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.

Рисунок 1. Общая схема солнечной системыОб 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?

Рисунок 2. Схема солнечной системы при подключении потребителей и постоянного, и переменного токаСолнечные 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:

  1. автономный – для работы в автономной системе.
  2. сетевой – для сетевого использования.

Рисунок 3. Схема солнечной системы с сетевым инверторомПервый 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.

Рисунок 4. Форма выходного сигнала - "чистый синус" Рисунок 5. Форма выходного сигнала - "модифицированный синус"

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:

  1. 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
  2. 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.
  3. КПД. Чем выше показатель КПД, тем меньшее количество энергии будет тратиться впустую. Оптимальное значение 90-95%.
  4. Потребляемая мощность в режиме ожидания или без нагрузки. Оптимальное значение этого параметра составляет около 1% от значения номинальной мощности.
  5. 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.
  6. Предусмотренные защиты. Должны быть предусмотрены защиты от:
    • высокого и низкого напряжения аккумулятора;
    • перегрузки по выходу;
    • перегрева;
    • КЗ по выходу.
  7. 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 постоянного тока 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.

Рисунок 6. Схема стабилизатора солнечной батареи 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?

Контроллер заряда 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:

  1. Максимальное допустимое напряжение на входе, указанное в технических параметрах устройства, должно быть на 20% больше суммы напряжений холостого хода для используемых солнечных модулей.
  2. 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:

Наверх