Pengontrol pengisian daya baterai surya: diagram, prinsip operasi, metode koneksi

Komentar:

Jika Anda telah memikirkan cara alternatif untuk mendapatkan energi dan memutuskan untuk memasang panel surya, maka Anda mungkin ingin menghemat uang. Salah satu peluang penghematan adalah buat pengontrol biaya Anda sendiri. Saat memasang generator surya - panel, banyak peralatan tambahan diperlukan: pengontrol pengisian daya, baterai, untuk mentransfer arus ke standar teknis.

Pertimbangkan manufaktur pengontrol pengisian baterai surya do-it-yourself.

Ini adalah perangkat yang mengontrol tingkat pengisian baterai timbal-asam, mencegahnya benar-benar habis dan diisi ulang.Jika baterai mulai kosong dalam mode darurat, perangkat akan mengurangi beban dan mencegah pengosongan total.

Perlu dicatat bahwa pengontrol buatan sendiri tidak dapat dibandingkan dalam kualitas dan fungsionalitas dengan pengontrol industri, tetapi itu akan cukup memadai untuk pengoperasian jaringan listrik. Dijual menemukan produk yang dibuat di ruang bawah tanah, yang memiliki tingkat keandalan yang sangat rendah. Jika Anda tidak memiliki cukup uang untuk membeli unit yang mahal, lebih baik merakitnya sendiri.

Pengontrol pengisian baterai surya DIY

Bahkan produk buatan sendiri harus memenuhi persyaratan berikut:

• 1.2P
• Tegangan input maksimum yang diizinkan harus sama dengan tegangan total semua baterai tanpa beban.

Pada gambar di bawah ini Anda akan melihat diagram peralatan listrik tersebut. Untuk merakitnya, Anda memerlukan sedikit pengetahuan tentang elektronik dan sedikit kesabaran. Desainnya telah sedikit dimodifikasi dan sekarang transistor efek medan dipasang sebagai pengganti dioda, yang diatur oleh komparator.
Pengontrol muatan semacam itu akan cukup untuk digunakan dalam jaringan berdaya rendah, hanya menggunakan. Berbeda dalam kesederhanaan produksi dan biaya bahan yang rendah.

Pengontrol muatan surya Ini bekerja sesuai dengan prinsip sederhana: ketika tegangan pada perangkat penyimpanan mencapai nilai yang ditentukan, ia berhenti mengisi daya, dan hanya penurunan daya yang berlanjut. Jika tegangan indikator turun di bawah ambang batas yang ditetapkan, suplai arus ke baterai dilanjutkan. Penggunaan baterai dinonaktifkan oleh pengontrol ketika dayanya kurang dari 11 V. Berkat pengoperasian regulator seperti itu, baterai tidak akan habis secara spontan selama tidak ada matahari.

Karakter utama sirkuit pengontrol muatan:

• Tegangan pengisian V=13.8V (dapat dikonfigurasi), diukur saat ada arus pengisian;
• pelepasan beban terjadi ketika Vbat kurang dari 11V (dapat dikonfigurasi);
• Menghidupkan beban ketika Vbat=12.5V;
• Kompensasi suhu mode pengisian daya;
• Komparator TLC339 yang ekonomis dapat diganti dengan TL393 atau TL339 yang lebih umum;
• Penurunan tegangan pada tombol kurang dari 20mV saat mengisi daya dengan arus 0,5A.

Pengontrol Pengisian Tenaga Surya Tingkat Lanjut

Jika Anda yakin dengan pengetahuan Anda tentang peralatan elektronik, Anda dapat mencoba merakit sirkuit pengontrol muatan yang lebih kompleks. Ini lebih andal dan mampu berjalan di panel surya dan generator angin yang akan membantu Anda mendapatkan cahaya di malam hari.

Di atas adalah sirkuit pengontrol muatan do-it-yourself yang ditingkatkan. Untuk mengubah nilai ambang batas, resistor pemangkasan digunakan, yang dengannya Anda akan menyesuaikan parameter operasi. Arus yang datang dari sumber dialihkan oleh relai. Relai itu sendiri dikendalikan oleh kunci transistor efek medan.

Semua sirkuit pengontrol muatan diuji dalam praktek dan telah membuktikan diri selama beberapa tahun.

Untuk pondok musim panas dan objek lain di mana konsumsi sumber daya yang besar tidak diperlukan, tidak masuk akal untuk menghabiskan uang untuk elemen mahal. Jika Anda memiliki pengetahuan yang diperlukan, Anda dapat memodifikasi desain yang diusulkan atau menambahkan fungsionalitas yang diperlukan.

Jadi Anda dapat membuat pengontrol muatan dengan tangan Anda sendiri saat menggunakan perangkat energi alternatif. Jangan putus asa jika pancake pertama keluar kental. Lagi pula, tidak ada yang kebal dari kesalahan. Sedikit kesabaran, ketekunan, dan eksperimen akan mengakhiri masalah ini. Tetapi catu daya yang berfungsi akan menjadi alasan yang sangat baik untuk kebanggaan.

Charge controller adalah bagian yang sangat penting dari sistem di mana arus listrik dihasilkan oleh panel surya. Perangkat mengontrol pengisian dan pemakaian baterai. Berkat dia, baterai tidak dapat diisi ulang dan dikosongkan sedemikian rupa sehingga tidak mungkin untuk memulihkan kondisi kerjanya.

Pengontrol semacam itu dapat dibuat dengan tangan.

Prinsip operasi

Jika tidak ada arus dari baterai surya, pengontrol dalam mode tidur. Itu tidak menggunakan watt apa pun dari baterai. Setelah sinar matahari mengenai panel, arus listrik mulai mengalir ke pengontrol. Dia harus menyala. Namun, LED indikator, bersama dengan 2 transistor lemah, hanya menyala ketika tegangan mencapai 10 V.

Setelah mencapai tegangan ini, arus akan melewati dioda Schottky ke baterai. Jika tegangan naik menjadi 14 V, penguat U1 akan mulai bekerja, yang akan menghidupkan transistor MOSFET. Akibatnya, LED akan padam, dan dua transistor yang tidak kuat akan menutup. Baterai tidak akan terisi. Pada saat ini, C2 akan habis. Rata-rata, dibutuhkan 3 detik. Setelah kapasitor C2 habis, histeresis U1 akan teratasi, MOSFET akan menutup, dan baterai akan mulai diisi. Pengisian akan berlanjut sampai tegangan naik ke tingkat switching.

Pembuatan sendiri

Jika seseorang memiliki pengetahuan tertentu di bidang elektronik dan teknik listrik, maka Anda dapat mencoba merakit sirkuit pengontrol untuk panel surya dan generator angin dengan tangan Anda sendiri.Unit seperti itu akan jauh lebih rendah dalam fungsionalitas dan efisiensi dibandingkan sampel serial industri, tetapi dalam jaringan berdaya rendah mungkin cukup.

Modul kontrol kerajinan tangan harus memenuhi kondisi dasar:

• 1.2P I × U. Persamaan ini menggunakan notasi daya total semua sumber (P), arus keluaran pengontrol (I), tegangan dalam sistem dengan baterai yang benar-benar habis (U),
• Tegangan input maksimum pengontrol harus sesuai dengan tegangan total baterai tanpa beban.

Skema paling sederhana dari modul semacam itu akan terlihat seperti ini:

Perangkat, dirakit dengan tangan, bekerja dengan karakteristik berikut:

• Tegangan pengisian - 13,8 V (dapat bervariasi tergantung pada peringkat saat ini),
• Tegangan pemutus - 11 V (dapat dikonfigurasi),
• Tegangan nyala - 12,5 V,
• Penurunan tegangan pada kunci adalah 20 mV pada nilai arus 0,5A.

Pengontrol muatan tipe PWM atau MPPT adalah salah satu bagian integral dari sistem surya atau hibrida apa pun yang didasarkan pada generator surya dan angin. Mereka menyediakan mode pengisian baterai normal, meningkatkan efisiensi dan mencegah keausan dini, dan dapat dirakit sepenuhnya dengan tangan.

Diagram koneksi modul

Klik untuk memperbesar diagram

Setelah melepas dinding belakang, Anda dapat mengakses papan sirkuit perangkat.

Baterai 12 V dengan kapasitas 1,2 A/jam dipilih sebagai baterai, karena penulis memilikinya. Bahkan, pada hari yang cerah, panel akan dapat mengisi 2-3 baterai tersebut. Sekering disertakan dalam sirkuit baterai untuk mengurangi risiko korsleting.Untuk mencegah baterai habis melalui panel surya dalam cahaya redup, dioda Schottky tipe IN5817 dihubungkan secara seri dengan panel. Ketika baterai terisi penuh, arus yang ditarik dari panel surya adalah sekitar 50mA pada 19V.

Sebagai beban uji, phytolamp LED buatan sendiri digunakan pada 4 phyto-LED yang dihubungkan secara seri dengan daya 1 W, resistor tipe MLT-2 dengan resistansi 30 Ohm dihubungkan secara seri dengan LED. Pada tegangan 12,6 V, arus yang dikonsumsi oleh lampu akan menjadi sekitar 60 mA. Dengan demikian, baterai 1,2 Ah memungkinkan Anda menyalakan lampu ini selama sekitar 20 jam.

Secara umum, struktur otonom yang dirakit ternyata cukup efisien dari sudut pandang teknis. Tapi dari sudut pandang ekonomi, mengingat biaya baterai surya, baterai dan unit kontrol, gambarannya suram. Baterai surya berharga 2.700 rubel, baterai 12 V 1,2 Ah berharga sekitar 500 rubel, unit kontrol berharga 400 rubel. Penulis juga mencoba menggunakan dua baterai 6 V 12 A / jam yang dihubungkan secara seri (biayanya sekitar 3000 r), penulis mengisi baterai seperti itu dalam 3-4 hari yang cerah, sedangkan arus pengisian mencapai 270 mA.

Total biaya peralatan bekas dalam konfigurasi minimum adalah 3600 rubel. Seperti yang Anda lihat, phytolamp ini mengkonsumsi sekitar 0,8 watt. Pada kecepatan 3,5 r/kWh, lampu harus dioperasikan dari sumber listrik pada efisiensi catu daya 50%, sekitar 640.000 jam atau 73 tahun, hanya untuk membenarkan biaya peralatan. Pada saat yang sama, untuk jangka waktu seperti itu, tidak diragukan lagi, akan perlu untuk sepenuhnya mengubah peralatan beberapa kali, tidak ada yang membatalkan degradasi baterai dan fotosel.

Diagram perangkat

Papan ini menjadi sangat panas, jadi kami akan menyoldernya sedikit di atas PCB. Untuk ini, kita akan menggunakan kawat tembaga kaku untuk membuat kaki PCB. Kami akan memiliki 4 buah kawat tembaga untuk membuat 4 kaki untuk papan sirkuit. Anda juga dapat menggunakan pin header sebagai pengganti kawat tembaga untuk ini.

Sel surya masing-masing terhubung ke terminal IN+ dan IN- pada papan pengisi daya TP4056. Dioda dimasukkan di ujung positif untuk perlindungan tegangan balik. Papan BAT+ dan BAT- kemudian dihubungkan ke ujung +ve dan -ve baterai. Itu saja yang kita butuhkan untuk mengisi baterai.

Sekarang untuk menyalakan papan Arduino, kita perlu meningkatkan output menjadi 5V. Jadi kami menambahkan penguat tegangan 5V ke rangkaian ini. Hubungkan baterai -ve ke IN- dari amplifier dan ve+ ke IN+ dengan menambahkan sakelar di antara keduanya. Kami menghubungkan papan booster langsung ke pengisi daya, tetapi kami menyarankan untuk memasang sakelar SPDT di sana. Oleh karena itu, saat perangkat mengisi daya baterai, perangkat terisi daya dan tidak digunakan.

Sel surya terhubung ke input pengisi baterai lithium (TP4056), output yang terhubung ke baterai lithium 18560. Sebuah penguat tegangan 5V juga terhubung ke baterai dan digunakan untuk mengkonversi dari 3.7VDC ke 5VDC.

Tegangan pengisian biasanya sekitar 4,2V. Input penguat tegangan bervariasi dari 0,9V hingga 5,0V. Jadi akan terlihat sekitar 3,7V pada inputnya saat baterai habis dan 4,2V saat diisi ulang.Output amplifier ke seluruh rangkaian akan mempertahankannya pada 5V.

Proyek ini akan sangat berguna untuk menyalakan pencatat data jarak jauh. Seperti yang Anda ketahui, catu daya selalu menjadi masalah bagi perekam jarak jauh, dan dalam banyak kasus tidak ada stopkontak yang tersedia.

Situasi serupa memaksa Anda untuk menggunakan beberapa baterai untuk memberi daya pada sirkuit Anda. Tapi lama kelamaan baterainya akan mati. Proyek murah kami pengisi daya surya akan menjadi solusi yang bagus untuk situasi ini.

Membutuhkan

Pada pengisian maksimum baterai, pengontrol akan mengatur suplai arus ke sana, menguranginya ke jumlah yang diperlukan untuk mengkompensasi pengosongan sendiri perangkat. Jika baterai benar-benar habis, maka pengontrol akan mematikan semua beban yang masuk pada perangkat.

Kebutuhan akan perangkat ini dapat dikurangi menjadi poin-poin berikut:

1. Pengisian baterai bersifat multi-tahap;
2. Menyesuaikan baterai hidup / mati saat mengisi / mengeluarkan perangkat;
3. Menghubungkan baterai dengan daya maksimum;
4. Menghubungkan pengisian daya dari fotosel dalam mode otomatis.

Pengontrol pengisian daya baterai untuk perangkat surya penting karena kinerja semua fungsinya dalam kondisi baik sangat meningkatkan masa pakai baterai internal.

diagram pengkabelan

Ada 3 skema yang mungkin untuk menghubungkan panel surya satu sama lain, yaitu: koneksi serial, paralel dan seri-paralel. Sekarang lebih banyak tentang mereka.

koneksi serial

Dalam rangkaian ini, terminal negatif panel pertama dihubungkan ke terminal positif panel kedua, negatif panel kedua ke terminal ketiga, dan seterusnya.Apa yang memberi koneksi seperti itu - tegangan semua panel akan ditambahkan. Dengan kata lain, jika Anda ingin mendapatkan, misalnya, 220V segera, sirkuit ini akan membantu Anda melakukannya. tetapi jarang digunakan.

Mari kita ambil contoh. Kami memiliki 4 panel dengan daya pengenal masing-masing 12V, Voc: 22.48V (ini adalah tegangan rangkaian terbuka), kami mendapatkan 48V pada output. Tegangan sirkuit terbuka \u003d 22.48V * 4 \u003d 89.92V. sedangkan daya arus maksimum, Imp, tetap tidak berubah.

Dalam skema ini, tidak disarankan untuk menggunakan panel dengan nilai Imp yang berbeda, karena efisiensi sistem akan rendah.

Koneksi paralel

Skema ini memungkinkan, tanpa menaikkan tegangan panel, untuk meningkatkan arus. Mari kita ambil contoh. Kami memiliki 4 panel dengan daya pengenal masing-masing 12V, tegangan rangkaian terbuka 22,48V, arus pada titik daya maksimum 5,42A. Pada keluaran rangkaian, tegangan pengenal dan tegangan rangkaian terbuka tetap tidak berubah, tetapi daya maksimum akan menjadi 5,42A * 4 = 21,68A.

Koneksi seri-paralel

• Tegangan nominal panel surya: 12V • Tegangan tanpa beban Voc: 22.48V • Arus pada titik daya maksimum Imp: 5.42A.

Dengan menghubungkan 2 panel surya secara seri dan 2 paralel pada output, kita mendapatkan tegangan 24V, tegangan rangkaian terbuka 44,96V, dan arus akan menjadi 5,42A * 2 = 10,84A.

Hal ini memungkinkan untuk mendapatkan sistem yang seimbang dan menghemat peralatan seperti pengontrol pengisian daya baterai, karena emu tidak perlu menahan banyak tegangan pada puncaknya. Sirkuit ini juga memungkinkan untuk menggunakan panel dengan daya yang berbeda, misalnya, 2 hingga 12V, untuk diubah menjadi 24V. Pilihan jaringan paling nyaman untuk rumah.

Panel surya stasioner terbaik

Perangkat stasioner dicirikan oleh dimensi besar dan peningkatan daya. Mereka dipasang dalam jumlah besar di atap bangunan dan area bebas lainnya. Dirancang untuk penggunaan sepanjang tahun.

Sunways FSM-370M

4.9

★★★★★
skor editorial

98%
pembeli merekomendasikan produk ini

Model ini dibuat menggunakan teknologi PERC, sehingga stabil dalam kondisi cuaca buruk. Bingkai aluminium anodized tidak takut akan benturan dan deformasi yang tajam. Kaca temper berkekuatan tinggi dengan penyerapan UV rendah memastikan keamanan panel.

Nilai daya adalah 370 W, tegangan 24 V. Baterai dapat beroperasi pada suhu luar ruangan dari -40 hingga +85 °С. Rakitan dioda melindunginya dari kelebihan beban dan arus balik, mengurangi kerugian efisiensi dengan naungan sebagian permukaan.

Keuntungan:

• bingkai tahan korosi yang tahan lama;
• kaca pelindung tebal;
• operasi yang stabil dalam kondisi apa pun;
• umur panjang.

Kekurangan:

berat badan yang besar.

Sunways FSM-370M direkomendasikan untuk catu daya permanen fasilitas besar. Pilihan yang sangat baik untuk penempatan di atap bangunan tempat tinggal atau gedung perkantoran.

Delta BST 200-24M

4.9

★★★★★
skor editorial

96%
pembeli merekomendasikan produk ini

Fitur Delta BST adalah struktur heterogen modul kristal tunggal. Ini telah meningkatkan kemampuan panel untuk menyerap radiasi matahari yang tersebar dan memastikan pengoperasian yang efisien bahkan dalam kondisi mendung.

Daya puncak baterai adalah 200 watt dengan dimensi 1580x808x35 mm. Konstruksi yang kaku tahan terhadap kondisi yang sulit, sedangkan rangka yang diperkuat dengan lubang drainase memastikan pengoperasian panel yang stabil selama cuaca buruk.Lapisan pelindung terbuat dari kaca tempered anti-reflektif setebal 3,2 mm.

Keuntungan:

• operasi yang stabil dalam kondisi cuaca yang sulit;
• konstruksi yang diperkuat;
• tahan panas;
• bingkai tahan karat.

Kekurangan:

instalasi yang kompleks.

Delta BST dirancang untuk menyediakan daya yang konsisten sepanjang tahun dan akan menyediakan daya yang andal selama bertahun-tahun yang akan datang.

Feron PS0301

4.8

★★★★★
skor editorial

90%
pembeli merekomendasikan produk ini

Panel surya Feron tidak takut kondisi sulit dan berfungsi stabil pada suhu -40..+85 °C. Kasing logam tahan terhadap kerusakan dan tidak menimbulkan korosi. Daya baterai 60 W, dimensi dalam bentuk siap pakai 35x1680x664 milimeter.

Jika perlu, transportasi struktur dapat dengan mudah dilipat. Untuk membawa nyaman dan aman, kasus khusus yang terbuat dari sintetis tahan lama disediakan. Kit ini juga mencakup dua penyangga, kabel dengan klip dan pengontrol, yang memungkinkan Anda untuk segera menugaskan panel.

Keuntungan:

• tahan panas;
• operasi yang stabil di semua kondisi cuaca;
• kasus tahan lama;
• instalasi cepat;
• desain lipat yang nyaman.

Kekurangan:

harga tinggi.

Feron dapat digunakan dalam segala cuaca. Pilihan yang baik untuk pemasangan di rumah pribadi, tetapi Anda memerlukan beberapa panel ini untuk mendapatkan daya yang cukup.

Woodland Sun House 120W

4.7

★★★★★
skor editorial

85%
pembeli merekomendasikan produk ini

Model ini terbuat dari wafer silikon polikristalin. Fotosel ditutupi dengan lapisan kaca tempered yang tebal, yang menghilangkan risiko kerusakan mekanis dan faktor eksternal.Kehidupan pelayanan mereka adalah sekitar 25 tahun.

Daya baterai 120 W, dimensi dalam keadaan siap pakai adalah 128x4x67 sentimeter. Kit ini mencakup tas praktis yang terbuat dari bahan tahan aus yang menyederhanakan penyimpanan dan pengangkutan panel. Untuk kemudahan pemasangan pada permukaan yang rata, disediakan kaki khusus.

Keuntungan:

• penutup pelindung;
• instalasi cepat;
• ukuran kompak dan mudah dibawa;
• umur panjang;
• tas tahan lama disertakan.

Kekurangan:

framenya tipis.

Woodland Sun House mampu mengisi baterai 12 volt. Solusi yang sangat baik untuk pemasangan di rumah pedesaan, pangkalan berburu, dan di tempat lain yang jauh dari peradaban.

Opsi koneksi surya

Panel surya terdiri dari beberapa panel individu. Untuk meningkatkan parameter keluaran sistem dalam bentuk daya, tegangan dan arus, elemen-elemen dihubungkan satu sama lain, menerapkan hukum fisika.

Sambungan beberapa panel satu sama lain dapat dilakukan menggunakan salah satu dari tiga skema pemasangan panel surya:

• paralel;
• konsisten;
• Campuran.

Sirkuit paralel melibatkan menghubungkan terminal dengan nama yang sama satu sama lain, di mana elemen memiliki dua simpul konvergensi konduktor yang sama dan percabangannya.

Dengan rangkaian paralel, plus terhubung ke plus, dan minus ke minus, akibatnya arus keluaran meningkat, dan tegangan keluaran tetap dalam 12 volt

Nilai arus keluaran maksimum yang mungkin dalam rangkaian paralel berbanding lurus dengan jumlah elemen yang terhubung. Prinsip-prinsip untuk menghitung kuantitas diberikan dalam artikel yang kami rekomendasikan.

Sirkuit serial melibatkan koneksi kutub yang berlawanan: "plus" dari panel pertama ke "minus" yang kedua.Sisa "plus" yang tidak terpakai dari panel kedua dan "minus" baterai pertama dihubungkan ke pengontrol yang terletak lebih jauh di sepanjang sirkuit.

Jenis koneksi ini menciptakan kondisi untuk aliran arus listrik, di mana hanya ada satu cara untuk mentransfer pembawa energi dari sumber ke konsumen.

Dengan koneksi serial, tegangan output meningkat dan mencapai 24 volt, yang cukup untuk menyalakan peralatan portabel, lampu LED, dan beberapa penerima listrik.

Rangkaian seri-paralel atau campuran paling sering digunakan bila perlu untuk menghubungkan beberapa kelompok baterai. Dengan menerapkan rangkaian ini, baik tegangan dan arus dapat ditingkatkan pada output.

Dengan skema koneksi seri-paralel, tegangan keluaran mencapai tanda, karakteristik yang paling cocok untuk menyelesaikan sebagian besar tugas rumah tangga

Opsi ini juga bermanfaat dalam arti bahwa jika terjadi kegagalan salah satu elemen struktural sistem, rantai penghubung lainnya terus berfungsi. Ini secara signifikan meningkatkan keandalan seluruh sistem.

Prinsip merakit sirkuit gabungan didasarkan pada kenyataan bahwa perangkat dalam setiap kelompok dihubungkan secara paralel. Dan koneksi semua grup dalam satu sirkuit dilakukan secara berurutan.

Dengan menggabungkan berbagai jenis koneksi, tidak akan sulit untuk merakit baterai dengan parameter yang diperlukan. Hal utama adalah bahwa jumlah sel yang terhubung harus sedemikian rupa sehingga tegangan operasi yang disuplai ke baterai, dengan mempertimbangkan penurunannya di sirkuit pengisian, melebihi tegangan baterai itu sendiri, dan arus beban baterai pada saat yang sama. waktu menyediakan jumlah arus pengisian yang diperlukan.

Membutuhkan

Pada pengisian maksimum baterai, pengontrol akan mengatur suplai arus ke sana, menguranginya ke jumlah yang diperlukan untuk mengkompensasi pengosongan sendiri perangkat. Jika baterai benar-benar habis, maka pengontrol akan mematikan semua beban yang masuk pada perangkat.

Kebutuhan akan perangkat ini dapat dikurangi menjadi poin-poin berikut:

1. Pengisian baterai bersifat multi-tahap;
2. Menyesuaikan baterai hidup / mati saat mengisi / mengeluarkan perangkat;
3. Menghubungkan baterai dengan daya maksimum;
4. Menghubungkan pengisian daya dari fotosel dalam mode otomatis.

Pengontrol pengisian daya baterai untuk perangkat surya penting karena kinerja semua fungsinya dalam kondisi baik sangat meningkatkan masa pakai baterai internal.