ตัวควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์: วงจร หลักการทำงาน วิธีการเชื่อมต่อ

จนถึงขณะนี้ พลังงานแสงอาทิตย์ยังมีข้อจำกัด (ในระดับครัวเรือน) ในการสร้างแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีพลังงานค่อนข้างต่ำแต่ไม่ว่าการออกแบบเครื่องแปลงโฟโตอิเล็กทริกของแสงจากแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าจะเป็นอย่างไร อุปกรณ์นี้มาพร้อมกับโมดูลที่เรียกว่าตัวควบคุมการประจุแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

แท้จริงแล้วการติดตั้งการสังเคราะห์ด้วยแสงจากแสงอาทิตย์นั้นมีแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งเป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานที่ได้รับจากแผงโซลาร์เซลล์ เป็นแหล่งพลังงานทุติยภูมิที่ผู้ควบคุมใช้เป็นหลัก

ในบทความที่เรานำเสนอเราจะเข้าใจหลักการออกแบบและการทำงานของอุปกรณ์นี้และพิจารณาวิธีเชื่อมต่อด้วย

ตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์

โมดูลอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่ควบคุมหลายอย่างในระหว่างกระบวนการชาร์จ/คายประจุ แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์.

เมื่อแสงแดดตกกระทบบนพื้นผิวของแผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งไว้ เช่น บนหลังคาบ้าน ตาแมวของอุปกรณ์จะแปลงแสงนี้เป็นกระแสไฟฟ้า

ในความเป็นจริงพลังงานที่ได้สามารถจ่ายให้กับแบตเตอรี่จัดเก็บได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม กระบวนการชาร์จ/คายประจุแบตเตอรี่มีความละเอียดอ่อนในตัวเอง (กระแสและแรงดันไฟฟ้าบางระดับ) หากคุณละเลยรายละเอียดปลีกย่อยเหล่านี้ แบตเตอรี่ก็จะพังในช่วงเวลาสั้นๆ ของการทำงาน

เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบที่น่าเศร้าดังกล่าว จึงได้ออกแบบโมดูลที่เรียกว่าตัวควบคุมการชาร์จสำหรับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

นอกเหนือจากการตรวจสอบระดับประจุแบตเตอรี่แล้ว โมดูลยังตรวจสอบการใช้พลังงานอีกด้วยวงจรควบคุมการประจุแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์จะควบคุมและกำหนดระดับกระแสที่จำเป็นสำหรับการชาร์จครั้งแรกและครั้งต่อๆ ไป ขึ้นอยู่กับระดับการคายประจุ

การออกแบบอุปกรณ์เหล่านี้อาจมีการกำหนดค่าที่แตกต่างกันมาก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับพลังของตัวควบคุมการประจุแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

โดยทั่วไป พูดง่ายๆ ก็คือ โมดูลนี้จะมอบ "อายุการใช้งาน" ของแบตเตอรี่อย่างไร้กังวล ซึ่งจะสะสมและปล่อยพลังงานไปยังอุปกรณ์ของผู้บริโภคเป็นระยะๆ

ประเภทที่ใช้ในทางปฏิบัติ

ในระดับอุตสาหกรรมมีการเปิดตัวและกำลังผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สองประเภทซึ่งการออกแบบที่เหมาะสำหรับการติดตั้งในระบบพลังงานแสงอาทิตย์:

1. อุปกรณ์ซีรีย์ PWM
2. อุปกรณ์ซีรีส์ MPPT

ตัวควบคุมประเภทแรกสำหรับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์สามารถเรียกว่า "ชายชรา" แผนการดังกล่าวได้รับการพัฒนาและนำไปใช้ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม

หลักการทำงานของวงจรควบคุม PWM ขึ้นอยู่กับอัลกอริธึมการปรับความกว้างพัลส์ ฟังก์ชั่นการทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวค่อนข้างด้อยกว่าอุปกรณ์ขั้นสูงของซีรีย์ MPPT แต่โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์เหล่านั้นก็ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเช่นกัน

หนึ่งในโมเดลตัวควบคุมการประจุแบตเตอรี่ของสถานีพลังงานแสงอาทิตย์ยอดนิยมในสังคมแม้ว่าวงจรอุปกรณ์จะถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี PWM ซึ่งถือว่าล้าสมัย

การออกแบบที่ใช้เทคโนโลยีการติดตามจุดกำลังสูงสุด (การติดตามขีดจำกัดพลังงานสูงสุด) มีความโดดเด่นด้วยแนวทางที่ทันสมัยในการแก้ปัญหาวงจรและให้ฟังก์ชันการทำงานที่ดียิ่งขึ้น

แต่ถ้าเราเปรียบเทียบคอนโทรลเลอร์ทั้งสองประเภทและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับอคติต่อทรงกลมในบ้าน อุปกรณ์ MPPT จะไม่มองในแสงสีดอกกุหลาบตามที่โฆษณาแบบดั้งเดิม

ตัวควบคุมประเภท MPPT:

• มีค่าใช้จ่ายสูงกว่า
• มีอัลกอริธึมการกำหนดค่าที่ซับซ้อน
• ให้พลังงานเพิ่มขึ้นเฉพาะบนแผงพื้นที่ขนาดใหญ่เท่านั้น

อุปกรณ์ประเภทนี้เหมาะสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกมากกว่า

ตัวควบคุมที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานโดยเป็นส่วนหนึ่งของการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ มันเป็นตัวแทนของอุปกรณ์ MPPT ระดับหนึ่ง - ล้ำหน้าและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

สำหรับความต้องการของผู้ใช้ทั่วไปจากสภาพแวดล้อมภายในประเทศซึ่งตามกฎแล้วมีแผงพื้นที่ขนาดเล็กจะทำกำไรได้มากกว่าในการซื้อและใช้งานตัวควบคุม PWM (PWM) ที่มีผลเช่นเดียวกัน

บล็อกไดอะแกรมของคอนโทรลเลอร์

แผนผังของตัวควบคุม PWM และ MPPT ที่ต้องพิจารณาด้วยสายตาของคนธรรมดานั้นซับซ้อนเกินไปซึ่งเป็นจุดที่เกี่ยวข้องกับความเข้าใจที่ลึกซึ้งเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลที่จะพิจารณาเฉพาะไดอะแกรมโครงสร้างเท่านั้น แนวทางนี้เป็นที่เข้าใจของคนจำนวนมาก

ตัวเลือก # 1 - อุปกรณ์ PWM

แรงดันไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์เดินทางผ่านตัวนำสองตัว (บวกและลบ) ไปยังองค์ประกอบเสถียรภาพและวงจรต้านทานการแยก เนื่องจากชิ้นส่วนของวงจรนี้ ทำให้ได้รับความเท่าเทียมกันของแรงดันไฟฟ้าอินพุต และในระดับหนึ่ง พวกมันจะจัดการการป้องกันอินพุตของคอนโทรลเลอร์ไม่ให้เกินขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าอินพุต

ควรเน้นที่นี่: อุปกรณ์แต่ละรุ่นมีขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าอินพุตเฉพาะ (ระบุไว้ในเอกสารประกอบ)

นี่คือลักษณะโดยประมาณของบล็อกไดอะแกรมของอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของเทคโนโลยี PWMสำหรับการใช้งานเป็นส่วนหนึ่งของสถานีในครัวเรือนขนาดเล็ก แนวทางวงจรนี้ให้ประสิทธิภาพค่อนข้างเพียงพอ

ถัดไป แรงดันและกระแสจะถูกจำกัดตามค่าที่ต้องการโดยทรานซิสเตอร์กำลัง ส่วนประกอบวงจรเหล่านี้จะถูกควบคุมโดยชิปควบคุมผ่านชิปไดรเวอร์ เป็นผลให้เอาต์พุตของทรานซิสเตอร์กำลังหนึ่งคู่ตั้งค่าแรงดันและกระแสปกติของแบตเตอรี่

วงจรยังประกอบด้วยเซ็นเซอร์อุณหภูมิและไดรเวอร์ที่ควบคุมทรานซิสเตอร์กำลังซึ่งควบคุมกำลังโหลด (ป้องกันการคายประจุแบตเตอรี่ลึก) เซ็นเซอร์อุณหภูมิจะตรวจสอบสถานะความร้อนขององค์ประกอบสำคัญของตัวควบคุม PWM

โดยปกติแล้วจะเป็นระดับอุณหภูมิภายในเคสหรือบนฮีทซิงค์ของทรานซิสเตอร์กำลัง หากอุณหภูมิเกินขีดจำกัดที่ตั้งไว้ในการตั้งค่า อุปกรณ์จะปิดสายไฟที่ใช้งานอยู่ทั้งหมด

ตัวเลือก # 2 - อุปกรณ์ MPPT

ความซับซ้อนของวงจรในกรณีนี้เกิดจากการเพิ่มองค์ประกอบจำนวนหนึ่งที่สร้างอัลกอริธึมการควบคุมที่จำเป็นอย่างระมัดระวังมากขึ้นโดยขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งาน

ระดับแรงดันและกระแสจะได้รับการตรวจสอบและเปรียบเทียบโดยวงจรเปรียบเทียบ และกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตสูงสุดจะถูกกำหนดตามผลการเปรียบเทียบ

การออกแบบวงจรในรูปแบบโครงสร้างสำหรับตัวควบคุมการประจุที่ใช้เทคโนโลยี MPPT อัลกอริธึมที่ซับซ้อนมากขึ้นสำหรับการตรวจสอบและควบคุมอุปกรณ์ต่อพ่วงได้ระบุไว้ที่นี่แล้ว

ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างคอนโทรลเลอร์ประเภทนี้กับอุปกรณ์ PWM คือสามารถปรับโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ให้มีกำลังสูงสุดได้ ไม่ว่าสภาพอากาศจะเป็นอย่างไร

วงจรของอุปกรณ์ดังกล่าวใช้วิธีการควบคุมหลายวิธี:

• การรบกวนและการสังเกต
• เพิ่มการนำไฟฟ้า
• กวาดปัจจุบัน
• แรงดันไฟฟ้าคงที่

และในส่วนสุดท้ายของการดำเนินการโดยรวมจะใช้อัลกอริธึมสำหรับการเปรียบเทียบวิธีการเหล่านี้ทั้งหมดด้วย

วิธีการเชื่อมต่อคอนโทรลเลอร์

เมื่อพิจารณาถึงหัวข้อการเชื่อมต่อก็ควรสังเกตทันที: สำหรับการติดตั้งอุปกรณ์แต่ละชิ้นคุณลักษณะเฉพาะจะทำงานร่วมกับแผงโซลาร์เซลล์ชุดเฉพาะ

ตัวอย่างเช่น หากใช้ตัวควบคุมที่ออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุด 100 โวลต์ แผงโซลาร์เซลล์ชุดหนึ่งควรให้แรงดันไฟฟ้าไม่เกินค่านี้

การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ใด ๆ ดำเนินการตามกฎของการปรับสมดุลแรงดันเอาต์พุตและอินพุตของระยะแรก ขีดจำกัดบนของแรงดันไฟฟ้าของตัวควบคุมต้องสอดคล้องกับขีดจำกัดบนของแรงดันไฟฟ้าที่แผง

ก่อนที่จะเชื่อมต่ออุปกรณ์ คุณต้องตัดสินใจเกี่ยวกับตำแหน่งของการติดตั้งทางกายภาพ ตามกฎแล้วควรเลือกสถานที่ติดตั้งในบริเวณที่แห้งและมีอากาศถ่ายเทสะดวก หลีกเลี่ยงการมีวัสดุไวไฟอยู่ใกล้อุปกรณ์

การปรากฏตัวของแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือน ความร้อน และความชื้นในบริเวณใกล้เคียงของอุปกรณ์เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ สถานที่ติดตั้งต้องได้รับการปกป้องจากการตกตะกอนและแสงแดดโดยตรง

เทคโนโลยีการเชื่อมต่อสำหรับรุ่น PWM

ผู้ผลิตคอนโทรลเลอร์ PWM เกือบทั้งหมดต้องการให้อุปกรณ์เชื่อมต่อตามลำดับที่แน่นอน

เทคนิคการเชื่อมต่อคอนโทรลเลอร์ PWM กับอุปกรณ์ต่อพ่วงนั้นไม่ยากโดยเฉพาะ แต่ละบอร์ดมีเทอร์มินัลที่มีป้ายกำกับ ที่นี่คุณเพียงแค่ต้องทำตามลำดับของการกระทำ

อุปกรณ์ต่อพ่วงจะต้องเชื่อมต่อตามการกำหนดของขั้วต่อหน้าสัมผัส:

1. เชื่อมต่อสายแบตเตอรี่เข้ากับขั้วแบตเตอรี่ของอุปกรณ์ตามขั้วที่ระบุ
2. เปิดฟิวส์ป้องกันโดยตรงที่จุดสัมผัสของสายบวก
3. ต่อตัวนำที่มาจากแบตเตอรี่แผงโซลาร์เซลล์เข้ากับหน้าสัมผัสตัวควบคุมสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ สังเกตขั้ว
4. เชื่อมต่อหลอดทดสอบที่มีแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม (ปกติคือ 12/24V) เข้ากับขั้วโหลดของอุปกรณ์

ลำดับที่ระบุจะต้องไม่ถูกละเมิด ตัวอย่างเช่น ห้ามเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์ก่อนเมื่อไม่ได้เชื่อมต่อแบตเตอรี่โดยเด็ดขาด การทำเช่นนี้จะทำให้ผู้ใช้เสี่ยงต่อการ "เบิร์น" อุปกรณ์ ใน วัสดุนี้ แผนภาพสำหรับการประกอบแผงโซลาร์เซลล์พร้อมแบตเตอรี่มีรายละเอียดเพิ่มเติม

นอกจากนี้ สำหรับคอนโทรลเลอร์ซีรีส์ PWM ไม่อนุญาตให้เชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์แรงดันไฟฟ้ากับเทอร์มินัลโหลดของคอนโทรลเลอร์ ควรเชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์เข้ากับขั้วแบตเตอรี่โดยตรง

ขั้นตอนการเชื่อมต่ออุปกรณ์ MPPT

ข้อกำหนดการติดตั้งทางกายภาพทั่วไปสำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้ไม่แตกต่างจากระบบก่อนหน้านี้ แต่การตั้งค่าทางเทคโนโลยีมักจะแตกต่างออกไปเล็กน้อย เนื่องจากตัวควบคุม MPPT มักถูกมองว่าเป็นอุปกรณ์ที่ทรงพลังกว่า

สำหรับตัวควบคุมที่ออกแบบมาสำหรับระดับพลังงานสูง ขอแนะนำให้ใช้สายเคเบิลหน้าตัดขนาดใหญ่ที่มีฝาปิดปลายโลหะสำหรับการเชื่อมต่อวงจรไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น สำหรับระบบที่มีประสิทธิภาพ ข้อกำหนดเหล่านี้ได้รับการเสริมด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าผู้ผลิตแนะนำให้ใช้สายเคเบิลสำหรับสายเชื่อมต่อไฟฟ้าที่ออกแบบมาสำหรับความหนาแน่นกระแสอย่างน้อย 4 A/mm². ตัวอย่างเช่น สำหรับคอนโทรลเลอร์ที่มีกระแส 60 A คุณต้องมีสายเคเบิลเพื่อเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ที่มีหน้าตัดอย่างน้อย 20 มม.².

สายเคเบิลเชื่อมต่อจะต้องติดตั้งด้วยตัวเชื่อมทองแดงโดยขันให้แน่นด้วยเครื่องมือพิเศษ ขั้วลบของแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่จะต้องติดตั้งอะแดปเตอร์พร้อมฟิวส์และสวิตช์

วิธีการนี้ช่วยลดการสูญเสียพลังงานและรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยของการติดตั้ง

บล็อกไดอะแกรมของการเชื่อมต่อตัวควบคุม MPPT ที่ทรงพลัง: 1 – แผงโซลาร์เซลล์; 2 – ตัวควบคุม MPPT; 3 – เทอร์มินัลบล็อก; 4.5 – ฟิวส์; 6 – สวิตช์ไฟของตัวควบคุม; 7.8 – สายดินบัส

ก่อนที่จะเชื่อมต่อ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อสอดคล้องหรือน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่สามารถจ่ายให้กับอินพุตของตัวควบคุมได้

การเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงกับอุปกรณ์ MTTP:

1. สลับแผงและสวิตช์แบตเตอรี่ไปที่ตำแหน่ง "ปิด"
2. ถอดฟิวส์ป้องกันบนแผงและแบตเตอรี่ออก
3. เชื่อมต่อขั้วแบตเตอรี่ด้วยสายเคเบิลเข้ากับขั้วควบคุมของแบตเตอรี่
4. เชื่อมต่อเทอร์มินัลของแผงโซลาร์เซลล์ด้วยสายเคเบิลเข้ากับเทอร์มินัลคอนโทรลเลอร์ที่ระบุด้วยป้ายที่เกี่ยวข้อง
5. เชื่อมต่อขั้วต่อกราวด์กับกราวด์บัสด้วยสายเคเบิล
6. ติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิบนตัวควบคุมตามคำแนะนำ

หลังจากขั้นตอนเหล่านี้ คุณจะต้องใส่ฟิวส์แบตเตอรี่ที่ถอดออกก่อนหน้านี้กลับเข้าไปใหม่ และหมุนสวิตช์ไปที่ตำแหน่ง "เปิด" สัญญาณการตรวจจับแบตเตอรี่จะปรากฏบนหน้าจอตัวควบคุม

จากนั้น หลังจากหยุดชั่วคราวสั้นๆ (1-2 นาที) ให้เปลี่ยนฟิวส์แผงโซลาร์เซลล์ที่ถอดออกก่อนหน้านี้ และหมุนสวิตช์แผงไปที่ตำแหน่ง "เปิด"

หน้าจออุปกรณ์จะแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์ ช่วงเวลานี้บ่งบอกถึงความสำเร็จในการเปิดตัวการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์

บทสรุปและวิดีโอที่เป็นประโยชน์ในหัวข้อ

อุตสาหกรรมผลิตอุปกรณ์ที่มีหลายแง่มุมในแง่ของการออกแบบวงจร ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะให้คำแนะนำที่ชัดเจนเกี่ยวกับการเชื่อมต่อการติดตั้งทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น

อย่างไรก็ตาม หลักการสำคัญสำหรับอุปกรณ์ทุกประเภทยังคงเหมือนเดิม: หากไม่มีการเชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับบัสควบคุม การเชื่อมต่อกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะไม่เป็นที่ยอมรับ ข้อกำหนดที่คล้ายกันนี้ใช้เพื่อรวมไว้ในโครงการ อินเวอร์เตอร์แรงดันไฟฟ้า. ควรถือเป็นโมดูลแยกต่างหากที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ผ่านการสัมผัสโดยตรง

หากคุณมีประสบการณ์หรือความรู้ที่จำเป็น โปรดแบ่งปันกับผู้อ่านของเรา แสดงความคิดเห็นของคุณในบล็อกด้านล่าง ที่นี่คุณสามารถถามคำถามเกี่ยวกับหัวข้อของบทความได้