Альтернатива, Сонячна електроенергія, СЕС своїми руками контролер заряду АКБ для сонячної електростанції

В попередній статті я розглядав та пояснював що таке і для чого потрібний контролер заряду сонячних батарей. Оскільки літієві АКБ є найперспективніші і найвигідніші для СЕС, то розглянемо роботу їх роботу в парі з PWM та MPPT контролерами.

Відео версія 😉

Наявність плати захисту та балансування BMS

Літієві акумулятори відрізняються тим, що вони в обов’язковому порядку повинні і мають плату захисту та балансування АКБ – BMS (Battery Management System).

Її основні функції:

1. Захист від перезаряду і глубого розряду всієї батареї
2. Захист від перезаряду і глубого розряду кожного послідовного елементу
3. Захист від короткого замикання (КЗ)
4. Захист від перегріву АКБ і BMS
5. Балансування, тобто вирівнювання напруг всіх елементів

Ці захисти виконуються завдяки давачам BMS і відмикають навантаження або зарядку від самого акумулятора. Балансування відбувається при зарядці АКБ від спеціального зарядного пристрою. Крім того, БМС ще може мати багато додаткових функцій – підключення до телефону, вивід інформації на ектран та ін.

PWM контролер не потрібний

Як видно з базових функцій, БМС вже виконує функцію PWM контролера по захисту акумуляторної батареї.

Заряд літій-іонних батарей 

Літій-іонні батареї мають певні вимоги до зарядного пристрою. Метод заряду вказується в документації до АКБ, і зазвичай це метод CCCV (Constant Current Constant Voltage) – стабільний струм стабільна напруга. Щоб краще зрозуміти розглянемо рисунок. 

Процес заряду АКБ проходить в два етапи: 1) зарядка стабільним струмом (CC) – в такому режимі зарядне підтримує певний зарядний струм, а напруга поступово зростає до напруги зарядженого АКБ – 4.2В; 2) зарядка стабільною напругою (CV) – на даному етапі зарядне підтримує стабільну напругу 4,2В та зменшує струм до певного мінімального значення, при якому заряд вважається завершиним.

За перший етап заряду АКБ набирає 70-80% ємності, а за другий 30-20%. Відповідно, в першу чергу, потрібно забезпечити перший режим. Проте, не потрібному забувати про другий етап, так як саме під час нього відбувається балансування елементів АКБ. 

Контролер заряду – зарядний пристрій

В системі СЕС зарядним пристроєм для акумулятора виступає контролер заряду. Саме він виконує цей метод заряду CCCV.

Оптимальний варіант – встановити MPPT контролер з можливістю заряду літія

Це дозволить підвищити ефективність та забезпечити необхідні умови роботи літієвого акумулятора, що двозволить прослужити весь термін експлуатації.

Інформація для досвідчених користувачів

Приводжу до кінця неперевірену інформацію та свої роздуми з приводу підвищення ефективності СЕС! Не повторювати без належної кваліфікації!

Якщо виключити зі схеми контролер заряду то ми зможеми добитись підвищення ККД всієї системи на 5-20%. Та чи може сонячна панель напряму заряджати літієвий АКБ? Для цього нам треба проаналізувати ще один графік.

На рисунку показано так звану вольт-амперну характеристику СБ Risen 370M. В нашому регіоні СБ буде працювати по синій кривій – розглянемо її.

З лівого боку відкладено струм, знизу – напругу, а справа – потужність. В діапазоні напруги від 0 до 36,8В (робоча напруга) сонячна панель дає стабільний і незмінний струм – 7,49А. Фактично забезпечується перший етап заряду літія – стабільний струм (CC), який дасть нам 70-80% ємності.

Для довговічної роботи літієві АКБ потрібно заряджати тільки до 70-80%, що фактично і забезчують сонячні панелі.

Проте на другому етапі відбувається балансування елементів, яке потрібно робити час від часу для нормальної роботи АКБ.

При роботі СБ напряму на АКБ напруга піднімається до напруги неробочого ходу (коли нічого не під’єднано до СБ), яка зазвичай вища від робочої – 44,7В. Але вже після робочої напруги, струм починає спадати і при робочій напрузі складає 5А, а при 48В – дорівнює нулю (див. рис. вище).

Фактично напруга змінюється несуттєво, а струм спадає – цим забезпечується другий етап заряду літія – постійна напруга (CV). 

Також не потрібно забувати, що потрібно вибирати такі співвідношення струм-напруга, при яких буде найвища потужність.

Єдиним важливим етапом є узгодження напруги СБ і напруги АКБ. Проведу розрахунок на прикладі ефективної системи на 110В.

Літієві елементи працюють в діапазоні 3,0-4,2В. Для заряду на 80% достатньо 4,0В на елемент. При конфігурації АКБ 30S3P діапазон напруги складає 90-126(120)В. 

Беремо сонячні панелі Risen 370M, в яких робоча напруга складає 36,8В, напруга неробочого ходу 44,7В. Підключаємо послідовно три панелі – діапазон напруг 110,4-134,1В.

При підключенні до АКБ, сонячні панелі будуть працюватив діапазоні напруг 90-126В. Порахуємо чи це буде ефективніше ніж використати MPPT контролер.

Середня напруга АКБ, а відповідно СБ складає 3,7*30=111В, кожна панель буде працювати з напругою 37В і струмом 7,49А – тобто з кожної панелі ми зможемо отримати потужність 277,1Вт.

Якщо використати MPPT контролер з ККД 90%, то в ідеальних умовах він створить найкращі умови роботи згідно даташиту – 36,8В та 7,49. Враховуючи ККД контролеру отримаємо 36,8*7,49*0,9 = 248Вт.

Таким чином ми зможемо збільшити потужність, а відповідно і генерацію СЕС та отримувати максимум від неї.

В підтвердження моїх слів знайшов коментар одного з власників СЕС з літієвими АКБ, який відключив свій MPPT контролер.

Вам також може сподобатись: