Авторизация
Наша группа Вконтакте
Наши партнеры
КРЫМ. СТРОЙИНДУСТРИЯ. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ВЕСНА — 2016

Контроллеры заряда-разряда АКБ в СФЭУ

Контроллеры заряда-разряда АКБ в СФЭУ

Контроллеры заряда-разряда (КЗР) аккумуляторных батарей (АКБ) в солнечных фотоэлектрических установках (СФЭУ) контролируют уровни заряда и разряда (State of charge (SOC) и depth of discharge (DoD)) АКБ и при необходимости отключают или переподключают солнечную батарею (СБ) и нагрузку. КЗР в первую очередь необходимы для оптимизации и регулировки режимов заряда/разряда АКБ с целью продления их срока службы. Систематический перезаряд приводит к кипению электролита и вспучиванию герметичных АКБ. Глубокий же разряд опасен для АКБ тем, что ведет к сульфатации пластин и прекращению работоспособности АКБ. Особенно чувствительны к перезаряду и переразряду свинцово-кислотные АКБ, наиболее часто применяемые в ФЭУ.

Таким образом, КЗР выступает своеобразным связующим звеном между СБ и АКБ. В его основные функциональные обязанности входит: автоматическое подключение СБ на заряд АКБ; многостадийный заряд АКБ; автоматическое отключение СБ при полном заряде АКБ; автоматическое отключение нагрузки при установленном уровне разряда АКБ; подключение нагрузки при достаточном заряде АКБ.

Наибольшее распространение в ФЭУ получили КЗР двух типов:

1) КЗР с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ; PWM - Pulse-width modulation);

2) КЗР с алгоритмом поиска точки максимальной мощности (ТММ; МРРТ - Maximum Power Point Tracking).

КЗР с ШИМ – это последовательный контроллер с регулированием зарядного напряжения, который отключает АКБ при полном заряде, не закорачивая СБ. Его алгоритм работы позволяет достигать 100% уровень заряда АКБ. ШИМ-контроллеры обычно применяются в ФЭУ малой мощности – от 100 Вт до 2 кВт. Когда напряжение на АКБ достигает определенного значения, алгоритм ШИМ постепенно снижает ток заряда для предотвращения перегрева и закипания АКБ (что особенно важно для герметичных АКБ).

КЗР с алгоритмом отслеживания ТММ позволяют заряжать АКБ с номинальным напряжением более низким, чем номинальное напряжение СБ. То есть несколько последовательно соединенных солнечных модулей (СМ) с напряжением, превышающим номинальное напряжение АКБ, подключаются на вход ТММ-контроллера (диапазон входных напряжений в зависимости от модели составляет 75-150 В). Также появились КЗР с максимальным входным напряжением до 200В. Мощные КЗР рассчитаны на входной ток 60-80А (возможно подключение СБ мощностью до 4 кВт при системном напряжении 48В).

Контроллеры заряда-разряда АКБ в СФЭУ

Типовая вольт-амперная характеристика (ВАХ) солнечной батареи показывает, что максимальная мощность достигается тогда, когда выполняется отслеживание максимальных значений тока и напряжения СБ. ТММ-контроллер постоянно отслеживает ток и напряжение на СБ, перемножает их значения и определяет пару ток-напряжение, при которых мощность СБ будет максимальной. ТММ может вычисляться разными способами. В простейшем случае КЗР последовательно снижает напряжение от точки холостого хода до напряжения на аккумуляторе. Точка максимальной мощности будет находиться где-то в промежутке между этими значениями. Положение ТММ зависит от нескольких параметров: освещенности, температуры СМ и др.

Тем самым ТММ-контроллер позволяет более эффективно использовать СМ и получать порядка 30% прибавки генерируемой мощности за год. Так, по сравнению с ШИМ-КЗР, ТММ-контроллер начинает заряжать АКБ уже в утренние часы, а в вечерние часы процесс зарядки длиться дольше. Также при пасмурной погоде он работает более эффективно.

В качестве базового элемента ТММ-контроллеров выступает преобразователь, воспринимающий входное напряжение от СБ, преобразующий его в переменное с высокой частотой, а далее – вновь в постоянное. Цифровой способ управления реализуется в циклическом контроле входного напряжения от СБ и сравнении его с напряжением на АКБ. Затем определяется оптимальное соотношение тока и напряжения на временном отрезке.

Сегодня на рынке оборудования для возобновляемой энергетики наиболее популярны КЗР известных производителей: Steca, Xantrex, Schneider Electric, OutBack, MorningStar, Phocos, EpSolar. Приведем основные характеристики и функциональные особенности КЗР.

Контроллеры заряда-разряда АКБ в СФЭУ

Современные КЗР имеют несколько фаз (режимов, стадий) заряда АКБ.

1. Фаза активного заряда (Bulk): весь ток от СБ идет на заряд АКБ.

2. При достижении на АКБ определенного уровня напряжения наступает фаза поглощения (абсорбции, Absorbtion): КЗР постепенно снижает ток заряда АКБ, чтобы не допустить перегрева и процесса активного газообразования.

3. Выравнивается напряжение и наступает фаза поддерживающего заряда малым током (равновесие, Float).

4. Фаза уравновешивающего заряда (выравнивание/equalization): зарядка открытых АКБ уравнительным зарядом – методом контролируемой перезарядки, который предусматривает перемешивание электролита и восстанавливает неиспользуемые зоны материала пластин, что полностью восстанавливает емкость АКБ. Этот процесс сопровождается газовыделением (водород и кислород).

Наиболее правильный заряд обеспечивают КЗР, позволяющие настроить тип, емкость и напряжение заряда АКБ.

Контроллеры заряда-разряда АКБ в СФЭУ

Известно немало схемотехнических решений в области разработки КЗР для ФЭУ. Одно из них - схема регулятора заряда АКБ от СМ с двухступенчатым зарядным циклом, в котором использован электронный ключ на мощных полевых транзисторах.

Козюков Д.А., Цыганков Б.К.
Контроллеры заряда-разряда аккумуляторных батарей солнечных фотоэлектрических установок
Инновационная наука. 2015. № 8-2 (8). С. 41-44.
Рейтинг:
5
  1. Козюков Д.А.
    1 октября 2015 21:42
    Прошу указать ссылку на цитируемую статью в полной форме: Козюков Д.А., Цыганков Б.К. Контроллеры заряда-разряда аккумуляторных батарей солнечных фотоэлектрических установок // Инновационная наука. 2015. № 8-2 (8). С. 41-44.

Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Вопрос:
От чего дают энергию солнечные батареи?
Ответ:*
Важно ваше мнение
Какая на Ваш взгляд самая перспективная технология в энергетике?