PWM Solar Charge Controller - Werken, dimensionering en selectie

Wat is Pulsbreedtemodulatie (PWM) Solar Charge Controller?

Wat is pulsbreedtemodulatie of een PWM-laadcontroller?

Een PWM (Pulsbreedtemodulatie ) controller is een (elektronische) overgang tussen de zonnepanelen en de batterijen:

De zonnelaadcontroller (vaak de regelaar genoemd) is identiek aan de standaard batterijlader, d.w.z. hij regelt de stroom die van het zonnepaneel naar de batterijbank vloeit om te voorkomen dat overladen van de batterijen. Net als bij een standaard batterijlader, is deze geschikt voor verschillende soorten batterijen.

De absorptiespanning kan de float-spanning selecteren en kan vaak ook de tijd en staartstroom instellen. Ze zijn het meest geschikt voor lithium-ijzerfosfaatbatterijen, aangezien wanneer de controller volledig is opgeladen, deze op de vaste vlotter blijft of de rest van de dag een spanning van ongeveer 13,6 V (3,4 V per cel) behoudt.

Het meest populaire oplaadprofiel is dezelfde eenvoudige volgorde als op een kwaliteitsnetadapter, d.w.z. bulkmodus – absorptiemodus – zweefmodus. Toegang tot de bulkoplaadmodus vindt plaats op:

• Zonsopgang in de ochtend
• Als de accuspanning de gespecificeerde spanning langer dan een gespecificeerde periode daalt, bijvoorbeeld 5 seconden (re-entry)

Deze terugkeer naar de bulkmodus werkt beter voor loodzuuraccu's, aangezien de spanningsdaling en -daling significanter zijn dan op lithium gebaseerde accu's, die een hogere, stabielere spanning behouden voor de rest van de ontslagperiode.

• Gerelateerde post:MPPT Solar Charge Controller – Werken, dimensionering en selectie

In de zonnelaadcontroller:

• De schakelaar is AAN terwijl de oplaadmodus in de bulkoplaadmodus staat.
• De schakelaar is AAN en uit wanneer nodig (pulsbreedte gemoduleerd) om de batterijspanning van de absorptie te behouden.
• Het is UIT aan het einde van de absorptie wanneer de batterijspanning daalt tot de druppelspanning.
• De schakelaar is indien nodig weer AAN en UIT (pulsbreedte-gemoduleerd) om de accuspanning op de druppelspanning te houden.

Merk op dat wanneer de schakelaar uit staat, de paneelspanning gelijk is aan de nullastspanning (Voc). Als de knop op het paneel zit, zal de spanning gelijk zijn aan de accuspanning + de spanning tussen het bord en de controller neemt af.

De beste match voor een PWM-controller:

Het best passende paneel voor een PWM-controller is een paneel met een net daarboven voorziene spanning voor het opladen van de batterij en rekening houdend met de temperatuur, meestal een bord met een V_mp (maximale spanning) van ongeveer 18V om een ​​12V-batterij op te laden. Ze worden soms een 12V-rij genoemd, ook al hebben ze een V_mp van ongeveer 18V.

Hieronder staat het blokschema van een typische PWM-zonnelaadcontroller.

PMW 3-traps opladen

Bulkkosten: Het bulklaadniveau is waar het PV-apparaat een groot deel van de batterijlading voortzet. Het apparaat laadt de batterij op met een hoge stroom en spanning wanneer de spanning laag is. Wanneer de spanning aan het einde van de batterij tijdens het instellen groter is dan deze onderhoudswaarde, moet het direct opladen stoppen.

Kosten absorberen: Gewoonlijk wacht de batterij na de eerste laadstap een tijdje om de spanning op natuurlijke wijze te laten dalen en bereikt dan de gebalanceerde laadfase. De fase wordt ook wel constant voltage-opladen genoemd.

Float Charge: Het is de laatste fase van 3-traps opladen, ook wel druppelladen genoemd. Het straaltje is een lichte laadstroom naar de batterij met een laag tempo en stabiel. De meeste oplaadbare batterijen verliezen stroom wanneer ze volledig gevoed worden door zelfontlading. Als het opladen op dezelfde lage stroomsterkte blijft als de zelfontladingssnelheid, kan het de oplaadcapaciteit behouden.

PWM Solar Controller Voordelen:

• De PWM-regelaar heeft volwassen en gevestigde technieken.
• Eenvoudige structuur en kosteneffectief
• Eenvoudige inzet van de PWM-regelaar
• Het lagere budget op een klein initiatief

PWM Solar Charge Controller Nadelen:

• Lage conversieratio
• Ingangsspanning moet in evenwicht zijn met de bankspanning van de batterij.
• Minder schaalbaarheid voor apparaatontwikkeling
• Minder laadmodus
• Minder bescherming;

Gerelateerde berichten: Een inleiding tot algoritmen voor het maximale stroompunt in PV-systemen

De functie van de Solar Charge Controller:

De centrale laadcontroller regelt in wezen de spanning van het apparaat en opent het circuit, waardoor het opladen stopt als de accuspanning tot een bepaald bedrag stijgt. Meer laadcontroles gebruikten een mechanisch relais om de baan te openen of af te sluiten, te stoppen of te starten met stroom van de elektrische opslageenheid.

Over het algemeen zijn 12V-batterijen bedoeld voor toepassingen op zonne-energie. Zonnepanelen kunnen veel meer spanning transporteren dan de batterij nodig heeft om op te laden. De laadspanning wordt op het hoogst mogelijke niveau gehouden terwijl de tijd die nodig is om de elektrische opslagapparatuur volledig in te stellen minimaal is. Het helpt de zonnesystemen om continu optimaal te werken. De vermogensdissipatie van de draden is aanzienlijk laag door een hogere spanning in de kabels van de zonnepanelen naar de laadregelaar te laten lopen.

Solar-laadcontrollers kunnen ook de stroom van omgekeerde elektriciteit regelen. De laadregelaars detecteren of er geen stroom van de zonnepanelen komt en openen het circuit dat de zonnepanelen van de batterijapparaten scheidt en de tegenstroom stopt.

Soorten zonneladercontroller:

Drie typen van de zonnelaadcontroller

1) Eenvoudige 1- of 2-fase besturing:heeft geschakelde transistoren om de spanning in één of twee stappen te regelen.

2) PWM (pulsbreedte-gemoduleerd):dit is de traditionele vorm van de laadcontroller, bijvoorbeeld xantrex, Blue Sky, enzovoort. Het is momenteel de industrienorm.

3) Maximum power point tracking (MPPT):MPPT identificeert de optimale bedrijfsspanning en stroomsterkte van het zonnepaneeldisplay en komt overeen met die van de elektrische celbank.

Afmetingen van een PWM-zonnelaadcontroller

PWM-controllers kunnen hun huidige prestaties niet beperken. Ze gebruiken gewoon de huidige collectie. Als het zonnepaneel daarom 40 ampère stroom genereert en de laadregelaar die u gebruikt slechts 30 ampère heeft, kan de regelaar beschadigd raken. Het is essentieel om ervoor te zorgen dat uw laadcontroller parallel is, compatibel is met en de juiste maat heeft voor uw panelen.

Als je naar een laadcontroller kijkt, worden veel items bekeken in de lijst met functies of tags. Een PWM-controller zou een versterker hebben die wordt uitgelezen, bijvoorbeeld een PWM-controller van 30 ampère. Het geeft aan hoeveel ampère de controller kan bevatten, in het bovenstaande voorbeeld 30 ampère. Over het algemeen zijn de stroomsterkte en spanning de twee dingen waar u naar wilt kijken bij een PWM-besturing.

Vervolgens willen we kijken naar de nominale apparaatspanning. Het zou ons informeren met welke spanning de batterijbanken van de controller voldoen. U kunt in deze situatie 12V of 24V accubanken gebruiken. De controller zou niet kunnen werken op iets hogers, zoals een 48V-batterijbank.

Ten tweede is de nominale stroom van de batterij belangrijk. Laten we in dit geval aannemen dat u een laadregelaar van 30 ampère heeft. Een beschermingsgraad van minimaal 1,25 wordt aanbevolen, wat betekent dat je de stroom van de panelen kunt gemiddelde met 1,25 en deze gelijk kunt stellen aan 30 ampère. Bijvoorbeeld, vijf 100 watt panelen zullen 5,29 x 5 =26,45 ampère parallel zijn. 26.45 Ampère x 1.25 =33 Ampère, en dat is te veel voor de controller. Het paneel zal meer stroom ondervinden dan wordt gewaardeerd wanneer de blootstelling aan zonnestralen hoger is dan 1000 watt/m^2.

Ten derde moeten we kijken naar de maximale input van zonne-energie. Het laat zien hoeveel volt je op de controller kunt krijgen. Deze controller kan niet meer dan 50 volt verdragen. Er wordt gekeken naar het maken van 2 x 100 Watt panelen in serie met een totaal van 22,5V (nulspanning) x 2 =45 volt. In dit geval is het oké om deze twee panelen in serie te schakelen.

Ten vierde zouden we de terminals eens moeten bekijken. Elke controller heeft meestal de maximale grootte van de terminalmeter. Het is van cruciaal belang bij het kopen van bedrading voor uw machine.

Kijk ten slotte naar het type batterij. Het vertelt ons welke batterijen compatibel zijn met de laadregelaar. Het is essentieel om te controleren of u geen batterijen wilt hebben die de controller niet van stroom kan voorzien.

Laten we het volgende nog een basisvoorbeeld bekijken voor het dimensioneren van een PWM-zonnelaadcontroller.

Voorbeeld:

Wat is de geschikte maat van de PWM-zonnelaadregelaar voor een 100W, 12V zonnepaneel met I_SC (kortsluitstroom) van 8A?

Oplossing:

We zullen de veiligheidsfactor van 25% stroom moeten toevoegen, d.w.z. 1,25 x I_SC om de juiste maat zonnelaadcontroller te vinden.

Op deze manier; 8A x 1,25 =10A.

Daarom kunt u veilig een 10A, 12V gebruiken van zonnelaadcontroller voor dit basis zonnepaneelsysteem.

Een andere manier, als de totale aangesloten DC-belasting 12V, 95W is.

Nominale belastingsstroom =Totale DC-belasting / Nominale systeemspanning =95W / 12V

Nominale belastingsstroom =7,91 A

Veiligheidsfactor x nominale belastingsstroom

1,25 x 7,91 =9,9A

Ten slotte een basismethode voor machtsformules, d.w.z. P =V x I

ik =(P/V) x 1,25

I =(95W/12V) x 1,25

I =9.9A

Houd er rekening mee dat u dezelfde formule moet toepassen voor serie- en parallel geschakelde zonnepanelen en batterijen volgens de spannings- en stroomwaarden. Mogelijk ziet u in het vorige bericht een meer opgelost voorbeeld voor het dimensioneren van PWM en MMPT Charge Controller.

De discrepantie tussen PWM- en MPPT-zonnebelastingregelaars

De kern van het verschil is:

• Met de PWM-controller wordt de stroom net boven het batterijniveau uit het paneel getrokken terwijl
• Met de MPPT-controller trekt de stroom uit het paneel bij de knop "maximale voedingsspanning" (beschouw de MPPT-controller als een "slimme DC-naar-DC-converter").

Je ziet ook slogans zoals "je krijgt 20% of meer energie van een MPPT-controller." Deze extra verschilt ook aanzienlijk, en het volgende is een verwijzing naar of het paneel in de volle zon staat en de controller in de bulklaadmodus staat. Spanningsdalingen negeren, met een eenvoudig paneel en eenvoudige wiskunde als voorbeeld:

• Maximum stroomstroom paneel (Imp)  =5,0 A
• Maximum voedingsspanning paneel (Vmp)  =18V

De spanning van de oplader =13V (de batterijspanning kan variëren tussen bijvoorbeeld 10,8V volledig ontladen en 14,4V tijdens de absorptie-oplaadmodus). Bij 13 V zou de paneelversterker iets hoger zijn dan de totale eindversterker, zeg 5,2 A.

Met een PWM-controller is de output van het paneel 5,2A*13V =67,6 watt. Deze som van het vermogen zou ongeacht de paneeltemperatuur worden afgenomen, op voorwaarde dat de paneelspanning boven de accuspanning blijft.

Met een MPPT-controller is het uitgangsvermogen van het paneel 5,0A*18V =90 watt, d.w.z. 25 procent hoger. Dit is echter overdreven ambitieus aangezien de spanning afneemt naarmate de temperatuur stijgt; neem dus aan dat de paneeltemperatuur stijgt tot 30°C boven de normale testcondities (STC) temperatuur van 25°C. De spanning daalt met 4 procent bij elke tien °C, d.w.z. in totaal 12 procent, de output van de MPPT zou 5A*15,84V =79,2W zijn, d.w.z. 17,2 procent meer vermogen dan de PWM-controller.

Er is dus een toename van het oogsten van energie voor de MPPT-besturingen, maar de procentuele toename van het oogsten verschilt aanzienlijk in de loop van de dag.

Voordelen van PWM-oplader

Het opladen van een batterij op zonne-energie is een unieke en uitdagende uitdaging. Vroeger werden essentiële aan-uit-regelaars gebruikt om de batterij van gas te verminderen wanneer het zonnepaneel overtollige elektriciteit leverde. Naarmate de zonnestelsels evolueerden, werd het echter duidelijk hoezeer deze simplistische instrumenten hadden geknoeid met het laadproces.

De ervaring van aan-uit-regelaars was vroege batterijfouten, toenemende stroomonderbrekingen en toenemende frustratie van de consument. PWM is onlangs naar voren gekomen als de eerste doorbraak in het opladen van zonnebatterijen. PWM-zonneladers gebruiken hardware die vergelijkbaar is met de meeste moderne, hoogwaardige batterijladers.

Als de batterijspanning de regellimiet overschrijdt, verlaagt het PWM-algoritme langzaam de laadstroom om te voorkomen dat de batterij wordt verwarmd en gasvormig, terwijl het opladen de totale hoeveelheid energie begint terug te geven in de kortst mogelijke tijd naar de batterij. Het resulteert in een betere oplaadefficiëntie, snel opladen en een batterij die lang meegaat bij maximaal vermogen.

Bovendien biedt deze nieuwe manier van opladen van zonnebatterijen een aantal zeer fascinerende en ongebruikelijke PWM-pulsatievoordelen.

Deze omvatten:

1. Mogelijkheid om minder batterijvermogen te herstellen en de batterij te laten leeglopen
2. Verhoog de goedkeuring van de batterijlading drastisch.
3. Behoud een hoge totale batterijcapaciteit (90 procent tot 95 procent) in vergelijking met aan-uit gecontroleerde oplaadstatussen, meestal tussen 55 procent en 60 procent.
4. Egaliseer de driftcellen van de batterij.
5. Beperk de verwarming en vergassing van de batterij.
6. Automatisch compenseren voor de leeftijd van de batterij.
7. Zelfregulering van spanningsstijgingen en temperatuureffecten in zonnestelsels

De beste zonnecontroller kiezen

De PWM is een goede goedkope optie:

• Voor kleinere apparaten
• Waar de betrouwbaarheid van het apparaat niet essentieel is (het laadproces)
• Voor zonnepanelen met een nominale spanning (Vmp) tot 18V voor het opladen van een 12V-accu (36V voor 24V-accu, etc.)
• De MPPT-controller is bij uitstek geschikt voor:
• Voor uitgebreidere netwerken waar 20%* of meer extra energie oogsten de moeite waard is;
• Waar de spanning van het zonnepaneel aanzienlijk groter is dan de accuspanning, bijvoorbeeld bij het gebruik van huispanelen voor het opladen van 12V-accu's;

Toepassingen

In de afgelopen dagen is de methode om elektriciteit uit zonlicht te produceren gebruikelijker geworden dan andere alternatieve bronnen, en fotovoltaïsche panelen zijn emissievrij en vereisen geen hoog onderhoud. Hier zijn enkele voorbeelden waarbij we zonne-energie gebruiken.

• Straatlantaarns gebruiken fotovoltaïsche cellen om zonlicht om te zetten in elektrische gelijkstroom. Deze machine gebruikt een oplaadapparaat op zonne-energie om gelijkstroom in de batterijen op te slaan en gebruikt deze op verschillende locaties.
• Thuissystemen gebruiken de PV-module voor huishoudelijke doeleinden.
• Het hybride zonnepaneel gebruikt verschillende energiebronnen om fulltime back-upleveringen aan andere bronnen te leveren.

Opmerking:dit artikel is gepubliceerd door www.electricaltechnology.org