Обеспечиваем корректную и стабильную работу солнечных батарей
Дата публикации: 7 ноября 2013
Казалось бы, что может быть сложного в солнечной системе энергосбережения, ведь в ее состав входит всего 4 основных элемента: солнечные батареи, аккумуляторы, инвертор и контроллер заряда. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. Все эти компоненты должны подбираться не каждый по отдельности, а только в совокупности, должны строго учитываться все их показатели, в противном случае, на выходе Вы получите неполноценную систему, не способную удовлетворить Ваши потребности.
Об аккумуляторах, их видах и технологии производства вы можете прочитать здесь. Солнечным батареям посвящена эта статья. А вот об инверторах, контроллерах заряда и других полезных устройствах мы поговорим в настоящей статье. На рисунке 1 приведена общая схема солнечной системы. По ней можно определить в какой последовательности необходимо соединить устройства для стабильной и правильной работы.
Зачем нужен инвертор для солнечной батареи?
Солнечные батареи, также как и аккумуляторы генерируют лишь постоянный ток напряжения в 12, 24 или 48 В. Для работы от сети 220 В такой ток, конечно, не подходит. В этой ситуации на помощь и приходит инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный (схема приведена на рисунке 2).
Инверторы бывают 2 видов:
- автономный – для работы в автономной системе.
- сетевой – для сетевого использования.
Первый случай предусматривает наличие в системе аккумуляторов, к которым и подключается инвертор. Во втором случае, преобразователь подсоединяется непосредственно к батарее (схема приведена на рисунке 3).
По форме выходного сигнала преобразователи напряжения делятся на:
- с «чистой синусоидой»;
- с «модифицированным синусом» или квази-синусом.
На рисунках 4 и 5 приведены графики для чистой синусоиды и модифицированной.
Инвертор с модифицированным синусом на выходе может выдавать ток, имеющий форму трапеции, прямоугольника или треугольника. Подобные устройства имеют наибольшую распространенность благодаря своей доступности, но использовать их для работы чувствительной к перепадам напряжения техники не желательно. Инвертор, генерирующий «чистый синус», зачастую выдают ток, форма которого гораздо лучше в сравнении с формой тока в общественной сети. Их минусы – это высокая стоимость и более крупные габариты.
Выбирая преобразователи необходимо учитывать следующие их параметры:
- Входное напряжение. Высокие значения входных токов являются причиной больших потерь на соединительных проводах и повышения условий работы транзисторов. Чтобы избежать подобных ситуаций, рекомендуют выбирать более высокое входное напряжение.
Напряжение Мощность 12 В До 600 Вт 24 В 600 — 1500 Вт 24 В Более 1500 Вт - Показатели номинальной и пиковой выходной мощности. Мощность выбираемого инвертора должна равняться сумме мощностей для всех нагрузок, но это в идеале. На практике же чаще всего выбирают максимальную мощность. Стоит помнить, что пусковая мощность не должна быть выше пиковой.
- КПД. Чем выше показатель КПД, тем меньшее количество энергии будет тратиться впустую. Оптимальное значение 90-95%.
- Потребляемая мощность в режиме ожидания или без нагрузки. Оптимальное значение этого параметра составляет около 1% от значения номинальной мощности.
- Вес. Косвенно оценить качество инвертора можно по его весу. В среднем на каждые 100 Вт выходной номинальной мощности приходится 1 кг массы, то есть инвертор мощность 1500 Вт должен весить порядка 15 кг. Это позволяет судить о наличии или отсутствии выходного трансформатора, который должен обязательно использоваться в любом качественном инверторе.
- Предусмотренные защиты. Должны быть предусмотрены защиты от:
- высокого и низкого напряжения аккумулятора;
- перегрузки по выходу;
- перегрева;
- КЗ по выходу.
- Температурный режим работы. Чем шире рабочий температурный диапазон, тем выше качество инвертора.
Если автономный инвертор может выбираться с некоторым послаблением в отношении его параметров, то сетевой должен отвечать более строгим требованиям. К тому же стоит помнить, что сетевой инвертор генерирует электроэнергию только в дневное время, так как он не предусматривает подключения аккумуляторной батареи. В сетевые инверторы встроены регулятор отбора максимальной мощности и блок контроля мощности СБ, который предназначен для автоматического включения инвертора при условии, что мощности СБ достаточно для генерирования переменного сигнала.
На следующем видео продемонстрирована работа СБ с сетевым инвертором:
Стабилизатор напряжения – для чего и как подключать это устройство?
Стабилизатор напряжения представляет собой преобразователь электроэнергии, который на выходе генерирует напряжение заданного диапазона при значительных колебаниях сопротивления нагрузки и входного напряжения. Существуют различные типы стабилизаторов. Самый простой – это шунтовый. Его главные достоинства:
- низкая рассеиваемая мощность;
- доступная цена;
- высокая надежность.
Но при этом шунтовый стабилизатор имеет и ряд достаточно значительных недостатков: постоянное изменение напряжения на батарее, переключение аккумулятора, то в режим полного заряда, то в состояние отсутствия зарядного тока. Все это провоцирует импульсные помехи на выходе.
Следующий тип – это линейный стабилизатор. Он отличается плавным регулированием напряжения и небольшими выбросами напряжения на нагрузке. Минусами можно считать высокую стоимость и большие размеры. Данный тип устройства предусматривает параллельное и последовательное соединение относительно нагрузки.
Схема стабилизатора солнечной батареи приведена на рисунке 6.
Для работы СБ может применяться также импульсный стабилизатор. Его отличительная особенность состоит в том, что он может преобразовывать напряжение на входе произвольным образом:
- Понижать – напряжение на выходе будет всегда ниже, чем на входе.
- Повышать – напряжение на выходе будет всегда выше, чем на входе.
- Понижать/повышать – напряжение на выходе может быть как выше, так и ниже.
- Инвертировать – напряжение на выходе имеет обратную полярность по сравнению с напряжением на входе.
Главное достоинство импульсного стабилизатора – более высокий показатель КПД, а недостаток – импульсные помехи в напряжение на выходе.
Почему необходим контроллер заряда для солнечной батареи?
На первый взгляд, может показаться, что достаточно соединить солнечную батарею с аккумулятором и можно накапливать энергию, но на деле все обстоит немного иначе. Между солнечной и аккумуляторной батареями обязательно должен располагаться контроллер заряда/разряда. Самый простой тип контроллера может отключать либо включать солнечные батареи в зависимости от значения зарядного напряжения. Более современные варианты работают еще и как стабилизатор. Они понижают напряжение на солнечной батарее до предельного значения и поддерживают его, это необходимо для полной зарядки аккумулятора.
При выборе контроллера заряда необходимо придерживаться 2 основных правил:
- Максимальное допустимое напряжение на входе, указанное в технических параметрах устройства, должно быть на 20% больше суммы напряжений холостого хода для используемых солнечных модулей.
- Суммарная мощность СБ не должна превышать произведение выходного тока на контроллере и напряжения всей системы при разряженных аккумуляторах, также учитывая запас в 20%.
Чаще всего встречаются контроллеры, рассчитанные на 10-20 А. Устройства с более высоким значением тока стоят гораздо дороже, да и найти их сложнее. Выходом из этой ситуации может стать параллельное соединение нескольких менее мощных контроллеров, каждый из которых необходимо подключить к своей солнечной панели. Но такой способ не подойдет для интеллектуальных контроллеров или контроллеров с MPPT (отслеживание точки максимальной мощности), это нужно обязательно учитывать.
И напоследок, полезный совет, выбирая стабилизатор напряжения, инвертор или другой элемент солнечной системы, не забывайте об их качестве. Лучше переплатить и приобрести более дорогостоящее оборудование, чем потом в процессе его эксплуатации тратить денежные средства на его ремонт или замену. И, конечно, не забывайте про тщательный анализ и подбор всех технических показателей.
Статью подготовила Абдуллина Регина
Видео ниже продемонстрирует Вам ремонт садового фонаря на солнечных батареях: