Controlador de carga da bateria solar: diagrama, princípio de operação, métodos de conexão

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Se você está pensando em uma maneira alternativa de obter energia e decidiu instalar painéis solares, provavelmente deseja economizar dinheiro. Uma das oportunidades de economia é faça seu próprio controlador de carga. Ao instalar geradores solares - painéis, são necessários muitos equipamentos adicionais: controladores de carga, baterias, para transferir a corrente para os padrões técnicos.

Considere a fabricação controlador de carga de bateria solar faça você mesmo.

Trata-se de um dispositivo que controla o nível de carga das baterias de chumbo-ácido, evitando que sejam totalmente descarregadas e recarregadas.Se a bateria começar a descarregar no modo de emergência, o dispositivo reduzirá a carga e impedirá a descarga completa.

Vale ressaltar que um controlador de fabricação própria não pode ser comparado em qualidade e funcionalidade com um industrial, mas será suficiente para a operação da rede elétrica. À venda, encontramos produtos feitos no porão, que possuem um nível de confiabilidade muito baixo. Se você não tiver dinheiro suficiente para uma unidade cara, é melhor montá-la você mesmo.

Controlador de carga de bateria solar DIY

Mesmo um produto caseiro deve atender às seguintes condições:

• 1.2P
• A tensão de entrada máxima permitida deve ser igual à tensão total de todas as baterias sem carga.

Na imagem abaixo você verá um diagrama de tais equipamentos elétricos. Para montá-lo, você precisará de um pouco de conhecimento em eletrônica e um pouco de paciência. O design foi ligeiramente modificado e agora um transistor de efeito de campo é instalado em vez de um diodo, que é regulado por um comparador.
Tal controlador de carga será suficiente para uso em redes de baixa potência, usando apenas. Diferencia-se na simplicidade de produção e no baixo custo dos materiais.

Controlador de carga solar Ele funciona de acordo com um princípio simples: quando a tensão no inversor atinge o valor especificado, ele para de carregar e apenas a carga de gotejamento continua. Se a tensão do indicador cair abaixo do limite definido, o fornecimento de corrente para a bateria é retomado. O uso de baterias é desabilitado pelo controlador quando a carga nelas é inferior a 11 V. Graças à operação de tal regulador, a bateria não descarregará espontaneamente durante a ausência do sol.

Características principais circuitos controladores de carga:

• Tensão de carga V=13,8V (configurável), medido quando há corrente de carga;
• Descarte de carga ocorre quando Vbat é menor que 11V (configurável);
• Ligando a carga quando Vbat=12,5V;
• Compensação de temperatura do modo de carga;
• O comparador econômico TLC339 pode ser substituído pelo mais comum TL393 ou TL339;
• A queda de tensão nas teclas é inferior a 20mV ao carregar com uma corrente de 0,5A.

Controlador de carga solar avançado

Se você está confiante em seu conhecimento de equipamentos eletrônicos, pode tentar montar um circuito controlador de carga mais complexo. É mais confiável e é capaz de funcionar com painéis solares e um gerador eólico que o ajudará a obter luz à noite.

Acima está um circuito controlador de carga aprimorado do tipo faça você mesmo. Para alterar os valores de limite, são usados ​​resistores de ajuste, com os quais você ajustará os parâmetros operacionais. A corrente proveniente da fonte é comutada pelo relé. O próprio relé é controlado por uma chave de transistor de efeito de campo.

Tudo circuitos controladores de carga testados na prática e comprovados ao longo de vários anos.

Para casas de veraneio e outros objetos onde não é necessário um grande consumo de recursos, não faz sentido gastar dinheiro com elementos caros. Se você tiver o conhecimento necessário, poderá modificar os designs propostos ou adicionar a funcionalidade necessária.

Assim, você pode fazer um controlador de carregamento com suas próprias mãos ao usar dispositivos de energia alternativa. Não se desespere se a primeira panqueca sair grumosa. Afinal, ninguém está imune a erros. Um pouco de paciência, diligência e experimentação porá fim ao assunto. Mas uma fonte de alimentação funcionando será um excelente motivo de orgulho.

O controlador de carga é uma parte muito importante do sistema em que a corrente elétrica é gerada por painéis solares. O dispositivo controla o carregamento e descarregamento das baterias. É graças a ele que as baterias não podem ser recarregadas e descarregadas tanto que será impossível restaurar sua condição de trabalho.

Esses controladores podem ser feitos à mão.

Princípio da Operação

Se não houver corrente da bateria solar, o controlador está no modo de suspensão. Ele não usa nenhum dos watts da bateria. Depois que a luz do sol atinge o painel, a corrente elétrica começa a fluir para o controlador. Ele deve acender. No entanto, o LED indicador, juntamente com 2 transistores fracos, acende apenas quando a tensão atinge 10 V.

Após atingir essa tensão, a corrente passará pelo diodo Schottky até a bateria. Se a tensão subir para 14 V, o amplificador U1 começará a funcionar, o que ligará o transistor MOSFET. Como resultado, o LED se apagará e dois transistores não potentes serão fechados. A bateria não carrega. Neste momento, C2 será dispensado. Em média, leva 3 segundos. Após a descarga do capacitor C2, a histerese U1 será superada, o MOSFET fechará e a bateria começará a carregar. O carregamento continuará até que a tensão suba para o nível de comutação.

Autofabricação

Se uma pessoa tem certo conhecimento no campo da eletrônica e engenharia elétrica, você pode tentar montar um circuito controlador para painéis solares e um gerador eólico com suas próprias mãos.Essa unidade será muito inferior em funcionalidade e eficiência às amostras seriais industriais, mas em redes de baixa potência pode ser suficiente.

O módulo de controle de artesanato deve atender às condições básicas:

• 1.2P ≤ I × U. Esta equação usa a notação da potência total de todas as fontes (P), a corrente de saída do controlador (I), a tensão no sistema com uma bateria completamente descarregada (U),
• A tensão máxima de entrada do controlador deve corresponder à tensão total das baterias sem carga.

O esquema mais simples de tal módulo será assim:

O dispositivo, montado à mão, funciona com as seguintes características:

• Tensão de carregamento - 13,8 V (pode variar dependendo da corrente nominal),
• Tensão de corte - 11 V (configurável),
• Tensão de ativação - 12,5 V,
• A queda de tensão nas teclas é de 20 mV com um valor de corrente de 0,5 A.

Os controladores de carga do tipo PWM ou MPPT são uma das partes integrantes de qualquer sistema solar ou híbrido baseado em geradores solares e eólicos. Eles fornecem um modo de carga normal da bateria, aumentam a eficiência e evitam o desgaste prematuro e podem ser completamente montados à mão.

Diagrama de conexão do módulo

Clique para ampliar o diagrama

Depois de remover a parede traseira, você pode acessar a placa de circuito do dispositivo.

Uma bateria de 12 V com capacidade de 1,2 A/h foi escolhida como bateria, pois o autor a possuía. De fato, em um dia claro e ensolarado, o painel poderá carregar 2-3 dessas baterias. Um fusível está incluído no circuito da bateria para reduzir o risco de curto-circuito.Para evitar que a bateria descarregue através do painel solar com pouca luz, um diodo Schottky do tipo IN5817 é conectado em série com o painel. Quando a bateria está totalmente carregada, a corrente extraída do painel solar é de cerca de 50mA a 19V.

Como carga de teste, foi usada uma fitolampa de LED de fabricação própria em 4 fito-LEDs conectados em série com potência de 1 W, um resistor do tipo MLT-2 com resistência de 30 Ohm foi conectado em série com os LEDs. A uma tensão de 12,6 V, a corrente consumida pela lâmpada será de cerca de 60 mA. Assim, uma bateria de 1,2 Ah permite alimentar esta lâmpada por cerca de 20 horas.

Em geral, a estrutura autônoma montada se mostrou bastante eficiente do ponto de vista técnico. Mas do ponto de vista econômico, dado o custo da bateria solar, bateria e unidade de controle, o quadro é sombrio. Uma bateria solar custa 2700 rublos, uma bateria de 12 V 1,2 Ah custa cerca de 500 rublos, uma unidade de controle custa 400 rublos. O autor também tentou usar duas baterias de 6 V 12 A / h conectadas em série (custam cerca de 3000 r), o autor carrega essa bateria em 3-4 dias ensolarados, enquanto a corrente de carregamento atinge 270 mA.

O custo total do equipamento usado na configuração mínima é de 3600 rublos. Como você pode ver, esta fitolamp consome cerca de 0,8 watts. A uma taxa de 3,5 r/kWh, a lâmpada deve ser operada na rede com 50% de eficiência de alimentação, cerca de 640.000 h ou 73 anos, apenas para justificar o custo do equipamento. Ao mesmo tempo, por tanto tempo, sem dúvida, será necessário trocar completamente o equipamento várias vezes, ninguém cancelou a degradação da bateria e das fotocélulas.

Diagrama do dispositivo

Essas placas ficam muito quentes, então vamos soldá-las um pouco sobre o PCB. Para isso, usaremos um fio de cobre rígido para fazer as pernas da placa de circuito impresso. Teremos 4 pedaços de fio de cobre para fazer 4 pernas para a placa de circuito. Você também pode usar cabeçalhos de pinos em vez de fio de cobre para isso.

A célula solar é conectada aos terminais IN+ e IN- da placa de carregamento TP4056, respectivamente. Um diodo é inserido na extremidade positiva para proteção de tensão reversa. As placas BAT+ e BAT- são então conectadas às extremidades +ve e -ve da bateria. Isso é tudo que precisamos para carregar a bateria.

Agora, para alimentar a placa Arduino, precisamos aumentar a saída para 5V. Então adicionamos um amplificador de tensão de 5V a este circuito. Conecte as baterias -ve a IN- do amplificador e ve+ a IN+ adicionando um interruptor entre elas. Conectamos a placa de reforço diretamente ao carregador, mas recomendamos a instalação de um interruptor SPDT lá. Portanto, quando o dispositivo carrega a bateria, ela é carregada e não é usada.

As células solares são conectadas à entrada de um carregador de bateria de lítio (TP4056), cuja saída é conectada a uma bateria de lítio 18560. Um amplificador de tensão de 5V também é conectado à bateria e é usado para converter de 3,7VDC para 5VDC.

A tensão de carregamento é tipicamente em torno de 4,2 V. A entrada do amplificador de tensão varia de 0,9 V a 5,0 V. Portanto, ele verá cerca de 3,7 V em sua entrada quando a bateria estiver descarregando e 4,2 V quando estiver recarregando. A saída do amplificador para o resto do circuito irá mantê-lo em 5V.

Este projeto será muito útil para alimentar o registrador de dados remoto. Como você sabe, a fonte de alimentação é sempre um problema para o gravador remoto e, na maioria dos casos, não há tomada disponível.

Uma situação semelhante força você a usar algumas baterias para alimentar seu circuito. Mas, eventualmente, a bateria vai morrer. Nosso projeto barato carregador solar seria uma ótima solução para esta situação.

Precisar

Na carga máxima da bateria, o controlador regulará o fornecimento de corrente a ela, reduzindo-a à quantidade necessária para compensar a autodescarga do dispositivo. Se a bateria estiver completamente descarregada, o controlador desligará qualquer carga de entrada no dispositivo.

A necessidade deste dispositivo pode ser reduzida aos seguintes pontos:

1. O carregamento da bateria é multi-estágio;
2. Ajustar a bateria liga / desliga ao carregar / descarregar o dispositivo;
3. Conectando a bateria com carga máxima;
4. Conectando o carregamento das fotocélulas no modo automático.

O controlador de carga da bateria para dispositivos solares é importante porque o desempenho de todas as suas funções em boas condições aumenta muito a vida útil da bateria integrada.

Diagramas de fiação

Existem 3 esquemas possíveis para conectar os painéis solares entre si, são eles: conexão serial, paralela e série-paralela. Agora mais sobre eles.

conexão serial

Neste circuito, o terminal negativo do primeiro painel é conectado ao terminal positivo do segundo, o negativo do segundo ao terceiro terminal e assim por diante. O que dá essa conexão - a tensão de todos os painéis será adicionada. Em outras palavras, se você deseja obter, por exemplo, 220V imediatamente, este circuito o ajudará a fazer isso.mas raramente é usado.

Vamos dar um exemplo. Temos 4 painéis com potência nominal de 12V cada, Voc: 22,48V (essa é a tensão de circuito aberto), obtemos 48V na saída. Tensão de circuito aberto \u003d 22,48V * 4 \u003d 89,92V. enquanto a potência máxima de corrente, Imp, permanece inalterada.

Neste esquema, não é recomendado o uso de painéis com valores de Imp diferentes, pois a eficiência do sistema será baixa.

Conexão paralela

Este esquema permite, sem aumentar a tensão dos painéis, aumentar a corrente. Vamos dar um exemplo. Temos 4 painéis com potência nominal de 12V cada, tensão de circuito aberto 22,48V, corrente no ponto de potência máxima 5,42A. Na saída do circuito, a tensão nominal e a tensão de circuito aberto permanecem inalteradas, mas a potência máxima será de 5,42A * 4 = 21,68A.

Conexão série-paralelo

• Tensão nominal do painel solar: 12 V. • Tensão sem carga Voc: 22,48 V. • Corrente no ponto de potência máxima Imp: 5,42 A.

Ao conectar 2 painéis solares em série e 2 em paralelo na saída, obtemos uma tensão de 24V, uma tensão de circuito aberto de 44,96V e a corrente será 5,42A * 2 = 10,84A.

Isso possibilita ter um sistema equilibrado e economizar em equipamentos como um controlador de carga de bateria, já que a ema não precisará suportar muita tensão em seu pico. O circuito também possibilita a utilização de painéis de diferentes potências, por exemplo, 2 a 12V, para converter para 24V. A opção de rede mais conveniente para o lar.

Os melhores painéis solares estacionários

Dispositivos estacionários são caracterizados por grandes dimensões e maior potência. Eles são instalados em grande número nos telhados de edifícios e outras áreas livres.Projetado para uso durante todo o ano.

Sunways FSM-370M

4.9

★★★★★
pontuação editorial

98%
compradores recomendam este produto

O modelo é feito com a tecnologia PERC, graças à qual é estável em condições climáticas adversas. A estrutura de alumínio anodizado não tem medo de impactos bruscos e deformações. O vidro temperado de alta resistência com baixa absorção de UV garante a segurança do painel.

A potência nominal é de 370 W, a tensão é de 24 V. A bateria pode operar em temperatura externa de -40 a +85 °С. O conjunto de diodos protege contra sobrecargas e correntes reversas, reduz as perdas de eficiência com sombreamento parcial da superfície.

Vantagens:

• estrutura resistente à corrosão durável;
• vidro protetor espesso;
• operação estável em quaisquer condições;
• longa vida útil.

Imperfeições:

grande peso.

Sunways FSM-370M é recomendado para alimentação permanente de grandes instalações. Uma excelente escolha para colocação no telhado de um edifício residencial ou de escritórios.

Delta BST 200-24M

4.9

★★★★★
pontuação editorial

96%
compradores recomendam este produto

Uma característica do Delta BST é a estrutura heterogênea de módulos de cristal único. Isso melhorou a capacidade do painel de absorver a radiação solar espalhada e garante sua operação eficiente mesmo em condições nubladas.

A potência de pico da bateria é de 200 watts com dimensões de 1580x808x35 mm. A construção rígida suporta condições difíceis, enquanto uma estrutura reforçada com orifícios de drenagem garante um funcionamento estável do painel durante o mau tempo. A camada protetora é feita de vidro antirreflexo temperado de 3,2 mm de espessura.

Vantagens:

• operação estável em condições climáticas difíceis;
• construção reforçada;
• resistência ao calor;
• moldura inoxidável.

Imperfeições:

instalação complexa.

O Delta BST foi projetado para fornecer energia consistente durante todo o ano e fornecerá energia confiável por muitos anos.

Ferro PS0301

4.8

★★★★★
pontuação editorial

90%
compradores recomendam este produto

O painel solar Feron não tem medo de condições difíceis e funciona de forma estável a uma temperatura de -40..+85 °C. A caixa de metal é resistente a danos e não corrói. A potência da bateria é de 60 W, as dimensões na forma pronta para uso são 35x1680x664 milímetros.

Se necessário, transporte a estrutura pode ser facilmente dobrada. Para um transporte conveniente e seguro, é fornecido um estojo especial feito de sintéticos duráveis. O kit também inclui dois suportes, um cabo com clipes e um controlador, que permite colocar o painel imediatamente em operação.

Vantagens:

• resistência ao calor;
• operação estável em todas as condições climáticas;
• caso durável;
• instalação rápida;
• design dobrável conveniente.

Imperfeições:

Preço Alto.

Feron pode ser usado em qualquer clima. Uma boa opção para instalação em uma casa particular, mas você precisará de vários desses painéis para obter energia suficiente.

Woodland Sun House 120W

4.7

★★★★★
pontuação editorial

85%
compradores recomendam este produto

O modelo é feito de pastilhas de silício policristalino. As fotocélulas são revestidas com uma espessa camada de vidro temperado, o que elimina o risco de danos mecânicos e fatores externos. Sua vida útil é de cerca de 25 anos.

A potência da bateria é de 120 W, as dimensões no estado pronto para uso são 128x4x67 centímetros.O kit inclui uma bolsa prática feita de material resistente ao desgaste que simplifica o armazenamento e o transporte do painel. Para facilitar a instalação em uma superfície plana, são fornecidas pernas especiais.

Vantagens:

• cobertura protetora;
• instalação rápida;
• tamanho compacto e fácil de transportar;
• longa vida útil;
• saco durável incluído.

Imperfeições:

o quadro é frágil.

Woodland Sun House é capaz de carregar baterias de 12 volts. Uma excelente solução para instalação em uma casa de campo, uma base de caça e em outros lugares distantes da civilização.

Opções de conexão solar

Os painéis solares são compostos por vários painéis individuais. Para aumentar os parâmetros de saída do sistema na forma de potência, tensão e corrente, os elementos são conectados entre si, aplicando as leis da física.

A conexão de vários painéis entre si pode ser realizada usando um dos três esquemas de montagem de painéis solares:

• paralelo;
• consistente;
• misturado.

O circuito paralelo envolve a conexão de terminais de mesmo nome entre si, nos quais os elementos possuem dois nós comuns de convergência de condutores e suas ramificações.

Com um circuito paralelo, os pontos positivos são conectados aos pontos positivos e os negativos aos negativos, como resultado do aumento da corrente de saída e a tensão de saída permanece dentro de 12 volts

O valor da corrente de saída máxima possível em um circuito paralelo é diretamente proporcional ao número de elementos conectados. Os princípios para calcular a quantidade são dados no artigo que recomendamos.

O circuito serial envolve a conexão de pólos opostos: o "mais" do primeiro painel ao "menos" do segundo. O "mais" não utilizado restante do segundo painel e o "menos" da primeira bateria são conectados ao controlador localizado mais ao longo do circuito.

Esse tipo de conexão cria condições para o fluxo de corrente elétrica, em que há apenas uma forma de transferir o portador de energia da fonte para o consumidor.

Com conexão serial, a tensão de saída aumenta e chega a 24 volts, o que é suficiente para alimentar equipamentos portáteis, lâmpadas de LED e alguns receptores elétricos

Um circuito série-paralelo ou misto é usado com mais frequência quando é necessário conectar vários grupos de baterias. Ao aplicar este circuito, tanto a tensão quanto a corrente podem ser aumentadas na saída.

Com um esquema de conexão em série-paralelo, a tensão de saída atinge uma marca, cujas características são mais adequadas para resolver a maior parte das tarefas domésticas

Esta opção também é vantajosa no sentido de que em caso de falha de um dos elementos estruturais do sistema, outras cadeias de ligação continuam a funcionar. Isso aumenta significativamente a confiabilidade de todo o sistema.

O princípio de montagem de um circuito combinado é baseado no fato de que os dispositivos dentro de cada grupo estão conectados em paralelo. E a conexão de todos os grupos em um circuito é realizada sequencialmente.

Combinando diferentes tipos de conexões, não será difícil montar uma bateria com os parâmetros necessários. O principal é que o número de células conectadas deve ser tal que a tensão de operação fornecida às baterias, levando em consideração sua queda no circuito de carregamento, exceda a tensão das próprias baterias e a corrente de carga da bateria ao mesmo tempo fornece a quantidade necessária de corrente de carga.

Precisar

Na carga máxima da bateria, o controlador regulará o fornecimento de corrente a ela, reduzindo-a à quantidade necessária para compensar a autodescarga do dispositivo. Se a bateria estiver completamente descarregada, o controlador desligará qualquer carga de entrada no dispositivo.

A necessidade deste dispositivo pode ser reduzida aos seguintes pontos:

1. O carregamento da bateria é multi-estágio;
2. Ajustar a bateria liga / desliga ao carregar / descarregar o dispositivo;
3. Conectando a bateria com carga máxima;
4. Conectando o carregamento das fotocélulas no modo automático.

O controlador de carga da bateria para dispositivos solares é importante porque o desempenho de todas as suas funções em boas condições aumenta muito a vida útil da bateria integrada.