Solar Charge Controller 100 Ah: n akulle

Tämä kattava aurinkolatausohjain on suunniteltu lataamaan isoa 12 V 100 Ah: n akkua tehokkaasti. Aurinkolatauslaite on käytännössä höyrysuojattu akun ylilatauksen, kuormituksen oikosulun tai nykyisten olosuhteiden suhteen.

Tämän 100 Ah: n aurinkosäätimen piirin tärkeimmät elementit ovat tietysti aurinkopaneeli ja (12 V) akku. Tässä oleva akku toimii energian varastointilaitteena.

Pienjännitteiset tasavirtalamput ja vastaavat voidaan ajaa suoraan akusta, kun a invertteri voidaan muuntaa akun suora jännite 240 V AC: ksi.

Tästä huolimatta kaikki nämä sovellukset eivät yleensä ole tämän sisällön aihe, johon keskitytään kytkemällä akun aurinkopaneelilla . Saattaa tuntua liian houkuttelevalta liittää aurinkopaneeli suoraan akkuun lataamista varten, mutta sitä ei koskaan suositella. Sopiva latauksen ohjain on ratkaisevan tärkeää minkä tahansa akun lataamiseksi aurinkopaneelista.

Lataussäätimen ensisijainen merkitys on vähentää latausvirtaa auringonvalon huippunsa aikana, kun aurinkopaneeli tuottaa suurempia virtamääriä yli vaaditun akun tason.

Tämä tulee tärkeäksi, koska lataaminen suurella virralla voi aiheuttaa kriittisiä vahinkoja akulle ja saattaa varmasti vähentää akun käyttöikää.

Ilman latauksen ohjainta vaara ylikuormittaa akkua on yleensä lähestyvä, koska aurinkopaneelin nykyinen teho määräytyy suoraan auringon säteilytystason tai tulevan auringonvalon määrän perusteella.

Pohjimmiltaan löydät pari tapaa ladata virtaa: läpi sarjan säädin tai rinnakkaissäädin.

Sarjasäädinjärjestelmä on yleensä transistorin muodossa, joka tuodaan sarjaan aurinkopaneelin ja akun väliin.

Rinnakkaissäädin on a: n muodossa 'shuntti' säädin kiinnitetty rinnakkain aurinkopaneelin ja akun kanssa. 100 Ah säädin selitetty tässä viestissä on oikeastaan ​​rinnakkaistyyppinen aurinkosäätimen ohjain.

Tärkein ominaisuus a shuntin säädin se ei vaadi suurta virtaa ennen kuin akku on ladattu täyteen. Käytännössä sen oma nykyinen kulutus on niin pieni, että se voidaan jättää huomiotta.

Kun akku on ladattu täyteen , mutta ylimääräinen teho haihtuu lämmöksi. Erityisesti isommissa aurinkopaneeleissa tuo korkea lämpötila vaatii suhteellisen valtavan säätimen rakenteen.

Sen todellisen tarkoituksen lisäksi kunnollinen latauksen ohjain tarjoaa lisäksi turvallisuutta monin tavoin, samoin kuin suoja akun syväpurkautumiselta, ja elektroninen sulake ja luotettavan turvallisuuden akun tai aurinkopaneelin napaisuuden kääntämiseen.

Yksinkertaisesti siksi, että akku ajaa koko virtapiiriä väärän napaisuuden suojadiodin D1 kautta, aurinkolataussäädin toimii normaalisti, vaikka aurinkopaneeli ei toimita virtaa.

Piiri käyttää säätelemätöntä akkujännitettä (liitos D2-R4) ja erittäin tarkkaa 2,5 V: n vertailujännitettä, joka syntyy zener-diodilla D5.

Koska lataussäädin itsessään toimii täydellisesti alle 2 mA: n virralla, akku on tuskin ladattu yöllä tai kun taivas on samea.

Piirin pienin virrankulutus saavutetaan käyttämällä teho-MOSFET-tyyppejä BUZ11, T2 ja T3, joiden kytkentä on jännitteestä riippuvainen, jolloin ne voivat toimia käytännössä nollataajuudella.

Ehdotettu aurinkolatauksen hallinta 100 Ah: n akulle valvoo akkua jännitettä ja säätelee transistorin T1 johtokykyä.

Mitä suurempi akun jännite, sitä suurempi on T1: n kautta kulkeva virta. Tämän seurauksena jännitteen pudotus R19: n ympärillä kasvaa.

Tästä jännitteestä R19: ssä tulee portin kytkentäjännite MOSFET T2: lle, mikä saa MOSFETin vaihtamaan voimakkaammin pudottaen sen valumisen lähteeseen vastuksen.

Tästä johtuen aurinkopaneeli kuormitetaan voimakkaammin, mikä hävittää ylivirran R13: n ja T2: n kautta.

Schottky-diodi D7 suojaa akkua tahattomalta aurinkopaneelin + ja - napojen kääntymiseltä.

Tämä diodi pysäyttää lisäksi virran virran akusta aurinkopaneeliin siinä tapauksessa, että paneelin jännite putoaa akun jännitteen alle.

Kuinka säädin toimii

100 Ah: n aurinkolaturin säätimen kytkentäkaavio näkyy yllä olevassa kuvassa.

Piirin pääelementit ovat pari 'raskasta' MOSFETiä ja nelinkertainen op-vahvistimen IC.

Tämän IC: n toiminta voidaan jakaa kolmeen osaan: IC1a: n ympärille rakennettu jännitteen säädin, IC1d: n ympärille konfiguroitu akun ylipurkaussäädin ja elektroninen oikosulkusuojaus johdotettu IC1c: n ympärille.

IC1 toimii kuin pääohjauskomponentti, kun taas T2 toimii mukautuvana tehovastuksena. T2 yhdessä R13: n kanssa käyttäytyy kuin aktiivinen kuorma aurinkopaneelin ulostulossa. Säätimen toiminta on melko yksinkertaista.

Vaihtuva osa akun jännitteestä kohdistetaan ohjausop-vahvistimen IC1a ei-invertoivaan tuloon jännitteenjakajan R4-P1-R3 kautta. Kuten aiemmin keskusteltiin, 2,5 V: n referenssijännite syötetään op-vahvistimen käänteistuloon.

Aurinkosäätimen toimintamenetelmä on melko lineaarinen. IC1a tarkistaa akun jännitteen ja heti kun se saavuttaa täyden varauksen, se kytkeytyy päälle T1, T2 aiheuttaen aurinkojännitteen vaihtumisen R13: n kautta.

Tämä varmistaa, että aurinkopaneeli ei ole ladannut tai ladannut akkua liikaa. Osia IC1b ja D3 käytetään osoittamaan 'akun lataustila'.

LED palaa, kun akun jännite saavuttaa 13,1 V ja kun akun latausprosessi aloitetaan.

Kuinka suojausvaiheet toimivat

Opamp IC1d on asetettu vertailijan tavoin seuraamaan matala akun varaustaso ja varmista suoja syväpurkauksilta, ja MOSFET T3.

Akun jännite lasketaan ensin suhteellisesti noin 1/4 nimellisarvosta resistiivisellä jakajalla R8 / R10, minkä jälkeen sitä verrataan D5: n kautta saatuun 23 V: n vertailujännitteeseen. Vertailun suorittaa IC1c.

Potentiaalijakajavastukset valitaan siten, että IC1d: n lähtö laskee pienemmäksi, kun akun jännite laskee noin arvoon 9 V.

Tämän jälkeen MOSFET T3 estää ja katkaisee akun ja kuorman maadoitusliitännän. R11-takaisinkytkentävastuksen aiheuttaman hystereesin vuoksi vertailija ei muuta tilaa ennen kuin akun jännite on jälleen saavuttanut 12 V: n.

Elektrolyyttikondensaattori C2 estää syväpurkautumissuojaa aktivoitumasta hetkellisillä jännitehäviöillä, jotka johtuvat esimerkiksi massiivisen kuorman kytkemisestä päälle.

Piiriin sisältyvä oikosulkusuoja toimii kuin elektroninen sulake. Kun oikosulku sattuu vahingossa, se katkaisee kuorman akusta.

Sama toteutetaan myös T3: n kautta, joka osoittaa MOSFET T13: n keskeisen kaksoistoiminnon. MOSFET ei vain toimi oikosulkukytkimenä, vaan sen viemäristä lähteeseen -liitäntä toimii lisäksi kuin tietokonevastus.

Tämän vastuksen yli syntyvä jännitehäviö pienennetään R12 / R18: lla ja kohdistetaan sen jälkeen vertailijan IC1c käänteistuloon.

Myös tässä D5: n toimittamaa tarkkaa jännitettä käytetään vertailuna. Niin kauan kuin oikosulkusuojaus ei ole aktiivinen, IC1c tarjoaa edelleen 'korkean' logiikkalähdön.

Tämä toiminta estää D4: n johtamisen siten, että IC1d-lähtö päättää yksinomaan T3-portin potentiaalin. Noin 4 V - 6 V hilajännitealue saavutetaan resistiivisen jakajan R14 / R15 avulla, mikä mahdollistaa selvän jännitehäviön määrittämisen T3: n viemäristä lähteeseen -liitoksen yli.

Kun kuormitusvirta saavuttaa korkeimman tasonsa, jännitehäviö nousee nopeasti, kunnes taso on juuri riittävä vaihtamaan IC1c. Tämä aiheuttaa sen tuotoksen logiikan heikkenemisen.

Tämän vuoksi diodi D4 aktivoituu, jolloin T3-portti oikosuljetaan maahan. Tämän takia MOSFET sammuu ja pysäyttää nykyisen virtauksen. R / C-verkko R12 / C3 päättää elektronisen sulakkeen reaktioajan.

Suhteellisen hidas reaktioaika asetetaan sähköisen sulaketoiminnan virheellisen aktivoinnin välttämiseksi ajoittaisen hetkellisen suuren virran nousun vuoksi kuormitusvirrassa.

Lisäksi LEDiä D6 käytetään 1,6 V: n referenssinä varmistaen, että C3 ei pysty lataamaan tämän jännitetason yläpuolella.

Kun oikosulku poistetaan ja kuorma irrotetaan akusta, C3 purkautuu vähitellen LEDin kautta (tämä voi kestää jopa 7 sekuntia). Koska sähköinen sulake on suunniteltu kohtuullisen hitaasti, se ei tarkoita, että kuormitusvirran annetaan saavuttaa liian suuri taso.

Ennen kuin sähköinen sulake aktivoituu, T3-portin jännite kehottaa MOSFET: ää rajoittamaan lähtövirran pisteeseen, joka määritetään esiasetetun P2-asetuksen avulla.

Varmistaakseen, ettei palavia tai perunoita ole, piirissä on lisäksi vakiosulake F1, joka on kiinnitetty sarjaan akun kanssa, ja antaa varmuuden siitä, että piirin todennäköinen hajoaminen ei aiheuta välitöntä katastrofia.

Viimeisenä puolustuskilvenä D2 on sisällytetty piiriin. Tämä diodi suojaa IC1a- ja IC1b-tuloja vahingossa tapahtuvasta peruutusparistoliitännästä johtuvilta vaurioilta.

Aurinkopaneelin valitseminen

Sopivimman aurinkopaneelin valinta riippuu luonnollisesti akun Ah-arvosta, jonka kanssa aiot työskennellä.

Aurinkolatauslaite on periaatteessa suunniteltu aurinkopaneeleille, joiden lähtöjännite on kohtalainen 15-18 volttia ja 10-40 wattia. Tämäntyyppiset paneelit soveltuvat tyypillisesti 36 - 100 Ah: n akuille.

Siitä huolimatta, koska aurinkovaraussäädin on määritelty tuottamaan optimaalinen 10 A: n virranotto, 150 watin nimellisiä aurinkopaneeleja voidaan käyttää hyvin.

Aurinkovaraajan säätimen piiri voidaan myös käyttää tuulimyllyt ja muiden jännitelähteiden kanssa edellyttäen, että tulojännite on alueella 15-18 V.

Suurin osa lämmöstä häviää aktiivisen kuormituksen T2 / R13 kautta. Tarpeetonta sanoa, että MOSFET on jäähdytettävä tehokkaasti jäähdytyselementin kautta, ja R13 tulisi luokitella riittävän kestämään erittäin korkeita lämpötiloja.

R13-tehon on oltava aurinkopaneelin luokituksen mukainen. (Äärimmäisessä) skenaariossa, kun aurinkopaneeli kytketään kuormittamattomaan lähtöjännitteeseen 21 V ja myös oikosulkuvirtaan 10 A, tällaisessa tilanteessa T2 ja R13 alkavat haihtaa jännitettä vastaavaa tehoa akun ja aurinkopaneelin välinen ero (noin 7 V) kerrottuna oikosulkuvirralla (10 A) tai yksinkertaisesti 70 wattilla!

Näin voi käydä, kun akku on ladattu täyteen. Suurin osa virrasta vapautuu R13: n kautta, koska MOSFET tarjoaa sitten erittäin alhaisen vastuksen. MOSFET-vastuksen R13 arvo voidaan määrittää nopeasti seuraavan Ohmin lain avulla:

R13 = P x I^kaksi= 70 x 10^kaksi= 0,7 ohmia

Tällainen äärimmäinen aurinkopaneelilähtö saattaa kuitenkin tuntua epätavalliselta. Aurinkovarauksen säätimen prototyypissä oli käytetty 0,25 Ω / 40 W: n vastusta, joka koostui neljästä rinnakkain kiinnitetystä vastuksesta (1Ω / 10 W.). T3: n tarvittava jäähdytys lasketaan samalla tavalla.

Olettaen, että suurin lähtövirta on 10 A (mikä on noin 2,5 V: n jännitehäviötä viemärilähteen liitoskohdan yli), on arvioitava noin 27 W: n maksimihäviö.

T3: n riittävän jäähdytyksen takaamiseksi jopa liiallisissa taustalämpötiloissa (esim. 50 ° C) jäähdytyselementin on käytettävä lämpöresistanssia, joka on enintään 3,5 K / W.

Osat T2, T3 ja D7 on järjestetty piirilevyn yhdelle tietylle puolelle, mikä helpottaa niiden kiinnittämistä helposti yhteen yhteiseen jäähdytyselementtiin (eristyskomponenteilla).

Näiden kolmen puolijohteen häviö on siis sisällytettävä, ja me tällöin haluamme jäähdytyselementin, jonka lämpöominaisuudet ovat 1,5 K / W tai korkeammat. Osaluettelossa kuvattu tyyppi täyttää tämän edellytyksen.

Kuinka perustaa

Onneksi 100 Ah: n akun aurinkosäätimen piiri on melko helppo asentaa. Tehtävä vaatii kuitenkin pari (säännellyt) virtalähteet .

Yksi niistä on säädetty 14,1 V: n lähtöjännitteeksi ja kytketty piirilevyn akkujohtoihin (nimetty 'accu'). Toisessa virtalähteessä on oltava virranrajoitin.

Tämä syöttö säädetään aurinkopaneelin avoimen piirin jännitteeseen (esimerkiksi 21 V, kuten aiemmin mainitussa tilassa) ja kytketään lapalähtöihin, jotka on merkitty 'solut'.

Kun säädämme P1: tä oikein, jännitteen tulisi laskea 14,1 V: een. Älä huoli tästä, koska virranrajoitin ja D7 takaavat, ettei mikään voi mennä pieleen!

P2: n tehokasta säätämistä varten sinun on työskenneltävä kuormalla, joka on vähän suurempi kuin suurin rasitus, joka saattaa esiintyä lähdössä. Jos haluat poimia suurimman osan tästä mallista, yritä valita 10 A.

Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä 1Ω x120 W: n kuormitusvastusta, joka koostuu esimerkiksi 10 vastuksesta 10Ω / 10 W rinnakkain. Esiasetus P2 on kehrätty alkuun 'Maksimi (pyyhin kohti R14).

Sen jälkeen kuorma kiinnitetään piirilevyn 'kuormaksi' merkittyihin johtimiin. Hienosäädä P2 hitaasti ja varovasti, kunnes saavutat tason, jossa T3 sammuu ja katkaisee kuorman. Kuormitusvastusten poistamisen jälkeen 'kuormitus' -johdot voidaan oikosulkea hetkellisesti testatakseen, että elektroninen sulake toimii oikein.

Piirilevyasettelut

Osaluettelo

Vastukset:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2,2 k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = katso teksti
R17 = 10k
P1 = 5k esiasetus
P2 = 50k esiasetus
Kondensaattorit:
Cl = 100 nF
C2 = 2,2uF / 25V säteittäinen
C3 = 10uF / 16V
Puolijohteet:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED punainen
D5 = LM336Z-2,5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Muut:
F1 = sulake 10 A (T) piirilevyn kiinnityspidikkeellä
8 spade-liitintä ruuvikiinnitykseen
Jäähdytyselementti 1.251VW