Capítulo 37 / Chapter 37
Controladores y Reguladores de Carga
37.1 Introducción a los Controladores de Carga
Los controladores de carga (o reguladores de carga) son dispositivos electrónicos esenciales en cualquier sistema solar fotovoltaico con baterías. Su función principal es regular el proceso de carga de las baterías, protegiéndolas contra sobrecargas y sobredescargas, lo que prolonga significativamente su vida útil.
Sin un controlador de carga adecuado, las baterías se sobrecargarían durante las horas de máxima producción solar, lo que provocaría la evaporación del electrolito, sobrecalentamiento y una drástica reducción de su vida útil.
Controladores Solener - Protección Total - Máxima Vida Útil
37.2 Funciones Principales del Controlador
- Regulación de carga: Controla el proceso de carga en sus diferentes fases
- Protección contra sobrecarga: Desconecta los paneles cuando las baterías están completamente cargadas
- Protección contra sobredescarga: Desconecta las cargas cuando las baterías alcanzan el voltaje mínimo
- Protección contra cortocircuitos: Protege contra cortocircuitos en la salida
- Protección contra inversión de polaridad: Protege contra conexión invertida
- Compensación de temperatura: Ajusta los voltajes según la temperatura
- Seguimiento MPPT: Extrae la máxima potencia de los paneles (en MPPT)
37.3 Tipos de Controladores
| Tipo | Tecnología | Eficiencia | Aplicación |
|---|---|---|---|
| PWM (PWM) | Modulación por anchura de pulsos | 75-85% | Sistemas pequeños |
| MPPT | Seguimiento del punto de máxima potencia | 92-98% | Sistemas medianos/grandes |
| Shunt | Derivación de corriente | 70-80% | Sistemas muy pequeños |
| Serie | Interrupción en serie | 80-90% | Sistemas pequeños/medianos |
37.4 Controladores PWM
Los controladores PWM (Pulse Width Modulation) son los más básicos y económicos. Funcionan mediante la modulación de la anchura de los pulsos que conectan los paneles a las baterías.
Principio de funcionamiento:
- Conectan/desconectan los paneles rápidamente
- Mantienen el voltaje de las baterías constante
- La corriente se regula variando la anchura de los pulsos
- Voltaje paneles ≈ Voltaje baterías
Ventajas:
- Económicos (50-200€)
- Simples y fiables
- Eficiencia: 75-85%
Desventajas:
- Menor eficiencia que MPPT
- Voltaje paneles debe ser similar al de baterías
- Menor aprovechamiento de paneles
- Conectan/desconectan los paneles rápidamente
- Mantienen el voltaje de las baterías constante
- La corriente se regula variando la anchura de los pulsos
- Voltaje paneles ≈ Voltaje baterías
Ventajas:
- Económicos (50-200€)
- Simples y fiables
- Eficiencia: 75-85%
Desventajas:
- Menor eficiencia que MPPT
- Voltaje paneles debe ser similar al de baterías
- Menor aprovechamiento de paneles
37.5 Controladores MPPT
Los controladores MPPT (Maximum Power Point Tracking) son más avanzados y eficientes. Utilizan electrónica avanzada para extraer constantemente la máxima potencia de los paneles solares.
Principio de funcionamiento:
- Buscan continuamente el punto de máxima potencia (MPP)
- Convierten el voltaje óptimo al voltaje de baterías
- Eficiencia: 92-98%
- Permiten voltajes de paneles muy superiores a baterías
Ventajas:
- Mayor eficiencia (15-30% más que PWM)
- Permiten conectar paneles en serie
- Mejor aprovechamiento en días nublados
- Menores pérdidas en cables
Desventajas:
- Más caros (200-800€)
- Más complejos
- Requieren configuración
- Buscan continuamente el punto de máxima potencia (MPP)
- Convierten el voltaje óptimo al voltaje de baterías
- Eficiencia: 92-98%
- Permiten voltajes de paneles muy superiores a baterías
Ventajas:
- Mayor eficiencia (15-30% más que PWM)
- Permiten conectar paneles en serie
- Mejor aprovechamiento en días nublados
- Menores pérdidas en cables
Desventajas:
- Más caros (200-800€)
- Más complejos
- Requieren configuración
37.6 Comparación PWM vs MPPT
| Característica | PWM | MPPT |
|---|---|---|
| Eficiencia | 75-85% | 92-98% |
| Precio | 50-200€ | 200-800€ |
| Voltaje paneles | Similar a baterías | Hasta 150V o más |
| Configuración paneles | En paralelo | Serie o paralelo |
| Complejidad | Baja | Alta |
| Aplicación ideal | < 1kW | > 1kW |
37.7 Fases de Carga de Baterías
Fases de carga típicas:
1. Fase Bulk (Absorción rápida):
- Corriente máxima constante
- Voltaje sube progresivamente
- Hasta voltaje de absorción
- Estado: 0% a 80%
2. Fase Absorción:
- Voltaje constante
- Corriente disminuye progresivamente
- Hasta que corriente baja a mínimo
- Estado: 80% a 95%
3. Fase Float (Flotación):
- Voltaje reducido
- Corriente mínima
- Mantiene carga completa
- Estado: 100%
4. Fase Equalización (solo OPzS):
- Voltaje elevado
- Gasificación controlada
- Equaliza todas las celdas
- Cada 30-60 días
1. Fase Bulk (Absorción rápida):
- Corriente máxima constante
- Voltaje sube progresivamente
- Hasta voltaje de absorción
- Estado: 0% a 80%
2. Fase Absorción:
- Voltaje constante
- Corriente disminuye progresivamente
- Hasta que corriente baja a mínimo
- Estado: 80% a 95%
3. Fase Float (Flotación):
- Voltaje reducido
- Corriente mínima
- Mantiene carga completa
- Estado: 100%
4. Fase Equalización (solo OPzS):
- Voltaje elevado
- Gasificación controlada
- Equaliza todas las celdas
- Cada 30-60 días
37.8 Voltajes de Carga por Tipo de Batería
| Tipo Batería | Absorción (12V) | Float (12V) | Equalización (12V) |
|---|---|---|---|
| OPzS (Líquida) | 14.4-14.8V | 13.5-13.8V | 15.0-15.6V |
| OPzV (Gel) | 14.1-14.4V | 13.5-13.8V | No requiere |
| AGM | 14.4-14.7V | 13.5-13.8V | No requiere |
| Litio LiFePO4 | 14.2-14.6V | 13.5-13.8V | No requiere |
37.9 Protecciones del Controlador
- Protección contra sobrecarga:
- Desconecta paneles al alcanzar voltaje máximo
- Protege baterías contra sobrecarga
- Prolonga vida útil de baterías
- Protección contra sobredescarga:
- Desconecta cargas al alcanzar voltaje mínimo
- Protege baterías contra sobredescarga
- Reconexión automática al recuperar
- Protección contra cortocircuitos:
- Protege contra cortocircuitos en salida
- Desconexión inmediata
- Protección electrónica
- Protección contra inversión de polaridad:
- Protege contra conexión invertida
- Protege paneles y baterías
- Protección electrónica
37.10 Compensación de Temperatura
Principio:
- Las baterías requieren diferentes voltajes según temperatura
- A mayor temperatura: menor voltaje de carga
- A menor temperatura: mayor voltaje de carga
Coeficiente típico:
- Plomo-ácido: -3mV/°C/celda
- Gel: -3mV/°C/celda
- AGM: -3mV/°C/celda
- Litio: -10mV/°C/celda (varía)
Ejemplo (batería 12V, 6 celdas):
- Voltaje referencia a 25°C: 14.4V
- Temperatura: 35°C
- Corrección: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Voltaje ajustado: 14.4 - 0.18 = 14.22V
- Las baterías requieren diferentes voltajes según temperatura
- A mayor temperatura: menor voltaje de carga
- A menor temperatura: mayor voltaje de carga
Coeficiente típico:
- Plomo-ácido: -3mV/°C/celda
- Gel: -3mV/°C/celda
- AGM: -3mV/°C/celda
- Litio: -10mV/°C/celda (varía)
Ejemplo (batería 12V, 6 celdas):
- Voltaje referencia a 25°C: 14.4V
- Temperatura: 35°C
- Corrección: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Voltaje ajustado: 14.4 - 0.18 = 14.22V
37.11 Selección del Controlador
- Corriente máxima:
- Mayor o igual a corriente de cortocircuito de paneles
- I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
- Voltaje de entrada:
- Compatible con configuración de paneles
- PWM: similar a voltaje de baterías
- MPPT: hasta 150V o más
- Voltaje de baterías:
- 12V, 24V o 48V
- Compatible con banco de baterías
- Tipo de batería:
- OPzS, OPzV, AGM o Litio
- Configurar voltajes según tipo
37.12 Dimensionamiento del Controlador
Corriente del controlador:
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Ejemplo:
- 4 paneles de 330W en paralelo
- Isc por panel: 9A
- Isc total: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Seleccionar: Controlador 45A o 50A
Voltaje de entrada (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_serie
Debe ser similar a voltaje de baterías
Ejemplo: 12V baterías → 17-18V paneles
Voltaje de entrada (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_serie
Puede ser mucho mayor
Ejemplo: 48V baterías → 120-150V paneles
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Ejemplo:
- 4 paneles de 330W en paralelo
- Isc por panel: 9A
- Isc total: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Seleccionar: Controlador 45A o 50A
Voltaje de entrada (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_serie
Debe ser similar a voltaje de baterías
Ejemplo: 12V baterías → 17-18V paneles
Voltaje de entrada (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_serie
Puede ser mucho mayor
Ejemplo: 48V baterías → 120-150V paneles
37.13 Configuración de Paneles
Configuración en serie:
- Aumenta voltaje: V_total = V_panel × N_serie
- Mantiene corriente: I_total = I_panel
- Potencia: P_total = P_panel × N_serie
Configuración en paralelo:
- Mantiene voltaje: V_total = V_panel
- Aumenta corriente: I_total = I_panel × N_paralelo
- Potencia: P_total = P_panel × N_paralelo
Configuración mixta:
- V_total = V_panel × N_serie
- I_total = I_panel × N_paralelo
- P_total = P_panel × N_serie × N_paralelo
- Aumenta voltaje: V_total = V_panel × N_serie
- Mantiene corriente: I_total = I_panel
- Potencia: P_total = P_panel × N_serie
Configuración en paralelo:
- Mantiene voltaje: V_total = V_panel
- Aumenta corriente: I_total = I_panel × N_paralelo
- Potencia: P_total = P_panel × N_paralelo
Configuración mixta:
- V_total = V_panel × N_serie
- I_total = I_panel × N_paralelo
- P_total = P_panel × N_serie × N_paralelo
37.14 Instalación del Controlador
- Orden de conexión:
- 1º: Conectar baterías al controlador
- 2º: Conectar paneles al controlador
- 3º: Conectar cargas al controlador
- Ubicación:
- Cerca de las baterías
- Lugar seco y ventilado
- Temperatura ambiente
- Protegido de polvo y humedad
- Conexiones:
- Cables cortos y de sección adecuada
- Conexiones firmes y limpias
- Polaridad correcta (+/-)
- Conexión a tierra obligatoria
37.15 Configuración del Controlador
- Tipo de batería:
- Seleccionar tipo: OPzS, OPzV, AGM o Litio
- Configura voltajes automáticamente
- Voltaje de baterías:
- 12V, 24V o 48V
- Debe coincidir con banco
- Compensación de temperatura:
- Activar si hay sensor
- Colocar sensor en batería
- Protección sobredescarga:
- Configurar voltaje mínimo
- Activar protección
37.16 Problemas Comunes y Soluciones
| Problema | Causa | Solución |
|---|---|---|
| No carga | Conexión incorrecta, paneles sucios | Verificar conexiones, limpiar paneles |
| Sobrecarga | Voltajes mal configurados | Reconfigurar voltajes |
| Sobredescarga | Consumo excesivo, pocas baterías | Reducir consumo, añadir baterías |
| No alimenta cargas | Baterías descargadas, protección activa | Cargar baterías, verificar protección |
| Sobrecalentamiento | Mala ventilación, sobrecarga | Mejorar ventilación |
37.17 Mantenimiento del Controlador
- Limpieza:
- Limpiar disipadores regularmente
- Mantener libre de polvo
- Verificación conexiones:
- Verificar conexiones firmes
- Limpiar bornes si es necesario
- Verificación temperatura:
- Verificar que no se sobrecalienta
- Asegurar ventilación adecuada
- Verificación funcionamiento:
- Verificar correcta carga
- Verificar protecciones activas
37.18 Selección para Sistemas Solener
Recomendaciones para sistemas Solener:
Para sistemas pequeños (< 1kW):
- Controlador PWM suficiente
- Económico y fiable
- Fácil configuración
Para sistemas medianos/grandes (> 1kW):
- Controlador MPPT recomendado
- Mayor eficiencia (15-30% más)
- Permite paneles en serie
Configuración:
- Seleccionar tipo de batería correcto
- Configurar voltajes según tipo
- Activar compensación de temperatura
- Configurar protecciones adecuadas
Instalación: - Orden correcto de conexión
- Cerca de baterías
- Buena ventilación
- Conexiones firmes y limpias
Para sistemas pequeños (< 1kW):
- Controlador PWM suficiente
- Económico y fiable
- Fácil configuración
Para sistemas medianos/grandes (> 1kW):
- Controlador MPPT recomendado
- Mayor eficiencia (15-30% más)
- Permite paneles en serie
Configuración:
- Seleccionar tipo de batería correcto
- Configurar voltajes según tipo
- Activar compensación de temperatura
- Configurar protecciones adecuadas
Instalación: - Orden correcto de conexión
- Cerca de baterías
- Buena ventilación
- Conexiones firmes y limpias
37.1 Introduction aux Contrôleurs de Charge
Les contrôleurs de charge (ou régulateurs de charge) sont des dispositifs électroniques essentiels dans tout système solaire photovoltaïque avec batteries. Leur fonction principale est de réguler le processus de charge des batteries, les protégeant contre les surcharges et les décharges profondes, ce qui prolonge significativement leur durée de vie.
Sans un contrôleur de charge approprié, les batteries se surchargeraient pendant les heures de production solaire maximale, ce qui provoquerait l'évaporation de l'électrolyte, une surchauffe et une réduction drastique de leur durée de vie.
Contrôleurs Solener - Protection Totale - Durée de Vie Maximale
37.2 Fonctions Principales du Contrôleur
- Régulation de charge: Contrôle le processus de charge dans ses différentes phases
- Protection contre surcharge: Déconnecte les panneaux quand les batteries sont complètement chargées
- Protection contre décharge profonde: Déconnecte les charges quand les batteries atteignent la tension minimale
- Protection contre courts-circuits: Protège contre les courts-circuits en sortie
- Protection contre inversion de polarité: Protège contre connexion inversée
- Compensation de température: Ajuste les tensions selon la température
- Suivi MPPT: Extrait la puissance maximale des panneaux (en MPPT)
37.3 Types de Contrôleurs
| Type | Technologie | Efficacité | Application |
|---|---|---|---|
| PWM (PWM) | Modulation par largeur de pulses | 75-85% | Systèmes petits |
| MPPT | Suivi du point de puissance maximale | 92-98% | Systèmes moyens/grands |
| Shunt | Dérivation de courant | 70-80% | Systèmes très petits |
| Série | Interruption en série | 80-90% | Systèmes petits/moyens |
37.4 Contrôleurs PWM
Les contrôleurs PWM (Pulse Width Modulation) sont les plus basiques et économiques. Ils fonctionnent par la modulation de la largeur des pulses qui connectent les panneaux aux batteries.
Principe de fonctionnement:
- Connectent/déconnectent les panneaux rapidement
- Maintiennent la tension des batteries constante
- Le courant se régule en variant la largeur des pulses
- Tension panneaux ≈ Tension batteries
Avantages:
- Économiques (50-200€)
- Simples et fiables
- Efficacité: 75-85%
Désavantages:
- Moindre efficacité que MPPT
- Tension panneaux doit être similaire à celle des batteries
- Moindre utilisation des panneaux
- Connectent/déconnectent les panneaux rapidement
- Maintiennent la tension des batteries constante
- Le courant se régule en variant la largeur des pulses
- Tension panneaux ≈ Tension batteries
Avantages:
- Économiques (50-200€)
- Simples et fiables
- Efficacité: 75-85%
Désavantages:
- Moindre efficacité que MPPT
- Tension panneaux doit être similaire à celle des batteries
- Moindre utilisation des panneaux
37.5 Contrôleurs MPPT
Les contrôleurs MPPT (Maximum Power Point Tracking) sont plus avancés et efficaces. Ils utilisent une électronique avancée pour extraire constamment la puissance maximale des panneaux solaires.
Principe de fonctionnement:
- Cherchent continuellement le point de puissance maximale (MPP)
- Convertissent la tension optimale à la tension des batteries
- Efficacité: 92-98%
- Permettent des tensions de panneaux très supérieures aux batteries
Avantages:
- Plus grande efficacité (15-30% de plus que PWM)
- Permettent de connecter des panneaux en série
- Meilleure utilisation en jours nuageux
- Moindres pertes dans les câbles
Désavantages:
- Plus chers (200-800€)
- Plus complexes
- Requiert configuration
- Cherchent continuellement le point de puissance maximale (MPP)
- Convertissent la tension optimale à la tension des batteries
- Efficacité: 92-98%
- Permettent des tensions de panneaux très supérieures aux batteries
Avantages:
- Plus grande efficacité (15-30% de plus que PWM)
- Permettent de connecter des panneaux en série
- Meilleure utilisation en jours nuageux
- Moindres pertes dans les câbles
Désavantages:
- Plus chers (200-800€)
- Plus complexes
- Requiert configuration
37.6 Comparaison PWM vs MPPT
| Caractéristique | PWM | MPPT |
|---|---|---|
| Efficacité | 75-85% | 92-98% |
| Prix | 50-200€ | 200-800€ |
| Tension panneaux | Similaire aux batteries | Jusqu'à 150V ou plus |
| Configuration panneaux | En parallèle | Série ou parallèle |
| Complexité | Basse | Élevée |
| Application idéale | < 1kW | > 1kW |
37.7 Phases de Charge des Batteries
Phases de charge typiques:
1. Phase Bulk (Absorption rapide):
- Courant maximum constant
- Tension monte progressivement
- Jusqu'à tension d'absorption
- État: 0% à 80%
2. Phase Absorption:
- Tension constante
- Courant diminue progressivement
- Jusqu'à ce que courant baisse au minimum
- État: 80% à 95%
3. Phase Float (Flottaison):
- Tension réduite
- Courant minimum
- Maintient charge complète
- État: 100%
4. Phase Equalization (seulement OPzS):
- Tension élevée
- Gazéification contrôlée
- Égalise toutes les cellules
- Chaque 30-60 jours
1. Phase Bulk (Absorption rapide):
- Courant maximum constant
- Tension monte progressivement
- Jusqu'à tension d'absorption
- État: 0% à 80%
2. Phase Absorption:
- Tension constante
- Courant diminue progressivement
- Jusqu'à ce que courant baisse au minimum
- État: 80% à 95%
3. Phase Float (Flottaison):
- Tension réduite
- Courant minimum
- Maintient charge complète
- État: 100%
4. Phase Equalization (seulement OPzS):
- Tension élevée
- Gazéification contrôlée
- Égalise toutes les cellules
- Chaque 30-60 jours
37.8 Tensions de Charge par Type de Batterie
| Type Batterie | Absorption (12V) | Float (12V) | Equalization (12V) |
|---|---|---|---|
| OPzS (Liquide) | 14.4-14.8V | 13.5-13.8V | 15.0-15.6V |
| OPzV (Gel) | 14.1-14.4V | 13.5-13.8V | Ne requiert pas |
| AGM | 14.4-14.7V | 13.5-13.8V | Ne requiert pas |
| Lithium LiFePO4 | 14.2-14.6V | 13.5-13.8V | Ne requiert pas |
37.9 Protections du Contrôleur
- Protection contre surcharge:
- Déconnecte panneaux à l'atteinte de tension maximale
- Protège batteries contre surcharge
- Prolonge durée de vie des batteries
- Protection contre décharge profonde:
- Déconnecte charges à l'atteinte de tension minimale
- Protège batteries contre décharge profonde
- Reconnexion automatique à la récupération
- Protection contre courts-circuits:
- Protège contre courts-circuits en sortie
- Déconnexion immédiate
- Protection électronique
- Protection contre inversion de polarité:
- Protège contre connexion inversée
- Protège panneaux et batteries
- Protection électronique
37.10 Compensation de Température
Principe:
- Les batteries requièrent différentes tensions selon température
- À plus grande température: moindre tension de charge
- À moindre température: plus grande tension de charge
Coefficient typique:
- Plomb-acide: -3mV/°C/cellule
- Gel: -3mV/°C/cellule
- AGM: -3mV/°C/cellule
- Lithium: -10mV/°C/cellule (varie)
Exemple (batterie 12V, 6 cellules):
- Tension référence à 25°C: 14.4V
- Température: 35°C
- Correction: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Tension ajustée: 14.4 - 0.18 = 14.22V
- Les batteries requièrent différentes tensions selon température
- À plus grande température: moindre tension de charge
- À moindre température: plus grande tension de charge
Coefficient typique:
- Plomb-acide: -3mV/°C/cellule
- Gel: -3mV/°C/cellule
- AGM: -3mV/°C/cellule
- Lithium: -10mV/°C/cellule (varie)
Exemple (batterie 12V, 6 cellules):
- Tension référence à 25°C: 14.4V
- Température: 35°C
- Correction: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Tension ajustée: 14.4 - 0.18 = 14.22V
37.11 Sélection du Contrôleur
- Courant maximum:
- Supérieur ou égal au courant de court-circuit des panneaux
- I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
- Tension d'entrée:
- Compatible avec configuration de panneaux
- PWM: similaire à tension de batteries
- MPPT: jusqu'à 150V ou plus
- Tension de batteries:
- 12V, 24V ou 48V
- Compatible avec banc de batteries
- Type de batterie:
- OPzS, OPzV, AGM ou Lithium
- Configurer tensions selon type
37.12 Dimensionnement du Contrôleur
Courant du contrôleur:
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Exemple:
- 4 panneaux de 330W en parallèle
- Isc par panneau: 9A
- Isc total: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Sélectionner: Contrôleur 45A ou 50A
Tension d'entrée (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_série
Doit être similaire à tension de batteries
Exemple: 12V batteries → 17-18V panneaux
Tension d'entrée (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_série
Peut être beaucoup plus grande
Exemple: 48V batteries → 120-150V panneaux
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Exemple:
- 4 panneaux de 330W en parallèle
- Isc par panneau: 9A
- Isc total: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Sélectionner: Contrôleur 45A ou 50A
Tension d'entrée (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_série
Doit être similaire à tension de batteries
Exemple: 12V batteries → 17-18V panneaux
Tension d'entrée (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_série
Peut être beaucoup plus grande
Exemple: 48V batteries → 120-150V panneaux
37.13 Configuration de Panneaux
Configuration en série:
- Augmente la tension: V_total = V_panel × N_série
- Maintient le courant: I_total = I_panel
- Puissance: P_total = P_panel × N_série
Configuration en parallèle:
- Maintient la tension: V_total = V_panel
- Augmente le courant: I_total = I_panel × N_parallèle
- Puissance: P_total = P_panel × N_parallèle
Configuration mixte:
- V_total = V_panel × N_série
- I_total = I_panel × N_parallèle
- P_total = P_panel × N_série × N_parallèle
- Augmente la tension: V_total = V_panel × N_série
- Maintient le courant: I_total = I_panel
- Puissance: P_total = P_panel × N_série
Configuration en parallèle:
- Maintient la tension: V_total = V_panel
- Augmente le courant: I_total = I_panel × N_parallèle
- Puissance: P_total = P_panel × N_parallèle
Configuration mixte:
- V_total = V_panel × N_série
- I_total = I_panel × N_parallèle
- P_total = P_panel × N_série × N_parallèle
37.14 Installation du Contrôleur
- Ordre de connexion:
- 1º: Connecter batteries au contrôleur
- 2º: Connecter panneaux au contrôleur
- 3º: Connecter charges au contrôleur
- Emplacement:
- Près des batteries
- Lieu sec et ventilé
- Température ambiante
- Protégé de poussière et humidité
- Connexions:
- Câbles courts et de section adéquate
- Connexions fermes et propres
- Polarité correcte (+/-)
- Connexion à terre obligatoire
37.15 Configuration du Contrôleur
- Type de batterie:
- Sélectionner type: OPzS, OPzV, AGM ou Lithium
- Configure tensions automatiquement
- Tension de batteries:
- 12V, 24V ou 48V
- Doit coïncider avec banc
- Compensation de température:
- Activer si il y a capteur
- Placer capteur sur batterie
- Protection décharge profonde:
- Configurer tension minimale
- Activer protection
37.16 Problèmes Communs et Solutions
| Problème | Cause | Solution |
|---|---|---|
| Ne charge pas | Connexion incorrecte, panneaux sales | Vérifier connexions, nettoyer panneaux |
| Surchauffe | Tensions mal configurées | Reconfigurer tensions |
| Décharge profonde | Consommation excessive, peu de batteries | Réduire consommation, ajouter batteries |
| N'alimente pas charges | Batteries déchargées, protection active | Charger batteries, vérifier protection |
| Surchauffe | Mauvaise ventilation, surcharge | Améliorer ventilation |
37.17 Maintenance du Contrôleur
- Nettoyage:
- Nettoyer dissipateurs régulièrement
- Maintenir libre de poussière
- Vérification connexions:
- Vérifier connexions fermes
- Nettoyer bornes si nécessaire
- Vérification température:
- Vérifier qu'il ne surchauffe pas
- Assurer ventilation adéquate
- Vérification fonctionnement:
- Vérifier correcte charge
- Vérifier protections actives
37.18 Sélection pour Systèmes Solener
Recommandations pour systèmes Solener:
Pour systèmes petits (< 1kW):
- Contrôleur PWM suffisant
- Économique et fiable
- Facile configuration
Pour systèmes moyens/grands (> 1kW):
- Contrôleur MPPT recommandé
- Plus grande efficacité (15-30% de plus)
- Permet panneaux en série
Configuration:
- Sélectionner type de batterie correct
- Configurer tensions selon type
- Activer compensation de température
- Configurer protections adéquates
Installation: - Ordre correct de connexion
- Près de batteries
- Bonne ventilation
- Connexions fermes et propres
Pour systèmes petits (< 1kW):
- Contrôleur PWM suffisant
- Économique et fiable
- Facile configuration
Pour systèmes moyens/grands (> 1kW):
- Contrôleur MPPT recommandé
- Plus grande efficacité (15-30% de plus)
- Permet panneaux en série
Configuration:
- Sélectionner type de batterie correct
- Configurer tensions selon type
- Activer compensation de température
- Configurer protections adéquates
Installation: - Ordre correct de connexion
- Près de batteries
- Bonne ventilation
- Connexions fermes et propres
37.1 Introduction to Charge Controllers
Charge controllers (or charge regulators) are essential electronic devices in any photovoltaic solar system with batteries. Their main function is to regulate the battery charging process, protecting them against overcharges and deep discharges, which significantly extends their lifespan.
Without an appropriate charge controller, batteries would overcharge during peak solar production hours, which would cause electrolyte evaporation, overheating, and a drastic reduction in their lifespan.
Solener Controllers - Total Protection - Maximum Lifespan
37.2 Main Functions of the Controller
- Charge regulation: Controls the charging process in its different phases
- Overcharge protection: Disconnects panels when batteries are fully charged
- Deep discharge protection: Disconnects loads when batteries reach minimum voltage
- Short circuit protection: Protects against output short circuits
- Polarity reversal protection: Protects against reversed connection
- Temperature compensation: Adjusts voltages according to temperature
- MPPT tracking: Extracts maximum power from panels (in MPPT)
37.3 Types of Controllers
| Type | Technology | Efficiency | Application |
|---|---|---|---|
| PWM (PWM) | Pulse width modulation | 75-85% | Small systems |
| MPPT | Maximum power point tracking | 92-98% | Medium/large systems |
| Shunt | Current shunting | 70-80% | Very small systems |
| Series | Series interruption | 80-90% | Small/medium systems |
37.4 PWM Controllers
PWM (Pulse Width Modulation) controllers are the most basic and economical. They work by modulating the width of pulses that connect panels to batteries.
Operating principle:
- Connect/disconnect panels quickly
- Maintain battery voltage constant
- Current is regulated by varying pulse width
- Panel voltage ≈ Battery voltage
Advantages:
- Economical (50-200€)
- Simple and reliable
- Efficiency: 75-85%
Disadvantages:
- Lower efficiency than MPPT
- Panel voltage must be similar to battery voltage
- Lower panel utilization
- Connect/disconnect panels quickly
- Maintain battery voltage constant
- Current is regulated by varying pulse width
- Panel voltage ≈ Battery voltage
Advantages:
- Economical (50-200€)
- Simple and reliable
- Efficiency: 75-85%
Disadvantages:
- Lower efficiency than MPPT
- Panel voltage must be similar to battery voltage
- Lower panel utilization
37.5 MPPT Controllers
MPPT (Maximum Power Point Tracking) controllers are more advanced and efficient. They use advanced electronics to constantly extract maximum power from solar panels.
Operating principle:
- Continuously search for maximum power point (MPP)
- Convert optimal voltage to battery voltage
- Efficiency: 92-98%
- Allow much higher panel voltages than batteries
Advantages:
- Higher efficiency (15-30% more than PWM)
- Allow connecting panels in series
- Better utilization on cloudy days
- Lower cable losses
Disadvantages:
- More expensive (200-800€)
- More complex
- Require configuration
- Continuously search for maximum power point (MPP)
- Convert optimal voltage to battery voltage
- Efficiency: 92-98%
- Allow much higher panel voltages than batteries
Advantages:
- Higher efficiency (15-30% more than PWM)
- Allow connecting panels in series
- Better utilization on cloudy days
- Lower cable losses
Disadvantages:
- More expensive (200-800€)
- More complex
- Require configuration
37.6 PWM vs MPPT Comparison
| Characteristic | PWM | MPPT |
|---|---|---|
| Efficiency | 75-85% | 92-98% |
| Price | 50-200€ | 200-800€ |
| Panel voltage | Similar to batteries | Up to 150V or more |
| Panel configuration | In parallel | Series or parallel |
| Complexity | Low | High |
| Ideal application | < 1kW | > 1kW |
37.7 Battery Charging Phases
Typical charging phases:
1. Bulk Phase (Rapid absorption):
- Maximum constant current
- Voltage rises progressively
- Until absorption voltage
- State: 0% to 80%
2. Absorption Phase:
- Constant voltage
- Current decreases progressively
- Until current drops to minimum
- State: 80% to 95%
3. Float Phase:
- Reduced voltage
- Minimum current
- Maintains full charge
- State: 100%
4. Equalization Phase (only OPzS):
- Elevated voltage
- Controlled gassing
- Equalizes all cells
- Every 30-60 days
1. Bulk Phase (Rapid absorption):
- Maximum constant current
- Voltage rises progressively
- Until absorption voltage
- State: 0% to 80%
2. Absorption Phase:
- Constant voltage
- Current decreases progressively
- Until current drops to minimum
- State: 80% to 95%
3. Float Phase:
- Reduced voltage
- Minimum current
- Maintains full charge
- State: 100%
4. Equalization Phase (only OPzS):
- Elevated voltage
- Controlled gassing
- Equalizes all cells
- Every 30-60 days
37.8 Charge Voltages by Battery Type
| Battery Type | Absorption (12V) | Float (12V) | Equalization (12V) |
|---|---|---|---|
| OPzS (Liquid) | 14.4-14.8V | 13.5-13.8V | 15.0-15.6V |
| OPzV (Gel) | 14.1-14.4V | 13.5-13.8V | Not required |
| AGM | 14.4-14.7V | 13.5-13.8V | Not required |
| Lithium LiFePO4 | 14.2-14.6V | 13.5-13.8V | Not required |
37.9 Controller Protections
- Overcharge protection:
- Disconnects panels when reaching maximum voltage
- Protects batteries against overcharge
- Extends battery lifespan
- Deep discharge protection:
- Disconnects loads when reaching minimum voltage
- Protects batteries against deep discharge
- Automatic reconnection upon recovery
- Short circuit protection:
- Protects against output short circuits
- Immediate disconnection
- Electronic protection
- Polarity reversal protection:
- Protects against reversed connection
- Protects panels and batteries
- Electronic protection
37.10 Temperature Compensation
Principle:
- Batteries require different voltages according to temperature
- At higher temperature: lower charge voltage
- At lower temperature: higher charge voltage
Typical coefficient:
- Lead-acid: -3mV/°C/cell
- Gel: -3mV/°C/cell
- AGM: -3mV/°C/cell
- Lithium: -10mV/°C/cell (varies)
Example (12V battery, 6 cells):
- Reference voltage at 25°C: 14.4V
- Temperature: 35°C
- Correction: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Adjusted voltage: 14.4 - 0.18 = 14.22V
- Batteries require different voltages according to temperature
- At higher temperature: lower charge voltage
- At lower temperature: higher charge voltage
Typical coefficient:
- Lead-acid: -3mV/°C/cell
- Gel: -3mV/°C/cell
- AGM: -3mV/°C/cell
- Lithium: -10mV/°C/cell (varies)
Example (12V battery, 6 cells):
- Reference voltage at 25°C: 14.4V
- Temperature: 35°C
- Correction: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Adjusted voltage: 14.4 - 0.18 = 14.22V
37.11 Controller Selection
- Maximum current:
- Greater than or equal to panel short circuit current
- I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
- Input voltage:
- Compatible with panel configuration
- PWM: similar to battery voltage
- MPPT: up to 150V or more
- Battery voltage:
- 12V, 24V or 48V
- Compatible with battery bank
- Battery type:
- OPzS, OPzV, AGM or Lithium
- Configure voltages according to type
37.12 Controller Sizing
Controller current:
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Example:
- 4 panels of 330W in parallel
- Isc per panel: 9A
- Isc total: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Select: 45A or 50A controller
Input voltage (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
Must be similar to battery voltage
Example: 12V batteries → 17-18V panels
Input voltage (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
Can be much higher
Example: 48V batteries → 120-150V panels
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Example:
- 4 panels of 330W in parallel
- Isc per panel: 9A
- Isc total: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Select: 45A or 50A controller
Input voltage (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
Must be similar to battery voltage
Example: 12V batteries → 17-18V panels
Input voltage (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
Can be much higher
Example: 48V batteries → 120-150V panels
37.13 Panel Configuration
Series configuration:
- Increases voltage: V_total = V_panel × N_series
- Maintains current: I_total = I_panel
- Power: P_total = P_panel × N_series
Parallel configuration:
- Maintains voltage: V_total = V_panel
- Increases current: I_total = I_panel × N_parallel
- Power: P_total = P_panel × N_parallel
Mixed configuration:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
- Increases voltage: V_total = V_panel × N_series
- Maintains current: I_total = I_panel
- Power: P_total = P_panel × N_series
Parallel configuration:
- Maintains voltage: V_total = V_panel
- Increases current: I_total = I_panel × N_parallel
- Power: P_total = P_panel × N_parallel
Mixed configuration:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
37.14 Controller Installation
- Connection order:
- 1st: Connect batteries to controller
- 2nd: Connect panels to controller
- 3rd: Connect loads to controller
- Location:
- Near batteries
- Dry and ventilated place
- Ambient temperature
- Protected from dust and humidity
- Connections:
- Short cables of adequate section
- Firm and clean connections
- Correct polarity (+/-)
- Ground connection mandatory
37.15 Controller Configuration
- Battery type:
- Select type: OPzS, OPzV, AGM or Lithium
- Configures voltages automatically
- Battery voltage:
- 12V, 24V or 48V
- Must match bank
- Temperature compensation:
- Activate if there is sensor
- Place sensor on battery
- Deep discharge protection:
- Configure minimum voltage
- Activate protection
37.16 Common Problems and Solutions
| Problem | Cause | Solution |
|---|---|---|
| Doesn't charge | Incorrect connection, dirty panels | Verify connections, clean panels |
| Overcharge | Misconfigured voltages | Reconfigure voltages |
| Deep discharge | Excessive consumption, few batteries | Reduce consumption, add batteries |
| Doesn't power loads | Discharged batteries, active protection | Charge batteries, verify protection |
| Overheating | Poor ventilation, overload | Improve ventilation |
37.17 Controller Maintenance
- Cleaning:
- Clean heat sinks regularly
- Keep dust-free
- Connection verification:
- Verify firm connections
- Clean terminals if necessary
- Temperature verification:
- Verify it doesn't overheat
- Ensure adequate ventilation
- Operation verification:
- Verify correct charging
- Verify active protections
37.18 Selection for Solener Systems
Recommendations for Solener systems:
For small systems (< 1kW):
- PWM controller sufficient
- Economical and reliable
- Easy configuration
For medium/large systems (> 1kW):
- MPPT controller recommended
- Higher efficiency (15-30% more)
- Allows panels in series
Configuration:
- Select correct battery type
- Configure voltages according to type
- Activate temperature compensation
- Configure adequate protections
Installation: - Correct connection order
- Near batteries
- Good ventilation
- Firm and clean connections
For small systems (< 1kW):
- PWM controller sufficient
- Economical and reliable
- Easy configuration
For medium/large systems (> 1kW):
- MPPT controller recommended
- Higher efficiency (15-30% more)
- Allows panels in series
Configuration:
- Select correct battery type
- Configure voltages according to type
- Activate temperature compensation
- Configure adequate protections
Installation: - Correct connection order
- Near batteries
- Good ventilation
- Firm and clean connections
37.1 مقدمة عن وحدات التحكم في الشحن
وحدات التحكم في الشحن (أو منظمات الشحن) هي أجهزة إلكترونية أساسية في أي نظام شمسي كهروضوئي مع بطاريات. وظيفتها الرئيسية هي تنظيم عملية شحن البطاريات، وحمايتها من الشحن الزائد والتفريغ العميق، مما يطيل عمرها الافتراضي بشكل كبير.
بدون وحدة تحكم في الشحن مناسبة، ستشحن البطاريات بشكل زائد خلال ساعات الإنتاج الشمسي الأقصى، مما سيسبب تبخر الإلكتروليت، والسخونة الزائدة، وانخفاضًا حادًا في عمرها الافتراضي.
وحدات التحكم Solener - حماية كاملة - أقصى عمر افتراضي
37.2 الوظائف الرئيسية لوحدة التحكم
- تنظيم الشحن: يتحكم في عملية الشحن في مراحلها المختلفة
- حماية من الشحن الزائد: يفصل الألواح عندما تكون البطاريات مشحونة بالكامل
- حماية من التفريغ العميق: يفصل الأحمال عندما تصل البطاريات إلى الجهد الأدنى
- حماية من الدوائر القصيرة: يحمي من الدوائر القصيرة في الخرج
- حماية من عكس القطبية: يحمي من الاتصال المعكوس
- تعويض درجة الحرارة: يضبط الجهود حسب درجة الحرارة
- تتبع MPPT: يستخرج أقصى طاقة من الألواح (في MPPT)
37.3 أنواع وحدات التحكم
| النوع | التكنولوجيا | الكفاءة | التطبيق |
|---|---|---|---|
| PWM (PWM) | تعديل عرض النبضة | 75-85% | الأنظمة الصغيرة |
| MPPT | تتبع نقطة الطاقة القصوى | 92-98% | الأنظمة المتوسطة/الكبيرة |
| Shunt | تحويل التيار | 70-80% | الأنظمة الصغيرة جدًا |
| Series | انقطاع في السلسلة | 80-90% | الأنظمة الصغيرة/المتوسطة |
37.4 وحدات التحكم PWM
وحدات التحكم PWM (تعديل عرض النبضة) هي الأكثر أساسية واقتصادية. تعمل عن طريق تعديل عرض النبضات التي توصل الألواح بالبطاريات.
مبدأ التشغيل:
- توصل/تفصل الألواح بسرعة
- تحافظ على جهد البطاريات ثابتًا
- يتم تنظيم التيار عن طريق تغيير عرض النبضات
- جهد الألواح ≈ جهد البطاريات
المزايا:
- اقتصادية (50-200€)
- بسيطة وموثوقة
- الكفاءة: 75-85%
العيوب:
- كفاءة أقل من MPPT
- يجب أن يكون جهد الألواح مشابهًا لجهد البطاريات
- استخدام أقل للألواح
- توصل/تفصل الألواح بسرعة
- تحافظ على جهد البطاريات ثابتًا
- يتم تنظيم التيار عن طريق تغيير عرض النبضات
- جهد الألواح ≈ جهد البطاريات
المزايا:
- اقتصادية (50-200€)
- بسيطة وموثوقة
- الكفاءة: 75-85%
العيوب:
- كفاءة أقل من MPPT
- يجب أن يكون جهد الألواح مشابهًا لجهد البطاريات
- استخدام أقل للألواح
37.5 وحدات التحكم MPPT
وحدات التحكم MPPT (تتبع نقطة الطاقة القصوى) أكثر تقدمًا وكفاءة. تستخدم إلكترونيات متقدمة لاستخراج أقصى طاقة باستمرار من الألواح الشمسية.
مبدأ التشغيل:
- تبحث باستمرار عن نقطة الطاقة القصوى (MPP)
- تحول الجهد الأمثل إلى جهد البطاريات
- الكفاءة: 92-98%
- تسمح بجهود ألواح أعلى بكثير من البطاريات
المزايا:
- كفاءة أعلى (15-30% أكثر من PWM)
- تسمح بتوصيل الألواح على التوالي
- استخدام أفضل في الأيام الغائمة
- خسائر أقل في الكابلات
العيوب:
- أغلى (200-800€)
- أكثر تعقيدًا
- تتطلب تكوين
- تبحث باستمرار عن نقطة الطاقة القصوى (MPP)
- تحول الجهد الأمثل إلى جهد البطاريات
- الكفاءة: 92-98%
- تسمح بجهود ألواح أعلى بكثير من البطاريات
المزايا:
- كفاءة أعلى (15-30% أكثر من PWM)
- تسمح بتوصيل الألواح على التوالي
- استخدام أفضل في الأيام الغائمة
- خسائر أقل في الكابلات
العيوب:
- أغلى (200-800€)
- أكثر تعقيدًا
- تتطلب تكوين
37.6 مقارنة PWM مقابل MPPT
| الخاصية | PWM | MPPT |
|---|---|---|
| الكفاءة | 75-85% | 92-98% |
| السعر | 50-200€ | 200-800€ |
| جهد الألواح | مشابه للبطاريات | حتى 150V أو أكثر |
| تكوين الألواح | على التوازي | على التوالي أو التوازي |
| التعقيد | منخفض | عالي |
| التطبيق المثالي | < 1kW | > 1kW |
37.7 مراحل شحن البطاريات
مراحل الشحن النموذجية:
1. مرحلة Bulk (امتصاص سريع):
- تيار ثابت أقصى
- الجهد يرتفع تدريجيًا
- حتى جهد الامتصاص
- الحالة: 0% إلى 80%
2. مرحلة الامتصاص:
- جهد ثابت
- التيار ينخفض تدريجيًا
- حتى ينخفض التيار إلى الحد الأدنى
- الحالة: 80% إلى 95%
3. مرحلة Float (الطفو):
- جهد مخفض
- تيار أدنى
- يحافظ على الشحن الكامل
- الحالة: 100%
4. مرحلة Equalization (فقط OPzS):
- جهد مرتفع
- غازية متحكم فيها
- تعادل جميع الخلايا
- كل 30-60 يومًا
1. مرحلة Bulk (امتصاص سريع):
- تيار ثابت أقصى
- الجهد يرتفع تدريجيًا
- حتى جهد الامتصاص
- الحالة: 0% إلى 80%
2. مرحلة الامتصاص:
- جهد ثابت
- التيار ينخفض تدريجيًا
- حتى ينخفض التيار إلى الحد الأدنى
- الحالة: 80% إلى 95%
3. مرحلة Float (الطفو):
- جهد مخفض
- تيار أدنى
- يحافظ على الشحن الكامل
- الحالة: 100%
4. مرحلة Equalization (فقط OPzS):
- جهد مرتفع
- غازية متحكم فيها
- تعادل جميع الخلايا
- كل 30-60 يومًا
37.8 جهود الشحن حسب نوع البطارية
| نوع البطارية | Absorption (12V) | Float (12V) | Equalization (12V) |
|---|---|---|---|
| OPzS (سائلة) | 14.4-14.8V | 13.5-13.8V | 15.0-15.6V |
| OPzV (جل) | 14.1-14.4V | 13.5-13.8V | لا يتطلب |
| AGM | 14.4-14.7V | 13.5-13.8V | لا يتطلب |
| ليثيوم LiFePO4 | 14.2-14.6V | 13.5-13.8V | لا يتطلب |
37.9 حمايات وحدة التحكم
- حماية من الشحن الزائد:
- يفصل الألواح عند الوصول إلى الجهد الأقصى
- يحمي البطاريات من الشحن الزائد
- يطيل عمر البطاريات الافتراضي
- حماية من التفريغ العميق:
- يفصل الأحمال عند الوصول إلى الجهد الأدنى
- يحمي البطاريات من التفريغ العميق
- إعادة اتصال تلقائية عند الاسترداد
- حماية من الدوائر القصيرة:
- يحمي من الدوائر القصيرة في الخرج
- فصل فوري
- حماية إلكترونية
- حماية من عكس القطبية:
- يحمي من الاتصال المعكوس
- يحمي الألواح والبطاريات
- حماية إلكترونية
37.10 تعويض درجة الحرارة
المبدأ:
- البطاريات تتطلب جهودًا مختلفة حسب درجة الحرارة
- عند درجة حرارة أعلى: جهد شحن أقل
- عند درجة حرارة أقل: جهد شحن أعلى
المعامل النموذجي:
- الرصاص-الحمض: -3mV/°C/خلية
- الجل: -3mV/°C/خلية
- AGM: -3mV/°C/خلية
- الليثيوم: -10mV/°C/خلية (يختلف)
مثال (بطارية 12V، 6 خلايا):
- الجهد المرجعي عند 25°م: 14.4V
- درجة الحرارة: 35°م
- التصحيح: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- الجعدل المعدل: 14.4 - 0.18 = 14.22V
- البطاريات تتطلب جهودًا مختلفة حسب درجة الحرارة
- عند درجة حرارة أعلى: جهد شحن أقل
- عند درجة حرارة أقل: جهد شحن أعلى
المعامل النموذجي:
- الرصاص-الحمض: -3mV/°C/خلية
- الجل: -3mV/°C/خلية
- AGM: -3mV/°C/خلية
- الليثيوم: -10mV/°C/خلية (يختلف)
مثال (بطارية 12V، 6 خلايا):
- الجهد المرجعي عند 25°م: 14.4V
- درجة الحرارة: 35°م
- التصحيح: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- الجعدل المعدل: 14.4 - 0.18 = 14.22V
37.11 اختيار وحدة التحكم
- التيار الأقصى:
- أكبر من أو يساوي تيار الدائرة القصيرة للألواح
- I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
- جهد الإدخال:
- متوافق مع تكوين الألواح
- PWM: مشابه لجهد البطاريات
- MPPT: حتى 150V أو أكثر
- جهد البطاريات:
- 12V، 24V أو 48V
- يجب أن يتطابق مع البنك
- نوع البطارية:
- OPzS، OPzV، AGM أو ليثيوم
- تكوين الجهود حسب النوع
37.12 تحجيم وحدة التحكم
تيار وحدة التحكم:
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
مثال:
- 4 ألواح من 330W على التوازي
- Isc لكل لوح: 9A
- Isc الإجمالي: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- اختر: وحدة تحكم 45A أو 50A
جهد الإدخال (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
يجب أن يكون مشابهًا لجهد البطاريات
مثال: 12V بطاريات → 17-18V ألواح
جهد الإدخال (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
يمكن أن يكون أعلى بكثير
مثال: 48V بطاريات → 120-150V ألواح
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
مثال:
- 4 ألواح من 330W على التوازي
- Isc لكل لوح: 9A
- Isc الإجمالي: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- اختر: وحدة تحكم 45A أو 50A
جهد الإدخال (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
يجب أن يكون مشابهًا لجهد البطاريات
مثال: 12V بطاريات → 17-18V ألواح
جهد الإدخال (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
يمكن أن يكون أعلى بكثير
مثال: 48V بطاريات → 120-150V ألواح
37.13 تكوين الألواح
التكوين على التوالي:
- يزيد الجهد: V_total = V_panel × N_series
- يحافظ على التيار: I_total = I_panel
- القدرة: P_total = P_panel × N_series
التكوين على التوازي:
- يحافظ على الجهد: V_total = V_panel
- يزيد التيار: I_total = I_panel × N_parallel
- القدرة: P_total = P_panel × N_parallel
التكوين المختلط:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
- يزيد الجهد: V_total = V_panel × N_series
- يحافظ على التيار: I_total = I_panel
- القدرة: P_total = P_panel × N_series
التكوين على التوازي:
- يحافظ على الجهد: V_total = V_panel
- يزيد التيار: I_total = I_panel × N_parallel
- القدرة: P_total = P_panel × N_parallel
التكوين المختلط:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
37.14 تركيب وحدة التحكم
- ترتيب الاتصال:
- 1º: توصيل البطاريات بوحدة التحكم
- 2º: توصيل الألواح بوحدة التحكم
- 3º: توصيل الأحمال بوحدة التحكم
- الموقع:
- قرب البطاريات
- مكان جاف ومهوى
- درجة حرارة محيطة
- محمي من الغبار والرطوبة
- الاتصالات:
- كابلات قصيرة بمقطع مناسب
- اتصالات ثابتة ونظيفة
- قطبية صحيحة (+/-)
- اتصال الأرض إلزامي
37.15 تكوين وحدة التحكم
- نوع البطارية:
- اختر النوع: OPzS، OPzV، AGM أو ليثيوم
- يكون الجهود تلقائيًا
- جهد البطاريات:
- 12V، 24V أو 48V
- يجب أن يتطابق مع البنك
- تعويض درجة الحرارة:
- فعّل إذا كان هناك مستشعر
- ضع المستشعر على البطارية
- حماية التفريغ العميق:
- كون الجهد الأدنى
- فعّل الحماية
37.16 المشاكل الشائعة والحلول
| المشكلة | السبب | الحل |
|---|---|---|
| لا يشحن | اتصال غير صحيح، ألواح متسخة | تحقق من الاتصالات، نظف الألواح |
| الشحن الزائد | جهود مهيأة بشكل خاطئ | أعد تكوين الجهود |
| التفريغ العميق | استهلاك مفرط، بطاريات قليلة | قلل الاستهلاك، أضف بطاريات |
| لا يغذي الأحمال | بطاريات مفروغة، حماية نشطة | اشحن البطاريات، تحقق من الحماية |
| السخونة الزائدة | تهوية سيئة، حمل زائد | حسّن التهوية |
37.17 صيانة وحدة التحكم
- التنظيف:
- نظف المشتتات الحرارية بانتظام
- حافظ على خالية من الغبار
- التحقق من الاتصالات:
- تحقق من الاتصالات الثابتة
- نظف الأطراف إذا لزم الأمر
- التحقق من درجة الحرارة:
- تحقق من عدم السخونة الزائدة
- تأكد من التهوية المناسبة
- التحقق من التشغيل:
- تحقق من الشحن الصحيح
- تحقق من الحمايات النشطة
37.18 الاختيار لأنظمة Solener
توصيات لأنظمة Solener:
للأنظمة الصغيرة (< 1kW):
- وحدة تحكم PWM كافية
- اقتصادية وموثوقة
- تكوين سهل
للأنظمة المتوسطة/الكبيرة (> 1kW):
- وحدة تحكم MPPT موصى بها
- كفاءة أعلى (15-30% أكثر)
- تسمح بألواح على التوالي
التكوين:
- اختر نوع البطارية الصحيح
- كون الجهود حسب النوع
- فعّل تعويض درجة الحرارة
- كون الحمايات المناسبة
التركيب: - ترتيب الاتصال الصحيح
- قرب البطاريات
- تهوية جيدة
- اتصالات ثابتة ونظيفة
للأنظمة الصغيرة (< 1kW):
- وحدة تحكم PWM كافية
- اقتصادية وموثوقة
- تكوين سهل
للأنظمة المتوسطة/الكبيرة (> 1kW):
- وحدة تحكم MPPT موصى بها
- كفاءة أعلى (15-30% أكثر)
- تسمح بألواح على التوالي
التكوين:
- اختر نوع البطارية الصحيح
- كون الجهود حسب النوع
- فعّل تعويض درجة الحرارة
- كون الحمايات المناسبة
التركيب: - ترتيب الاتصال الصحيح
- قرب البطاريات
- تهوية جيدة
- اتصالات ثابتة ونظيفة
37.1 مقدمهای بر کنترلکنندههای شارژ
کنترلکنندههای شارژ (یا تنظیمکنندههای شارژ) دستگاههای الکترونیکی اساسی در هر سیستم خورشیدی فتوولتائیک با باتریها هستند. عملکرد اصلی آنها تنظیم فرآیند شارژ باتریها، محافظت از آنها در برابر شارژ بیش از حد و تخلیه عمیق است، که عمر مفید آنها را به طور قابل توجهی افزایش میدهد.
بدون کنترلکننده شارژ مناسب، باتریها در ساعات تولید خورشیدی حداکثر به طور بیش از حد شارژ میشوند، که باعث تبخر الکترولیت، گرمای بیش از حد و کاهش شدید عمر مفید آنها میشود.
کنترلکنندههای Solener - حفاظت کامل - حداکثر عمر مفید
37.2 عملکردهای اصلی کنترلکننده
- تنظیم شارژ: فرآیند شارژ را در مراحل مختلف آن کنترل میکند
- حفاظت در برابر شارژ بیش از حد: پنلها را وقتی باتریها کاملاً شارژ هستند قطع میکند
- حفاظت در برابر تخلیه عمیق: بارها را وقتی باتریها به ولتاژ حداقل میرسند قطع میکند
- حفاظت در برابر اتصال کوتاه: در برابر اتصال کوتاه در خروجی محافظت میکند
- حفاظت در برابر وارونگی قطبیت: در برابر اتصال وارونه محافظت میکند
- جبران دما: ولتاژها را بر اساس دما تنظیم میکند
- ردیابی MPPT: حداکثر توان را از پنلها استخراج میکند (در MPPT)
37.3 انواع کنترلکنندهها
| نوع | فناوری | کارایی | کاربرد |
|---|---|---|---|
| PWM (PWM) | مدولاسیون عرض پالس | 75-85% | سیستمهای کوچک |
| MPPT | ردیابی نقطه حداکثر توان | 92-98% | سیستمهای متوسط/بزرگ |
| Shunt | انحراف جریان | 70-80% | سیستمهای بسیار کوچک |
| Series | انقطاع در سری | 80-90% | سیستمهای کوچک/متوسط |
37.4 کنترلکنندههای PWM
کنترلکنندههای PWM (مدولاسیون عرض پالس) ابتداییترین و اقتصادیترین هستند. آنها با مدولاسیون عرض پالسهایی که پنلها را به باتریها متصل میکنند کار میکنند.
اصل عملکرد:
- پنلها را به سرعت متصل/قطع میکنند
- ولتاژ باتریها را ثابت نگه میدارند
- جریان با تغییر عرض پالسها تنظیم میشود
- ولتاژ پنلها ≈ ولتاژ باتریها
مزایا:
- اقتصادی (50-200€)
- ساده و قابل اعتماد
- کارایی: 75-85%
معایب:
- کارایی کمتر از MPPT
- ولتاژ پنلها باید مشابه ولتاژ باتریها باشد
- استفاده کمتر از پنلها
- پنلها را به سرعت متصل/قطع میکنند
- ولتاژ باتریها را ثابت نگه میدارند
- جریان با تغییر عرض پالسها تنظیم میشود
- ولتاژ پنلها ≈ ولتاژ باتریها
مزایا:
- اقتصادی (50-200€)
- ساده و قابل اعتماد
- کارایی: 75-85%
معایب:
- کارایی کمتر از MPPT
- ولتاژ پنلها باید مشابه ولتاژ باتریها باشد
- استفاده کمتر از پنلها
37.5 کنترلکنندههای MPPT
کنترلکنندههای MPPT (ردیابی نقطه حداکثر توان) پیشرفتهتر و کارآمدتر هستند. آنها از الکترونیک پیشرفته برای استخراج مداوم حداکثر توان از پنلهای خورشیدی استفاده میکنند.
اصل عملکرد:
- به طور مداوم نقطه حداکثر توان را جستجو میکنند (MPP)
- ولتاژ بهینه را به ولتاژ باتریها تبدیل میکنند
- کارایی: 92-98%
- ولتاژهای پنلهای بسیار بالاتر از باتریها را اجازه میدهند
مزایا:
- کارایی بالاتر (15-30% بیشتر از PWM)
- اجازه میدهند پنلها را در سری متصل کنید
- استفاده بهتر در روزهای ابری
- تلفات کمتر در کابلها
معایب:
- گرانتر (200-800€)
- پیچیدهتر
- نیاز به پیکربندی دارند
- به طور مداوم نقطه حداکثر توان را جستجو میکنند (MPP)
- ولتاژ بهینه را به ولتاژ باتریها تبدیل میکنند
- کارایی: 92-98%
- ولتاژهای پنلهای بسیار بالاتر از باتریها را اجازه میدهند
مزایا:
- کارایی بالاتر (15-30% بیشتر از PWM)
- اجازه میدهند پنلها را در سری متصل کنید
- استفاده بهتر در روزهای ابری
- تلفات کمتر در کابلها
معایب:
- گرانتر (200-800€)
- پیچیدهتر
- نیاز به پیکربندی دارند
37.6 مقایسه PWM در مقابل MPPT
| ویژگی | PWM | MPPT |
|---|---|---|
| کارایی | 75-85% | 92-98% |
| قیمت | 50-200€ | 200-800€ |
| ولتاژ پنلها | مشابه باتریها | تا 150V یا بیشتر |
| پیکربندی پنلها | در موازی | سری یا موازی |
| پیچیدگی | کم | بالا |
| کاربرد ایدهآل | < 1kW | > 1kW |
37.7 مراحل شارژ باتریها
مراحل شارژ معمولی:
1. مرحله Bulk (جذب سریع):
- جریان ثابت حداکثر
- ولتاژ به طور تدریجی بالا میرود
- تا ولتاژ جذب
- وضعیت: 0% تا 80%
2. مرحله جذب:
- ولتاژ ثابت
- جریان به طور تدریجی کاهش مییابد
- تا زمانی که جریان به حداقل برسد
- وضعیت: 80% تا 95%
3. مرحله Float (شناور):
- ولتاژ کاهش یافته
- جریان حداقل
- شارژ کامل را حفظ میکند
- وضعیت: 100%
4. مرحله Equalization (فقط OPzS):
- ولتاژ بالا
- گازسازی کنترل شده
- همه سلولها را تعادل میکند
- هر 30-60 روز
1. مرحله Bulk (جذب سریع):
- جریان ثابت حداکثر
- ولتاژ به طور تدریجی بالا میرود
- تا ولتاژ جذب
- وضعیت: 0% تا 80%
2. مرحله جذب:
- ولتاژ ثابت
- جریان به طور تدریجی کاهش مییابد
- تا زمانی که جریان به حداقل برسد
- وضعیت: 80% تا 95%
3. مرحله Float (شناور):
- ولتاژ کاهش یافته
- جریان حداقل
- شارژ کامل را حفظ میکند
- وضعیت: 100%
4. مرحله Equalization (فقط OPzS):
- ولتاژ بالا
- گازسازی کنترل شده
- همه سلولها را تعادل میکند
- هر 30-60 روز
37.8 ولتاژهای شارژ بر اساس نوع باتری
| نوع باتری | Absorption (12V) | Float (12V) | Equalization (12V) |
|---|---|---|---|
| OPzS (مایع) | 14.4-14.8V | 13.5-13.8V | 15.0-15.6V |
| OPzV (ژل) | 14.1-14.4V | 13.5-13.8V | لازم نیست |
| AGM | 14.4-14.7V | 13.5-13.8V | لازم نیست |
| لیتیوم LiFePO4 | 14.2-14.6V | 13.5-13.8V | لازم نیست |
37.9 حفاظتهای کنترلکننده
- حفاظت در برابر شارژ بیش از حد:
- پنلها را هنگام رسیدن به ولتاژ حداکثر قطع میکند
- باتریها را در برابر شارژ بیش از حد محافظت میکند
- عمر مفید باتریها را افزایش میدهد
- حفاظت در برابر تخلیه عمیق:
- بارها را هنگام رسیدن به ولتاژ حداقل قطع میکند
- باتریها را در برابر تخلیه عمیق محافظت میکند
- اتصال خودکار هنگام بازیابی
- حفاظت در برابر اتصال کوتاه:
- در برابر اتصال کوتاه در خروجی محافظت میکند
- قطع فوری
- حفاظت الکترونیکی
- حفاظت در برابر وارونگی قطبیت:
- در برابر اتصال وارونه محافظت میکند
- پنلها و باتریها را محافظت میکند
- حفاظت الکترونیکی
37.10 جبران دما
اصل:
- باتریها ولتاژهای مختلفی بر اساس دما نیاز دارند
- در دمای بالاتر: ولتاژ شارژ کمتر
- در دمای کمتر: ولتاژ شارژ بیشتر
ضریب معمولی:
- سرب-اسید: -3mV/°C/سلول
- ژل: -3mV/°C/سلول
- AGM: -3mV/°C/سلول
- لیتیوم: -10mV/°C/سلول (متغیر)
مثال (باتری 12V، 6 سلول):
- ولتاژ مرجع در 25°س: 14.4V
- دما: 35°س
- تصحیح: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- ولتاژ تنظیم شده: 14.4 - 0.18 = 14.22V
- باتریها ولتاژهای مختلفی بر اساس دما نیاز دارند
- در دمای بالاتر: ولتاژ شارژ کمتر
- در دمای کمتر: ولتاژ شارژ بیشتر
ضریب معمولی:
- سرب-اسید: -3mV/°C/سلول
- ژل: -3mV/°C/سلول
- AGM: -3mV/°C/سلول
- لیتیوم: -10mV/°C/سلول (متغیر)
مثال (باتری 12V، 6 سلول):
- ولتاژ مرجع در 25°س: 14.4V
- دما: 35°س
- تصحیح: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- ولتاژ تنظیم شده: 14.4 - 0.18 = 14.22V
37.11 انتخاب کنترلکننده
- جریان حداکثر:
- بزرگتر یا مساوی جریان اتصال کوتاه پنلها
- I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
- ولتاژ ورودی:
- سازگار با پیکربندی پنلها
- PWM: مشابه ولتاژ باتریها
- MPPT: تا 150V یا بیشتر
- ولتاژ باتریها:
- 12V، 24V یا 48V
- باید با بانک مطابقت داشته باشد
- نوع باتری:
- OPzS، OPzV، AGM یا لیتیوم
- ولتاژها را بر اساس نوع پیکربندی کنید
37.12 اندازهگیری کنترلکننده
جریان کنترلکننده:
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
مثال:
- 4 پنل 330W در موازی
- Isc برای هر پنل: 9A
- Isc کل: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- انتخاب: کنترلکننده 45A یا 50A
ولتاژ ورودی (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
باید مشابه ولتاژ باتریها باشد
مثال: 12V باتریها → 17-18V پنلها
ولتاژ ورودی (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
میتواند خیلی بالاتر باشد
مثال: 48V باتریها → 120-150V پنلها
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
مثال:
- 4 پنل 330W در موازی
- Isc برای هر پنل: 9A
- Isc کل: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- انتخاب: کنترلکننده 45A یا 50A
ولتاژ ورودی (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
باید مشابه ولتاژ باتریها باشد
مثال: 12V باتریها → 17-18V پنلها
ولتاژ ورودی (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
میتواند خیلی بالاتر باشد
مثال: 48V باتریها → 120-150V پنلها
37.13 پیکربندی پنلها
پیکربندی سری:
- ولتاژ را افزایش میدهد: V_total = V_panel × N_series
- جریان را حفظ میکند: I_total = I_panel
- توان: P_total = P_panel × N_series
پیکربندی موازی:
- ولتاژ را حفظ میکند: V_total = V_panel
- جریان را افزایش میدهد: I_total = I_panel × N_parallel
- توان: P_total = P_panel × N_parallel
پیکربندی مختلط:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
- ولتاژ را افزایش میدهد: V_total = V_panel × N_series
- جریان را حفظ میکند: I_total = I_panel
- توان: P_total = P_panel × N_series
پیکربندی موازی:
- ولتاژ را حفظ میکند: V_total = V_panel
- جریان را افزایش میدهد: I_total = I_panel × N_parallel
- توان: P_total = P_panel × N_parallel
پیکربندی مختلط:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
37.14 نصب کنترلکننده
- ترتیب اتصال:
- 1º: اتصال باتریها به کنترلکننده
- 2º: اتصال پنلها به کنترلکننده
- 3º: اتصال بارها به کنترلکننده
- مکان:
- نزدیک باتریها
- مکان خشک و تهویه شده
- دمای محیط
- محافظت شده از گرد و غبار و رطوبت
- اتصالات:
- کابلهای کوتاه با مقطع مناسب
- اتصالات محکم و تمیز
- قطبیت صحیح (+/-)
- اتصال زمین اجباری
37.15 پیکربندی کنترلکننده
- نوع باتری:
- نوع را انتخاب کنید: OPzS، OPzV، AGM یا لیتیوم
- ولتاژها را به طور خودکار پیکربندی میکند
- ولتاژ باتریها:
- 12V، 24V یا 48V
- باید با بانک مطابقت داشته باشد
- جبران دما:
- اگر حسگر وجود دارد فعال کنید
- حسگر را روی باتری قرار دهید
- حفاظت تخلیه عمیق:
- ولتاژ حداقل را پیکربندی کنید
- حفاظت را فعال کنید
37.16 مشکلات معمول و راهحلها
| مشکل | علت | راهحل |
|---|---|---|
| شارژ نمیشود | اتصال نادرست، پنلهای کثیف | اتصالات را تأیید کنید، پنلها را تمیز کنید |
| شارژ بیش از حد | ولتاژهای بد پیکربندی شده | ولتاژها را دوباره پیکربندی کنید |
| تخلیه عمیق | مصرف بیش از حد، باتریهای کم | مصرف را کاهش دهید، باتریها را اضافه کنید |
| بارها را تغذیه نمیکند | باتریهای تخلیه شده، حفاظت فعال | باتریها را شارژ کنید، حفاظت را تأیید کنید |
| گرمای بیش از حد | تهویه ضعیف، بار بیش از حد | تهویه را بهبود دهید |
37.17 نگهداری کنترلکننده
- تمیزکاری:
- هیتسینکها را به طور منظم تمیز کنید
- عاری از گرد و غبار نگه دارید
- تأیید اتصالات:
- اتصالات محکم را تأیید کنید
- در صورت لزوم ترمینالها را تمیز کنید
- تأیید دما:
- تأیید کنید که گرم نمیشود
- تهویه مناسب را تضمین کنید
- تأیید عملکرد:
- شارژ صحیح را تأیید کنید
- حفاظتهای فعال را تأیید کنید
37.18 انتخاب برای سیستمهای Solener
توصیهها برای سیستمهای Solener:
برای سیستمهای کوچک (< 1kW):
- کنترلکننده PWM کافی
- اقتصادی و قابل اعتماد
- پیکربندی آسان
برای سیستمهای متوسط/بزرگ (> 1kW):
- کنترلکننده MPPT توصیه شده
- کارایی بالاتر (15-30% بیشتر)
- اجازه میدهد پنلها در سری
پیکربندی:
- نوع باتری صحیح را انتخاب کنید
- ولتاژها را بر اساس نوع پیکربندی کنید
- جبران دما را فعال کنید
- حفاظتهای مناسب را پیکربندی کنید
نصب: - ترتیب اتصال صحیح
- نزدیک باتریها
- تهویه خوب
- اتصالات محکم و تمیز
برای سیستمهای کوچک (< 1kW):
- کنترلکننده PWM کافی
- اقتصادی و قابل اعتماد
- پیکربندی آسان
برای سیستمهای متوسط/بزرگ (> 1kW):
- کنترلکننده MPPT توصیه شده
- کارایی بالاتر (15-30% بیشتر)
- اجازه میدهد پنلها در سری
پیکربندی:
- نوع باتری صحیح را انتخاب کنید
- ولتاژها را بر اساس نوع پیکربندی کنید
- جبران دما را فعال کنید
- حفاظتهای مناسب را پیکربندی کنید
نصب: - ترتیب اتصال صحیح
- نزدیک باتریها
- تهویه خوب
- اتصالات محکم و تمیز
37.1 Introdução aos Controladores de Carga
Os controladores de carga (ou reguladores de carga) são dispositivos eletrônicos essenciais em qualquer sistema solar fotovoltaico com baterias. Sua função principal é regular o processo de carga das baterias, protegendo-as contra sobrecargas e sobredescargas, o que prolonga significativamente sua vida útil.
Sem um controlador de carga adequado, as baterias se sobrecarregariam durante as horas de produção solar máxima, o que provocaria a evaporação do eletrólito, superaquecimento e uma drástica redução de sua vida útil.
Controladores Solener - Proteção Total - Máxima Vida Útil
37.2 Funções Principais do Controlador
- Regulação de carga: Controla o processo de carga em suas diferentes fases
- Proteção contra sobrecarga: Desconecta os painéis quando as baterias estão completamente carregadas
- Proteção contra sobredescarga: Desconecta as cargas quando as baterias atingem a tensão mínima
- Proteção contra curto-circuitos: Protege contra curto-circuitos na saída
- Proteção contra inversão de polaridade: Protege contra conexão invertida
- Compensação de temperatura: Ajusta as tensões segundo a temperatura
- Seguimento MPPT: Extrai a máxima potência dos painéis (em MPPT)
37.3 Tipos de Controladores
| Tipo | Tecnologia | Eficiência | Aplicação |
|---|---|---|---|
| PWM (PWM) | Modulação por largura de pulsos | 75-85% | Sistemas pequenos |
| MPPT | Seguimento do ponto de máxima potência | 92-98% | Sistemas médios/grandes |
| Shunt | Derivação de corrente | 70-80% | Sistemas muito pequenos |
| Série | Interrupção em série | 80-90% | Sistemas pequenos/médios |
37.4 Controladores PWM
Os controladores PWM (Pulse Width Modulation) são os mais básicos e econômicos. Funcionam mediante a modulação da largura dos pulsos que conectam os painéis às baterias.
Princípio de funcionamento:
- Conectam/desconectam os painéis rapidamente
- Mantêm a tensão das baterias constante
- A corrente se regula variando a largura dos pulsos
- Tensão painéis ≈ Tensão baterias
Vantagens:
- Econômicos (50-200€)
- Simples e confiáveis
- Eficiência: 75-85%
Desvantagens:
- Menor eficiência que MPPT
- Tensão painéis deve ser similar à das baterias
- Menor aproveitamento de painéis
- Conectam/desconectam os painéis rapidamente
- Mantêm a tensão das baterias constante
- A corrente se regula variando a largura dos pulsos
- Tensão painéis ≈ Tensão baterias
Vantagens:
- Econômicos (50-200€)
- Simples e confiáveis
- Eficiência: 75-85%
Desvantagens:
- Menor eficiência que MPPT
- Tensão painéis deve ser similar à das baterias
- Menor aproveitamento de painéis
37.5 Controladores MPPT
Os controladores MPPT (Maximum Power Point Tracking) são mais avançados e eficientes. Utilizam eletrônica avançada para extrair constantemente a máxima potência dos painéis solares.
Princípio de funcionamento:
- Buscam continuamente o ponto de máxima potência (MPP)
- Convertem a tensão ótima à tensão das baterias
- Eficiência: 92-98%
- Permitem tensões de painéis muito superiores às baterias
Vantagens:
- Maior eficiência (15-30% mais que PWM)
- Permitem conectar painéis em série
- Melhor aproveitamento em dias nublados
- Menores perdas em cabos
Desvantagens:
- Mais caros (200-800€)
- Mais complexos
- Requerem configuração
- Buscam continuamente o ponto de máxima potência (MPP)
- Convertem a tensão ótima à tensão das baterias
- Eficiência: 92-98%
- Permitem tensões de painéis muito superiores às baterias
Vantagens:
- Maior eficiência (15-30% mais que PWM)
- Permitem conectar painéis em série
- Melhor aproveitamento em dias nublados
- Menores perdas em cabos
Desvantagens:
- Mais caros (200-800€)
- Mais complexos
- Requerem configuração
37.6 Comparação PWM vs MPPT
| Característica | PWM | MPPT |
|---|---|---|
| Eficiência | 75-85% | 92-98% |
| Preço | 50-200€ | 200-800€ |
| Tensão painéis | Similar às baterias | Até 150V ou mais |
| Configuração painéis | Em paralelo | Série ou paralelo |
| Complexidade | Baixa | Alta |
| Aplicação ideal | < 1kW | > 1kW |
37.7 Fases de Carga das Baterias
Fases de carga típicas:
1. Fase Bulk (Absorção rápida):
- Corrente máxima constante
- Tensão sobe progressivamente
- Até tensão de absorção
- Estado: 0% a 80%
2. Fase Absorção:
- Tensão constante
- Corrente diminui progressivamente
- Até que corrente baixe ao mínimo
- Estado: 80% a 95%
3. Fase Float (Flutuação):
- Tensão reduzida
- Corrente mínima
- Mantém carga completa
- Estado: 100%
4. Fase Equalization (só OPzS):
- Tensão elevada
- Gasificação controlada
- Equaliza todas as células
- Cada 30-60 dias
1. Fase Bulk (Absorção rápida):
- Corrente máxima constante
- Tensão sobe progressivamente
- Até tensão de absorção
- Estado: 0% a 80%
2. Fase Absorção:
- Tensão constante
- Corrente diminui progressivamente
- Até que corrente baixe ao mínimo
- Estado: 80% a 95%
3. Fase Float (Flutuação):
- Tensão reduzida
- Corrente mínima
- Mantém carga completa
- Estado: 100%
4. Fase Equalization (só OPzS):
- Tensão elevada
- Gasificação controlada
- Equaliza todas as células
- Cada 30-60 dias
37.8 Tensões de Carga por Tipo de Bateria
| Tipo Bateria | Absorption (12V) | Float (12V) | Equalization (12V) |
|---|---|---|---|
| OPzS (Líquida) | 14.4-14.8V | 13.5-13.8V | 15.0-15.6V |
| OPzV (Gel) | 14.1-14.4V | 13.5-13.8V | Não requer |
| AGM | 14.4-14.7V | 13.5-13.8V | Não requer |
| Lítio LiFePO4 | 14.2-14.6V | 13.5-13.8V | Não requer |
37.9 Proteções do Controlador
- Proteção contra sobrecarga:
- Desconecta painéis ao alcançar tensão máxima
- Protege baterias contra sobrecarga
- Prolonga vida útil das baterias
- Proteção contra sobredescarga:
- Desconecta cargas ao alcançar tensão mínima
- Protege baterias contra sobredescarga
- Reconexão automática ao recuperar
- Proteção contra curto-circuitos:
- Protege contra curto-circuitos na saída
- Desconexão imediata
- Proteção eletrônica
- Proteção contra inversão de polaridade:
- Protege contra conexão invertida
- Protege painéis e baterias
- Proteção eletrônica
37.10 Compensação de Temperatura
Princípio:
- As baterias requerem diferentes tensões segundo temperatura
- A maior temperatura: menor tensão de carga
- A menor temperatura: maior tensão de carga
Coeficiente típico:
- Chumbo-ácido: -3mV/°C/célula
- Gel: -3mV/°C/célula
- AGM: -3mV/°C/célula
- Lítio: -10mV/°C/célula (varia)
Exemplo (bateria 12V, 6 células):
- Tensão referência a 25°C: 14.4V
- Temperatura: 35°C
- Correção: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Tensão ajustada: 14.4 - 0.18 = 14.22V
- As baterias requerem diferentes tensões segundo temperatura
- A maior temperatura: menor tensão de carga
- A menor temperatura: maior tensão de carga
Coeficiente típico:
- Chumbo-ácido: -3mV/°C/célula
- Gel: -3mV/°C/célula
- AGM: -3mV/°C/célula
- Lítio: -10mV/°C/célula (varia)
Exemplo (bateria 12V, 6 células):
- Tensão referência a 25°C: 14.4V
- Temperatura: 35°C
- Correção: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Tensão ajustada: 14.4 - 0.18 = 14.22V
37.11 Seleção do Controlador
- Corrente máxima:
- Maior ou igual à corrente de curto-circuito dos painéis
- I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
- Tensão de entrada:
- Compatível com configuração de painéis
- PWM: similar à tensão de baterias
- MPPT: até 150V ou mais
- Tensão de baterias:
- 12V, 24V ou 48V
- Deve coincidir com banco
- Tipo de bateria:
- OPzS, OPzV, AGM ou Lítio
- Configurar tensões segundo tipo
37.12 Dimensionamento do Controlador
Corrente do controlador:
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Exemplo:
- 4 painéis de 330W em paralelo
- Isc por painel: 9A
- Isc total: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Selecionar: Controlador 45A ou 50A
Tensão de entrada (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_série
Deve ser similar à tensão de baterias
Exemplo: 12V baterias → 17-18V painéis
Tensão de entrada (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_série
Pode ser muito maior
Exemplo: 48V baterias → 120-150V painéis
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Exemplo:
- 4 painéis de 330W em paralelo
- Isc por painel: 9A
- Isc total: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Selecionar: Controlador 45A ou 50A
Tensão de entrada (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_série
Deve ser similar à tensão de baterias
Exemplo: 12V baterias → 17-18V painéis
Tensão de entrada (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_série
Pode ser muito maior
Exemplo: 48V baterias → 120-150V painéis
37.13 Configuração de Painéis
Configuração em série:
- Aumenta a tensão: V_total = V_panel × N_série
- Mantém a corrente: I_total = I_panel
- Potência: P_total = P_panel × N_série
Configuração em paralelo:
- Mantém a tensão: V_total = V_panel
- Aumenta a corrente: I_total = I_panel × N_paralelo
- Potência: P_total = P_panel × N_paralelo
Configuração mista:
- V_total = V_panel × N_série
- I_total = I_panel × N_paralelo
- P_total = P_panel × N_série × N_paralelo
- Aumenta a tensão: V_total = V_panel × N_série
- Mantém a corrente: I_total = I_panel
- Potência: P_total = P_panel × N_série
Configuração em paralelo:
- Mantém a tensão: V_total = V_panel
- Aumenta a corrente: I_total = I_panel × N_paralelo
- Potência: P_total = P_panel × N_paralelo
Configuração mista:
- V_total = V_panel × N_série
- I_total = I_panel × N_paralelo
- P_total = P_panel × N_série × N_paralelo
37.14 Instalação do Controlador
- Ordem de conexão:
- 1º: Conectar baterias ao controlador
- 2º: Conectar painéis ao controlador
- 3º: Conectar cargas ao controlador
- Localização:
- Perto das baterias
- Lugar seco e ventilado
- Temperatura ambiente
- Protegido de poeira e umidade
- Conexões:
- Cabos curtos e de seção adequada
- Conexões firmes e limpas
- Polaridade correta (+/-)
- Conexão a terra obrigatória
37.15 Configuração do Controlador
- Tipo de bateria:
- Selecionar tipo: OPzS, OPzV, AGM ou Lítio
- Configura tensões automaticamente
- Tensão de baterias:
- 12V, 24V ou 48V
- Deve coincidir com banco
- Compensação de temperatura:
- Ativar se há sensor
- Colocar sensor em bateria
- Proteção sobredescarga:
- Configurar tensão mínima
- Ativar proteção
37.16 Problemas Comuns e Soluções
| Problema | Causa | Solução |
|---|---|---|
| Não carrega | Conexão incorreta, painéis sujos | Verificar conexões, limpar painéis |
| Sobrecarga | Tensões mal configuradas | Reconfigurar tensões |
| Sobredescarga | Consumo excessivo, poucas baterias | Reduzir consumo, adicionar baterias |
| Não alimenta cargas | Baterias descarregadas, proteção ativa | Carregar baterias, verificar proteção |
| Superaquecimento | Má ventilação, sobrecarga | Melhorar ventilação |
37.17 Manutenção do Controlador
- Limpeza:
- Limpar dissipadores regularmente
- Manter livre de poeira
- Verificação conexões:
- Verificar conexões firmes
- Limpar bornes se necessário
- Verificação temperatura:
- Verificar que não se superaquece
- Assegurar ventilação adequada
- Verificação funcionamento:
- Verificar correta carga
- Verificar proteções ativas
37.18 Seleção para Sistemas Solener
Recomendações para sistemas Solener:
Para sistemas pequenos (< 1kW):
- Controlador PWM suficiente
- Econômico e confiável
- Fácil configuração
Para sistemas médios/grandes (> 1kW):
- Controlador MPPT recomendado
- Maior eficiência (15-30% mais)
- Permite painéis em série
Configuração:
- Selecionar tipo de bateria correto
- Configurar tensões segundo tipo
- Ativar compensação de temperatura
- Configurar proteções adequadas
Instalação: - Ordem correta de conexão
- Perto de baterias
- Boa ventilação
- Conexões firmes e limpas
Para sistemas pequenos (< 1kW):
- Controlador PWM suficiente
- Econômico e confiável
- Fácil configuração
Para sistemas médios/grandes (> 1kW):
- Controlador MPPT recomendado
- Maior eficiência (15-30% mais)
- Permite painéis em série
Configuração:
- Selecionar tipo de bateria correto
- Configurar tensões segundo tipo
- Ativar compensação de temperatura
- Configurar proteções adequadas
Instalação: - Ordem correta de conexão
- Perto de baterias
- Boa ventilação
- Conexões firmes e limpas
37.1 充电控制器简介
充电控制器(或充电调节器)是任何带电池的太阳能光伏系统中的基本电子设备。其主要功能是调节电池充电过程,保护它们免受过充和深度放电,这显著延长了它们的使用寿命。
如果没有合适的充电控制器,电池会在太阳能生产高峰期过充,这会导致电解液蒸发、过热和使用寿命急剧缩短。
Solener控制器 - 全面保护 - 最大使用寿命
37.2 控制器的主要功能
- 充电调节: 控制其不同阶段的充电过程
- 过充保护: 当电池完全充电时断开面板
- 深度放电保护: 当电池达到最小电压时断开负载
- 短路保护: 防止输出短路
- 极性反转保护: 防止反向连接
- 温度补偿: 根据温度调整电压
- MPPT跟踪: 从面板中提取最大功率(在MPPT中)
37.3 控制器类型
| 类型 | 技术 | 效率 | 应用 |
|---|---|---|---|
| PWM (PWM) | 脉宽调制 | 75-85% | 小型系统 |
| MPPT | 最大功率点跟踪 | 92-98% | 中型/大型系统 |
| Shunt | 电流分流 | 70-80% | 非常小的系统 |
| Series | 串联中断 | 80-90% | 小型/中型系统 |
37.4 PWM控制器
PWM(脉宽调制)控制器是最基本和最经济的。它们通过调制连接面板到电池的脉冲宽度来工作。
工作原理:
- 快速连接/断开面板
- 保持电池电压恒定
- 通过改变脉冲宽度来调节电流
- 面板电压 ≈ 电池电压
优点:
- 经济(50-200€)
- 简单可靠
- 效率: 75-85%
缺点:
- 效率低于MPPT
- 面板电压必须与电池电压相似
- 面板利用率较低
- 快速连接/断开面板
- 保持电池电压恒定
- 通过改变脉冲宽度来调节电流
- 面板电压 ≈ 电池电压
优点:
- 经济(50-200€)
- 简单可靠
- 效率: 75-85%
缺点:
- 效率低于MPPT
- 面板电压必须与电池电压相似
- 面板利用率较低
37.5 MPPT控制器
MPPT(最大功率点跟踪)控制器更先进和高效。它们使用先进的电子设备不断从太阳能电池板中提取最大功率。
工作原理:
- 不断寻找最大功率点(MPP)
- 将最佳电压转换为电池电压
- 效率: 92-98%
- 允许比电池高得多的面板电压
优点:
- 更高效率(比PWM多15-30%)
- 允许串联面板
- 阴天更好的利用
- 更低的电缆损失
缺点:
- 更贵(200-800€)
- 更复杂
- 需要配置
- 不断寻找最大功率点(MPP)
- 将最佳电压转换为电池电压
- 效率: 92-98%
- 允许比电池高得多的面板电压
优点:
- 更高效率(比PWM多15-30%)
- 允许串联面板
- 阴天更好的利用
- 更低的电缆损失
缺点:
- 更贵(200-800€)
- 更复杂
- 需要配置
37.6 PWM与MPPT比较
| 特性 | PWM | MPPT |
|---|---|---|
| 效率 | 75-85% | 92-98% |
| 价格 | 50-200€ | 200-800€ |
| 面板电压 | 与电池相似 | 高达150V或更多 |
| 面板配置 | 并联 | 串联或并联 |
| 复杂性 | 低 | 高 |
| 理想应用 | < 1kW | > 1kW |
37.7 电池充电阶段
典型充电阶段:
1. Bulk阶段(快速吸收):
- 最大恒定电流
- 电压逐渐升高
- 直到吸收电压
- 状态: 0%到80%
2. 吸收阶段:
- 恒定电压
- 电流逐渐减小
- 直到电流降至最小
- 状态: 80%到95%
3. Float阶段(浮充):
- 降低电压
- 最小电流
- 保持完全充电
- 状态: 100%
4. Equalization阶段(仅OPzS):
- 升高电压
- 受控气体
- 均衡所有电池
- 每30-60天
1. Bulk阶段(快速吸收):
- 最大恒定电流
- 电压逐渐升高
- 直到吸收电压
- 状态: 0%到80%
2. 吸收阶段:
- 恒定电压
- 电流逐渐减小
- 直到电流降至最小
- 状态: 80%到95%
3. Float阶段(浮充):
- 降低电压
- 最小电流
- 保持完全充电
- 状态: 100%
4. Equalization阶段(仅OPzS):
- 升高电压
- 受控气体
- 均衡所有电池
- 每30-60天
37.8 按电池类型的充电电压
| 电池类型 | Absorption (12V) | Float (12V) | Equalization (12V) |
|---|---|---|---|
| OPzS(液体) | 14.4-14.8V | 13.5-13.8V | 15.0-15.6V |
| OPzV(凝胶) | 14.1-14.4V | 13.5-13.8V | 不需要 |
| AGM | 14.4-14.7V | 13.5-13.8V | 不需要 |
| 锂LiFePO4 | 14.2-14.6V | 13.5-13.8V | 不需要 |
37.9 控制器保护
- 过充保护:
- 达到最大电压时断开面板
- 保护电池免受过充
- 延长电池寿命
- 深度放电保护:
- 达到最小电压时断开负载
- 保护电池免受深度放电
- 恢复时自动重新连接
- 短路保护:
- 防止输出短路
- 立即断开
- 电子保护
- 极性反转保护:
- 防止反向连接
- 保护面板和电池
- 电子保护
37.10 温度补偿
原理:
- 电池根据温度需要不同的电压
- 温度越高: 充电电压越低
- 温度越低: 充电电压越高
典型系数:
- 铅酸: -3mV/°C/电池
- 凝胶: -3mV/°C/电池
- AGM: -3mV/°C/电池
- 锂: -10mV/°C/电池(变化)
示例(12V电池,6个电池):
- 25°C时的参考电压: 14.4V
- 温度: 35°C
- 校正: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- 调整后的电压: 14.4 - 0.18 = 14.22V
- 电池根据温度需要不同的电压
- 温度越高: 充电电压越低
- 温度越低: 充电电压越高
典型系数:
- 铅酸: -3mV/°C/电池
- 凝胶: -3mV/°C/电池
- AGM: -3mV/°C/电池
- 锂: -10mV/°C/电池(变化)
示例(12V电池,6个电池):
- 25°C时的参考电压: 14.4V
- 温度: 35°C
- 校正: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- 调整后的电压: 14.4 - 0.18 = 14.22V
37.11 控制器选择
- 最大电流:
- 大于或等于面板短路电流
- I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
- 输入电压:
- 与面板配置兼容
- PWM: 与电池电压相似
- MPPT: 高达150V或更多
- 电池电压:
- 12V、24V或48V
- 必须与电池组匹配
- 电池类型:
- OPzS、OPzV、AGM或锂
- 根据类型配置电压
37.12 控制器尺寸确定
控制器电流:
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
示例:
- 4个330W面板并联
- 每个面板Isc: 9A
- 总Isc: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- 选择: 45A或50A控制器
输入电压(PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
必须与电池电压相似
示例: 12V电池 → 17-18V面板
输入电压(MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
可以高得多
示例: 48V电池 → 120-150V面板
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
示例:
- 4个330W面板并联
- 每个面板Isc: 9A
- 总Isc: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- 选择: 45A或50A控制器
输入电压(PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
必须与电池电压相似
示例: 12V电池 → 17-18V面板
输入电压(MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
可以高得多
示例: 48V电池 → 120-150V面板
37.13 面板配置
串联配置:
- 增加电压: V_total = V_panel × N_series
- 保持电流: I_total = I_panel
- 功率: P_total = P_panel × N_series
并联配置:
- 保持电压: V_total = V_panel
- 增加电流: I_total = I_panel × N_parallel
- 功率: P_total = P_panel × N_parallel
混合配置:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
- 增加电压: V_total = V_panel × N_series
- 保持电流: I_total = I_panel
- 功率: P_total = P_panel × N_series
并联配置:
- 保持电压: V_total = V_panel
- 增加电流: I_total = I_panel × N_parallel
- 功率: P_total = P_panel × N_parallel
混合配置:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
37.14 控制器安装
- 连接顺序:
- 1º: 将电池连接到控制器
- 2º: 将面板连接到控制器
- 3º: 将负载连接到控制器
- 位置:
- 靠近电池
- 干燥通风的地方
- 环境温度
- 防止灰尘和湿度
- 连接:
- 适当截面的短电缆
- 牢固且清洁的连接
- 正确的极性(+/-)
- 接地连接强制
37.15 控制器配置
- 电池类型:
- 选择类型: OPzS、OPzV、AGM或锂
- 自动配置电压
- 电池电压:
- 12V、24V或48V
- 必须与电池组匹配
- 温度补偿:
- 如果有传感器则激活
- 将传感器放在电池上
- 深度放电保护:
- 配置最小电压
- 激活保护
37.16 常见问题和解决方案
| 问题 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 不充电 | 连接不正确、面板脏 | 验证连接、清洁面板 |
| 过充 | 电压配置错误 | 重新配置电压 |
| 深度放电 | 过度消耗、电池少 | 减少消耗、添加电池 |
| 不供电负载 | 电池放电、保护激活 | 给电池充电、验证保护 |
| 过热 | 通风不良、过载 | 改善通风 |
37.17 控制器维护
- 清洁:
- 定期清洁散热器
- 保持无尘
- 连接验证:
- 验证牢固的连接
- 必要时清洁端子
- 温度验证:
- 验证它不会过热
- 确保足够的通风
- 操作验证:
- 验证正确的充电
- 验证激活的保护
37.18 Solener系统的选择
Solener系统建议:
对于小型系统(< 1kW):
- PWM控制器足够
- 经济可靠
- 配置简单
对于中型/大型系统(> 1kW):
- 推荐MPPT控制器
- 更高效率(多15-30%)
- 允许串联面板
配置:
- 选择正确的电池类型
- 根据类型配置电压
- 激活温度补偿
- 配置适当的保护
安装: - 正确的连接顺序
- 靠近电池
- 良好的通风
- 牢固且清洁的连接
对于小型系统(< 1kW):
- PWM控制器足够
- 经济可靠
- 配置简单
对于中型/大型系统(> 1kW):
- 推荐MPPT控制器
- 更高效率(多15-30%)
- 允许串联面板
配置:
- 选择正确的电池类型
- 根据类型配置电压
- 激活温度补偿
- 配置适当的保护
安装: - 正确的连接顺序
- 靠近电池
- 良好的通风
- 牢固且清洁的连接
37.1 Введение в контроллеры заряда
Контроллеры заряда (или регуляторы заряда) - это основные электронные устройства в любой фотоэлектрической солнечной системе с батареями. Их основная функция - регулировать процесс зарядки батарей, защищая их от перезарядки и глубокой разрядки, что значительно продлевает их срок службы.
Без подходящего контроллера заряда батареи перезаряжались бы в часы пикового производства солнечной энергии, что вызвало бы испарение электролита, перегрев и резкое сокращение их срока службы.
Контроллеры Solener - Полная защита - Максимальный срок службы
37.2 Основные функции контроллера
- Регулирование заряда: Контролирует процесс зарядки в его различных фазах
- Защита от перезарядки: Отключает панели, когда батареи полностью заряжены
- Защита от глубокой разрядки: Отключает нагрузки, когда батареи достигают минимального напряжения
- Защита от коротких замыканий: Защищает от коротких замыканий на выходе
- Защита от инверсии полярности: Защищает от перевернутого соединения
- Компенсация температуры: Регулирует напряжения согласно температуре
- Слежение MPPT: Извлекает максимальную мощность из панелей (в MPPT)
37.3 Типы контроллеров
| Тип | Технология | Эффективность | Применение |
|---|---|---|---|
| PWM (PWM) | Модуляция по ширине импульсов | 75-85% | Малые системы |
| MPPT | Слежение за точкой максимальной мощности | 92-98% | Средние/большие системы |
| Shunt | Шунтирование тока | 70-80% | Очень малые системы |
| Series | Последовательное прерывание | 80-90% | Малые/средние системы |
37.4 Контроллеры PWM
Контроллеры PWM (Pulse Width Modulation) - самые основные и экономичные. Они работают путем модуляции ширины импульсов, которые соединяют панели с батареями.
Принцип работы:
- Соединяют/отключают панели быстро
- Поддерживают напряжение батарей постоянным
- Ток регулируется изменением ширины импульсов
- Напряжение панелей ≈ Напряжение батарей
Преимущества:
- Экономичные (50-200€)
- Простые и надежные
- Эффективность: 75-85%
Недостатки:
- Меньшая эффективность, чем MPPT
- Напряжение панелей должно быть похоже на напряжение батарей
- Меньшее использование панелей
- Соединяют/отключают панели быстро
- Поддерживают напряжение батарей постоянным
- Ток регулируется изменением ширины импульсов
- Напряжение панелей ≈ Напряжение батарей
Преимущества:
- Экономичные (50-200€)
- Простые и надежные
- Эффективность: 75-85%
Недостатки:
- Меньшая эффективность, чем MPPT
- Напряжение панелей должно быть похоже на напряжение батарей
- Меньшее использование панелей
37.5 Контроллеры MPPT
Контроллеры MPPT (Maximum Power Point Tracking) более продвинутые и эффективные. Они используют продвинутую электронику для постоянного извлечения максимальной мощности из солнечных панелей.
Принцип работы:
- Постоянно ищут точку максимальной мощности (MPP)
- Преобразуют оптимальное напряжение в напряжение батарей
- Эффективность: 92-98%
- Позволяют намного более высокие напряжения панелей, чем батареи
Преимущества:
- Более высокая эффективность (на 15-30% больше, чем PWM)
- Позволяют соединять панели в серии
- Лучшее использование в облачные дни
- Меньшие потери в кабелях
Недостатки:
- Более дорогие (200-800€)
- Более сложные
- Требуют конфигурации
- Постоянно ищут точку максимальной мощности (MPP)
- Преобразуют оптимальное напряжение в напряжение батарей
- Эффективность: 92-98%
- Позволяют намного более высокие напряжения панелей, чем батареи
Преимущества:
- Более высокая эффективность (на 15-30% больше, чем PWM)
- Позволяют соединять панели в серии
- Лучшее использование в облачные дни
- Меньшие потери в кабелях
Недостатки:
- Более дорогие (200-800€)
- Более сложные
- Требуют конфигурации
37.6 Сравнение PWM vs MPPT
| Характеристика | PWM | MPPT |
|---|---|---|
| Эффективность | 75-85% | 92-98% |
| Цена | 50-200€ | 200-800€ |
| Напряжение панелей | Похоже на батареи | До 150V или больше |
| Конфигурация панелей | В параллели | Серия или параллель |
| Сложность | Низкая | Высокая |
| Идеальное применение | < 1kW | > 1kW |
37.7 Фазы зарядки батарей
Типичные фазы зарядки:
1. Фаза Bulk (Быстрое поглощение):
- Максимальный постоянный ток
- Напряжение поднимается постепенно
- До напряжения поглощения
- Состояние: 0% до 80%
2. Фаза поглощения:
- Постоянное напряжение
- Ток уменьшается постепенно
- Пока ток не снизится до минимума
- Состояние: 80% до 95%
3. Фаза Float (Плавание):
- Сниженное напряжение
- Минимальный ток
- Поддерживает полный заряд
- Состояние: 100%
4. Фаза Equalization (только OPzS):
- Повышенное напряжение
- Контролируемая газификация
- Уравнивает все ячейки
- Каждые 30-60 дней
1. Фаза Bulk (Быстрое поглощение):
- Максимальный постоянный ток
- Напряжение поднимается постепенно
- До напряжения поглощения
- Состояние: 0% до 80%
2. Фаза поглощения:
- Постоянное напряжение
- Ток уменьшается постепенно
- Пока ток не снизится до минимума
- Состояние: 80% до 95%
3. Фаза Float (Плавание):
- Сниженное напряжение
- Минимальный ток
- Поддерживает полный заряд
- Состояние: 100%
4. Фаза Equalization (только OPzS):
- Повышенное напряжение
- Контролируемая газификация
- Уравнивает все ячейки
- Каждые 30-60 дней
37.8 Напряжения заряда по типу батареи
| Тип батареи | Absorption (12V) | Float (12V) | Equalization (12V) |
|---|---|---|---|
| OPzS (Жидкая) | 14.4-14.8V | 13.5-13.8V | 15.0-15.6V |
| OPzV (Гель) | 14.1-14.4V | 13.5-13.8V | Не требуется |
| AGM | 14.4-14.7V | 13.5-13.8V | Не требуется |
| Литий LiFePO4 | 14.2-14.6V | 13.5-13.8V | Не требуется |
37.9 Защиты контроллера
- Защита от перезарядки:
- Отключает панели при достижении максимального напряжения
- Защищает батареи от перезарядки
- Продлевает срок службы батарей
- Защита от глубокой разрядки:
- Отключает нагрузки при достижении минимального напряжения
- Защищает батареи от глубокой разрядки
- Автоматическое переподключение при восстановлении
- Защита от коротких замыканий:
- Защищает от коротких замыканий на выходе
- Немедленное отключение
- Электронная защита
- Защита от инверсии полярности:
- Защищает от перевернутого соединения
- Защищает панели и батареи
- Электронная защита
37.10 Компенсация температуры
Принцип:
- Батареи требуют различных напряжений согласно температуре
- При более высокой температуре: более низкое напряжение заряда
- При более низкой температуре: более высокое напряжение заряда
Типичный коэффициент:
- Свинцово-кислотные: -3mV/°C/ячейка
- Гель: -3mV/°C/ячейка
- AGM: -3mV/°C/ячейка
- Литий: -10mV/°C/ячейка (варьируется)
Пример (батарея 12V, 6 ячеек):
- Напряжение ссылки при 25°C: 14.4V
- Температура: 35°C
- Коррекция: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Скорректированное напряжение: 14.4 - 0.18 = 14.22V
- Батареи требуют различных напряжений согласно температуре
- При более высокой температуре: более низкое напряжение заряда
- При более низкой температуре: более высокое напряжение заряда
Типичный коэффициент:
- Свинцово-кислотные: -3mV/°C/ячейка
- Гель: -3mV/°C/ячейка
- AGM: -3mV/°C/ячейка
- Литий: -10mV/°C/ячейка (варьируется)
Пример (батарея 12V, 6 ячеек):
- Напряжение ссылки при 25°C: 14.4V
- Температура: 35°C
- Коррекция: (35-25) × (-0.003) × 6 = -0.18V
- Скорректированное напряжение: 14.4 - 0.18 = 14.22V
37.11 Выбор контроллера
- Максимальный ток:
- Больше или равно току короткого замыкания панелей
- I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
- Входное напряжение:
- Совместимо с конфигурацией панелей
- PWM: похоже на напряжение батарей
- MPPT: до 150V или больше
- Напряжение батарей:
- 12V, 24V или 48V
- Должно совпадать с банком
- Тип батареи:
- OPzS, OPzV, AGM или Литий
- Конфигурировать напряжения согласно типу
37.12 Размерение контроллера
Ток контроллера:
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Пример:
- 4 панели по 330W в параллели
- Isc на панель: 9A
- Isc общий: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Выбрать: Контроллер 45A или 50A
Входное напряжение (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
Должно быть похоже на напряжение батарей
Пример: 12V батареи → 17-18V панели
Входное напряжение (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
Может быть намного больше
Пример: 48V батареи → 120-150V панели
I_controller ≥ I_sc_panels × 1.25
Пример:
- 4 панели по 330W в параллели
- Isc на панель: 9A
- Isc общий: 4 × 9 = 36A
- I_controller ≥ 36 × 1.25 = 45A
- Выбрать: Контроллер 45A или 50A
Входное напряжение (PWM):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
Должно быть похоже на напряжение батарей
Пример: 12V батареи → 17-18V панели
Входное напряжение (MPPT):
V_mp_total = V_mp_panel × N_series
Может быть намного больше
Пример: 48V батареи → 120-150V панели
37.13 Конфигурация панелей
Последовательная конфигурация:
- Увеличивает напряжение: V_total = V_panel × N_series
- Сохраняет ток: I_total = I_panel
- Мощность: P_total = P_panel × N_series
Параллельная конфигурация:
- Сохраняет напряжение: V_total = V_panel
- Увеличивает ток: I_total = I_panel × N_parallel
- Мощность: P_total = P_panel × N_parallel
Смешанная конфигурация:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
- Увеличивает напряжение: V_total = V_panel × N_series
- Сохраняет ток: I_total = I_panel
- Мощность: P_total = P_panel × N_series
Параллельная конфигурация:
- Сохраняет напряжение: V_total = V_panel
- Увеличивает ток: I_total = I_panel × N_parallel
- Мощность: P_total = P_panel × N_parallel
Смешанная конфигурация:
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel
- P_total = P_panel × N_series × N_parallel
37.14 Установка контроллера
- Порядок соединения:
- 1º: Соединить батареи с контроллером
- 2º: Соединить панели с контроллером
- 3º: Соединить нагрузки с контроллером
- Расположение:
- Рядом с батареями
- Сухое и вентилируемое место
- Температура окружающей среды
- Защищено от пыли и влажности
- Соединения:
- Короткие кабели адекватного сечения
- Прочные и чистые соединения
- Правильная полярность (+/-)
- Соединение с землей обязательное
37.15 Конфигурация контроллера
- Тип батареи:
- Выбрать тип: OPzS, OPzV, AGM или Литий
- Конфигурирует напряжения автоматически
- Напряжение батарей:
- 12V, 24V или 48V
- Должно совпадать с банком
- Компенсация температуры:
- Активировать, если есть датчик
- Поместить датчик на батарею
- Защита глубокой разрядки:
- Конфигурировать минимальное напряжение
- Активировать защиту
37.16 Общие проблемы и решения
| Проблема | Причина | Решение |
|---|---|---|
| Не заряжается | Неправильное соединение, грязные панели | Проверить соединения, очистить панели |
| Перезарядка | Плохо сконфигурированные напряжения | Переконфигурировать напряжения |
| Глубокая разрядка | Чрезмерное потребление, мало батарей | Уменьшить потребление, добавить батареи |
| Не питает нагрузки | Разряженные батареи, активная защита | Зарядить батареи, проверить защиту |
| Перегрев | Плохая вентиляция, перегрузка | Улучшить вентиляцию |
37.17 Обслуживание контроллера
- Очистка:
- Регулярно очищать радиаторы
- Держать свободными от пыли
- Проверка соединений:
- Проверить прочные соединения
- Очистить клеммы, если необходимо
- Проверка температуры:
- Проверить, что не перегревается
- Обеспечить адекватную вентиляцию
- Проверка работы:
- Проверить правильную зарядку
- Проверить активные защиты
37.18 Выбор для систем Solener
Рекомендации для систем Solener:
Для малых систем (< 1kW):
- Контроллер PWM достаточен
- Экономичный и надежный
- Легкая конфигурация
Для средних/больших систем (> 1kW):
- Контроллер MPPT рекомендуется
- Более высокая эффективность (на 15-30% больше)
- Позволяет панели в серии
Конфигурация:
- Выбрать правильный тип батареи
- Конфигурировать напряжения согласно типу
- Активировать компенсацию температуры
- Конфигурировать адекватные защиты
Установка: - Правильный порядок соединения
- Рядом с батареями
- Хорошая вентиляция
- Прочные и чистые соединения
Для малых систем (< 1kW):
- Контроллер PWM достаточен
- Экономичный и надежный
- Легкая конфигурация
Для средних/больших систем (> 1kW):
- Контроллер MPPT рекомендуется
- Более высокая эффективность (на 15-30% больше)
- Позволяет панели в серии
Конфигурация:
- Выбрать правильный тип батареи
- Конфигурировать напряжения согласно типу
- Активировать компенсацию температуры
- Конфигурировать адекватные защиты
Установка: - Правильный порядок соединения
- Рядом с батареями
- Хорошая вентиляция
- Прочные и чистые соединения