Güneş pili şarj kontrol cihazı: devre, çalışma prensibi, bağlantı yöntemleri

Güneş enerjisi şu ana kadar (ev düzeyinde) nispeten düşük güçlü fotovoltaik panellerin oluşturulmasıyla sınırlıdır.Ancak güneş ışığını akıma çeviren fotoelektrik dönüştürücünün tasarımı ne olursa olsun, bu cihaz güneş pili şarj kontrolörü adı verilen bir modülle donatılmıştır.

Aslında, güneş fotosentezi kurulumu, güneş panelinden alınan enerji için bir depolama cihazı olan şarj edilebilir bir pil içerir. Öncelikle kontrolör tarafından sunulan bu ikincil enerji kaynağıdır.

Sunduğumuz yazıda bu cihazın tasarımını ve çalışma prensiplerini anlayacağız, aynı zamanda nasıl bağlanacağını da ele alacağız.

Güneş Kontrol Cihazları

Güneş kontrol cihazı adı verilen elektronik modül, şarj/deşarj işlemi sırasında bir dizi kontrol fonksiyonunu gerçekleştirmek üzere tasarlanmıştır. güneş pili pil.

Örneğin bir evin çatısına kurulan güneş panelinin yüzeyine güneş ışığı düştüğünde, cihazın fotoselleri bu ışığı elektrik akımına dönüştürür.

Ortaya çıkan enerji aslında doğrudan depolama bataryasına sağlanabiliyor. Ancak pili şarj etme/deşarj etme işleminin kendine has incelikleri vardır (belirli düzeyde akım ve voltaj). Bu incelikleri ihmal ederseniz, pil kısa bir çalışma süresinde basitçe arızalanır.

Bu tür üzücü sonuçlardan kaçınmak için güneş pili için şarj kontrolörü adı verilen bir modül tasarlandı.

Modül, pil şarj seviyesini izlemenin yanı sıra enerji tüketimini de izler.Deşarj derecesine bağlı olarak güneş pili şarj kontrol devresi, ilk ve sonraki şarj için gereken akım seviyesini düzenler ve ayarlar.

Güneş pili şarj kontrol cihazının gücüne bağlı olarak bu cihazların tasarımları çok farklı konfigürasyonlara sahip olabilir.

Genel olarak, basit bir ifadeyle modül, periyodik olarak enerji biriktiren ve tüketici cihazlarına veren pil için kaygısız bir "ömür" sağlar.

Uygulamada kullanılan türler

Endüstriyel düzeyde, tasarımı güneş enerjisi sistemine kuruluma uygun iki tip elektronik cihaz piyasaya sürüldü ve üretiliyor:

1. PWM serisi cihazlar.
2. MPPT serisi cihazlar.

Güneş pili için ilk kontrolör tipi “yaşlı adam” olarak adlandırılabilir. Bu tür planlar güneş ve rüzgar enerjisinin gelişiminin başlangıcında geliştirildi ve uygulamaya konuldu.

PWM kontrol devresinin çalışma prensibi darbe genişliği modülasyon algoritmalarına dayanmaktadır. Bu tür cihazların işlevselliği, MPPT serisinin daha gelişmiş cihazlarından biraz daha düşüktür, ancak genel olarak oldukça etkili çalışırlar.

Cihaz devresinin modası geçmiş kabul edilen PWM teknolojisi kullanılarak yapılmasına rağmen toplumdaki popüler güneş enerjisi istasyonu akü şarj kontrol cihazı modellerinden biri

Maksimum Güç Noktası İzleme teknolojisini (maksimum güç limitini takip eden) kullanan tasarımlar, devre çözümlerine modern bir yaklaşımla öne çıkıyor ve daha fazla işlevsellik sağlıyor.

Ancak her iki denetleyici türünü ve özellikle de ev içi alana yönelik bir önyargıyı karşılaştırırsak, MPPT cihazları geleneksel olarak reklamlarının yapıldığı pembe ışıkta görünmüyor.

MPPT tipi denetleyici:

• daha yüksek bir maliyeti vardır;
• karmaşık bir konfigürasyon algoritmasına sahiptir;
• yalnızca geniş alanlı panellerde güç kazancı sağlar.

Bu tür ekipmanlar küresel güneş enerjisi sistemleri için daha uygundur.

Güneş enerjisi kurulumunun bir parçası olarak çalışmak üzere tasarlanmış bir kontrolör. MPPT cihazları sınıfının bir temsilcisidir - daha gelişmiş ve verimli

Kural olarak küçük alanlı panellere sahip olan ev ortamındaki sıradan bir kullanıcının ihtiyaçları için, aynı etkiye sahip bir PWM denetleyicisi (PWM) satın almak ve çalıştırmak daha karlı olur.

Kontrolörlerin blok diyagramları

PWM ve MPPT denetleyicilerinin şematik diyagramları, bunları sıradan birinin gözüyle ele almak için çok karmaşıktır; bu, elektronik konusunda ince bir anlayışla ilişkilendirilen bir noktadır. Bu nedenle yalnızca yapısal diyagramları dikkate almak mantıklıdır. Bu yaklaşım geniş bir kesim tarafından anlaşılabilir.

Seçenek #1 - PWM cihazları

Güneş panelinden gelen voltaj iki iletken (pozitif ve negatif) üzerinden stabilizasyon elemanına ve ayırıcı direnç devresine gider. Devrenin bu parçası sayesinde giriş voltajının potansiyel eşitlenmesi elde edilir ve bir dereceye kadar kontrolör girişinin giriş voltajı sınırını aşmasına karşı koruma sağlar.

Burada şunu vurgulamak gerekir: her bir cihaz modelinin belirli bir giriş voltajı sınırı vardır (belgelerde belirtilmiştir).

Bu, PWM teknolojileri temelinde yapılan cihazların blok şemasının yaklaşık olarak neye benzediğidir.Küçük ev istasyonlarının bir parçası olarak çalışmak için bu devre yaklaşımı oldukça yeterli verimlilik sağlar

Daha sonra voltaj ve akım, güç transistörleri tarafından gerekli değerle sınırlandırılır. Bu devre bileşenleri, sürücü çipi aracılığıyla kontrol çipi tarafından kontrol edilir. Sonuç olarak, bir çift güç transistörünün çıkışı, pil için normal voltaj ve akım değerini belirler.

Devre ayrıca bir sıcaklık sensörü ve yük gücünü düzenleyen güç transistörünü kontrol eden bir sürücü içerir (akünün derin deşarjına karşı koruma). Sıcaklık sensörü, PWM kontrol cihazının önemli elemanlarının ısıtma durumunu izler.

Genellikle kasanın içindeki veya güç transistörlerinin soğutucularındaki sıcaklık seviyesi. Sıcaklık ayarlarda belirlenen limitlerin üzerine çıkarsa cihaz tüm aktif enerji hatlarını kapatır.

Seçenek #2 - MPPT cihazları

Bu durumda devrenin karmaşıklığı, çalışma koşullarına bağlı olarak gerekli kontrol algoritmasını daha dikkatli bir şekilde oluşturan bir dizi öğenin eklenmesinden kaynaklanmaktadır.

Gerilim ve akım seviyeleri karşılaştırıcı devreler tarafından izlenip karşılaştırılır ve karşılaştırma sonuçlarına göre maksimum çıkış gücü belirlenir.

MPPT teknolojilerine dayalı şarj kontrolörleri için yapısal formda devre tasarımı. Çevresel aygıtların izlenmesi ve kontrol edilmesi için daha karmaşık bir algoritma burada zaten belirtilmiştir.

Bu tip kontrolörlerin PWM cihazlardan temel farkı, hava koşulları ne olursa olsun güneş enerjisi modülünü maksimum güce ayarlayabilmeleridir.

Bu tür cihazların devreleri çeşitli kontrol yöntemlerini uygular:

• rahatsızlıklar ve gözlemler;
• iletkenliğin arttırılması;
• mevcut tarama;
• sabit voltaj.

Ve genel eylemin son bölümünde, tüm bu yöntemleri karşılaştırmak için bir algoritma da kullanılıyor.

Denetleyici bağlantı yöntemleri

Bağlantı konusu göz önüne alındığında, hemen belirtilmelidir: her bir cihazın kurulumu için, belirli bir güneş paneli serisiyle çalışmanın karakteristik bir özelliği vardır.

Dolayısıyla, örneğin maksimum 100 voltluk giriş voltajı için tasarlanmış bir kontrolör kullanılıyorsa, bir dizi güneş panelinin bu değerden daha yüksek olmayan bir voltaj çıkışı sağlaması gerekir.

Herhangi bir güneş enerjisi tesisi, birinci kademenin çıkış ve giriş gerilimlerinin dengelenmesi kuralına göre çalışır. Kontrolör voltajının üst sınırı, panel voltajının üst sınırına karşılık gelmelidir

Cihazı bağlamadan önce fiziksel kurulumunun konumuna karar vermeniz gerekir. Kurallara göre kurulum yeri kuru, iyi havalandırılan alanlarda seçilmelidir. Cihazın yakınında yanıcı maddelerin bulunmasından kaçının.

Cihazın yakın çevresinde titreşim, ısı ve nem kaynaklarının varlığı kabul edilemez. Kurulum alanı yağıştan ve doğrudan güneş ışığından korunmalıdır.

PWM modelleri için bağlantı teknolojisi

Hemen hemen tüm PWM kontrol cihazı üreticileri, cihazların tam sırayla bağlanmasını gerektirir.

PWM denetleyicilerini çevresel cihazlara bağlama tekniği özellikle zor değildir. Her kart etiketli terminallerle donatılmıştır. Burada sadece eylem sırasını takip etmeniz gerekiyor

Çevresel cihazlar, kontak terminallerinin tanımlarına tam olarak uygun şekilde bağlanmalıdır:

1. Akü kablolarını belirtilen kutuplara uygun olarak cihazın akü terminallerine bağlayın.
2. Pozitif kablonun temas noktasında koruyucu sigortayı doğrudan açın.
3. Güneş paneli aküsünden gelen iletkenleri güneş paneli için öngörülen kontrol cihazı kontaklarına bağlayın. Polariteye dikkat edin.
4. Uygun voltajda (genellikle 12/24V) bir test lambasını cihazın yük terminallerine bağlayın.

Belirtilen sıra ihlal edilmemelidir. Örneğin, akü bağlı değilken önce güneş panellerinin bağlanması kesinlikle yasaktır. Kullanıcı bunu yaparak cihazı "yakma" riskiyle karşı karşıya kalır. İÇİNDE bu materyal Güneş panellerini aküyle monte etme şeması daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.

Ayrıca PWM serisi kontrolörlerde kontrolörün yük terminallerine gerilim invertörünün bağlanmasına izin verilmez. İnvertör doğrudan akü terminallerine bağlanmalıdır.

MPPT cihazlarını bağlama prosedürü

Bu tür bir cihazın genel fiziksel kurulum gereksinimleri önceki sistemlerden farklı değildir. Ancak MPPT denetleyicileri genellikle daha güçlü cihazlar olarak kabul edildiğinden, teknolojik kurulum genellikle biraz farklıdır.

Yüksek güç seviyeleri için tasarlanmış kontrolörlerde, güç devresi bağlantıları için metal uç kapaklarla donatılmış geniş kesitli kabloların kullanılması önerilir.

Örneğin, güçlü sistemler için bu gereksinimler, üreticilerin güç bağlantı hatları için en az 4 A/mm akım yoğunluğuna göre tasarlanmış bir kablo kullanılmasını tavsiye etmesiyle desteklenmektedir.². Yani, örneğin 60 A akıma sahip bir kontrol cihazı için aküye bağlanmak için en az 20 mm kesitli bir kabloya ihtiyacınız vardır.².

Bağlantı kabloları, özel bir aletle sıkıca kıvrılmış bakır pabuçlarla donatılmalıdır. Güneş panelinin ve akünün negatif terminalleri sigortalı ve anahtarlı adaptörlerle donatılmalıdır.

Bu yaklaşım enerji kayıplarını ortadan kaldırır ve tesisatın güvenli çalışmasını sağlar.

Güçlü bir MPPT denetleyicisini bağlamanın blok şeması: 1 – güneş paneli; 2 – MPPT denetleyicisi; 3 – terminal bloğu; 4,5 – sigortalar; 6 – denetleyici güç anahtarı; 7.8 – toprak otobüsü

Bağlanmadan önce Solar paneller Cihaza bağlarken terminallerdeki voltajın kontrolör girişine sağlanabilecek voltaja karşılık geldiğinden veya bu voltajdan düşük olduğundan emin olun.

Çevre birimlerini MTTP cihazına bağlama:

1. Paneli ve akü anahtarlarını “kapalı” konuma getirin.
2. Paneldeki ve aküdeki koruyucu sigortaları çıkarın.
3. Akü terminallerini bir kabloyla akünün kontrol cihazı terminallerine bağlayın.
4. Güneş panelinin terminallerini bir kabloyla ilgili işaretle gösterilen kontrol cihazı terminallerine bağlayın.
5. Topraklama terminalini bir kabloyla topraklama barasına bağlayın.
6. Talimatlara göre sıcaklık sensörünü kontrol ünitesine takın.

Bu adımlardan sonra daha önce çıkardığınız akü sigortasını tekrar takmanız ve anahtarı “açık” konuma getirmeniz gerekiyor. Kontrol cihazı ekranında bir pil algılama sinyali görünecektir.

Daha sonra kısa bir aradan sonra (1-2 dakika), daha önce çıkarılmış olan güneş paneli sigortasını yerine takın ve panel anahtarını “açık” konuma getirin.

Cihaz ekranı güneş panelinin voltaj değerini gösterecektir. Bu an, güneş enerjisi kurulumunun başarıyla başlatıldığını gösteriyor.

Konuyla ilgili sonuçlar ve faydalı videolar

Endüstri, devre tasarımları açısından çok yönlü cihazlar üretiyor. Bu nedenle istisnasız tüm tesislerin bağlantısına ilişkin kesin önerilerde bulunmak mümkün değildir.

Bununla birlikte, her tür cihaz için ana prensip aynı kalır: aküyü kontrolör veri yollarına bağlamadan fotovoltaik panellere bağlantı kabul edilemez. Programa dahil olmak için de benzer gereklilikler geçerlidir gerilim invertörü. Aküye doğrudan temas yoluyla bağlanan ayrı bir modül olarak düşünülmelidir.

Gerekli deneyim veya bilgiye sahipseniz lütfen okuyucularımızla paylaşın. Yorumlarınızı aşağıdaki blokta bırakın. Burada makalenin konusuyla ilgili bir soru sorabilirsiniz.