Solarbatterie-Laderegler: Schaltung, Funktionsprinzip, Anschlussmethoden

Bisher beschränkt sich die Solarenergie (auf Haushaltsebene) auf die Herstellung von Photovoltaikmodulen mit relativ geringer Leistung.Aber unabhängig von der Konstruktion des fotoelektrischen Wandlers von Solarlicht in Strom ist dieses Gerät mit einem Modul ausgestattet, das als Solarbatterie-Laderegler bezeichnet wird.

Tatsächlich enthält die Solarphotosyntheseanlage eine wiederaufladbare Batterie – ein Speichergerät für die vom Solarpanel empfangene Energie. Es ist diese sekundäre Energiequelle, die hauptsächlich von der Steuerung versorgt wird.

In dem von uns vorgestellten Artikel werden wir den Aufbau und die Funktionsprinzipien dieses Geräts verstehen und auch überlegen, wie es angeschlossen wird.

Solarregler

Ein elektronisches Modul, ein sogenannter Solarregler, übernimmt während des Lade-/Entladevorgangs eine Reihe von Steuerfunktionen Solarbatterie.

Wenn Sonnenlicht auf die Oberfläche eines Solarpanels fällt, das beispielsweise auf dem Dach eines Hauses installiert ist, wandeln die Fotozellen des Geräts dieses Licht in elektrischen Strom um.

Die dabei entstehende Energie könnte tatsächlich direkt in den Akkumulator eingespeist werden. Allerdings hat der Lade-/Entladevorgang einer Batterie seine eigenen Feinheiten (bestimmte Ströme und Spannungen). Wenn Sie diese Feinheiten vernachlässigen, geht der Akku nach kurzer Betriebszeit einfach kaputt.

Um solche traurigen Folgen zu vermeiden, wurde ein Modul namens Laderegler für eine Solarbatterie entwickelt.

Neben der Überwachung des Batterieladezustands überwacht das Modul auch den Energieverbrauch.Je nach Entladungsgrad regelt und stellt der Ladereglerkreis der Solarbatterie den für die Erst- und Folgeladung erforderlichen Strompegel ein.

Abhängig von der Leistung des Solarbatterieladereglers können die Bauformen dieser Geräte sehr unterschiedlich ausgestaltet sein

Im Allgemeinen sorgt das Modul, vereinfacht gesagt, für ein sorgenfreies „Leben“ der Batterie, die regelmäßig Energie ansammelt und an Verbrauchergeräte abgibt.

In der Praxis verwendete Typen

Auf industrieller Ebene wurden zwei Arten elektronischer Geräte auf den Markt gebracht und produziert, deren Design für den Einbau in eine Solaranlage geeignet ist:

1. Geräte der PWM-Serie.
2. Geräte der MPPT-Serie.

Der erste Controllertyp für eine Solarbatterie kann als „alter Mann“ bezeichnet werden. Solche Systeme wurden zu Beginn der Entwicklung der Solar- und Windenergie entwickelt und in Betrieb genommen.

Das Funktionsprinzip der PWM-Controllerschaltung basiert auf Pulsweitenmodulationsalgorithmen. Der Funktionsumfang solcher Geräte ist den weiterentwickelten Geräten der MPPT-Serie etwas unterlegen, im Großen und Ganzen arbeiten sie aber auch recht effektiv.

Eines der beliebtesten Batterieladereglermodelle für Solarstationen in der Gesellschaft, obwohl die Geräteschaltung mit der als veraltet geltenden PWM-Technologie hergestellt wird

Designs mit Maximum Power Point Tracking-Technologie (Verfolgung der maximalen Leistungsgrenze) zeichnen sich durch einen modernen Ansatz für Schaltungslösungen aus und bieten eine höhere Funktionalität.

Vergleicht man jedoch beide Reglertypen und insbesondere mit Blick auf den häuslichen Bereich, erscheinen MPPT-Geräte nicht in dem rosigen Licht, in dem sie traditionell beworben werden.

MPPT-Regler:

• hat höhere Kosten;
• verfügt über einen komplexen Konfigurationsalgorithmus;
• Gibt nur bei großflächigen Panels einen Leistungsgewinn.

Diese Art von Ausrüstung eignet sich besser für globale Solarenergiesysteme.

Ein Regler, der für den Betrieb als Teil einer Solarstromanlage konzipiert ist. Es ist ein Vertreter der Klasse der MPPT-Geräte – fortschrittlicher und effizienter

Für die Bedürfnisse eines normalen Nutzers aus dem häuslichen Umfeld, der in der Regel über kleinflächige Panels verfügt, ist es rentabler, einen PWM-Controller (PWM) mit gleicher Wirkung zu kaufen und zu betreiben.

Blockdiagramme von Controllern

Schematische Diagramme von PWM- und MPPT-Reglern sind ein zu komplexer Punkt, der mit einem subtilen Verständnis der Elektronik verbunden ist, um sie mit dem Auge eines Laien zu betrachten. Daher ist es logisch, nur Strukturdiagramme zu berücksichtigen. Dieser Ansatz ist für ein breites Spektrum von Menschen verständlich.

Option Nr. 1 – PWM-Geräte

Die Spannung vom Solarpanel gelangt über zwei Leiter (positiv und negativ) zum Stabilisierungselement und zum trennenden Widerstandskreis. Durch diesen Teil der Schaltung wird ein Potentialausgleich der Eingangsspannung erreicht und in gewissem Maße wird der Eingang des Reglers vor Überschreitung der Eingangsspannungsgrenze geschützt.

An dieser Stelle ist zu betonen: Jedes einzelne Gerätemodell hat eine bestimmte Eingangsspannungsgrenze (in der Dokumentation angegeben).

So sieht ungefähr das Blockschaltbild von Geräten aus, die auf Basis von PWM-Technologien hergestellt werden.Für den Betrieb in kleinen Haushaltsstationen bietet dieser Schaltungsansatz einen völlig ausreichenden Wirkungsgrad

Anschließend werden Spannung und Strom durch Leistungstransistoren auf den erforderlichen Wert begrenzt. Diese Schaltungskomponenten werden wiederum vom Controller-Chip über den Treiberchip gesteuert. Dadurch stellt der Ausgang eines Leistungstransistorpaares den Normalwert von Spannung und Strom für die Batterie ein.

Die Schaltung enthält außerdem einen Temperatursensor und einen Treiber, der den Leistungstransistor steuert, der die Lastleistung regelt (Schutz vor Tiefentladung der Batterie). Der Temperatursensor überwacht den Heizstatus wichtiger Elemente des PWM-Controllers.

Normalerweise das Temperaturniveau im Inneren des Gehäuses oder an den Kühlkörpern von Leistungstransistoren. Wenn die Temperatur die in den Einstellungen festgelegten Grenzwerte überschreitet, schaltet das Gerät alle aktiven Stromleitungen ab.

Option Nr. 2 – MPPT-Geräte

Die Komplexität der Schaltung ist in diesem Fall auf die Hinzufügung einer Reihe von Elementen zurückzuführen, die den erforderlichen Steueralgorithmus basierend auf den Betriebsbedingungen sorgfältiger aufbauen.

Spannungs- und Strompegel werden von Komparatorschaltungen überwacht und verglichen. Basierend auf den Vergleichsergebnissen wird die maximale Ausgangsleistung bestimmt.

Schaltungsentwurf in Strukturform für Laderegler auf Basis von MPPT-Technologien. Auf einen komplexeren Algorithmus zur Überwachung und Steuerung von Peripheriegeräten wurde hier bereits hingewiesen.

Der Hauptunterschied zwischen dieser Art von Reglern und PWM-Geräten besteht darin, dass sie das Solarmodul unabhängig von den Wetterbedingungen auf maximale Leistung einstellen können.

Die Schaltung solcher Geräte implementiert mehrere Steuerungsmethoden:

• Störungen und Beobachtungen;
• Erhöhung der Leitfähigkeit;
• aktueller Sweep;
• konstante Spannung.

Und im letzten Abschnitt der Gesamtaktion kommt auch ein Algorithmus zum Vergleich all dieser Methoden zum Einsatz.

Controller-Verbindungsmethoden

Betrachtet man das Thema Anschlüsse, sollte man sofort darauf hinweisen: Ein charakteristisches Merkmal für die Installation jedes einzelnen Geräts ist die Arbeit mit einer bestimmten Reihe von Solarmodulen.

Wenn also beispielsweise ein Regler verwendet wird, der für eine maximale Eingangsspannung von 100 Volt ausgelegt ist, sollte eine Reihe von Solarmodulen eine Spannung nicht über diesem Wert ausgeben.

Jede Solarstromanlage arbeitet nach der Regel des Ausgleichs der Ausgangs- und Eingangsspannungen der ersten Stufe. Die Obergrenze der Reglerspannung muss mit der Obergrenze der Panelspannung übereinstimmen

Bevor Sie das Gerät anschließen, müssen Sie den Ort seiner physischen Installation festlegen. Gemäß den Vorschriften sollte der Installationsort in trockenen, gut belüfteten Bereichen gewählt werden. Vermeiden Sie die Anwesenheit von brennbaren Materialien in der Nähe des Geräts.

Das Vorhandensein von Vibrations-, Wärme- und Feuchtigkeitsquellen in unmittelbarer Nähe des Geräts ist nicht akzeptabel. Der Aufstellort muss vor Niederschlag und direkter Sonneneinstrahlung geschützt sein.

Anschlusstechnik für PWM-Modelle

Fast alle Hersteller von PWM-Controllern verlangen, dass die Geräte in der exakten Reihenfolge angeschlossen werden.

Die Technik, PWM-Controller an Peripheriegeräte anzuschließen, ist nicht besonders schwierig. Jede Platine ist mit beschrifteten Anschlüssen ausgestattet. Hier müssen Sie lediglich die Reihenfolge der Aktionen befolgen

Der Anschluss von Peripheriegeräten muss in voller Übereinstimmung mit den Bezeichnungen der Kontaktklemmen erfolgen:

1. Schließen Sie die Batteriekabel entsprechend der angegebenen Polarität an die Batterieklemmen des Geräts an.
2. Schalten Sie die Schutzsicherung direkt an der Kontaktstelle der Plusleitung ein.
3. Befestigen Sie die von der Solarpanel-Batterie kommenden Leiter an den für das Solarpanel vorgesehenen Controller-Kontakten. Polarität beachten.
4. Schließen Sie eine Prüflampe mit der entsprechenden Spannung (normalerweise 12/24 V) an die Lastklemmen des Geräts an.

Die vorgegebene Reihenfolge darf nicht verletzt werden. Beispielsweise ist es strengstens verboten, Solarmodule zuerst anzuschließen, wenn die Batterie nicht angeschlossen ist. Dadurch besteht für den Benutzer die Gefahr, dass das Gerät „verbrennt“. IN dieses Material Das Diagramm zum Zusammenbau von Solarmodulen mit einer Batterie wird detaillierter beschrieben.

Außerdem ist es bei Reglern der PWM-Serie nicht zulässig, einen Spannungswandler an die Lastklemmen des Reglers anzuschließen. Der Wechselrichter sollte direkt an die Batteriepole angeschlossen werden.

Vorgehensweise zum Anschließen von MPPT-Geräten

Die allgemeinen physischen Installationsanforderungen für diesen Gerätetyp unterscheiden sich nicht von denen früherer Systeme. Allerdings ist der technische Aufbau oft etwas anders, da MPPT-Regler oft als leistungsstärkere Geräte gelten.

Bei Steuerungen, die für hohe Leistungen ausgelegt sind, wird empfohlen, für den Stromkreisanschluss Kabel mit großem Querschnitt zu verwenden, die mit Metallendkappen ausgestattet sind.

Bei leistungsstarken Anlagen werden diese Anforderungen beispielsweise dadurch ergänzt, dass die Hersteller die Verwendung eines Kabels für Stromanschlussleitungen empfehlen, das für eine Stromdichte von mindestens 4 A/mm ausgelegt ist². Das heißt, dass Sie beispielsweise für einen Controller mit einer Stromstärke von 60 A ein Kabel zum Anschluss an die Batterie mit einem Querschnitt von mindestens 20 mm benötigen².

Anschlusskabel müssen mit Kupferkabelschuhen ausgestattet sein, die mit einem Spezialwerkzeug fest gecrimpt werden. Die Minuspole des Solarpanels und der Batterie müssen mit Adaptern mit Sicherungen und Schaltern ausgestattet sein.

Dieser Ansatz eliminiert Energieverluste und gewährleistet einen sicheren Betrieb der Anlage.

Blockschaltbild zum Anschluss eines leistungsstarken MPPT-Controllers: 1 – Solarpanel; 2 – MPPT-Controller; 3 – Klemmenblock; 4.5 – Sicherungen; 6 – Netzschalter des Controllers; 7.8 – Erdungsbus

Vor dem Anschließen Solarplatten Achten Sie beim Anschluss an das Gerät darauf, dass die Spannung an den Klemmen der Spannung entspricht oder kleiner ist, die am Reglereingang zugeführt werden kann.

Anschließen von Peripheriegeräten an das MTTP-Gerät:

1. Schalten Sie die Bedienfeld- und Batterieschalter in die „Aus“-Position.
2. Entfernen Sie die Schutzsicherungen am Bedienfeld und an der Batterie.
3. Verbinden Sie die Batterieklemmen mit einem Kabel mit den Controllerklemmen für die Batterie.
4. Verbinden Sie die Klemmen des Solarpanels mit einem Kabel mit den durch das entsprechende Schild gekennzeichneten Klemmen des Reglers.
5. Verbinden Sie die Erdungsklemme mit einem Kabel mit der Erdungsschiene.
6. Installieren Sie den Temperatursensor gemäß den Anweisungen am Controller.

Nach diesen Schritten müssen Sie die zuvor entfernte Batteriesicherung wieder einsetzen und den Schalter auf „Ein“ stellen. Auf dem Controller-Bildschirm erscheint ein Batterieerkennungssignal.

Ersetzen Sie anschließend nach einer kurzen Pause (1-2 Minuten) die zuvor entfernte Solarpanel-Sicherung und stellen Sie den Panel-Schalter auf die Position „Ein“.

Auf dem Gerätebildschirm wird der Spannungswert des Solarpanels angezeigt. Dieser Moment zeigt den erfolgreichen Start der Solarenergieanlage an.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Die Industrie produziert Geräte mit vielfältigen Schaltungsdesigns. Daher ist es nicht möglich, ausnahmslos für alle Installationen eindeutige Empfehlungen zum Anschluss zu geben.

Das Grundprinzip bleibt jedoch für alle Gerätetypen gleich: Ohne Anschluss der Batterie an die Controller-Busse ist der Anschluss an Photovoltaikmodule nicht akzeptabel. Für die Aufnahme in das System gelten ähnliche Voraussetzungen Spannungswechselrichter. Es sollte als separates Modul betrachtet werden, das über direkten Kontakt mit der Batterie verbunden ist.

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