وحدة تحكم شحن البطارية الشمسية MRPT أو PWM - أيهما أفضل للاختيار؟

هنا سوف تجد:

• عندما تحتاج إلى وحدة تحكم
• وظائف التحكم بالطاقة الشمسية
• كيف يعمل جهاز التحكم في شحن البطارية
• خصائص الجهاز
• أنواع
• خيارات التحديد
• طرق توصيل وحدات التحكم
• وحدة تحكم محلية الصنع: الميزات والاكسسوارات
• كيف يمكنني استبدال بعض المكونات
• مبدأ التشغيل

تعد وحدة التحكم في شحن البطارية الشمسية عنصرًا إلزاميًا في نظام الطاقة على الألواح الشمسية ، باستثناء البطاريات والألواح نفسها. ما هو المسؤول عنها وكيف تصنعها بنفسك؟

عندما تحتاج إلى وحدة تحكم

لا تزال الطاقة الشمسية محدودة (على مستوى الأسرة) في إنشاء الألواح الكهروضوئية ذات الطاقة المنخفضة نسبيًا. ولكن بغض النظر عن تصميم المحول الكهروضوئي من الطاقة الشمسية إلى التيار ، فإن هذا الجهاز مجهز بوحدة تسمى وحدة التحكم في شحن البطارية الشمسية.

في الواقع ، يشتمل إعداد التمثيل الضوئي للضوء الشمسي على بطارية قابلة لإعادة الشحن تخزن الطاقة المستلمة من الألواح الشمسية. هذا هو مصدر الطاقة الثانوي الذي يتم خدمته بشكل أساسي بواسطة وحدة التحكم.

بعد ذلك ، سوف نفهم الجهاز ومبادئ تشغيل هذا الجهاز ، ونتحدث أيضًا عن كيفية توصيله.

باستخدام الحد الأقصى لشحن البطارية ، ستنظم وحدة التحكم الإمداد الحالي لها ، مما يقللها إلى المبلغ المطلوب للتعويض عن التفريغ الذاتي للجهاز. إذا كانت البطارية فارغة تمامًا ، فستقوم وحدة التحكم بفصل أي حمل وارد للجهاز.

يمكن تلخيص الحاجة لهذا الجهاز إلى النقاط التالية:

1. شحن بطارية متعدد المراحل ؛
2. ضبط تشغيل / إيقاف تشغيل البطارية عند شحن / تفريغ الجهاز ؛
3. توصيل البطارية بأقصى شحن ؛
4. توصيل الشحن من الخلايا الضوئية في الوضع التلقائي.

تعتبر وحدة التحكم في شحن البطارية للأجهزة الشمسية مهمة لأن أداء جميع وظائفها في حالة جيدة يزيد بشكل كبير من عمر البطارية المدمجة.

ما هي أجهزة التحكم في شحن البطارية؟

إذا كانت البطارية متصلة مباشرة بأطراف الألواح الشمسية ، فسيتم شحنها باستمرار. في النهاية ، ستستمر البطارية المشحونة بالكامل في تلقي التيار ، مما يؤدي إلى ارتفاع الجهد بعدة فولتات. نتيجة لذلك ، يتم إعادة شحن البطارية ، وترتفع درجة حرارة المنحل بالكهرباء ، وتصل درجة الحرارة هذه إلى القيم التي يغلي فيها المنحل بالكهرباء ، وهناك إطلاق حاد للأبخرة من علب البطارية. نتيجة لذلك ، يمكن أن يتبخر المنحل بالكهرباء تمامًا وتجف العلب. بطبيعة الحال ، هذا لا يضيف "صحة" للبطارية ويقلل بشكل كبير من موارد أدائها.

تحكم في نظام شحن البطارية الشمسية

هنا ، من أجل منع مثل هذه الظواهر ، من أجل تحسين عمليات الشحن / التفريغ ، هناك حاجة إلى وحدات تحكم.

وظائف التحكم بالطاقة الشمسية

تم تصميم الوحدة الإلكترونية ، التي تسمى وحدة التحكم في البطارية الشمسية ، لأداء مجموعة متنوعة من وظائف المراقبة أثناء عملية شحن / تفريغ البطارية الشمسية.

يبدو هذا كواحد من العديد من النماذج الحالية لوحدات التحكم في الشحن للألواح الشمسية. تنتمي هذه الوحدة إلى تطوير نوع PWM

عندما يسقط ضوء الشمس على سطح لوحة شمسية مثبتة ، على سبيل المثال ، على سطح منزل ، تقوم الخلايا الضوئية للجهاز بتحويل هذا الضوء إلى تيار كهربائي.

في الواقع ، يمكن تغذية الطاقة الناتجة مباشرة إلى بطارية التخزين.ومع ذلك ، فإن عملية شحن / تفريغ البطارية لها تفاصيلها الدقيقة (مستويات معينة من التيارات والفولتية). إذا أهملت هذه التفاصيل الدقيقة ، فستفشل البطارية ببساطة في فترة زمنية قصيرة.

من أجل عدم حدوث مثل هذه النتائج المحزنة ، تم تصميم وحدة تسمى وحدة التحكم في الشحن للبطارية الشمسية.

بالإضافة إلى مراقبة مستوى شحن البطارية ، تراقب الوحدة أيضًا استهلاك الطاقة. اعتمادًا على درجة التفريغ ، تنظم دائرة التحكم في شحن البطارية من البطارية الشمسية وتضبط مستوى التيار المطلوب للشحن الأولي واللاحق.

اعتمادًا على سعة وحدة التحكم في شحن البطارية الشمسية ، يمكن أن يكون لتصميم هذه الأجهزة تكوينات مختلفة جدًا.

بشكل عام ، بعبارات بسيطة ، توفر الوحدة "حياة" خالية من الهموم للبطارية ، والتي تتراكم بشكل دوري وتطلق الطاقة للأجهزة الاستهلاكية.

لماذا التحكم في الشحن وكيف يعمل جهاز التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية؟

الأسباب الأساسية:

1. سيسمح للبطارية بالعمل لفترة أطول! يمكن أن يؤدي الشحن الزائد إلى حدوث انفجار.
2. تعمل كل بطارية بجهد معين. تتيح لك وحدة التحكم تحديد حرف U.

أيضًا ، تقوم وحدة التحكم في الشحن بفصل البطارية عن أجهزة الاستهلاك إذا كانت منخفضة جدًا. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم بفصل البطارية عن الخلية الشمسية إذا كانت مشحونة بالكامل.

وبالتالي ، يحدث التأمين ويصبح تشغيل النظام أكثر أمانًا.

مبدأ العملية بسيط للغاية. يساعد الجهاز في الحفاظ على التوازن ولا يسمح للجهد بالانخفاض أو الارتفاع أكثر من اللازم.

أنواع وحدات التحكم لشحن البطاريات الشمسية

1. محلي الصنع.
2. MRRT.
3. على من.
4. الهجينة.
5. أنواع PWM.

فيما يلي نصف بإيجاز هذه الخيارات لأجهزة الليثيوم والبطاريات الأخرى

تحكم DIY

عندما تكون لديك خبرة ومهارات في مجال الإلكترونيات ، يمكن صنع هذا الجهاز بشكل مستقل. لكن من غير المحتمل أن يكون لمثل هذا الجهاز كفاءة عالية. من المرجح أن يكون الجهاز محلي الصنع مناسبًا إذا كانت محطتك ذات طاقة منخفضة.

لبناء جهاز الشحن هذا ، سيتعين عليك العثور على دائرته. لكن ضع في اعتبارك أن هامش الخطأ يجب أن يكون 0.1.

هنا رسم تخطيطي بسيط.

MRRT

قادر على تتبع أعلى حد لطاقة الشحن. يوجد داخل البرنامج خوارزمية تسمح لك بمراقبة مستويات الجهد والتيار. يجد توازنًا معينًا حيث سيعمل التثبيت بأكمله بأقصى قدر من الكفاءة.

يعتبر جهاز mppt واحدًا من أفضل الأجهزة وأكثرها تقدمًا اليوم. على عكس PMW ، فإنه يزيد من كفاءة النظام بنسبة 35٪. هذا الجهاز مناسب عندما يكون لديك الكثير من الألواح الشمسية.

نوع الصك ON / OF

إنه أبسط واحد معروض للبيع. ليس لديها العديد من الميزات مثل الآخرين. يقوم الجهاز بإيقاف تشغيل إعادة شحن البطارية بمجرد ارتفاع الجهد إلى الحد الأقصى.

لسوء الحظ ، هذا النوع من أجهزة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية غير قادر على شحن ما يصل إلى 100٪. بمجرد أن يقفز التيار إلى الحد الأقصى ، يحدث إيقاف التشغيل. نتيجة لذلك ، تقلل الشحنة غير المكتملة من عمرها الإنتاجي.

الهجينة

يتم تطبيق البيانات على الجهاز عندما يكون هناك نوعان من مصادر الطاقة ، على سبيل المثال ، الشمس والرياح. يعتمد تصميمهم على PWM و MPRT. الفرق الرئيسي بينه وبين الأجهزة المماثلة هو خصائص التيار والجهد.

الغرض منه: معادلة الحمل على البطارية. هذا بسبب التدفق غير المتكافئ للتيار من رياح المولدات. وبسبب هذا ، يمكن تقليل عمر تخزين الطاقة بشكل كبير.

PWM أو PWM

يعتمد العمل على تعديل عرض النبضة للتيار. يحل مشكلة الشحن غير الكامل. يخفض التيار وبالتالي يصل إعادة الشحن إلى 100٪.

نتيجة لعملية pwm ، لا يوجد سخونة زائدة للبطارية.نتيجة لذلك ، تعتبر وحدة التحكم في الطاقة الشمسية هذه فعالة للغاية.

كيف يعمل جهاز التحكم في شحن البطارية

في حالة عدم وجود ضوء الشمس على الخلايا الضوئية للهيكل ، يكون في وضع السكون. بعد ظهور الأشعة على العناصر ، تظل وحدة التحكم في وضع السكون. يتم تشغيله فقط إذا وصلت الطاقة المخزنة من الشمس إلى 10 فولت في المكافئ الكهربائي.

بمجرد وصول الجهد إلى هذا المؤشر ، سيتم تشغيل الجهاز وسيبدأ من خلال الصمام الثنائي Schottky في توفير التيار للبطارية. ستستمر عملية شحن البطارية في هذا الوضع حتى يصل الجهد الذي تستقبله وحدة التحكم إلى 14 فولت.إذا حدث هذا ، فستحدث بعض التغييرات في دائرة التحكم لبطارية شمسية 35 وات أو أي بطارية أخرى. سيفتح مكبر الصوت الوصول إلى MOSFET ، وسيتم إغلاق الاثنين الآخرين ، الأضعف.

سيؤدي ذلك إلى إيقاف شحن البطارية. بمجرد انخفاض الجهد ، ستعود الدائرة إلى موضعها الأصلي وسيستمر الشحن. الوقت المخصص لهذه العملية لوحدة التحكم حوالي 3 ثوانٍ.

بعض ميزات أجهزة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية

في الختام ، أود أن أقول عن بعض الميزات الإضافية لأجهزة التحكم في الشحن. في الأنظمة الحديثة ، لديهم عدد من وسائل الحماية لتحسين الموثوقية التشغيلية. في مثل هذه الأجهزة ، يمكن تنفيذ أنواع الحماية التالية:

• ضد اتصال قطبية غير صحيح ؛
• من دوائر قصيرة في الحمل وعند الإدخال ؛
• من البرق
• ارتفاع درجة الحرارة.
• من الجهد الزائد المدخلات ؛
• من تفريغ البطارية ليلا.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تثبيت جميع أنواع الصمامات الإلكترونية فيها. لتسهيل تشغيل الأنظمة الشمسية ، تحتوي أجهزة التحكم في الشحن على شاشات عرض للمعلومات. يعرضون معلومات حول حالة البطارية والنظام ككل. قد تكون هناك بيانات مثل:

• حالة الشحن ، جهد البطارية ؛
• التيار المنبعث من الخلايا الضوئية ؛
• شحن البطارية وتحميل التيار ؛
• امبير - ساعة تخزينها والتبرع بها.

يمكن أن تعرض الشاشة أيضًا رسالة حول انخفاض الشحن ، وتحذير حول انقطاع التيار الكهربائي عن الحمل.

تحتوي بعض طرز وحدات التحكم في الطاقة الشمسية على مؤقتات لتنشيط الوضع الليلي. هناك أجهزة متطورة تتحكم في تشغيل بطاريتين مستقلتين. عادة ما يكون لديهم البادئة Duo في أسمائهم. تجدر الإشارة أيضًا إلى النماذج القادرة على تفريغ الطاقة الزائدة على عناصر التسخين.

تعد النماذج ذات الواجهة للاتصال بجهاز كمبيوتر مثيرة للاهتمام. بهذه الطريقة ، من الممكن توسيع وظائف مراقبة النظام الشمسي والتحكم فيه بشكل كبير. إذا كانت المقالة مفيدة لك ، فقم بنشر الرابط إليها على الشبكات الاجتماعية. سيساعد هذا في تطوير الموقع. التصويت في الاستطلاع أدناه وتقييم المادة! اترك التصحيحات والإضافات على المقال في التعليقات.

خصائص الجهاز

انخفاض استهلاك الطاقة عند الخمول. تم تصميم الدائرة لبطاريات الرصاص الحمضية الصغيرة والمتوسطة الحجم وتسحب تيارًا منخفضًا (5 مللي أمبير) عند الخمول. هذا يطيل عمر البطارية.

مكونات متوفرة بسهولة. يستخدم الجهاز مكونات تقليدية (وليس SMD) يمكن العثور عليها بسهولة في المتاجر. لا تحتاج إلى وميض أي شيء ، الشيء الوحيد الذي تحتاجه هو مقياس الفولتميتر ومصدر طاقة قابل للتعديل لضبط الدائرة.

أحدث إصدار من الجهاز. هذا هو الإصدار الثالث من الجهاز ، لذلك تم تصحيح معظم الأخطاء والعيوب التي كانت موجودة في الإصدارات السابقة من الشاحن.

تنظيم الجهد. يستخدم الجهاز منظم جهد موازٍ بحيث لا يتجاوز جهد البطارية المعيار ، عادةً 13.8 فولت.

حماية الجهد المنخفض. تستخدم معظم أجهزة الشحن الشمسية الصمام الثنائي Schottky للحماية من تسرب تيار البطارية إلى الألواح الشمسية.يتم استخدام منظم جهد التحويل عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل. تتمثل إحدى مشكلات هذا النهج في فقد الصمام الثنائي ، ونتيجة لذلك ، تسخينه. على سبيل المثال ، توفر لوحة شمسية بقوة 100 واط ، 12 فولت ، 8 أمبير للبطارية ، وسيكون انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي شوتكي 0.4 فولت ، أي تبديد الطاقة حوالي 3.2 واط. هذا ، أولاً ، الخسائر ، وثانيًا ، سيحتاج الصمام الثنائي إلى مشعاع لإزالة الحرارة. تكمن المشكلة في أنه لن ينجح في تقليل انخفاض الجهد ، فالعديد من الصمامات الثنائية المتصلة بالتوازي ستؤدي إلى تقليل التيار ، لكن انخفاض الجهد سيبقى كما هو. في الرسم البياني أدناه ، بدلاً من الثنائيات التقليدية ، يتم استخدام mosfets ، وبالتالي يتم فقدان الطاقة فقط للمقاومة النشطة (خسائر مقاومة).

للمقارنة ، في لوحة 100 واط عند استخدام mosfets IRFZ48 (KP741A) ، يكون فقد الطاقة 0.5 واط فقط (عند Q2). وهذا يعني حرارة أقل وطاقة أكبر للبطاريات. نقطة أخرى مهمة هي أن mosfets له معامل درجة حرارة إيجابي ويمكن توصيله بالتوازي لتقليل المقاومة.

يستخدم الرسم البياني أعلاه حلين غير قياسيين.

الشحن. لا يتم استخدام الصمام الثنائي بين الألواح الشمسية والحمل ، بدلاً من ذلك يوجد Q2 mosfet. يسمح الصمام الثنائي الموجود في mosfet بتدفق التيار من اللوحة إلى الحمل. إذا ظهر جهد كبير في Q2 ، فحينئذٍ يفتح الترانزستور Q3 ، يتم شحن المكثف C4 ، مما يفرض على op-amp U2c و U3b فتح mosfet لـ Q2. الآن ، يتم حساب انخفاض الجهد وفقًا لقانون أوم ، أي I * R ، وهو أقل بكثير مما لو كان هناك الصمام الثنائي. يتم تفريغ المكثف C4 بشكل دوري من خلال المقاوم R7 و Q2 يغلق. إذا كان التيار يتدفق من اللوحة ، فإن EMF للحث الذاتي للمحث L1 يجبر Q3 على الفور على الفتح. يحدث هذا كثيرًا (عدة مرات في الثانية). في حالة انتقال التيار إلى اللوحة الشمسية ، يتم إغلاق Q2 ، لكن Q3 لا يفتح ، لأن يحد الصمام الثنائي D2 من EMF للحث الذاتي للخانق L1. يمكن تصنيف الصمام الثنائي D2 لتيار 1A ، ولكن أثناء الاختبار اتضح أن مثل هذا التيار نادرًا ما يحدث.

تحدد أداة الانتهازي VR1 الحد الأقصى للجهد. عندما يتجاوز الجهد 13.8 فولت ، يفتح مكبر التشغيل U2d موسفيت Q1 ويكون الإخراج من اللوحة "قصير الدائرة" على الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، يقوم U3b opamp بإيقاف تشغيل Q2 وما إلى ذلك. اللوحة مفصولة عن الحمولة. هذا ضروري لأن Q1 ، بالإضافة إلى الألواح الشمسية ، "ماس كهربائى" الحمل والبطارية.

إدارة mosfets N- قناة. تتطلب mosfets Q2 و Q4 جهدًا أكبر للقيادة مما هو مستخدم في الدائرة. للقيام بذلك ، فإن جهاز op-amp U2 مع ربط الثنائيات والمكثفات يخلق جهدًا متزايدًا VH. يستخدم هذا الجهد لتشغيل U3 ، والذي سيكون ناتجًا عن زيادة الجهد. تضمن مجموعة من U2b و D10 استقرار جهد الخرج عند 24 فولت. مع هذا الجهد ، سيكون هناك جهد لا يقل عن 10 فولت من خلال مصدر بوابة الترانزستور ، وبالتالي سيكون توليد الحرارة صغيرًا. عادةً ما يكون لل mosfets N-channel مقاومة أقل بكثير من تلك ذات القناة P ، وهذا هو سبب استخدامها في هذه الدائرة.

حماية الجهد المنخفض. تم تصميم Mosfet Q4 ، U3a opamp مع الربط الخارجي للمقاومات والمكثفات ، لحماية الجهد المنخفض. هنا يتم استخدام Q4 غير قياسي. يوفر الصمام الثنائي mosfet تدفقًا ثابتًا للتيار إلى البطارية. عندما يكون الجهد أعلى من الحد الأدنى المحدد ، يكون mosfet مفتوحًا ، مما يسمح بانخفاض جهد صغير عند شحن البطارية ، ولكن الأهم من ذلك ، أنه يسمح للتيار من البطارية بالتدفق إلى الحمل إذا لم تتمكن الخلية الشمسية من توفير طاقة خرج كافية. يحمي المصهر من قصر الدائرة على جانب التحميل.

فيما يلي صور لترتيب العناصر ولوحات الدوائر المطبوعة.

إعداد الجهاز. أثناء الاستخدام العادي للجهاز ، يجب عدم إدخال وصلة مرور J1! يستخدم D11 LED للإعداد. لتكوين الجهاز ، قم بتوصيل مصدر طاقة قابل للتعديل بأطراف "التحميل".

إعداد الحماية من انخفاض الجهد أدخل وصلة عبور J1. في مصدر الطاقة ، اضبط جهد الخرج على 10.5 فولت. أدر أداة التشذيب VR2 في عكس اتجاه عقارب الساعة حتى يضيء مؤشر LED D11. أدر VR2 قليلاً في اتجاه عقارب الساعة حتى ينطفئ مؤشر LED. قم بإزالة وصلة العبور J1.

ضبط الجهد الأقصى في مصدر الطاقة ، اضبط جهد الخرج على 13.8 فولت. أدر أداة التشذيب VR1 في اتجاه عقارب الساعة حتى ينطفئ مؤشر LED D9. أدر VR1 ببطء عكس اتجاه عقارب الساعة حتى يضيء مؤشر LED D9.

تم تكوين وحدة التحكم. لا تنس إزالة الطائر J1!

إذا كانت سعة النظام بأكمله صغيرة ، فيمكن استبدال mosfets بـ IRFZ34 أرخص. وإذا كان النظام أكثر قوة ، فيمكن استبدال mosfets بـ IRFZ48 أقوى.

تحكم لوحة شمسية محلية الصنع

• الصفحة الرئيسية
• > تجربتي الصغيرة

وحدة التحكم بسيطة للغاية وتتكون من أربعة أجزاء فقط.

هذا ترانزستور قوي (أنا أستخدم IRFZ44N تيار يتحمل حتى 49 أمبير).

منظم تتابع السيارات مع تحكم زائد (VAZ "Classic").

مقاوم 120 كيلو أوم.

يعتبر الصمام الثنائي أكثر قوة للاحتفاظ بالتيار المنبعث من الألواح الشمسية (على سبيل المثال ، من جسر الصمام الثنائي للسيارة).

مبدأ العملية بسيط للغاية أيضًا. أنا أكتب لأشخاص لا يفهمون الإلكترونيات على الإطلاق ، لأنني أنا نفسي لا أفهم شيئًا عنها.

يتم توصيل منظم الترحيل بالبطارية ، مطروحًا منه قاعدة الألومنيوم (31 كيلو) ، بالإضافة إلى (15 كيلو) ، من جهة التلامس (68 كيلو) يتم توصيل السلك من خلال المقاوم ببوابة الترانزستور. يحتوي الترانزستور على ثلاث أرجل ، الأولى هي البوابة ، والثانية هي الصرف ، والثالثة هي المصدر. يتم توصيل ناقص اللوحة الشمسية بالمصدر ، وتنتقل الإضافة إلى البطارية ، من استنزاف الترانزستور مطروحًا منها اللوحة الشمسية إلى البطارية.

عندما يتم توصيل منظم الترحيل وتشغيله ، تفتح الإشارة الموجبة من (68 كيلو) البوابة ويتدفق التيار من اللوحة الشمسية عبر استنزاف المصدر إلى البطارية ، وعندما يتجاوز الجهد على البطارية 14 فولت ، فإن المرحل - يقوم المنظم بإيقاف تشغيل الموجب ويتم تفريغ بوابة الترانزستور من خلال المقاوم الذي يتم غلقه بسالب ، وبالتالي كسر التلامس الناقص للوحة الشمسية ، ويتم إيقاف تشغيله. وعندما ينخفض ​​الجهد قليلاً ، سيعطي منظم الترحيل مرة أخرى زائدًا للبوابة ، وسيفتح الترانزستور ويتدفق التيار من اللوحة مرة أخرى إلى البطارية. هناك حاجة إلى الصمام الثنائي الموجود على السلك الموجب لـ SB بحيث لا يتم تفريغ البطارية في الليل ، لأنه بدون إضاءة ، تستهلك اللوحة الشمسية نفسها الكهرباء.

يوجد أدناه رسم توضيحي مرئي لتوصيل عناصر التحكم.

لست جيدًا في مجال الإلكترونيات وربما توجد بعض العيوب في دائري ، لكنها تعمل بدون أي إعدادات وتعمل على الفور ، وتقوم بما تفعله وحدات التحكم في المصنع للألواح الشمسية ، وسعر التكلفة حوالي 200 روبل وساعة فقط من العمل.

يوجد أدناه صورة غير مفهومة لوحدة التحكم هذه ، تمامًا مثل ذلك ، تم إصلاح جميع تفاصيل وحدة التحكم في علبة الصندوق. يسخن الترانزستور قليلاً وقمت بتثبيته في مروحة صغيرة. بالتوازي مع المقاوم ، أضع مصباح LED صغيرًا يوضح تشغيل وحدة التحكم. عندما يكون SB قيد التشغيل ، وعندما لا يكون كذلك ، فهذا يعني أن البطارية مشحونة ، وعندما تومض البطارية بسرعة ، تكون البطارية مشحونة تقريبًا ويتم إعادة شحنها فقط.

تعمل وحدة التحكم هذه منذ أكثر من ستة أشهر وخلال هذا الوقت لا توجد مشاكل ، لقد قمت بتوصيل كل شيء ، والآن لا أتابع البطارية ، كل شيء يعمل من تلقاء نفسه. هذه هي وحدة التحكم الثانية الخاصة بي ، وهي الأولى التي جمعتها لمولدات الرياح كمنظم للصابورة ، انظر عنها في المقالات السابقة في قسم منتجاتي المنزلية.

انتباه - وحدة التحكم لا تعمل بشكل كامل. بعد فترة من العمل ، اتضح أن الترانزستور في هذه الدائرة لا ينغلق تمامًا ، ويستمر التيار في التدفق إلى البطارية على أي حال ، حتى عند تجاوز 14 فولت.

أعتذر عن الدائرة المعطلة ، لقد استخدمتها بنفسي لفترة طويلة واعتقدت أن كل شيء يعمل ، لكن اتضح أنه لم يحدث ، وحتى بعد الشحن الكامل ، لا يزال التيار يتدفق إلى البطارية. يغلق الترانزستور في منتصف الطريق فقط عندما يصل إلى 14 فولت. لن أزيل الدائرة بعد ، مع ظهور الوقت والرغبة ، سأنتهي من وحدة التحكم هذه وأضع دائرة العمل.
والآن لدي منظم صابورة كوحدة تحكم ، والذي كان يعمل بشكل مثالي لفترة طويلة. بمجرد أن يتجاوز الجهد 14 فولت ، يفتح الترانزستور ويضيء المصباح الكهربائي ، مما يحرق كل الطاقة الزائدة. في الوقت نفسه ، يوجد الآن لوحان شمسيان وتوربينات رياح على هذا الصابورة.

أنواع

تشغيل / إيقاف

يعتبر هذا النوع من الأجهزة هو الأبسط والأرخص. مهمتها الوحيدة والرئيسية هي إيقاف تشغيل إمداد الشحن للبطارية عند الوصول إلى الحد الأقصى من الجهد لمنع ارتفاع درجة الحرارة.

ومع ذلك ، فإن هذا النوع له عيب معين ، وهو الإغلاق المبكر جدًا. بعد الوصول إلى الحد الأقصى للتيار ، من الضروري الحفاظ على عملية الشحن لبضع ساعات ، وستقوم وحدة التحكم هذه بإيقاف تشغيلها على الفور.

نتيجة لذلك ، سيكون شحن البطارية في حدود 70٪ من الحد الأقصى. هذا يؤثر سلبًا على البطارية.

PWM

هذا النوع هو تشغيل / إيقاف متقدم. التحديث هو أنه يحتوي على نظام مضمّن لتعديل عرض النبضة (PWM). سمحت هذه الوظيفة لوحدة التحكم ، عند الوصول إلى الحد الأقصى من الجهد ، بعدم إيقاف تشغيل التيار ، ولكن لتقليل قوتها.

وبسبب هذا ، أصبح من الممكن شحن الجهاز بالكامل تقريبًا.

MRRT

يعتبر هذا النوع الأكثر تقدمًا في الوقت الحاضر. يعتمد جوهر عمله على حقيقة أنه قادر على تحديد القيمة الدقيقة للجهد الأقصى لبطارية معينة. يراقب باستمرار التيار والجهد في النظام. نظرًا للاستلام المستمر لهذه المعلمات ، فإن المعالج قادر على الحفاظ على القيم المثلى للتيار والجهد ، مما يسمح لك بإنشاء أقصى قدر من الطاقة.

إذا قارنا وحدة التحكم MPPT و PWN ، فإن كفاءة الأول تكون أعلى بحوالي 20-35٪.

أنواع أجهزة التحكم

تشغيل / إيقاف تحكم

هذه النماذج هي أبسط فئة من أجهزة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية.

تشغيل / إيقاف جهاز التحكم بالشحن لأنظمة الطاقة الشمسية

تم تصميم نماذج التشغيل / الإيقاف لإيقاف شحن البطارية عند الوصول إلى الحد الأعلى للجهد. هذا عادة 14.4 فولت. نتيجة لذلك ، يتم منع ارتفاع درجة الحرارة والشحن الزائد.

لن تتمكن وحدات التحكم في التشغيل / الإيقاف من شحن البطارية بالكامل. بعد كل شيء ، يحدث الإغلاق هنا في الوقت الذي يتم فيه الوصول إلى الحد الأقصى الحالي. ولا تزال عملية الشحن بكامل طاقتها بحاجة إلى الصيانة لعدة ساعات. يبلغ مستوى الشحن في وقت الإغلاق حوالي 70 بالمائة من السعة الاسمية. بطبيعة الحال ، يؤثر هذا سلبًا على حالة البطارية ويقلل من عمرها التشغيلي.

وحدات تحكم PWM

بحثًا عن حل لشحن البطارية غير المكتمل في نظام به أجهزة تشغيل / إيقاف ، تم تطوير وحدات التحكم بناءً على مبدأ تعديل عرض النبضة (اختصار PWM) لتيار الشحن. تتمثل نقطة تشغيل وحدة التحكم هذه في أنها تقلل من تيار الشحن عند الوصول إلى حد الجهد. مع هذا النهج ، يصل شحن البطارية إلى ما يقرب من 100 بالمائة. يتم زيادة كفاءة العملية بنسبة تصل إلى 30 بالمائة.

تحكم شحن PWM
هناك نماذج PWM يمكنها تنظيم التيار حسب درجة حرارة التشغيل. هذا له تأثير جيد على حالة البطارية ، والتدفئة تنخفض ، والشحنة مقبولة بشكل أفضل. تصبح العملية منظمة تلقائيًا.
يوصي الخبراء باستخدام أجهزة التحكم في الشحن PWM للألواح الشمسية في تلك المناطق التي يوجد بها نشاط عالي لأشعة الشمس.يمكن العثور عليها غالبًا في الأنظمة الشمسية ذات الطاقة المنخفضة (أقل من 2 كيلووات). كقاعدة عامة ، تعمل البطاريات القابلة لإعادة الشحن ذات السعة الصغيرة فيها.

نوع المنظمين MPPT

تعد أجهزة التحكم في الشحن MPPT اليوم أكثر الأجهزة تقدمًا لتنظيم عملية شحن بطارية التخزين في الأنظمة الشمسية. تزيد هذه النماذج من كفاءة توليد الكهرباء من نفس الألواح الشمسية. يعتمد مبدأ تشغيل أجهزة MPPT على تحديد نقطة قيمة الطاقة القصوى.

MPPT تحكم المسؤول

تراقب MPPT باستمرار التيار والجهد في النظام. بناءً على هذه البيانات ، يحسب المعالج الدقيق النسبة المثلى للمعلمات من أجل تحقيق أقصى خرج للطاقة. عند ضبط الجهد ، تؤخذ مرحلة الشحن بعين الاعتبار. تسمح لك وحدات التحكم الشمسية MPPT بأخذ الكثير من الجهد من الوحدات ، ثم تحويلها إلى الجهد الأمثل. يُفهم الأفضل على أنه الذي يضمن الشحن الكامل للبطارية.

إذا قمنا بتقييم عمل MPPT مقارنةً بـ PWM ، فستزيد كفاءة النظام الشمسي من 20 إلى 35 بالمائة. تشمل المزايا أيضًا القدرة على العمل مع تظليل الألواح الشمسية بنسبة تصل إلى 40 بالمائة. نظرًا للقدرة على الحفاظ على قيمة الجهد العالي عند إخراج وحدة التحكم ، يمكن استخدام الأسلاك الصغيرة. من الممكن أيضًا وضع الألواح الشمسية والوحدة على مسافة أكبر مما في حالة PWM.

أجهزة التحكم بالشحن الهجينة

في بعض البلدان ، على سبيل المثال ، الولايات المتحدة الأمريكية ، ألمانيا ، السويد ، الدنمارك ، يتم توليد جزء كبير من الكهرباء بواسطة توربينات الرياح. في بعض البلدان الصغيرة ، تحتل الطاقة البديلة حصة كبيرة في شبكات الطاقة لهذه الدول. كجزء من أنظمة الرياح ، توجد أيضًا أجهزة للتحكم في عملية الشحن. إذا كانت محطة الطاقة عبارة عن نسخة مجمعة من مولد الرياح والألواح الشمسية ، فسيتم استخدام وحدات التحكم الهجينة.

تحكم هجين
يمكن بناء هذه الأجهزة بدائرة MPPT أو PWM. الفرق الرئيسي هو أنهم يستخدمون خصائص فولت أمبير مختلفة. أثناء التشغيل ، تنتج مولدات الرياح إنتاجًا متفاوتًا للكهرباء. والنتيجة هي تحميل غير متساو على البطاريات وعملية مرهقة. تتمثل مهمة وحدة التحكم الهجينة في تفريغ الطاقة الزائدة. لهذا ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام عناصر تسخين خاصة.

أجهزة تحكم محلية الصنع

غالبًا ما يقوم الأشخاص الذين يفهمون الهندسة الكهربائية ببناء أجهزة التحكم في الشحن لتوربينات الرياح والألواح الشمسية بأنفسهم. غالبًا ما تكون وظائف مثل هذه النماذج أقل كفاءة من حيث الكفاءة والميزة المحددة لأجهزة المصنع. ومع ذلك ، في المنشآت الصغيرة ، تكون قوة وحدة التحكم محلية الصنع كافية تمامًا.

جهاز التحكم بالشحن الشمسي محلي الصنع

عند إنشاء جهاز التحكم بالشحن بيديك ، تذكر أن الطاقة الإجمالية يجب أن تفي بالشرط التالي: 1.2P ≤ I * U. أنا هو التيار الناتج لوحدة التحكم ، U هو الجهد عند تفريغ البطارية.

هناك عدد غير قليل من دوائر التحكم محلية الصنع. يمكنك البحث عنها في المنتديات ذات الصلة على الشبكة. هنا يجب أن يقال فقط عن بعض المتطلبات العامة لمثل هذا الجهاز:

• يجب أن يكون جهد الشحن 13.8 فولت ويختلف حسب التيار المقدر ؛
• الجهد الذي يتم عنده إيقاف تشغيل الشحنة (11 فولت). يجب أن تكون هذه القيمة قابلة للتكوين ؛
• الجهد الذي يتم تشغيل الشحنة عنده هو 12.5 فولت.

لذلك ، إذا قررت تجميع نظام شمسي بيديك ، فسيتعين عليك البدء في صنع جهاز تحكم في الشحن. لا يمكنك الاستغناء عنها عند تشغيل الألواح الشمسية وتوربينات الرياح.

خيارات التحديد

هناك معياران فقط للاختيار:

1. النقطة الأولى والمهمة للغاية هي الجهد الوارد. يجب أن يكون الحد الأقصى لهذا المؤشر أعلى بحوالي 20٪ من جهد الدائرة المفتوحة للبطارية الشمسية.
2. المعيار الثاني هو التصنيف الحالي. إذا تم تحديد نوع PWN ، فيجب أن يكون تياره المقنن أعلى من تيار الدائرة القصيرة للبطارية بحوالي 10٪. إذا تم اختيار MPPT ، فإن السمة الرئيسية لها هي القوة. يجب أن تكون هذه المعلمة أكبر من جهد النظام بأكمله مضروبًا في التيار المقدر للنظام. للحسابات ، يتم أخذ الجهد ببطاريات فارغة.

طرق توصيل وحدات التحكم

بالنظر إلى موضوع التوصيلات ، تجدر الإشارة على الفور: لتركيب كل جهاز على حدة ، السمة المميزة هي العمل مع سلسلة محددة من الألواح الشمسية.

لذلك ، على سبيل المثال ، إذا تم استخدام وحدة تحكم مصممة لجهد دخل أقصى يبلغ 100 فولت ، فيجب أن تنتج سلسلة من الألواح الشمسية جهدًا لا يزيد عن هذه القيمة.

تعمل أي محطة للطاقة الشمسية وفقًا لمبدأ التوازن بين جهد الخرج والمدخلات للمرحلة الأولى. يجب أن يتطابق حد الجهد العلوي لوحدة التحكم مع حد الجهد العلوي للوحة

قبل توصيل الجهاز ، من الضروري تحديد مكان تركيبه المادي. وفقًا للقواعد ، يجب اختيار مكان التثبيت في مناطق جافة جيدة التهوية. يُستبعد وجود مواد قابلة للاشتعال بالقرب من الجهاز.

من غير المقبول وجود مصادر للاهتزاز والحرارة والرطوبة في المنطقة المجاورة مباشرة للجهاز. يجب حماية موقع التثبيت من التهطال الجوي وأشعة الشمس المباشرة.

تقنية اتصال نموذج PWM

تتطلب جميع الشركات المصنعة لوحدات التحكم PWM تقريبًا تسلسلًا دقيقًا لتوصيل الأجهزة.

تقنية توصيل وحدات تحكم PWM بالأجهزة الطرفية ليست صعبة بشكل خاص. تم تجهيز كل لوحة بأجهزة طرفية ذات علامات. هنا تحتاج ببساطة إلى اتباع تسلسل الإجراءات.

يجب توصيل الأجهزة الطرفية بما يتفق تمامًا مع تسميات أطراف الاتصال:

1. قم بتوصيل أسلاك البطارية بأطراف البطارية بالجهاز وفقًا للقطبية المشار إليها.
2. قم بتشغيل المصهر الواقي مباشرة عند نقطة ملامسة السلك الموجب.
3. على جهات اتصال وحدة التحكم المخصصة للوحة الشمسية ، قم بإصلاح الموصلات القادمة من الألواح الشمسية للألواح. لاحظ القطبية.
4. قم بتوصيل مصباح اختبار للجهد المناسب (عادةً 12/24 فولت) بأطراف التحميل بالجهاز.

يجب عدم انتهاك التسلسل المحدد. على سبيل المثال ، يُمنع منعًا باتًا توصيل الألواح الشمسية في المقام الأول عندما لا تكون البطارية متصلة. من خلال مثل هذه الإجراءات ، يتعرض المستخدم لخطر "حرق" الجهاز. تصف هذه المادة بمزيد من التفصيل مخطط تجميع الخلايا الشمسية مع البطارية.

أيضًا ، بالنسبة لوحدات التحكم في سلسلة PWM ، من غير المقبول توصيل محول جهد كهربائي بأطراف تحميل وحدة التحكم. يجب توصيل العاكس مباشرة بأطراف البطارية.

إجراء توصيل أجهزة MPPT

لا تختلف المتطلبات العامة للتركيب المادي لهذا النوع من الأجهزة عن الأنظمة السابقة. لكن الإعداد التكنولوجي غالبًا ما يكون مختلفًا إلى حد ما ، نظرًا لأن وحدات التحكم MPPT غالبًا ما تعتبر أجهزة أكثر قوة.

بالنسبة لوحدات التحكم المصممة لمستويات طاقة عالية ، يوصى باستخدام كابلات ذات مقاطع عرضية كبيرة ، ومجهزة بمفاتيح طرفية معدنية ، على توصيلات دوائر الطاقة.

على سبيل المثال ، بالنسبة للأنظمة عالية الطاقة ، تُستكمل هذه المتطلبات بحقيقة أن الشركات المصنعة توصي بأخذ كبل لخطوط توصيل الطاقة المصممة لكثافة حالية لا تقل عن 4 أمبير / مم 2. هذا ، على سبيل المثال ، بالنسبة لوحدة التحكم بتيار 60 أمبير ، يلزم وجود كبل لتوصيل بطارية ذات مقطع عرضي لا يقل عن 20 مم 2.

يجب أن تكون الكابلات الموصلة مجهزة بعروات نحاسية ، مجعدة بإحكام بأداة خاصة. يجب أن تكون الأطراف السالبة للوحة الشمسية والبطارية مجهزة بمحولات الصمامات والمفاتيح.

هذا النهج يقضي على فقد الطاقة ويضمن التشغيل الآمن للمنشأة.

مخطط كتلة لتوصيل وحدة تحكم MPPT قوية: 1 - لوحة شمسية ؛ 2 - تحكم MPPT ؛ 3 - كتلة طرفية ؛ 4.5 - الصمامات 6 - مفتاح طاقة وحدة التحكم ؛ 7.8 - الحافلة الأرضية

قبل توصيل الألواح الشمسية بالجهاز ، تأكد من تطابق الجهد في الأطراف أو أقل من الجهد المسموح بتطبيقه على إدخال وحدة التحكم.

توصيل الأجهزة الطرفية بجهاز MTTP:

1. ضع مفاتيح اللوحة والبطارية في وضع إيقاف التشغيل.
2. قم بإزالة مصاهر حماية اللوحة والبطارية.
3. قم بتوصيل الكبل من أطراف البطارية بأطراف وحدة التحكم الخاصة بالبطارية.
4. قم بتوصيل خيوط اللوحة الشمسية بأطراف وحدة التحكم المميزة بعلامة مناسبة.
5. قم بتوصيل كبل بين المحطة الأرضية والحافلة الأرضية.
6. قم بتركيب مستشعر درجة الحرارة على وحدة التحكم وفقًا للتعليمات.

بعد هذه الخطوات ، من الضروري إدخال فتيل البطارية الذي تم إزالته مسبقًا في مكانه وتحويل المفتاح إلى وضع "التشغيل". ستظهر إشارة الكشف عن البطارية على شاشة جهاز التحكم.

ثم ، بعد توقف قصير (1-2 دقيقة) ، استبدل فتيل اللوحة الشمسية الذي تمت إزالته مسبقًا وقم بتحويل مفتاح اللوحة إلى وضع "التشغيل".

ستعرض شاشة الجهاز قيمة الجهد للوحة الشمسية. تشهد هذه اللحظة على الإطلاق الناجح لمحطة الطاقة الشمسية قيد التشغيل.

وحدة تحكم محلية الصنع: الميزات والاكسسوارات

الجهاز مصمم ليعمل بلوح شمسي واحد فقط يولد تيار بقوة لا تتجاوز 4 أ. سعة البطارية التي يتم شحنها بواسطة جهاز التحكم 3000 أمبير * ساعة.

لتصنيع جهاز التحكم ، تحتاج إلى إعداد العناصر التالية:

• دارتان صغيرتان: LM385-2.5 و TLC271 (مضخم تشغيلي) ؛
• 3 مكثفات: C1 و C2 منخفضة الطاقة ، 100n ؛ تبلغ سعة C3 1000u ، مصنفة لـ 16 V ؛
• مؤشر LED واحد (D1) ؛
• 1 شوتكي ديود
• 1 صمام ثنائي SB540. بدلاً من ذلك ، يمكنك استخدام أي صمام ثنائي ، الشيء الرئيسي هو أنه يمكنه تحمل أقصى تيار للبطارية الشمسية ؛
• 3 ترانزستورات: BUZ11 (Q1) ، BC548 (Q2) ، BC556 (Q3) ؛
• 10 مقاومات (R1 - 1k5 ، R2 - 100 ، R3 - 68k ، R4 و R5 - 10k ، R6 - 220k ، R7 - 100k ، R8 - 92k ، R9 - 10k ، R10 - 92k). يمكن أن تكون جميعهم 5٪. إذا كنت تريد المزيد من الدقة ، فيمكنك أن تأخذ مقاومات 1٪.

كيف يمكنني استبدال بعض المكونات

يمكن استبدال أي من هذه العناصر. عند تثبيت الدوائر الأخرى ، عليك التفكير في تغيير سعة المكثف C2 واختيار انحياز الترانزستور Q3.

بدلاً من ترانزستور MOSFET ، يمكنك تثبيت أي ترانزستور آخر. يجب أن يتمتع العنصر بمقاومة منخفضة لقناة مفتوحة. من الأفضل عدم استبدال الصمام الثنائي شوتكي. يمكنك تثبيت الصمام الثنائي العادي ، لكن يجب وضعه بشكل صحيح.

المقاومات R8 و R10 هي 92 كيلو أوم. هذه القيمة غير قياسية. لهذا السبب ، يصعب العثور على مثل هذه المقاومات. يمكن أن يكون استبدالهم الكامل مقاومين 82 و 10 كيلو أوم. يجب تضمينها بالتسلسل.

إذا لم يتم استخدام وحدة التحكم في بيئة معادية ، فيمكنك تثبيت مقاوم الانتهازي. يجعل من الممكن التحكم في الجهد. لن تعمل لفترة طويلة في بيئة عدوانية.

إذا كان من الضروري استخدام وحدة تحكم للوحات أقوى ، فمن الضروري استبدال ترانزستور MOSFET والصمام الثنائي بنظائر أكثر قوة. جميع المكونات الأخرى لا تحتاج إلى التغيير. ليس من المنطقي تثبيت غرفة التبريد لتنظيم 4 أ. من خلال تثبيت MOSFET على مبدد حراري مناسب ، سيكون الجهاز قادرًا على العمل مع لوحة أكثر كفاءة.

مبدأ التشغيل

في حالة عدم وجود تيار من البطارية الشمسية ، تكون وحدة التحكم في وضع السكون. لا تستخدم أي من صوف البطارية. بعد أن تضرب أشعة الشمس اللوحة ، يبدأ التيار الكهربائي في التدفق إلى جهاز التحكم. يجب أن يتم تشغيله. ومع ذلك ، لا يتم تشغيل مؤشر LED مع 2 ترانزستور ضعيف إلا عندما يصل الجهد إلى 10 فولت

بعد الوصول إلى هذا الجهد ، سيمر التيار عبر الصمام الثنائي Schottky إلى البطارية. إذا ارتفع الجهد إلى 14 فولت ، سيبدأ مكبر الصوت U1 في التشغيل ، والذي سيقوم بتشغيل MOSFET. نتيجة لذلك ، سوف ينطفئ LED ، وسيتم إغلاق اثنين من الترانزستورات منخفضة الطاقة. لن يتم شحن البطارية. في هذا الوقت ، سيتم تفريغ C2. في المتوسط ​​، يستغرق هذا 3 ثوانٍ. بعد تفريغ المكثف C2 ، سيتم التغلب على تباطؤ U1 ، سيتم إغلاق MOSFET ، وستبدأ البطارية في الشحن. سيستمر الشحن حتى يرتفع الجهد إلى مستوى التبديل.

يتم الشحن بشكل دوري. علاوة على ذلك ، تعتمد مدتها على ماهية تيار الشحن للبطارية ، ومدى قوة الأجهزة المتصلة بها. يستمر الشحن حتى يصل الجهد إلى 14 فولت.

يتم تشغيل الدائرة في وقت قصير جدًا. يتأثر إدراجها بوقت شحن C2 بتيار يحد من الترانزستور Q3. لا يمكن أن يكون التيار أكثر من 40 مللي أمبير.