בקר טעינה סולארי לסוללה של 100 Ah

בקר טעינה סולארי מקיף זה נועד לטעון ביעילות סוללה גדולה של 12 וולט 100 Ah ביעילות מירבית. המטען הסולארי כמעט חסין תקלות במונחים של טעינת סוללה, טעינה קצרה או בתנאי זרם.

המרכיבים העיקריים במעגל הרגולטור הסולארי הזה 100 Ah הם, כמובן, הפאנל הסולארי והסוללה (12 וולט). הסוללה כאן עובדת כיחידת אחסון אנרגיה.

מנורות DC במתח נמוך ודברים כאלה יכולים להיות מונעים ישר מהסוללה, בעוד ש מהפך חשמל יכול להיות מופעל כדי להמיר מתח סוללה ישיר ל- 240 וולט AC.

עם זאת, כל היישומים הללו הם בדרך כלל לא נושא התוכן הזה, שמתמקד בו חיבור סוללה עם פאנל סולארי . זה אולי נראה מפתה מדי לחבר פאנל סולארי ישירות לסוללה לטעינה, אבל זה אף פעם לא מומלץ. הולם בקר טעינה חיוני לטעינת כל סוללה מפאנל סולארי.

החשיבות העיקרית של בקר הטעינה היא להפחית את זרם הטעינה בשיא אור השמש כאשר הפאנל הסולארי מקנה כמויות זרם גבוהות מעבר לרמת הסוללה הנדרשת.

זה הופך להיות חשוב מכיוון שטעינה עם זרם גבוה עלולה להוביל לפגיעה קריטית בסוללה, ובהחלט עשויה להפחית את תוחלת חיי הסוללה.

ללא בקר טעינה, הסכנה של טעינת יתר של הסוללה בדרך כלל מתקרב, מכיוון שהתפוקה הנוכחית של פאנל סולארי נקבעת ישירות על ידי רמת ההקרנה מהשמש, או על ידי כמות אור השמש הנפל.

בעיקרו של דבר, תוכלו למצוא כמה שיטות לניהול זרם הטעינה: דרך רגולטור הסדרה או רגולטור מקביל.

מערכת ויסות סדרתי היא בדרך כלל בצורה של טרנזיסטור אשר מוצג בסדרה בין הפאנל הסולארי לסוללה.

הרגולטור המקביל הוא בצורה של a הרגולטור 'shunt' מחובר במקביל לפאנל הסולארי ולסוללה. ה רגולטור 100 אה המוסבר בפוסט זה הוא למעשה בקר רגולטור סולארי מסוג מקביל.

מאפיין המפתח של א הרגולטור המחלף הוא שאינו דורש כמויות זרם גבוהות עד שהסוללה נטענת במלואה. מבחינה מעשית, הצריכה הנוכחית שלה קטנה כל כך עד שהיא יכולה להתעלם ממנה.

פעם ה הסוללה טעונה במלואה עם זאת, עודף הכוח מתפזר לחום. במיוחד בפאנלים סולאריים גדולים יותר, הטמפרטורה הגבוהה הזו דורשת מבנה עצום יחסית של הרגולטור.

יחד עם מטרתו האמיתית, הגון בקר טעינה בנוסף מספק בטיחות במובנים רבים, יחד עם הגנה מפני פריקה עמוקה של הסוללה, נתיך אלקטרוני ובטיחות אמינה לקראת היפוך קוטביות עבור הסוללה או הפאנל הסולארי.

פשוט מכיוון שכל המעגל מונע על ידי הסוללה באמצעות דיודת הגנה על קוטביות שגויה, D1, הרגולטור לטעינה סולארית ממשיך לעבוד כרגיל גם כאשר הפאנל הסולארי אינו מספק זרם.

המעגל עושה שימוש במתח הסוללה הלא מווסת (צומת D2 -R4) יחד עם מתח ייחוס מדויק ביותר של 2.5 וולט שנוצר באמצעות דיודת הזנר D5.

מכיוון שרגולטור הטעינה בפני עצמו מתפקד בצורה מושלמת עם זרם נמוך מ -2 mA, הסוללה בקושי נטענת בשעות הלילה, או בכל פעם שהשמיים מעוננים.

צריכת הזרם המינימלית על ידי המעגל מושגת באמצעות MOSFET כוח מסוג BUZ11, T2 ו- T3, שהמתג שלהם תלוי במתח, זה מאפשר להם לתפקד בהספק כונן אפס כמעט.

בקרת הטעינה הסולארית המוצעת לסוללה של 100 Ah עוקב אחר הסוללה מתח ומסדיר את רמת ההולכה של הטרנזיסטור T1.

ככל שמתח הסוללה גדול יותר, כך הזרם העובר דרך T1 יהיה גבוה יותר. כתוצאה מכך, ירידת המתח סביב R19 הופכת גבוהה יותר.

מתח זה על פני R19 הופך למתח מיתוג השער עבור MOSFET T2, הגורם ל- MOSFET לעבור יותר חזק, ומפיל את התנגדות הניקוז למקור שלו.

בגלל זה הפאנל הסולארי נטען בכבדות רבה יותר שמפזר את הזרם העודף דרך R13 ו- T2.

דיודת שוטקי D7 מגנה על הסוללה מפני היפוך מקרי של מסופי ה- + ו- - של הפאנל הסולארי.

דיודה זו עוצרת בנוסף את זרימת הזרם מהסוללה לפאנל הסולארי במקרה שמתח הפאנל נופל מתחת למתח הסוללה.

איך עובד הרגולטור

תרשים המעגל של הרגולטור למטען סולארי 100 Ah ניתן לראות באיור לעיל.

האלמנטים העיקריים במעגל הם כמה MOSFETs 'כבדים' ו- IC מגבר ארבע משולב.

ניתן לחלק את הפונקציה של IC זה לשלושה חלקים: ויסות המתח שנבנה סביב IC1a, בקר הסוללה יתר על המידה מוגדר סביב IC1d והאלקטרוני הגנה על קצר מחובר סביב IC1c.

IC1 עובד כמו הרכיב השולט העיקרי, ואילו T2 מתפקד כנגד כוח מסתגל. T2 יחד עם R13 מתנהג כמו עומס פעיל ביציאת הפאנל הסולארי. תפקוד הרגולטור הוא פשוט למדי.

חלק משתנה ממתח הסוללה מוחל על הקלט הלא-הפוך של מגבר הבקרה IC1a דרך מחלק המתח R4-P1-R3. כפי שנדון קודם, מתח הייחוס 2.5 וולט מוחל על הכניסה ההפוכה של מגבר ה- op.

נוהל העבודה של ויסות השמש הוא די ליניארי. ה- IC1a בודק את מתח הסוללה, וברגע שהוא מגיע לטעינה מלאה, הוא מפעיל את T1, T2 וגורם להעברת המתח הסולארי באמצעות R13.

זה מבטיח שהסוללה לא תהיה טעונה יתר על המידה או טעונה יתר על המידה על ידי הפאנל הסולארי. חלקים IC1b ו- D3 משמשים לציון מצב 'טעינת הסוללה'.

נורית הנורית נדלקת כאשר מתח הסוללה מגיע ל -13.1 וולט וכאשר מתחיל תהליך טעינת הסוללה.

איך פועלים שלבי ההגנה

IC1d opamp מוגדר כמו משווה לפקח על סוללה חלשה רמת מתח, ולהבטיח הגנה מפני פריקה עמוקה, ו- MOSFET T3.

מתח הסוללה יורד לראשונה באופן יחסי לכדי 1/4 מהערך הנקוב על ידי מחלק התנגדות R8 / R10, ולאחר מכן הוא מושווה למתח ייחוס של 23 וולט המתקבל באמצעות D5. ההשוואה מבוצעת על ידי IC1c.

נגדי החלוקה הפוטנציאליים נבחרים בצורה כזו שתפוקת IC1d צונחת ברגע שמתח הסוללה יורד מתחת לערך המשוער של 9 וולט.

MOSFET T3 מעכב ומנתק את קישור הקרקע על פני הסוללה והעומס. בגלל ההיסטריה שנוצרת על ידי נגד המשוב R11, המשווה אינו משנה את המצב עד שמתח הסוללה הגיע שוב ל 12 וולט.

הקבל האלקטרוליטי C2 מעכב את הגנת הפריקה העמוקה מפני הפעלת נפילות מתח מיידיות עקב, למשל, הפעלת עומס עצום.

הגנת המעגל הקצר הכלולה במעגל מתפקדת כמו נתיך אלקטרוני. כאשר קוצר קצר בטעות, הוא מנתק את העומס מהסוללה.

אותו הדבר מיושם גם באמצעות T3, המראה את פונקציית התאומים המכריעה של MOSFET T13. לא רק שה- MOSFET עובד כמפסק קצר, גם צומת הניקוז למקור שלו ממלא את תפקידו כמו נגד מחשוב.

ירידת המתח שנוצרת על ידי נגד זה מוקטנת ב- R12 / R18 ומופעלת לאחר מכן על הקלט ההפוך של השווה IC1c.

גם כאן, המתח המדויק שמספק D5 משמש כנקודת התייחסות. כל עוד ההגנה על המעגל הקצר נותרה לא פעילה, IC1c ממשיך לספק פלט לוגי 'גבוה'.

פעולה זו חוסמת הולכה של D4, כך שפלט IC1d מחליט אך ורק על פוטנציאל השער T3. טווח מתח שער של סביב 4 וולט עד 6 וולט מושג בעזרת מחלק התנגדות R14 / R15, המאפשר להקים ירידת מתח ברורה מעל צומת הניקוז למקור של T3.

ברגע שזרם העומס מגיע לרמה הגבוהה ביותר שלו, ירידת המתח עולה במהירות עד שהמפלס מספיק רק כדי להחליף את IC1c. זה גורם כעת לתפוקתו להיות נמוכה בהיגיון.

בשל כך, כעת מופעלת דיודה D4 ומאפשרת לקצר את שער T3 לקרקע. בשל כך כעת MOSFET מכבה, ועוצר את הזרימה הנוכחית. רשת R / C R12 / C3 מחליטה על זמן התגובה של הנתיך האלקטרוני.

זמן תגובה איטי יחסית נקבע על מנת למנוע הפעלה שגויה של פעולת הנתיכים האלקטרוניים עקב עליית זרם גבוהה רגעית גבוהה בזרם העומס.

בנוסף, LED D6 משמש כנקודת התייחסות של 1.6 וולט, ומוודא ש- C3 אינו מסוגל להיטען מעל רמת מתח זו.

לאחר הסרת הקצר והעומס מנותק מהסוללה, C3 משוחרר בהדרגה דרך הנורית (זה יכול לארוך עד 7 שניות). מכיוון שהנתיך האלקטרוני מתוכנן עם תגובה איטית למדי, אין פירושו שזרם העומס יורשה להגיע לרמות מוגזמות.

לפני שניתן להפעיל את הנתיך האלקטרוני, מתח השער T3 מציג את ה- MOSFET להגביל את זרם המוצא לנקודה כפי שנקבע באמצעות הגדרת P2 מוגדרת מראש.

על מנת להבטיח ששום דבר לא נשרף או צ'יפס, המעגל כולל בנוסף נתיך סטנדרטי, F1, המחובר בסדרה עם הסוללה, ומספק ביטחון כי תקלה סבירה במעגל לא תגרום לאסון מיידי.

כמגן הגנתי אולטימטיבי, D2 נכלל במעגל. דיודה זו מגנה על כניסות IC1a ו- IC1b מפני נזק, עקב חיבור סוללה לאחור בשוגג.

בחירת הפאנל הסולארי

ההחלטה על פאנל סולארי המתאים ביותר תלויה, באופן טבעי, בדירוג הסוללה Ah שאתה מתכוון לעבוד איתו.

הרגולטור לטעינה סולארית מיועד בעצם לפאנלים סולאריים עם מתח יציאה בינוני של 15 עד 18 וולט ו -10 עד 40 וואט. פנלים מסוג זה מתאימים בדרך כלל לסוללות המדורגות בין 36 ל -100 אה.

אף על פי כן, מכיוון שמווסת הטעינה הסולארית מוגדר לספק רישום זרם אופטימלי של 10 A, יתכן בהחלט שיישמו פאנלים סולאריים המדורגים 150 וואט.

ניתן להחיל את מעגל הרגולטור של המטען הסולארי טחנות רוח ועם מקורות מתח אחרים, בתנאי שמתח הכניסה נמצא בטווח 15-18 וולט.

רוב החום מתפזר דרך העומס הפעיל, T2 / R13. למותר לציין כי יש לקרר את ה- MOSFET בצורה יעילה דרך גוף הקירור, ולדרג את R13 בצורה נאותה לעמידה בטמפרטורות גבוהות במיוחד.

הספק R13 חייב להתאים לדירוג הפאנל הסולארי. בתרחיש (קיצוני) כאשר פאנל סולארי מחובר למתח יציאה ללא עומס של 21 וולט, וגם זרם קצר של 10 A, בתרחיש כזה T2 ו- R13 מתחילים לפזר הספק שווה ערך למתח. ההבדל בין הסוללה לפאנל הסולארי (בסביבות 7 וולט) כפול זרם הקצר (10 A), או פשוט 70 וואט!

זה באמת יכול להתרחש לאחר שהסוללה טעונה לחלוטין. רוב הכוח משתחרר באמצעות R13, מכיוון ש- MOSFET מציע אז התנגדות נמוכה מאוד. ניתן לקבוע במהירות את ערך הנגד MOSFET R13 באמצעות החוק של אוהם הבא:

R13 = P x I^שתיים= 70 x 10^שתיים= 0.7 אוהם

סוג זה של תפוקה קיצונית של פאנלים סולאריים עשוי להיראות יוצא דופן. באב-טיפוס של הרגולטור לטעינה סולארית, הוחל התנגדות של 0.25 Ω / 40 W המורכבת מארבעה נגדים מחוברים מקבילים של 1Ω / 10 W. הקירור הדרוש ל- T3 מחושב באותו אופן.

אם נניח שזרם המוצא הגבוה ביותר הוא 10 A (שמשווה לירידת מתח של כ -2.5 V מעל צומת מקור הניקוז), יש להעריך פיזור מקסימלי של כ 27W.

כדי להבטיח קירור הולם של T3 גם בטמפרטורות רקע מופרזות (למשל, 50 מעלות צלזיוס), על גוף הקירור להשתמש בהתנגדות תרמית של 3.5 K / W או פחות.

החלקים T2, T3 ו- D7 מסודרים בצד מסוים אחד של ה- PCB, מה שמאפשר לחבר אותם בקלות לגוף קירור משותף יחיד (עם רכיבי בידוד).

פיזור שלושת המוליכים למחצה האלה חייב להיות כלול, ובמקרה זה אנו רוצים קירור בעל מפרט תרמי של 1.5 K / W ומעלה. הסוג המתואר ברשימת החלקים תואם תנאי זה.

איך להציב

למרבה המזל, מעגל הרגולציה הסולארית של 100 Ah די קל להתקנה. המשימה דורשת, בכל זאת, כמה ספקי כוח (מוסדרים) .

אחת מהן מותאמת למתח יציאה של 14.1 וולט, ומחוברת למוליכות הסוללה (המכונות 'accu') על גבי המעגל. ספק הכוח השני חייב להיות מגביל זרם.

אספקה ​​זו מותאמת למתח המעגל הפתוח של הפאנל הסולארי, (למשל 21 וולט, כמו במצב שצוין קודם לכן), ומצמדת למסופי האתרים המיועדים 'תאים'.

כאשר אנו מכוונים את ה- P1 כראוי, המתח אמור לרדת ל -14.1 V. אנא אל תדאג מכך, מכיוון שהמגביל הנוכחי ו- D7 מבטיחים ששום דבר בהחלט לא יכול להשתבש!

לצורך התאמה יעילה של P2 עליכם לעבוד עם עומס שקצת יותר גבוה מהעומס הכבד ביותר שעלול להתרחש בפלט. אם ברצונך לחלץ את המקסימום מתכנון זה, נסה לבחור זרם עומס של 10 A.

ניתן להשיג זאת באמצעות נגד עומס של 1Ω x120 W, המורכב, למשל, מ -10 נגדים של 10Ω / 10 W במקביל. P2 מוגדר מראש בהתחלה הסתובב ל'מקסימום (מגב לכיוון R14).

לאחר מכן, העומס מחובר למוליכים המיועדים ל'עומס 'על PCB. כוונן את P2 לאט ובזהירות עד שתגיע לרמה בה T3 פשוט נכבה ומנתק את העומס. לאחר הוצאת נגדי העומס, ניתן לנתק את מוליכי העומס לרגע כדי לבדוק שהנתיך האלקטרוני פועל כהלכה.

פריסות PCB

רשימת חלקים

נגדים:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2.2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1 מיליון
R13 = ראה טקסט
R17 = 10k
P1 = 5k מוגדר מראש
P2 = 50k מוגדר מראש
קבלים:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V רדיאלי
C3 = 10uF / 16V
מוליכים למחצה:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED אדום
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
שונות:
F1 = נתיך 10 A (T) עם בעל הר PCB
8 מסופי ספייד להתקנת בורג
גוף קירור 1.251VW