Solarni regulator punjenja za bateriju od 100 Ah

Ovaj sveobuhvatni regulator solarnog punjenja dizajniran je za učinkovito punjenje velike baterije od 12 V od 100 Ah uz najveću učinkovitost. Solarni punjač praktički je siguran u pogledu prekomjernog punjenja baterije, kratkog spoja ili prekomjernih trenutnih uvjeta.

Ključni elementi ovog kruga solarnog regulatora od 100 Ah su, očito solarna ploča i (12 V) baterija. Baterija ovdje radi kao jedinica za pohranu energije.

Niskonaponske istosmjerne svjetiljke i slične stvari mogu se pokretati ravno iz baterije, dok a pretvarač snage može se upravljati pretvaranjem izravnog napona baterije u 240 V izmjeničnu struju.

Ipak, sve ove aplikacije uglavnom nisu tema ovog sadržaja na koje se fokusira priključivanje baterije sa solarnom pločom . Možda se čini previše primamljivim izravno spajanje solarne ploče s baterijom za punjenje, ali to se nikada ne preporučuje. Odgovarajući regulator punjenja presudan je za punjenje bilo koje baterije od solarne ploče.

Primarna važnost kontrolera punjenja je smanjenje struje punjenja za vrijeme vršne sunčeve svjetlosti kada solarna ploča daje veće količine struje iznad potrebne razine baterije.

To postaje važno jer punjenje jakom strujom može dovesti do kritične štete za bateriju i sigurno smanjiti očekivani radni vijek baterije.

Bez regulatora punjenja, postoji opasnost od prekomjerno punjenje baterije obično predstoji, jer je trenutna snaga solarnog panela izravno određena razinom zračenja od sunca ili količinom upadajuće sunčeve svjetlosti.

U osnovi, pronaći ćete nekoliko metoda za upravljanje strujom punjenja: kroz serijski regulator ili paralelni regulator.

Serijski regulatorni sustav obično je u obliku tranzistora koji se uvodi serijski između solarne ploče i baterije.

Paralelni regulator je u obliku a 'shunt' regulator pričvršćen paralelno sa solarnom pločom i baterijom. The Regulator od 100 Ah objašnjeno u ovom postu zapravo je paralelni regulator solarnog regulatora.

Ključna značajka a regulator šanta jest da mu nisu potrebne velike količine struje dok se baterija ne napuni do kraja. Praktično govoreći, vlastita trenutna potrošnja toliko je manja da se može ignorirati.

Jednom baterija je potpuno napunjena međutim višak snage odvodi se u toplinu. Točnije kod većih solarnih panela, ta visoka temperatura zahtijeva relativno veliku strukturu regulatora.

Uz svoju stvarnu svrhu, pristojan regulator punjenja dodatno pruža sigurnost na mnogo načina, zajedno sa zaštitom od dubokog pražnjenja baterije, an elektronički osigurač i pouzdana sigurnost za promjenu polariteta baterije ili solarne ploče.

Jednostavno zato što akumulator pokreće cijeli krug kroz diodu s pogrešnim polaritetom, D1, regulator solarnog punjenja nastavlja normalno raditi čak i kad solarna ploča ne napaja struju.

Krug koristi neregulirani napon akumulatora (spoj D2-R4) zajedno s izuzetno preciznim referentnim naponom od 2,5 V. koji se generira pomoću zener diode D5.

Budući da regulator punjenja sam po sebi savršeno radi s strujom nižom od 2 mA, baterija se jedva puni noću ili kad je nebo oblačno.

Minimalna potrošnja struje u krugu postiže se korištenjem MOSFET-ova snage tipa BUZ11, T2 i T3, čije prebacivanje ovisi o naponu, što im omogućuje rad s praktički nultom pogonskom snagom.

Predložena kontrola solarnog punjenja za bateriju od 100 Ah nadgleda bateriju napon i regulira razinu vodljivosti tranzistora T1.

Što je veći napon baterije, veća će biti struja koja prolazi kroz T1. Kao rezultat, pad napona oko R19 postaje veći.

Ovaj napon na R19 postaje napon prebacivanja vrata za MOSFET T2, zbog čega se MOSFET jače prebacuje, padajući njegov otpor odvoda prema izvoru.

Zbog toga se solarna ploča jače opterećuje što odvodi višak struje kroz R13 i T2.

Schottky dioda D7 štiti bateriju od slučajnog preokreta + i - terminala solarne ploče.

Ova dioda dodatno zaustavlja protok struje iz baterije u solarnu ploču u slučaju da napon ploče padne ispod napona baterije.

Kako regulator djeluje

Shema spoja regulatora solarnog punjača od 100 Ah može se vidjeti na gornjoj slici.

Primarni elementi sklopa su nekoliko 'teških' MOSFET-ova i četverostruki IC optičkog pojačala.

Funkcija ovog IC-a mogla bi se podijeliti u 3 dijela: regulator napona izgrađen oko IC1a, regulator prekomjernog pražnjenja baterije konfiguriran oko IC1d i elektronički zaštita od kratkog spoja ožičen oko IC1c.

IC1 radi kao glavna upravljačka komponenta, dok T2 funkcionira kao prilagodljivi otpornik snage. T2 se zajedno s R13 ponaša poput aktivnog opterećenja na izlazu solarne ploče. Funkcioniranje regulatora prilično je jednostavno.

Promjenjivi dio napona baterije primjenjuje se na neinvertirajući ulaz upravljačkog pojačala IC1a kroz razdjelnik napona R4-P1-R3. Kao što je ranije spomenuto, referentni napon od 2,5 V primjenjuje se na invertirajući ulaz opcijskog pojačala.

Postupak solarne regulacije prilično je linearan. IC1a provjerava napon akumulatora i čim postigne potpuno punjenje, uključuje T1, T2, što uzrokuje raspodjelu solarnog napona putem R13.

To osigurava da solarna ploča ne prenapuni ili napuni bateriju. Dijelovi IC1b i D3 koriste se za prikaz stanja 'punjenja baterije'.

LED lampica svijetli kad napon akumulatora dosegne 13,1 V i kada je pokrenut postupak punjenja baterije.

Kako funkcioniraju zaštitne faze

Opamp IC1d postavljen je poput usporedbe za nadzor niska razina baterije razine napona i osiguravaju zaštitu od dubokog pražnjenja i MOSFET T3.

Napon akumulatora najprije proporcionalno pada na oko 1/4 nominalne vrijednosti pomoću otpornog razdjelnika R8 / R10, nakon čega se uspoređuje s referentnim naponom od 23 V dobivenim putem D5. Usporedbu provodi IC1c.

Otpornici potencijalnog razdjelnika odabrani su na takav način da izlaz IC1d padne niže kad napon akumulatora padne ispod približne vrijednosti 9 V.

MOSFET T3 nakon toga inhibira i prekida vezu uzemljenja preko baterije i tereta. Zbog histereze koju generira povratni otpor R11, komparator ne mijenja stanje dok napon akumulatora ponovno ne dosegne 12 V.

Elektrolitički kondenzator C2 sprječava zaštitu od dubokog pražnjenja da se ne aktivira trenutnim padovima napona zbog, na primjer, uključivanja velikog opterećenja.

Zaštita od kratkog spoja uključena u krug funkcionira poput elektroničke osigurače. Kad se slučajno dogodi kratki spoj, on odsiječe opterećenje iz baterije.

Isto se provodi i kroz T3, koji prikazuje presudnu dvostruku funkciju MOSFET-a T13. MOSFET ne samo da radi kao kratki prekidač, već i njegov spoj odvoda do izvora dodatno igra svoju ulogu poput računalnog otpora.

Pad napona koji se generira na ovom otporu umanjuje se za R12 / R18 i potom primjenjuje na invertirajući ulaz komparatora IC1c.

I ovdje se precizni napon koji daje D5 koristi kao referenca. Sve dok zaštita od kratkog spoja ostaje neaktivna, IC1c nastavlja pružati 'visoki' logički izlaz.

Ova radnja blokira D4 provođenje, tako da izlaz IC1d isključivo odlučuje o potencijalu T3 vrata. Raspon napona na vratima od oko 4 V do 6 V postiže se uz pomoć otpornog razdjelnika R14 / R15, što omogućava uspostavljanje jasnog pada napona na spoju odvoda do izvora T3.

Jednom kada struja opterećenja dosegne najvišu razinu, pad napona brzo raste dok razina nije dovoljna za prebacivanje IC1c. To sada dovodi do toga da njegov izlaz postaje logički nizak.

Zbog toga se sada aktivira dioda D4, omogućujući da se T3 spoj kratko spoji na masu. Zbog toga se sada MOSFET isključuje zaustavljajući trenutni protok. R / C mreža R12 / C3 određuje vrijeme reakcije elektroničkog osigurača.

Postavljeno je relativno sporo vrijeme reakcije kako bi se izbjeglo neispravno aktiviranje rada elektroničkog osigurača uslijed povremenog trenutnog visokog porasta struje u struji opterećenja.

Uz to se koristi LED D6 kao referentna vrijednost od 1,6 V, pazeći da se C3 ne može napuniti iznad ove razine napona.

Kad se ukloni kratki spoj i teret odvoji od baterije, C3 se postupno prazni kroz LED (to može potrajati i do 7 sekundi). Budući da je elektronički osigurač dizajniran s relativno tromim odzivom, ne znači da će struja opterećenja moći doseći prekomjernu razinu.

Prije nego što se elektronički osigurač može aktivirati, napon T3 vrata traži MOSFET da ograniči izlaznu struju na točku utvrđenu podešavanjem unaprijed postavljenog P2.

Kako bi se osiguralo da ništa ne gori ili ne prži, krug ima i standardni osigurač, F1, koji je pričvršćen u seriji s baterijom, te pruža sigurnost da vjerojatni kvar u krugu ne bi pokrenuo trenutnu katastrofu.

Kao vrhunski obrambeni štit, D2 je uključen u krug. Ova dioda štiti ulaze IC1a i IC1b od oštećenja uslijed slučajnog obrnutog spajanja baterije.

Odabir solarne ploče

Odluka o najprikladnijem solarnom panelu, naravno, ovisi o ocjeni Ah baterije s kojom namjeravate raditi.

Regulator solarnog punjenja u osnovi je dizajniran za solarne panele s umjerenim izlaznim naponom od 15 do 18 volti i 10 do 40 vata. Ovakve ploče obično postaju prikladne za baterije snage između 36 i 100 Ah.

Ipak, budući da je regulator solarnog punjenja određen za optimalno iskorištavanje struje od 10 A, mogu se primijeniti solarni paneli snage 150 vata.

Također se može primijeniti regulatorni krug solarnog punjača vjetrenjače i s ostalim izvorima napona, pod uvjetom da je ulazni napon u rasponu od 15-18 V.

Većina topline odvodi se kroz aktivno opterećenje, T2 / R13. Nepotrebno je reći da bi MOSFET trebalo učinkovito hladiti hladnjakom, a R13 bi trebao biti adekvatno ocijenjen za podnošenje ekstremno visokih temperatura.

Snaga R13 mora biti u skladu s ocjenom solarne ploče. U (ekstremnom) scenariju kada je solarna ploča spojena s izlaznim naponom praznog hoda od 21 V, a također i strujom kratkog spoja od 10 A, u takvom scenariju T2 i R13 počinju rasipati snagu ekvivalentnu naponu razlika između baterije i solarne ploče (oko 7 V) pomnožena s strujom kratkog spoja (10 A), ili jednostavno 70 W!

To bi se moglo dogoditi kad se baterija potpuno napuni. Većina snage oslobađa se putem R13, jer MOSFET tada pruža vrlo nizak otpor. Vrijednost MOSFET otpora R13 mogla bi se brzo odrediti kroz sljedeći Ohmov zakon:

R13 = P x I^dva= 70 x 10^dva= 0,7 Ohma

Ovakva ekstremna proizvodnja solarnih panela mogla bi se činiti neobičnom, međutim. U prototipu regulatora solarnog punjenja primijenjen je otpor od 0,25 Ω / 40 W koji se sastoji od četiri paralelno pričvršćena otpornika od 1Ω / 10 W. Potrebno hlađenje za T3 izračunava se na isti način.

Pretpostavimo da je najveća izlazna struja 10 A (što se uspoređuje s padom napona od približno 2,5 V na spoju odvod-izvor), tada se mora procijeniti maksimalno rasipanje od oko 27 W.

Da bi se zajamčilo odgovarajuće hlađenje T3 čak i pri prekomjernim pozadinskim temperaturama (npr. 50 ° C), hladnjak mora koristiti toplinski otpor od 3,5 K / W ili manje.

Dijelovi T2, T3 i D7 raspoređeni su na jednoj određenoj strani PCB-a, omogućavajući im lako pričvršćivanje na jedan zajednički hladnjak (s izolacijskim komponentama).

Stoga se mora uključiti i rasipanje ova tri poluvodiča, a mi u tom slučaju želimo hladnjak koji ima toplinske specifikacije od 1,5 K / W ili više. Tip opisan na popisu dijelova udovoljava ovom preduvjetu.

Kako postaviti

Srećom, krug solarnog regulatora baterije od 100 Ah prilično je jednostavno postaviti. Ipak, zadatak zahtijeva nekoliko (regulirana) napajanja .

Jedan od njih podešen je na izlazni napon od 14,1 V i povezan s vodovima akumulatora (označenim kao 'akumulator') na PCB-u. Drugo napajanje mora imati graničnik struje.

Ova opskrba podešava se na napon otvorenog kruga solarne ploče (na primjer 21 V, kao u ranije navedenom stanju) i spaja na lopatice stezaljke označene kao 'Stanice'.

Kada pravilno prilagodimo P1, napon bi se trebao smanjiti na 14,1 V. Molim vas, ne brinite zbog toga, jer trenutni graničnik i D7 jamče da apsolutno ništa ne može poći po zlu!

Za učinkovito podešavanje P2 morate raditi s opterećenjem koje je malo veće od najtežeg opterećenja koje se može pojaviti na izlazu. Ako iz ovog dizajna želite izvući maksimum, pokušajte odabrati struju opterećenja od 10 A.

To se može postići uporabom otpornika opterećenja od 1Ω x120 W, koji se sastoji od, na primjer, paralelno 10 otpornika od 10Ω / 10 W. Unaprijed postavljena vrijednost P2 okreće se na 'Maksimum (brisač prema R14).

Nakon toga, opterećenje je pričvršćeno na elektrode označene kao 'opterećenje' na PCB-u. Polako i oprezno fino podešavajte P2 dok ne postignete razinu kada se T3 samo isključi i odsiječe teret. Nakon uklanjanja otpornika opterećenja, vodiči 'opterećenja' mogu se na trenutak kratko spojiti kako bi se provjerilo radi li ispravno elektronička osigurač.

Izgledi PCB-a

Popis dijelova

Otpornici:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2,2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150 k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = vidi tekst
R17 = 10k
P1 = 5k unaprijed postavljeno
P2 = 50k unaprijed postavljeno
Kondenzatori:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V radijalno
C3 = 10uF / 16V
Poluvodiči:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED crvena
D5 = LM336Z-2,5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Razno:
F1 = osigurač 10 A (T) s nosačem za PCB
8 lopatica za stezanje za vijak
Hladnjak 1.251VW