В даний час все більшу популярність набирають системи, в яких не потрібне підключення до мережі електроживлення. До складу системи входять: генератор енергії, контролер (ШІМ, МРРТ, наприклад, фірма Arduino), реле, інвертор (здійснюєповорот струму) і дроти. Нижче представлені різні варіанти отримання енергії з використанням природних джерел і перетворенням їх енергії.
Контролер заряду сонячних батарей з цифровим дисплеєм Morningstar
Системи автономного забезпечення енергією
Вітрогенератори
Затребувані в місцевості з сильними вітрами, інакше їх рентабельність помітно падає. Дані системи прості в експлуатації і обслуговуванні.
Принцип дії вітрогенераторів полягає в перекладі кінетичної енергії вітру в механічну енергію лопатей, з'єднаних з ротором, а далі - в електричну.
- Система повністю автономна, паливо не потрібно.
- Проста конструкція, яка не потребує дорогого обслуговування. Ремонт зводиться до профілактичного огляду.
- Для безперебійної роботи не потрібно зупинка системи. При відсутності вітру енергія споживачам йде з акумуляторних батарей.
- Безшумна робота системи досягнута за рахунок прогресивних матеріалів і конструкцій вітрогенераторів.
Для отримання оптимальних показників необхідно щоб були виконані наступні умови:
- Стійкий вітер. Перед установкою потрібно передбачити відсутність поблизу лісів і парків, показники швидкості і сили вітряних потоків.
- Для установки знадобиться спеціальна техніка для установки щогли вітрогенератора.
- Періодично оновлювати мастильні матеріали для тривалої служби системи.
Сонячні панелі (батареї)
У порівнянні з вітрогенераторами у сонячних батарей більш складний процес виготовлення, в зв'язку з чим їх вартість буде вище. Але такі системи більш технологічні по ряду переваг:
- Так само, як і вітрогенератори, сонячні батареї не потребують палива, працюють безшумно і без перерви.
- Більш довговічні. Час експлуатації перевищує вітрогенератори на 10 років.
- Більш доступна кінетична енергія. Сонячне світло більш постійний, ніж пориви вітру.
- Область установки. Сонячна енергія набагато доступніше вітру.
- Регулювання потужності. У вітрогенераторів потужність фіксована, а на сонячних батареях є можливість встановлювати потрібну в залежності від потреб.
Сонячні батареї, встановлені на даху житлового будинку
гібридні системи
Об'єднавши вітрогенератори і сонячні батареї, ми отримаємо систему, в якій будуть компенсовані недоліки отримання енергії. Основним джерелом є вітрогенератор, він вимагає менше витрат на установку і простіше в обслуговуванні. В якості додаткового джерела енергії застосовують сонячні фотовольтаїчні панелі. У разі штилю вони візьмуть на себе функцію виробництва електроенергії.
контролери
Одним з найважливіших складових є контролери заряду. Вони служать для контролю і регулювання заряду акумуляторних панелей.
Відомий факт, що повне розрядження, як і надмірна зарядка, впливають на подальшу роботу акумуляторних батарей. Особливо чутливими є свинцево-кислотні акумуляторні панелі. Для запобігання батарей від цих навантажень і служить регулятор. При максимальній зарядці АКБ (акумуляторної батареї) за допомогою контролерів рівень струму буде знижений, при зниженні заряду до критичних значень подача енергії буде зупинена.
типи контролерів
Існує кілька типів регуляторів: On / Off, ШІМ і МРРТ.
Перед підбором пристрою необхідно відповісти на два основних питання:
- Яка напруга на вході?
- Який номінальний струм?
Автоматичний контролер заряду з регулятором MPPT для сонячних батарей
Як і у більшості пристроїв, обов'язкова наявність прочностного запасу. Максимальна напруга контролера повинна перевищувати загальну напругу на 20 відсотків. Для визначення запасу номінального струму потрібно до величини струму короткого замикання сонячних батарей додати 10-20 відсотків, також дане значення залежить від типу регулятора. Ці дані можна знайти в технічних паспортах контролерів. Наприклад, для контролера сонячних батарей SOL4UCN2 (ШІМ) вихідна напруга струму приймає значення 3 вольта, 6 вольт, 12 вольт. Також можливо підібрати контролери з вихідною напругою 36 або 48 вольт. До того ж необхідно передбачити інвертор для перетворення струму.
Контролери On / Off
У лінійці контролерів є найпростішими і, відповідно, недорогими. Коли заряд акумулятора досягає граничного значення, контролер розриває з'єднання між сонячною панеллю і батареєю за допомогою реле. Насправді батарея в повному обсязі заряджена, що впливає на подальшу працездатність акумулятора. Тому незважаючи на низьку вартість, краще не використовувати регулятор даного типу.
Контролер On / Off для сонячних батарей
ШІМ (PWM) - контролери
Для цього типу контролера застосована технологія широко-імпульсної модуляції. Перевагою є припинення заряду акумуляторної батареї без від'єднання сонячних модулів, що дозволяє продовжити зарядку АКБ до максимального рівня. Рекомендована область застосування - системи з невеликою потужністю (до 48 вольт).
МРРТ - контролери
Maximum power point tracker контролер з'явився 80-х роках. Найефективнішим по праву вважається саме цей тип контролера. Він відстежує максимальний енергетичний пік і знижує напругу, але збільшує силу струму, не змінюючи потужність. Завдяки високому коефіцієнту корисної дії МРРТ - контролери скорочують термін окупності сонячних станцій. Вихідні напруги варіюються від 12 до 48 вольт.
саморобні контролери
Безумовно, можна зробити контролер своїми руками. Прототипом служить. У його схемі за допомогою реле комутується сигнал, отриманий з вітрогенераторів або сонячних батарей. Реле управляється за допомогою порогової схеми і польового транзисторного ключа. Підлаштування резистори регулюють пороги перемикання режиму.
Схема для створення контролера своїми руками
В даній схемі використано 8 резисторів в якості навантаження для утилізації енергії. Ця схема є первинною, її можна спростити самостійно, а можна вдатися до допомоги достовірних джерел. Незважаючи на очевидну простоту конструкції, не рекомендується використовувати контролери, створені своїми руками, щоб уникнути несприятливих наслідків, таких як псування АКБ, наприклад (при напрузі 36-48 вольт).
Гібридним контролером вважається контролер, який використовує енергію вітру і сонця. Його перевагою є можливість використання двох джерел струму (вітрогенератора або сонячної батареї) спільно або поперемінно. Незамінний для автономних виробництв.
Додаткові функції акумуляторних батарей
Прогрес не стоїть на місці і завдяки йому можна підібрати контролер з потрібними характеристиками для кожного споживача індивідуально. Модель контролера може включати в себе дисплей з виведенням інформації про батарею, реле, сонячних панелях, кількості заряду, напрузі (вольт), струмі. Також може бути присутнім система оповіщення при наближенні розрядки і таймер для активації нічного режиму. Існують контролери з можливістю підключення до комп'ютера.
Контролер з можливістю підключення до комп'ютера I-Panda SMART 2
платформа контролера
Одним з оптимальних варіантів служить платформа фірми Arduino (Ардуіно). Плюсів достатньо багато. Основною перевагою є доступність, адже програмна оболонка безкоштовна. Друковані плати є у вільному доступі. Завдяки відкритій архітектурі системи проблем з доповненням лінійки не виникне. Дані контролери підтримують двигуни з напругою до 12 вольт, можна підключити реле. Також Arduino випускають і інші апаратно-програмні засоби. Наприклад, мікроконтролери, для підживлення яких потрібно 5 вольт або 3,3 вольта. До того ж програмістам доступні більш доступного режиму портів (ШІМ, АЦП).
Пристрій, що допомагає сигналу зробити поворот на 180 0. перетворювати постійний струм в змінний. При цьому частота і / або напруга змінюється. Схем інверторів досить велика кількість, найбільш часто зустрічаються є три типи.
Схема мостового інвертора без трансформатора
Перший тип - це мостові інвертори без трансформатора, застосовуються для установок з високими напругами (від 220 до 360 вольт). До другого типу відносять інвертори з нульовим виводом трансформатора, використовують в системах з низькою напругою (12-24 вольт). І третім типом є мостові інвертори з трансформатором. Їх застосовують для великих діапазонів напружень потужності (48 вольт).
Країни-виробники
На ринку представлено безліч контролерів заряду з різними модифікаціями, що відрізняються як за ціною, так і за якістю. Серед контролерів російського виробництва найкращими варіантами є виробники: Емікон, Автоматика-с, Овен. Дані фірми на ринку контролерів знаходяться вже багато років і цілком зарекомендували себе. Серед контролерів зарубіжного виробництва лідерами вважаються Allen-Bradley, MicroLogix (дочірнє виробництво Allen Bradley) і SLC 500. Головним критерієм вибору саме цих виробників є велика область застосування, т. Е. Контролери даних фірм можна використовувати в різних сферах і для різних цілей.
Контролери зарубіжного виробництва MicroLogix
розрахунок системи
Щоб правильно розрахувати систему, необхідно діяти послідовно. У більшості випадків приймається стандартна напруга 220 вольт. Для початку потрібно задатися кутом повороту сонячних панелей.
Потім оцінюють приблизну продуктивність. Для цього потрібно розрахувати мінімальну і максимальну сонячну активність для річного циклу. Ці значення також будуть залежати від географічного розташування.
Далі йде вибір інвертора. Одними з основних критеріїв вибору є коефіцієнт корисної дії і різні захисні механізми.
Акумуляторні батареї підбираються по робочої ємності і струму в залежності від потреб споживача. З'єднання акумуляторів можливо як послідовно, так і паралельно. Для більшої надійності рекомендується, щоб АКБ були однією потужності, в ідеалі випущені однією партією. В основному використовуються свинцево-кислотні акумуляторні батареї, але останнім часом через зниження цін конкурентоспроможними стають літійіонних АКБ. Їх відмінність полягає в більшій питомій ємності, але для літійіонних акумуляторів потрібно спеціальний зарядний пристрій, багато регулятори їм просто-напросто не підійдуть.
Контролер заряду сонячних батарей МРРТ Tracer 1215RN
При використанні МРРТ-контролерів необхідно враховувати максимальний вихідний струм контролера, а не первинного джерела. У ШІМ-контролерів таку особливість немає.
Ще одним аспектом, що вимагає уваги, є вибір реле і проводів. Їх довжина повинна бути мінімальною, щоб уникнути додаткових втрат. Само собою, дроти потрібно підбирати в залежності від потреб, адже їх характеристики залежать від поперечного перерізу проводу і матеріалу, з якого вони виготовлені. Проводи повинні витримувати зазначену напругу від 12 до 48 вольт. Також не варто нехтувати ізоляційним матеріалом, він безпосередньо впливає на теплопровідність проводів.
Незалежно від типу регулятора (ШІМ, МРРТ або виготовлений своїми руками), необхідно враховувати параметри всієї системи для більш продуктивної роботи (в тому числі напруга від 12 до 48 вольт). Зараз вибір моделей на ринку необмежений, але не варто брати перший-ліпший, потрібно ретельно ознайомитися з характеристиками, адже від цього залежить довговічність і надійність інших компонентів.
Принцип роботи контролера заряду сонячних батарей
При правильному підборі складових частин системи, кутів повороту сонячних панелей і їх географічного розташування можна створити економічну систему отримання енергії без додаткових джерел живлення. Причому багато можна зробити своїми руками, купуючи тільки основні частини (наприклад, платформу Arduino), не вимагаючи додаткових витрат.
Схожі статті