Controlador de carga de bateria solar: circuito, princípio de funcionamento, métodos de conexão

A energia solar está até agora limitada (a nível doméstico) à criação de painéis fotovoltaicos de potência relativamente baixa.Mas independentemente do design do conversor fotoelétrico de luz solar em corrente, este dispositivo está equipado com um módulo denominado controlador de carga de bateria solar.

Na verdade, a instalação de fotossíntese solar inclui uma bateria recarregável - um dispositivo de armazenamento da energia recebida do painel solar. É esta fonte de energia secundária que é servida principalmente pelo controlador.

No artigo que apresentamos, entenderemos o design e os princípios de operação deste dispositivo, e também consideraremos como conectá-lo.

Controladores solares

Um módulo eletrônico chamado controlador solar é projetado para executar uma série de funções de controle durante o processo de carga/descarga bateria de bateria solar.

Quando a luz solar incide sobre a superfície de um painel solar instalado, por exemplo, no telhado de uma casa, as fotocélulas do aparelho convertem essa luz em corrente elétrica.

A energia resultante, de fato, poderia ser fornecida diretamente à bateria de armazenamento. No entanto, o processo de carga/descarga de uma bateria tem suas próprias sutilezas (certos níveis de correntes e tensões). Se você negligenciar essas sutilezas, a bateria simplesmente falhará em um curto período de operação.

Para evitar essas tristes consequências, foi projetado um módulo chamado controlador de carga para uma bateria solar.

Além de monitorar o nível de carga da bateria, o módulo também monitora o consumo de energia.Dependendo do grau de descarga, o circuito controlador de carga da bateria solar regula e define o nível de corrente necessário para a carga inicial e subsequente.

Dependendo da potência do controlador de carga da bateria solar, os designs desses dispositivos podem ter configurações muito diferentes

Em geral, em termos simples, o módulo proporciona uma “vida” despreocupada para a bateria, que periodicamente acumula e libera energia para os dispositivos consumidores.

Tipos usados ​​na prática

A nível industrial, foram lançados e estão a ser produzidos dois tipos de dispositivos eletrónicos cujo design é adequado para instalação num sistema de energia solar:

1. Dispositivos da série PWM.
2. Dispositivos da série MPPT.

O primeiro tipo de controlador para bateria solar pode ser chamado de “velho”. Tais esquemas foram desenvolvidos e colocados em operação no início do desenvolvimento da energia solar e eólica.

O princípio operacional do circuito controlador PWM é baseado em algoritmos de modulação por largura de pulso. A funcionalidade de tais dispositivos é um pouco inferior à dos dispositivos mais avançados da série MPPT, mas em geral eles também funcionam de forma bastante eficaz.

Um dos modelos de controlador de carga de bateria de estação solar mais populares na sociedade, apesar do circuito do dispositivo ser feito com tecnologia PWM, considerada desatualizada

Projetos que utilizam a tecnologia Maximum Power Point Tracking (rastreamento do limite máximo de potência) se diferenciam por uma abordagem moderna às soluções de circuitos e fornecem maior funcionalidade.

Mas se compararmos os dois tipos de controladores e, principalmente, com uma tendência para a esfera doméstica, os dispositivos MPPT não parecem sob a luz rósea em que são tradicionalmente anunciados.

Controlador tipo MPPT:

• tem um custo mais elevado;
• possui um algoritmo de configuração complexo;
• dá ganho de potência apenas em painéis de grande área.

Este tipo de equipamento é mais adequado para sistemas globais de energia solar.

Um controlador projetado para operação como parte de uma instalação de energia solar. É um representante da classe de dispositivos MPPT - mais avançados e eficientes

Para as necessidades de um usuário comum de ambiente doméstico, que, via de regra, possui painéis de pequena área, é mais lucrativo comprar e operar um controlador PWM (PWM) com o mesmo efeito.

Diagramas de blocos de controladores

Diagramas esquemáticos de controladores PWM e MPPT para considerá-los aos olhos de um leigo são um ponto muito complexo associado a uma compreensão sutil da eletrônica. Portanto, é lógico considerar apenas diagramas estruturais. Essa abordagem é compreensível para uma ampla gama de pessoas.

Opção nº 1 – dispositivos PWM

A tensão do painel solar viaja através de dois condutores (positivo e negativo) até o elemento estabilizador e o circuito resistivo de separação. Devido a esta parte do circuito, é obtida a equalização potencial da tensão de entrada e, até certo ponto, eles organizam a proteção da entrada do controlador contra excesso do limite de tensão de entrada.

Deve ser enfatizado aqui: cada modelo individual de dispositivo possui um limite específico de tensão de entrada (indicado na documentação).

É assim que se parece o diagrama de blocos de dispositivos feitos com base em tecnologias PWM.Para operação como parte de pequenas estações domésticas, esta abordagem de circuito fornece eficiência suficiente

Além disso, a tensão e a corrente são limitadas ao valor requerido pelos transistores de potência. Esses componentes do circuito são, por sua vez, controlados pelo chip controlador por meio do chip driver. Como resultado, a saída de um par de transistores de potência define o valor normal de tensão e corrente da bateria.

O circuito também contém um sensor de temperatura e um driver que controla o transistor de potência, que regula a potência da carga (proteção contra descarga profunda da bateria). O sensor de temperatura monitora o status de aquecimento de elementos importantes do controlador PWM.

Geralmente o nível de temperatura dentro do gabinete ou nos dissipadores de calor dos transistores de potência. Se a temperatura ultrapassar os limites definidos nas configurações, o dispositivo desliga todas as linhas de energia ativas.

Opção nº 2 – dispositivos MPPT

A complexidade do circuito neste caso se deve ao acréscimo de uma série de elementos que constroem o algoritmo de controle necessário com mais cuidado, com base nas condições de operação.

Os níveis de tensão e corrente são monitorados e comparados por circuitos comparadores e, com base nos resultados da comparação, a potência máxima de saída é determinada.

Projeto de circuitos em forma estrutural para controladores de carga baseados em tecnologias MPPT. Um algoritmo mais complexo para monitorar e controlar dispositivos periféricos já foi mencionado aqui.

A principal diferença entre este tipo de controlador e os dispositivos PWM é que eles são capazes de ajustar o módulo de energia solar à potência máxima, independente das condições climáticas.

O circuito de tais dispositivos implementa vários métodos de controle:

• perturbações e observações;
• aumentando a condutividade;
• varredura atual;
• Voltagem constante.

E no segmento final da ação geral, também é utilizado um algoritmo para comparar todos esses métodos.

Métodos de conexão do controlador

Considerando o tema das conexões, deve-se notar imediatamente: para a instalação de cada dispositivo individual, uma característica é trabalhar com uma série específica de painéis solares.

Assim, por exemplo, se for usado um controlador projetado para uma tensão de entrada máxima de 100 volts, uma série de painéis solares deverá produzir uma tensão não superior a esse valor.

Qualquer instalação de energia solar opera de acordo com a regra de balanceamento das tensões de saída e entrada do primeiro estágio. O limite superior da tensão do controlador deve corresponder ao limite superior da tensão do painel

Antes de conectar o dispositivo, é necessário decidir o local de sua instalação física. Pelas normas, o local de instalação deve ser escolhido em áreas secas e bem ventiladas. Evite a presença de materiais inflamáveis ​​perto do dispositivo.

A presença de fontes de vibração, calor e umidade nas imediações do dispositivo é inaceitável. O local de instalação deve ser protegido da precipitação e da luz solar direta.

Tecnologia de conexão para modelos PWM

Quase todos os fabricantes de controladores PWM exigem que os dispositivos sejam conectados na sequência exata.

A técnica de conectar controladores PWM a dispositivos periféricos não é particularmente difícil. Cada placa está equipada com terminais etiquetados. Aqui você só precisa seguir a sequência de ações

Os dispositivos periféricos devem ser conectados em total conformidade com as designações dos terminais de contato:

1. Conecte os fios da bateria aos terminais da bateria do dispositivo de acordo com a polaridade indicada.
2. Ligue o fusível de proteção diretamente no ponto de contato do fio positivo.
3. Conecte os condutores provenientes da bateria do painel solar aos contatos do controlador destinados ao painel solar. Observe a polaridade.
4. Conecte uma lâmpada de teste com a tensão apropriada (geralmente 12/24 V) aos terminais de carga do dispositivo.

A sequência especificada não deve ser violada. Por exemplo, é estritamente proibido conectar painéis solares primeiro quando a bateria não está conectada. Ao fazer isso, o usuário corre o risco de “queimar” o aparelho. EM este material O diagrama de montagem de painéis solares com bateria é descrito com mais detalhes.

Além disso, para controladores da série PWM, não é permitido conectar um inversor de tensão aos terminais de carga do controlador. O inversor deve ser conectado diretamente aos terminais da bateria.

Procedimento para conectar dispositivos MPPT

Os requisitos gerais de instalação física para este tipo de dispositivo não diferem dos sistemas anteriores. Mas a configuração tecnológica costuma ser um pouco diferente, uma vez que os controladores MPPT são frequentemente considerados dispositivos mais potentes.

Para controladores projetados para altos níveis de potência, recomenda-se a utilização de cabos de seção transversal grande equipados com tampas metálicas para conexões do circuito de potência.

Por exemplo, para sistemas potentes, estes requisitos são complementados pelo facto de os fabricantes recomendarem a utilização de um cabo para linhas de ligação de energia concebido para uma densidade de corrente de pelo menos 4 A/mm.². Ou seja, por exemplo, para um controlador com corrente de 60 A, é necessário um cabo para conectar à bateria com seção transversal de pelo menos 20 mm².

Os cabos de conexão devem ser equipados com terminais de cobre, firmemente cravados com uma ferramenta especial. Os terminais negativos do painel solar e da bateria devem ser equipados com adaptadores com fusíveis e interruptores.

Esta abordagem elimina perdas de energia e garante a operação segura da instalação.

Diagrama de blocos para conectar um poderoso controlador MPPT: 1 – painel solar; 2 – Controlador MPPT; 3 – bloco terminal; 4.5 – fusíveis; 6 – interruptor de alimentação do controlador; 7.8 – barramento terrestre

Antes de conectar painéis solares Ao conectar ao dispositivo, certifique-se de que a tensão nos terminais corresponda ou seja menor que a tensão que pode ser fornecida à entrada do controlador.

Conectando periféricos ao dispositivo MTTP:

1. Coloque os interruptores do painel e da bateria na posição “desligado”.
2. Remova os fusíveis de proteção do painel e da bateria.
3. Conecte os terminais da bateria com um cabo aos terminais do controlador da bateria.
4. Conecte os terminais do painel solar com um cabo aos terminais do controlador indicados pelo sinal correspondente.
5. Conecte o terminal de aterramento ao barramento de aterramento com um cabo.
6. Instale o sensor de temperatura no controlador de acordo com as instruções.

Após essas etapas, você precisa reinserir o fusível da bateria removido anteriormente e colocar a chave na posição “ligada”. Um sinal de detecção de bateria aparecerá na tela do controlador.

Em seguida, após uma breve pausa (1-2 minutos), substitua o fusível do painel solar removido anteriormente e coloque o interruptor do painel na posição “ligado”.

A tela do dispositivo mostrará o valor da tensão do painel solar. Este momento indica o sucesso do lançamento da instalação de energia solar.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

A indústria produz dispositivos multifacetados em termos de projetos de circuitos. Portanto, é impossível dar recomendações inequívocas quanto à conexão de todas as instalações, sem exceção.

No entanto, o princípio básico para qualquer tipo de dispositivo permanece o mesmo: sem conectar a bateria aos barramentos do controlador, a conexão a painéis fotovoltaicos é inaceitável. Requisitos semelhantes se aplicam à inclusão no esquema inversor de tensão. Deve ser considerado um módulo separado conectado à bateria por contato direto.

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