema per un funzionamento più produttivo (inclusa la tensione da 12 a 48 volt). Ora la scelta dei modelli sul mercato è illimitata, ma non dovresti prendere il primo che incontri, devi familiarizzare attentamente con le caratteristiche, perché da questo dipende la durata e l'affidabilità dei restanti componenti.

Principio di funzionamento del regolatore di carica solare

Con la corretta selezione dei componenti del sistema, degli angoli di rotazione dei pannelli solari e della loro posizione geografica, è possibile creare un sistema di generazione di energia economico senza fonti di energia aggiuntive. Inoltre, puoi fare molto con le tue mani, acquistando solo le parti principali (ad esempio la piattaforma Arduino), senza richiedere spese aggiuntive.

Generatore eolico fai-da-te e controller per batteria solare

Generatore eolico e controller per batterie solari fai-da-te Attualmente stanno diventando sempre più popolari i sistemi che non richiedono il collegamento alla rete elettrica. IN

Energia a basso costo: batteria solare fai-da-te

L’energia solare sta rapidamente guadagnando popolarità nella società. La percentuale di interesse per i pannelli solari è in rapido aumento da parte dei proprietari di case di campagna, cottage e ville. I proprietari delle dacie, per le quali è necessaria anche l'energia solare a basso costo, non si fanno da parte.

L’opzione del pannello solare promette una significativa riduzione dei costi di manutenzione di qualsiasi proprietà. Le fatture per il pagamento del consumo di energia elettrica sono tradizionalmente incluse nel Guinness dei primati. E qui la corrente elettrica è praticamente gratuita.

Definizione di cella solare

Strutturalmente, una batteria solare è un circuito che converte un tipo di energia in un altro. In particolare, l'energia luminosa viene convertita in energia elettrica. Inoltre, il risultato della trasformazione è una corrente elettrica di grandezza costante.

Gli elementi attivi del design del pannello solare sono semiconduttori che hanno le proprietà della sintesi fotochimica. Ad esempio, il silicio (Si), il cui utilizzo ha segnato la prima ricerca nel campo della generazione di elettricità solare.

Il set più semplice di un pannello solare e una batteria per auto costituisce già la progettazione di un vero sistema energetico domestico

Al momento, il silicio non è più considerato un elemento chimico non alternativo, in base al quale ha senso costruire pannelli solari da pannelli, anche con le proprie mani.

Altri rappresentanti della tavola periodica sembrano ora più promettenti ed efficaci (dati sul rendimento energetico tra parentesi):

1. Arseniuro di gallio GaAs (cristallino 25,1).
2. Fosfito di indio InP (21,9).
3. Fosfato di indio con gallio + arseniuro di gallio + germanio GaInP + GaAs + Ge (32).

Un pannello solare dovrebbe essere visto attraverso gli occhi della persona media come un wafer semiconduttore (silicio, ecc.), ciascun lato del quale è un elettrodo positivo e uno negativo.

Sotto l'influenza della luce solare, a seguito della fotosintesi chimica, sugli elettrodi del pannello si formano potenziali elettrici. Sembrerebbe che tutto sia semplice. Non resta che collegare i fili al carico e utilizzare l'elettricità. Ma in realtà tutto è un po' diverso.

Efficienza dei pannelli solari

Raggiungere un elevato grado di efficienza utilizzando una batteria solare è estremamente problematico. Inoltre, quando la batteria solare viene realizzata a mano, si tenta di ottenere energia per il fabbisogno domestico di un'intera casa o per il fabbisogno economico di un cottage estivo.

Un'installazione domestica industriale di questo tipo genera 150 watt di potenza con una tensione di rete di 12 volt. È vero, la potenza dichiarata è garantita con un cielo solare completamente aperto

Per ottenere la massima efficienza da un generatore di energia solare, l'impedenza di carico deve essere continuamente determinata e adattata con precisione.

Non è possibile farlo senza l'uso di dispositivi elettronici tecnologicamente avanzati: i controller di controllo. Ma realizzare un controller del genere con le tue mani è un compito difficile.

Le fotocellule, sulla base delle quali è costruita la struttura dei pannelli solari, sono caratterizzate da instabilità della temperatura. La pratica applicativa indica un notevole calo delle prestazioni delle fotocellule a seguito dell'aumento della loro temperatura superficiale.

Ciò crea un altro compito, non meno difficile. La sua soluzione richiede l'utilizzo della luce solare, priva di calore. Fare qualcosa di simile in condizioni improvvisate sembra un’idea futile.

E altri svantaggi dell'energia alternativa:

• la necessità di aree significative per il posizionamento dei pannelli batteria;
• inattività dell'impianto al buio;
• la presenza di sostanze tossiche nei componenti della batteria (piombo, gallio, arsenico, ecc.);
• notevoli costi operativi.

Tuttavia, la produzione professionale di generatori di energia solare è in costante aumento. Sono già almeno cinque le aziende pronte a proporre moderne strutture per l'installazione, comprese quelle destinate agli immobili residenziali:

Energia solare fai da te a casa

La produzione indipendente di una batteria basata su pannelli solari, adatta alle esigenze delle abitazioni private, sembra essere un'impresa realistica solo nell'ambito di progetti modesti.

Ad esempio, creando una batteria solare con le tue mani per ricaricare una piccola batteria, la cui energia viene utilizzata per alimentare due o tre torce a bassa potenza (6-12 volt).

Per tali progetti vengono realizzate installazioni che producono una tensione non superiore a 20 volt con una corrente non superiore a 1 A. Consideriamo una delle possibili opzioni per creare una batteria solare con caratteristiche prestazionali simili.

Per realizzare il progetto avrai bisogno di:

1. Wafer di fotocellule al silicio.
2. Saldatore elettrico.
3. Stagno per saldatura.
4. Etanolo.
5. Colofonia di pino per saldatura.
6. Strumento dell'elettricista.
7. Componenti e moduli elettronici ausiliari.

Parti pronte per l'assemblaggio di un pannello solare domestico (campagna). Ciascuno degli elementi è una fonte individuale di energia. Hanno bisogno di essere uniti

Il modo più semplice per acquistare wafer di fotocellule (silicio) è già pronto, ad esempio su Aliexpress. Lì, modelli abbastanza adatti di diverse dimensioni vengono venduti a un prezzo accessibile.

Un elettricista che abbia familiarità con l'elettronica di solito ha uno strumento predefinito. Le apparecchiature ausiliarie richiederanno un regolatore di carica della batteria e un inverter.

Assemblare una batteria solare: istruzioni passo passo

L'assemblaggio passo passo di un generatore di pannelli solari è simile a questo:

1. Saldatura di piastre individuali con fotocellule in un'unica batteria solare.
2. Controllo del funzionamento della batteria assemblata con un dispositivo di misurazione.
3. Posa dei pannelli all'interno della struttura protettiva.
4. Collegamento della batteria assemblata tramite il regolatore di carica alla batteria.
5. Convertire l'energia della batteria nella tensione richiesta.

La saldatura dei singoli pannelli in un'unica batteria è un lavoro scrupoloso che richiede abilità e attenzione nella saldatura. La complessità delle azioni per l'assemblatore è dovuta alla fragile struttura dei wafer di silicio.

La saldatura sulle piastre viene eseguita accuratamente con un saldatore di adeguata potenza, avendo precedentemente affilato la punta con un angolo di 45 gradi, utilizzando lega per saldatura di alta qualità

Le aree di saldatura devono essere pretrattate con alcol etilico. Si consiglia di saldare con un uso minimo di colofonia e stagno.

Dopo aver completato la saldatura, è necessario verificare la funzionalità della struttura. Questa procedura viene eseguita nel modo consueto, utilizzando un dispositivo di misurazione: un tester (puntatore, elettronico).

Controllo delle prestazioni di una batteria solare fai-da-te utilizzando uno strumento digitale convenzionale per misurare tensione, corrente, resistenza

Sui conduttori di uscita, la tensione e la corrente di uscita vengono misurate in condizioni di illuminazione massima e minima della tela. Con la saldatura di alta qualità di tutte le piastre e senza difetti, il risultato è generalmente positivo.

Regolatore di carica della batteria

Un impianto di energia solare diventerà più affidabile e sicuro se nel suo circuito è incluso un regolatore di carica (scarica) della batteria. Questo dispositivo può essere acquistato già pronto.

Ma se hai un talento per l'elettronica e un desiderio di perfezione, non è difficile realizzare da solo un controller di carica. Per riferimento, puoi chiarire: sono stati sviluppati due tipi di tali dispositivi:

1. PWM (modulazione della larghezza dell'impulso).
2. MPPT (Tracciamento del punto di massima potenza).

Se tradotto in russo, il primo tipo di dispositivo funziona secondo i principi della modulazione dell'ampiezza dell'impulso. Il secondo tipo di dispositivo è progettato per calcolare il cosiddetto punto di massima potenza.

In ogni caso, entrambi i circuiti sono assemblati su una base di elementi classici, con l'unica differenza che i secondi dispositivi hanno progetti circuitali più complessi. I regolatori di carica sono inclusi nel sistema come segue:

Schema a blocchi classico di accensione di un regolatore di carica: 1 - pannello solare; 2 - regolatore di carica/scarica batteria; 3 - batteria; 4 - inverter di tensione 12/220V; 5 - caricare la lampada

Il compito principale del regolatore di carica della batteria di un impianto solare è monitorare il livello di tensione ai terminali della batteria. Prevenire che la tensione oltrepassi i limiti quando le condizioni operative della batteria vengono violate.

Grazie alla presenza del controller, la durata della batteria rimane stabile. Naturalmente, oltre a questo, il dispositivo monitora la temperatura e altri parametri, garantendo la sicurezza della batteria e dell'intero sistema.

Per assemblare un controller MPPT con le tue mani, puoi prendere molte soluzioni circuitali. Non ci sono problemi per trovare i circuiti, basta fare una richiesta corrispondente nel motore di ricerca.

Ad esempio, è possibile assemblare un controller in base a questo schema a blocchi, a prima vista semplice:

Sulla base di questo diagramma a blocchi, viene assemblato un dispositivo di monitoraggio della carica della batteria abbastanza efficace e affidabile utilizzando la tecnologia MPPT

Tuttavia, per scopi domestici, un semplice controller PWM è abbastanza sufficiente, poiché le centrali elettriche domestiche, di norma, non utilizzano enormi pannelli solari. Una caratteristica dei controller del tipo MPPT è che funzionano con pannelli ad alta potenza.

A basse potenze non giustificano la complessità circuitale. Per l'utente, l'acquisto di tali dispositivi comporta spese inutili. Pertanto, è logico consigliare un semplice dispositivo PWM per uso domestico, assemblato da soli, ad esempio, secondo questo schema:

Diagramma schematico di un semplice controller PWM per un impianto solare domestico. Funziona con l'uscita del pannello da 17 volt e la normale batteria dell'auto

Batteria solare: circuito inverter

L'energia ricevuta dal sole viene accumulata. A casa, per immagazzinare energia viene solitamente utilizzata una batteria per auto standard (o più batterie).

La tensione e la corrente della batteria sono abbastanza sufficienti per alimentare elettrodomestici a bassa potenza progettati per una tensione di 12 (24) volt. Tuttavia, questa opzione non è sempre adatta.

Pertanto, oltre alla struttura assemblata, è collegato un inverter, un dispositivo che converte la tensione della batteria in una tensione alternata di 127/220 volt, adatta per alimentare elettrodomestici o elettrodomestici.

Trovare un circuito inverter adatto non è difficile. Ci sono molte idee su questo argomento. Tradizionalmente, il circuito dell'inverter comprende i seguenti componenti:

• pannello solare a semiconduttore,
• circuito integrato tipo SG3524 (regolatore di carica),
• batteria,
• circuito integrato per il controllo dei transistor MOS,
• MOSFET di potenza,
• trasformatore.

Lo schema a blocchi del regolatore abbinato ad un inverter è simile a questo:

Schema a blocchi di un regolatore di tensione della batteria in associazione con un inverter-convertitore di tensione per un impianto di energia solare

Struttura protettiva del pannello solare

Una batteria solare assemblata con fragili wafer di silicio deve essere inoltre protetta dagli influssi esterni. La custodia protettiva è realizzata in materiale trasparente facile da pulire.

Gli angoli del telaio in poliuretano o alluminio e il vetro organico trasparente sono perfetti. Non ha senso spiegare la complessità dell'assemblaggio dell'involucro protettivo. Questo è un assemblaggio semplice, assemblato con le tue mani utilizzando una serie di strumenti domestici.

Secondo me i pannelli solari sono il futuro, ma al momento non sono ancora abbastanza “pronti” per un utilizzo di massa, sono come i primi computer che occupavano molto spazio e non erano efficaci come altri, anche i più lo smartphone economico è ora. Pertanto, ci vuole tempo per "adattare" questo sistema di alimentazione alla produzione di massa in modo che non occupi troppo spazio e funzioni anche di notte.

Usare energie alternative è una buona idea, insieme ai generatori eolici e termoelettrici. È rispettoso dell'ambiente. Una tale centrale elettrica si ripaga in 1-2 anni. Quando l'elettricità si interrompe, è del tutto possibile trovare un sostituto sotto forma di tale dispositivo.

L'energia alternativa è il futuro, qualunque cosa si possa dire, il pianeta finirà presto i carboidrati e non ci saranno più compagnie petrolifere e così via, quindi è ora di iniziare a passare all'energia alternativa, anche se è ancora costosa, ma alla fine risparmierai comunque nel tempo!

In Europa l’utilizzo dell’energia solare per produrre energia elettrica è noto da diversi decenni. L’esempio più famoso è Israele, dove esiste un programma governativo. Lo Stato fornisce a tutti pannelli solari, la cui energia viene utilizzata non solo per i bisogni personali, ma viene anche venduta allo Stato. Il costo delle attrezzature e dei lavori di installazione viene calcolato in rate uguali o rimborsato con l'energia fornita.

Nell'articolo manca un punto importante, vale a dire i calcoli finanziari. Quanto costerà questa installazione?

Un tempo ho calcolato il costo di una "centrale solare" con tutta l'attrezzatura necessaria: un inverter (che converte la corrente continua in corrente alternata, che fa funzionare la maggior parte degli elettrodomestici), un numero sufficiente di batterie, ecc. Tutti i componenti sono prodotti esclusivamente a livello nazionale (altri sono molte volte più costosi).

Quindi il progetto non dà i suoi frutti. Dalla parola assolutamente. La durata della batteria è di circa 10 anni. Per l'acquisto e l'installazione delle apparecchiature dovrai pagare lo stesso importo che per 15 (!) anni di utilizzo dell'elettricità (anche tenendo conto dell'aumento del costo di un kWh del 15% ogni sei mesi).

Energia a basso costo: batteria solare fai-da-te

Batteria solare per le esigenze di una casa privata o di campagna. Realizzare una batteria solare con le tue mani: progetti reali e reali

Come scegliere un controller per pannelli solari? Controller per batteria solare fai-da-te

La transizione verso le fonti energetiche alternative è in corso ormai da diversi anni, interessando diversi ambiti. Sebbene il concetto di generazione di energia gratuita sia attraente, non è facile da implementare nella pratica. Sorgono difficoltà sia tecniche che finanziarie. Tuttavia, nel caso di progetti su piccola scala, l'approvvigionamento energetico alternativo è giustificato. Ad esempio, un controller per batterie solari consente di utilizzare energia gratuita per gli elettrodomestici anche a casa. Questo componente regola il funzionamento della batteria, consentendo un utilizzo ottimale della carica generata.

Quali parametri del controller devono essere presi in considerazione?

Prima di tutto, dovresti procedere dalla potenza totale e dalla tensione di ingresso del sistema per il quale è selezionato il controller. Cioè, la potenza della batteria o del complesso di batterie non deve superare il prodotto della tensione del sistema e della corrente di uscita del dispositivo di controllo. Inoltre, il controller della batteria solare viene selezionato in base alla tensione della batteria scarica. Inoltre, in caso di aumento dell'attività solare, dovrebbe essere prevista una riserva di tensione del 20%.

Il controller viene calcolato anche in termini di rispetto della tensione di ingresso. Questo valore è strettamente regolamentato per gli stessi casi di attività anomala delle radiazioni. Sul mercato il controller per una batteria solare è presentato in diverse tipologie, ognuna delle quali richiede una propria valutazione specifica delle caratteristiche descritte.

Caratteristiche della scelta dei controller PWM

La scelta di questo tipo di dispositivo di controllo ha un approccio semplice: il futuro utente deve solo determinare gli indicatori ottimali di corrente di cortocircuito nel modulo utilizzato. Dovrebbe essere previsto anche un certo margine. Se ad esempio un generatore solare da 100 W funziona stabilmente con una corrente di cortocircuito di 6,7 A, il controller dovrebbe avere una corrente nominale di circa 7,5 A.

A volte viene presa in considerazione anche la corrente di scarica. È particolarmente importante tenerne conto quando si utilizzano regolatori con funzione di controllo del carico. In questo caso, la scelta del controller per una batteria solare viene effettuata in modo tale che la corrente di scarica non superi lo stesso valore nominale nel dispositivo di controllo.

Caratteristiche della scelta dei controller MPPT

Questo tipo di controller viene selezionato in base al criterio di potenza. Quindi, se la corrente massima del dispositivo è di 50 A e il sistema funziona in modo ottimale con una tensione di 48 V, la potenza di picco del controller sarà di circa 2900 W, tenendo conto dell'aggiunta del potenziale assicurativo. E qui è importante un altro aspetto. Il fatto è che la tensione dei generatori solari può diminuire quando vengono scaricati. Di conseguenza, la potenza potrebbe diminuire di una frazione percentuale significativa. Ma questo non significa che si possano tenere conto delle prestazioni del controller stesso: il suo potenziale di potenza dovrebbe coprire esattamente i valori massimi.

Inoltre, quando si sceglie un controller per pannelli solari MPPT, è necessario tenere conto anche delle caratteristiche della radiazione emessa. Sulla superficie della terra, l’intensità della luce solare aggiunge un altro 20% alla capacità dell’infrastruttura della batteria. Tali fenomeni non possono essere definiti una regola, ma anche come un incidente dovrebbero essere inclusi nel calcolo del potere del controllore.

Come realizzare un controller da solo?

Una versione tipica di un controller fatto in casa prevede l'uso di un insieme modesto di elementi. Tra questi ci sarà un transistor in grado di resistere a correnti fino a 49 A, un regolatore a relè di un'auto, un resistore da 120 kOhm e un elemento a diodi. Successivamente, il relè viene collegato alla batteria, quindi il filo passa attraverso il resistore al gate del transistor. Durante il funzionamento del relè-regolatore, il segnale positivo dovrebbe sbloccare il cancello e la corrente proveniente dal modulo luce solare passerà attraverso i piedini del transistor nella batteria.

Se stai realizzando un controller universale per una batteria solare con le tue mani, con l'aspettativa di escludere il consumo spontaneo dell'energia accumulata, sarà obbligatoria l'integrazione di un diodo nel sistema. Di notte creerà l'illuminazione per il pannello solare, eliminando il consumo energetico aggiuntivo da parte del modulo.

È possibile fare a meno di un controller per pannelli solari?

Prima di rispondere a questa domanda, è necessario ricordare qual è la funzione generale del controller come parte del modulo solare. Con il suo aiuto, il proprietario può controllare autonomamente il processo di ricarica della batteria utilizzando l'energia luminosa. Se non è presente un controller, il processo di riempimento con energia può avvenire fino a quando l'elettrolito non bolle. Cioè, è assolutamente impossibile fare a meno di un mezzo per controllare l'interazione tra il pannello solare e la batteria. Un'altra cosa è che il controller della batteria solare può essere sostituito con un voltmetro. Se vengono rilevati valori di picco di carica e tensione, l'utente può interrompere autonomamente il processo scollegando il pacco batteria. Questo approccio, ovviamente, è scomodo rispetto al controllo automatico, ma in caso di utilizzo raro del sistema può giustificarsi.

Conclusione

Molte aziende oggi producono controller solari e altri componenti per questi tipi di moduli. Questo segmento non è più considerato separato e specifico. Sul mercato tali componenti possono essere acquistati per 10-15 mila rubli e sono di buona qualità. Naturalmente, un controller fatto in casa per una batteria solare che utilizza resistori economici e parti elettriche automobilistiche costerà molte volte meno, ma difficilmente potrà garantire il giusto livello di affidabilità. E la questione della stabilità operativa e della sicurezza è particolarmente importante nel funzionamento dei pannelli solari, per non parlare della batteria. Se il modulo solare è dotato con successo di un controller di alta qualità, il proprietario può contare sull'accumulo automatico di elettricità senza la necessità di intervenire nel processo di generazione.

Come scegliere un controller per pannelli solari? Controller per batteria solare fai-da-te

L'articolo è dedicato ai controller per pannelli solari. Vengono prese in considerazione le sfumature della scelta di questo dispositivo, nonché le raccomandazioni per la sua produzione indipendente.

Regolatore di carica fai da te per una batteria solare

Per immagazzinare l'energia ottenuta dai generatori eolici e dai pannelli solari, vengono utilizzate batterie ricaricabili (il più delle volte 12V). Quando la batteria è carica, il regolatore di carica commuta la fonte di alimentazione dalla batteria al carico zavorrato. Tutto il materiale presentato di seguito è una traduzione libera della pagina inglese di Mike Davis sul nuovo e migliorato controller di carica progettato sul timer della serie 555. Questo progetto ha vinto il primo posto nel concorso Utility (Categoria 555 Design Contest)!

Regolatore di carica fai da te per batteria solare

Mike Davis racconta.

Nuovo circuito regolatore di carica della batteria

Un controller di carica della batteria è parte integrante di qualsiasi sistema di energia eolica o solare. Monitora la tensione della batteria, spegne le batterie quando sono completamente cariche (la carica va al carico equivalente - zavorra) e le collega quando raggiungono un livello di scarica preimpostato. Si tratta di un'implementazione nuova e migliorata del regolatore di carica basata sul chip digitale della serie 555.

L'implementazione iniziale del controller di carica è stata utilizzata sul campo per molti anni e molte persone in tutto il mondo l'hanno replicata (questa versione del controller può essere trovata sulla pagina del generatore eolico fatto in casa).

Il problema è che è difficile per le persone senza esperienza con l'elettronica realizzarlo e farlo funzionare (il circuito è piuttosto complesso e confuso per i principianti di elettronica, e c'erano anche problemi a trovare le parti necessarie). Mi sono quindi posto l'obiettivo di semplificare notevolmente il circuito del regolatore di carica, realizzandolo, se possibile, su un unico chip e riducendo il numero di altri componenti. Uno dei miei amici mi ha suggerito di sostituire tutti i circuiti analogici con un microcontrollore. Tuttavia, questo sarebbe troppo difficile per coloro che desiderano realizzare un tale regolatore di carica.

Ecco il mio circuito originale del regolatore di carica (schema elettrico al 100%). Il cuore del circuito del regolatore di carica è costituito da un partitore di tensione, due comparatori e un flip-flop SR. Per prima cosa volevo decodificarlo con un IC comparatore Quad LM339. Ho provato a realizzare questa idea per un po' di tempo e ho anche realizzato diverse versioni di prova, ma sono sorti alcuni problemi, a seguito dei quali ho posticipato il progetto per un po' e ho lavorato su altre cose.

Schema a blocchi del timer NE555. Durante questo periodo stavo lavorando su un controller del motore della pompa PWM in cui il controller di velocità utilizza un timer IC serie 555. Osservando un disegno della struttura interna del chip della serie 555, sono rimasto colpito da quanto somigliasse al mio circuito originale del regolatore di carica. All'improvviso mi sono reso conto che utilizzando un chip della serie 555 avrei potuto ricostruire il circuito del regolatore di carica, semplificarlo notevolmente e ridurre il numero di parti.

Il mio circuito originale del regolatore di carica con sezioni dedicate.

Schema a blocchi del chip timer NE555.

Confronta questi diagrammi e vedrai anche le somiglianze tra il mio circuito del regolatore di carica originale e il diagramma a blocchi del timer NE555. I rettangoli colorati rappresentano sezioni simili. Il timer serie 555 può sostituire 7 componenti del circuito originale e semplificarlo notevolmente. Questo è un uso molto non convenzionale del chip 555, poiché non lo userò affatto come timer.

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Produzione e test di un controller di carica della batteria aggiornato

Mi sono messo al lavoro e in brevissimo tempo ho realizzato un layout funzionante. Ha funzionato al primo tentativo, cosa rara per me (commetto quasi sempre degli errori durante l'implementazione).

Ecco uno schema del nuovo regolatore di carica (diagramma a grandezza naturale).

Ho usato solo componenti comuni. Il NE555 è probabilmente il circuito integrato più popolare nella storia dell'elettronica. Ne venivano prodotti miliardi ogni anno. Il transistor potrebbe essere 2N2222, NTE123, 2N3904 o altro simile per uso generale (transistor NPN di piccole dimensioni). Il MOSFET è IRF540 o simile. Mi erano rimasti molti IRF540 da altri progetti, quindi ne ho usato uno invece di acquistarne un altro. Usa quello che puoi trovare.

Tutti i resistori sono da 1/8 W. Se non si dispone di resistori da 1/8 Watt, è possibile sostituire resistori da 1/4 Watt o superiori. Ho usato due resistori regolabili, R1 e R2 (resistori variabili di precisione da 10K), perché li avevo già a portata di mano. Qualsiasi valutazione compresa tra 10K e 100K dovrebbe funzionare correttamente, una tolleranza del 10% è sufficiente per tutti i componenti passivi. Il circuito non richiede parti di precisione.

Aggiornamento. Ho modificato il circuito sopra aggiungendo ulteriori resistori R8 e R9. Questi resistori da 330 ohm non sono necessari per il funzionamento del circuito, ma aiutano a proteggerlo da cortocircuiti accidentali (come quando vengono premuti i pulsanti). Il design iniziale era intenzionalmente minimalista.

Relè. Ho usato relè automobilistici con potenza nominale di 40 A. Sono molto facili da trovare. Ho incluso un relè per una facile connessione. 40 A possono sembrare un extra, ma consentiranno un'espansione futura. Puoi iniziare con un piccolo pannello solare e poi aggiungerne diversi, successivamente una turbina eolica e un banco di batterie più grande. Tutte le altre parti sono elencate di seguito.

Elenco delle parti del controller di carica

IC1 - 7805 - Regolatore di tensione 5 Volt

R3, R4, R5 - 1K Ohm 1/8 W 10%

IC2 - NE555 - temporizzatore

R6 - 330 Ohm 1/8 W 10%

PB1, PB2 - Contatto Pulsanti senza fissaggio

R7 - 100 Ohm 1/8 W 10%

LED1 - LED verde

Q1 - 2N2222 o transistor NPN simile

LED2 - LED giallo

Q2 - IRF540 o MOSFET di potenza simile

RLY1 – Relè automobilistici SPDT da 40 A

C1-0,33 uF 35 V 10%

D1 - 1N4001 o simile

C2 - 0,1 µF 35 V 10%

R1, R2 - 10K - potenziometri multigiro

R8 -R9 - resistenze aggiuntive 330 Ohm 1/2 W (vedi testo)

Disposizione di lavoro. Il prototipo per i test sul campo ha funzionato la prima volta.

Da notare che ho scelto di utilizzare la versione 78L05 del regolatore da 5 Volt in un piccolo package TO-92, delle stesse dimensioni del transistor 2N2222. È il piccolo rettangolo nero nell'angolo in alto a sinistra del tabellone. Questa soluzione consente di risparmiare molto spazio sulla scheda e consente di gestire solo 100 mA, ma sono sufficienti per alimentare questo circuito. Se non riesci a trovare il 78L05, puoi utilizzare la versione TO-220 del 7805, che è molto più comune (questo aumenterà leggermente la scheda).

Se hai realizzato un circuito, è ora di configurarlo. Utilizzo 11,9 V e 14,9 V come limiti di tensione inferiore e superiore per il controller. Questi sono i punti in cui si passa dalla carica delle batterie allo scarico del carico equivalente e viceversa (il carico equivalente è necessario se si utilizza una turbina eolica, quando si lavora solo con pannelli solari, la linea di carico equivalente può rimanere aperta).

Probabilmente il modo migliore per impostare il circuito è collegare una fonte di alimentazione CC ai terminali della batteria. Impostare l'alimentazione su 11,9 V. Misurare la tensione al punto di prova 1. Regolare la tensione R1 al punto di prova, avvicinandola il più possibile a 1,667 V. Ora impostalo su 14,9 V e misura la tensione al punto di prova 2, regola R2 finché la tensione al punto di prova non è il più vicino possibile a 3,333 V.

Controllare il funzionamento del regolatore di carica applicando una tensione leggermente superiore e inferiore all'ingresso (tra 11,7 e 15,1 Volt). Dovresti sentire il relè chiudersi a circa 14,9 volt e aprirsi a circa 11,9 volt. I pulsanti PB1, PB2 possono essere utilizzati per modificare lo stato del controller quando la tensione di ingresso è compresa tra due set point.

Controller di carica pronto. Una volta configurato il controller, l'ho installato in una custodia semi-resistente alle intemperie. Il relè è sul lato sinistro. Per il cablaggio ho utilizzato cavi ad alta corrente (progettati per gestire fino a 40 A). Ho incluso anche un fusibile per la linea di ingresso solare/eolica.

Ecco un'altra foto del regolatore di carica con coperchio. Quello che mi piace è che posso vedere i LED attraverso la copertura traslucida e a prima vista è chiaro in quale stato si trova il regolatore di carica (utile per testare).

Questa foto mostra tutte le connessioni all'esterno del controller: c'è una connessione per il positivo della batteria, un ingresso positivo dal pannello solare o dal generatore eolico, più un carico equivalente aggiuntivo (zavorra) e tre connessioni a terra.

Quando si collega il regolatore di carica, è necessario collegare prima la batteria (in questo modo l'elettronica può rilasciare l'energia che riceve). Se i pannelli solari o il generatore eolico vengono collegati per primi, il controller sarà in uno stato instabile.

Dovrei parlare del carico equivalente (zavorra): quando il regolatore di carica rileva che le batterie (batteria) sono completamente cariche, passa al carico equivalente (solo un grande banco esterno di resistori con un'elevata potenza nominale) per selezionare il vento potenza del generatore e mantenerlo sotto carico. Se si utilizza una turbina eolica prodotta commercialmente con protezione integrata o si utilizzano solo pannelli solari, il carico equivalente non è necessario e si può lasciare questa linea non collegata. Puoi leggere ulteriori informazioni sul carico equivalente (zavorra) sulla mia pagina delle turbine eoliche.

Ecco un'altra vista laterale dei pulsanti di carica e zavorra. Il regolatore di carica passa automaticamente dalla carica al ballast quando la tensione della batteria raggiunge i limiti basso e alto. Questi pulsanti mi consentono di commutare manualmente il regolatore di carica tra due stati.

Ecco una foto del test del nuovo controller di carica. Uno dei miei pannelli solari da 60 watt fatti in casa è stato installato fuori dal mio laboratorio e utilizzato per caricare le batterie a ciclo profondo utilizzando un nuovo controller di carica. Tutto ha funzionato alla grande. Il regolatore di carica, quando la batteria era completamente carica, passava al ballast.

Ecco una foto ravvicinata del test. Il voltmetro mostra 12,64 volt sulla batteria, che è sostanzialmente completamente carica. Il pannello solare ha impiegato solo poco tempo per completare la ricarica e il regolatore di carica è passato alla zavorra. L'unico problema che ho avuto durante i test è stato che era difficile vedere quale dei LED fosse acceso in pieno sole.

Schema di un tipico sistema di pannelli solari e turbine eoliche (diagramma a grandezza naturale). È possibile collegare più pannelli solari e/o turbine eoliche contemporaneamente. Le sorgenti di corrente possono essere collegate in parallelo. Ogni pannello solare o generatore eolico deve avere il proprio diodo di blocco. Ecco uno schema di un tipico sistema con una turbina eolica e due pannelli solari che alimentano il regolatore di carica. In genere, nel sistema è incluso un convertitore CA per fornire alimentazione CA al carico.

Le persone mi scrivono e mi chiedono perché sono necessari un controller di carica e una batteria. Perché non collegare semplicemente i pannelli solari o una turbina eolica direttamente all'inverter e utilizzare la corrente da essi prodotta? Ebbene, il fatto è che non sempre splende il sole e non sempre soffia il vento, ma le persone hanno bisogno di energia in ogni momento. Le batterie lo mantengono disponibile per l'uso quando necessario.

Aggiornamento. Il mio amico Jason Markham ha creato un layout PCB per questo progetto.

Aggiornamento. Mi chiedono se questo regolatore di carica può essere utilizzato con sistemi a 24 Volt e quali modifiche sarebbero necessarie per farlo. Il circuito dovrebbe funzionare correttamente su sistemi a 24 volt. Il relè dovrà essere sostituito per la tensione della bobina da 24 V e il controller dovrà essere ricalibrato per i nuovi limiti alto e basso per la tensione della batteria più elevata. Il regolatore di tensione 7805 è progettato per funzionare in modalità fino a 35 volt di tensione in ingresso, quindi non sono necessarie altre modifiche al circuito.

Aggiornamento. Nel tentativo di creare un sistema di energia solare compatto, ordinato e portatile, ho montato un controller di carica sopra il pacco batteria. Ho anche installato un inverter di corrente sulla scatola: una scatola di batterie di potenza industriale.

Ecco un'altra foto dell'installazione. Qui è incluso un accendisigari per alimentare il carico a 12V. È un sistema di energia solare completo in un unico pacchetto piccolo (ma pesante), devi solo collegare il pannello solare.

Il regolatore di carica è installato su un nuovo pacco batteria. Ho ricevuto la mia vecchia batteria quasi gratis, ma era molto pesante e ingombrante. Alla fine ho acquistato una batteria grande delle stesse dimensioni e peso di una batteria per auto (è un design a ciclo profondo), è perfetta per i sistemi solari/eolici. Ha circa la stessa potenza della mia vecchia batteria, ma è molto più piccola e leggera. Costa circa $ 200, ma la mia schiena ti ringrazierà per sempre, non dovendo più prendere in mano la vecchia batteria di 14 batterie.

Aggiornamento. Il design di questo controller di carica della serie 555 ha vinto il primo posto nel concorso di design Utility 555. Yahoooooo!

Regolatore di carica fai da te per una batteria solare

Regolatore di carica fai-da-te per una batteria solare Per immagazzinare l'energia ottenuta dai generatori eolici e dai pannelli solari, vengono utilizzate batterie ricaricabili (il più delle volte 12V). Quando

IL regolatore di carica solare Progettato per caricare una batteria al piombo da un pannello solare. Questo circuito è adatto per pannelli solari con una potenza di 15 watt e superiore e contiene un indicatore luminoso del processo di funzionamento del controller.

La batteria solare è una fonte continua di tensione fornita all'ingresso del controller e una batteria è collegata all'uscita del controller. Di conseguenza, la batteria non si sovraccarica e la sua durata viene prolungata di conseguenza.

Descrizione del funzionamento del regolatore di carica della batteria solare

La tensione del pannello solare passa prima attraverso il diodo D6 (preferibilmente un diodo Schottky), che impedisce alla batteria di scaricarsi nuovamente attraverso il pannello quando il sole non splende. Dopo il diodo D6 arriva un classico regolatore lineare basato su LM317. La tensione di uscita del regolatore è determinata dal rapporto tra le resistenze dei resistori R20 e R1.

La tensione di uscita dovrebbe essere di circa 13,6...13,8 volt. Il valore esatto può essere impostato selezionando la resistenza R19, il cui valore è determinato sperimentalmente. In questo caso particolare la sua resistenza (R19) era di 390K, quindi questo valore può essere preso come punto di partenza.

Il diodo D5 è protettivo. Dopo lo stabilizzatore LM317 è presente un circuito di indicazione luminosa composto da tre LED (D2, D3, D4). Il LED D2 si accende indicando che la batteria è completamente carica (tensione 13 volt).

Il LED D3 viene utilizzato per indicare la tensione sul pannello solare (15,5 volt). L'ultimo LED D4 indica il processo di ricarica della batteria. Per attivare l'indicazione viene selezionato un valore di soglia di 50 mA.

Per far funzionare il LED D3, viene utilizzato un comparatore sull'amplificatore operazionale LM339, che confronta la tensione dall'uscita del pannello solare con la tensione di riferimento ottenuta utilizzando il diodo zener D1. Per risparmiare la carica della batteria, i LED sono alimentati direttamente dal pannello solare tramite uno stabilizzatore 78L12.

Configurazione di un regolatore di carica della batteria solare

Dopo aver installato i componenti e verificato la presenza di errori, è necessario collegare all'ingresso un alimentatore regolato (al posto del pannello solare) e applicare prima una tensione di 17...20 volt. Modificando la resistenza del resistore R19, è necessario impostare la tensione di uscita dello stabilizzatore nell'intervallo 13,6...13,8 volt. Successivamente, è necessario selezionare la tensione di ingresso dall'alimentatore a circa 13,1 volt e utilizzare il resistore di regolazione R18 per garantire che il LED D2 si accenda. Quando la tensione di alimentazione scende sotto i 13 volt il LED D2 deve spegnersi.

Successivamente impostiamo la tensione di ingresso a 15,5 volt e, ruotando il regolatore R4, assicuriamoci che il LED D3 si accenda. Per impostare l'indicazione di carica è necessaria una batteria. Collegatelo al controller tramite un amperometro, e impostate la tensione sull'alimentatore in modo che la batteria venga caricata con una corrente di circa 50 mA. Successivamente, impostare la resistenza R14 in modo che D4 si accenda. Quando la corrente scende sotto i 40mA, il LED D4 dovrebbe spegnersi. Il consumo proprio del controller (dalla batteria) è di circa 9-10 mA, un valore insignificante quando si utilizza una batteria al piombo.

http://www.pctun.czechian.net/solarko/solarko.html

Nel 21° secolo non è più un segreto per nessuno che l'energia del sole possa essere trasformata in corrente elettrica. Questa trasformazione è ottenuta utilizzando attrezzature speciali -. Ma non tutti sanno come e in quali settori possono essere utilizzati i pannelli solari.

Innanzitutto va detto che questa apparecchiatura può essere utilizzata sia in sistemi autonomi che in rete. Cioè è diffuso in molti ambiti, tra cui:

• industria agricola;
• telecomunicazioni;
• sistemi di navigazione;
• illuminazione notturna della segnaletica stradale;
• impianti di illuminazione stradale, ecc.

Ma l’uso degli impianti fotovoltaici può presentare una bassa efficienza se non è coinvolto un regolatore di carica per fornire il controllo del processo. Questo dispositivo può fungere da unità separata o essere montato su inverter o gruppi di continuità. Esistono diversi tipi di controller di carica per batterie solari: PWM e MPRT.

controllori MPRT

Tali controller sono dotati di un'importante caratteristica funzionale: la ricerca del punto di massima potenza. L'energia elettrica generata dalle batterie dovrebbe essere utilizzata il più possibile nel carico, uno dei principi fondamentali di questo tipo di controller.

Per avere una chiara comprensione del funzionamento dei controller MPPT è necessario innanzitutto capire qual è il punto di potenza massima. In un dato punto, il valore della tensione, così come l'intensità della corrente, è determinato da diversi aspetti, i principali sono la luminosità della luce, il riscaldamento della batteria e l'angolo di incidenza dei raggi. Poiché questi valori non sono costanti, anche il punto di massima potenza cambierà la propria posizione. E affinché l'apparecchiatura funzioni nel modo più efficiente e produca quanta più elettricità possibile dal sole, è necessaria una batteria che si adatti ai parametri che cambiano regolarmente. Ma anche lui non è in grado di "catturare" con precisione il punto di massima potenza - ed è qui che i regolatori di carica MPPT vengono in soccorso.

Secondo i risultati della ricerca, questa tecnologia può aumentare l’efficienza dei pannelli solari fino al 25%.

Controller PWM

La tecnologia utilizzata nei controller PWM consente di ottenere una tensione di carica della batteria costante grazie alla commutazione della batteria solare. Lo schema di funzionamento di questi dispositivi è il seguente: quando viene raggiunto il valore di tensione dichiarato sulla batteria, il controller svolge la funzione di ridurre la corrente di carica e prevenire il surriscaldamento della batteria. Inoltre, tali controller tengono conto dell '"età" delle batterie, riducono il grado di produzione di gas (ad eccezione delle tecnologie AGM e GEL, che non emettono affatto gas), aumentano la capacità di accettare una carica e garantiscono equalizzazione della qualità dei loro singoli elementi.

L'energia ricevuta dalla batteria solare viene utilizzata in modo più efficiente se è installato un controller PWM: il 30% in più di energia per le batterie, riducendo il costo del sistema e utilizzando l'elettricità al massimo beneficio.

Seleziona un controller: MPRT o PWM

I dispositivi MPRT consentono di ottenere una maggiore efficienza rispetto al PWM, ma i loro svantaggi includono il prezzo, quasi il doppio. Sulla base di ciò, per piccole capacità, quando vengono utilizzati 1-2 moduli solari, è meglio acquistare un controller PWM: su una "scala" di installazioni così piccola, MPPT dimostrerà quasi la stessa efficienza del PWM, solo leggermente maggiore. Se disponi già di una piccola capacità di moduli solari, ma in futuro desideri aumentarla aggiungendo nuove apparecchiature, allora ti consigliamo di acquistare un controller MPPT.

Come puoi già capire dai materiali sopra, i pannelli solari devono essere dotati di regolatori di carica per un funzionamento altamente efficiente. Dopotutto, il controller è uno dei componenti più importanti dell'intero sistema, che svolge funzioni significative: controllo della temperatura, modalità di ricarica e molto altro.

Sfortunatamente, non tutti i venditori di queste apparecchiature, sia nei negozi fisici che su Internet, sono esperti dei dispositivi che vendono. Per questo motivo, prima dell'acquisto, è meglio raccogliere informazioni complete sugli stessi per poter fare la scelta giusta. Si consiglia inoltre di acquistare da negozi affidabili che godano della fiducia dei clienti e di una buona reputazione.

I moderni regolatori di carica sono dotati di un gran numero di protezioni diverse. Più specificamente, si tratta di protezione contro sovraccarico, surriscaldamento, prevenzione di cortocircuiti e così via. Grazie a ciò, si ottiene un funzionamento affidabile, stabile e di alta qualità del dispositivo. E prima di scegliere un controller o un altro, assicurati di scoprire quali circuiti di protezione specifici ha il dispositivo e se è sufficientemente protetto.

Oggi acquistare un regolatore di carica non è un problema: molti negozi offrono tali apparecchiature ai propri clienti. Ma a volte capita che il consumatore scopra che il controller non è del tutto adatto alla batteria solare, c'è una sorta di "incompatibilità" e il loro lavoro insieme lascia molto a desiderare. Pertanto, fai attenzione quando scegli questi dispositivi e affidati solo a venditori affidabili che sono considerati professionisti nel loro campo: in questo caso l'acquisto non ti deluderà e servirà “fedelmente” per molto tempo.