Solar Charge Controller untuk Bateri 100 Ah

Pengawal caj solar yang komprehensif ini direka untuk mengecas bateri 12 V 100 Ah yang besar dengan kecekapan maksimum. Pengecas solar praktikal sangat mudah dari segi pengecasan bateri, litar pintas beban, atau keadaan semasa.

Unsur utama litar pengatur solar 100 Ah ini adalah, jelas panel solar dan bateri (12 V). Bateri di sini berfungsi sebagai unit simpanan tenaga.

Lampu DC voltan rendah dan barang seperti itu boleh digerakkan terus dari bateri, sementara a penyongsang kuasa boleh dikendalikan untuk menukar voltan bateri langsung menjadi 240 V AC.

Walaupun begitu, semua aplikasi ini biasanya bukan topik kandungan ini, yang menjadi tumpuan menyambungkan bateri dengan panel solar . Nampaknya terlalu menggoda untuk menyambungkan panel solar secara langsung dengan bateri untuk dicas, tetapi itu tidak pernah digalakkan. Yang sesuai pengawal cas sangat penting untuk mengecas sebarang bateri dari panel solar.

Kepentingan utama pengawal cas adalah untuk mengurangkan arus pengecasan semasa cahaya matahari puncak ketika panel solar memperoleh jumlah arus yang lebih tinggi melebihi tahap bateri yang diperlukan.

Ini menjadi mustahak kerana pengecasan dengan arus yang tinggi mungkin menyebabkan kerosakan bateri secara kritikal, dan tentunya dapat menurunkan jangka hayat bateri.

Tanpa pengawal caj, bahaya mengecas bateri secara berlebihan biasanya akan berlaku, kerana output arus panel suria secara langsung ditentukan oleh tahap penyinaran dari matahari, atau jumlah cahaya matahari yang terjadi.

Pada asasnya, anda akan menemui beberapa kaedah untuk mengatur arus pengecasan: melalui pengatur siri atau pengatur selari.

Sistem pengatur siri biasanya dalam bentuk transistor yang diperkenalkan secara bersiri antara panel solar dan bateri.

Pengatur selari adalah dalam bentuk a pengatur 'shunt' terpasang selari dengan panel solar dan bateri. The Pengatur 100 Ah dijelaskan dalam catatan ini sebenarnya adalah pengawal selia suria jenis selari.

Ciri utama a pengatur shunt adalah bahawa ia tidak memerlukan arus yang tinggi sehingga bateri terisi penuh. Secara praktiknya, penggunaannya sendiri pada masa ini sangat sedikit sehingga tidak boleh diabaikan.

Sekali bateri dicas sepenuhnya , bagaimanapun, lebihan daya itu habis menjadi panas. Khususnya pada panel suria yang lebih besar, suhu tinggi memerlukan struktur pengatur yang agak besar.

Bersama dengan tujuan sebenarnya, layak pengawal cas juga memberikan keselamatan dalam banyak cara, bersama dengan perlindungan dari pengosongan bateri yang mendalam, dan fius elektronik dan keselamatan yang boleh dipercayai terhadap pembalikan polariti untuk bateri atau panel solar.

Hanya kerana keseluruhan litar didorong oleh bateri melalui diod pelindung kekutuban yang salah, D1, pengatur pengisian solar terus berfungsi dengan normal walaupun panel solar tidak membekalkan arus.

Litar menggunakan voltan bateri yang tidak terkawal (simpang D2 -R4) bersama dengan voltan rujukan yang sangat tepat iaitu 2.5 V. yang dihasilkan menggunakan diod zener D5.

Oleh kerana pengatur pengecasan dengan sendirinya berfungsi dengan sempurna dengan arus yang lebih rendah dari 2 mA, bateri hampir tidak dimuat pada waktu malam, atau setiap kali langit mendung.

Penggunaan arus minimum oleh litar dicapai dengan menggunakan MOSFET jenis BUZ11, T2 dan T3, yang beralihnya bergantung kepada voltan, ini membolehkan mereka berfungsi pada daya pemacu hampir sifar.

Cadangan solar yang dicadangkan untuk bateri 100 Ah memantau bateri voltan dan mengatur tahap konduksi transistor T1.

Semakin besar voltan bateri, semakin tinggi arus yang melalui T1. Akibatnya, penurunan voltan di sekitar R19 menjadi lebih tinggi.

Voltan di R19 ini menjadi voltan beralih pintu untuk MOSFET T2, yang menyebabkan MOSFET beralih lebih keras, menurunkan rintangan longkang ke sumbernya.

Oleh kerana itu panel suria akan dimuat dengan lebih banyak yang menghilangkan arus berlebihan melalui R13 dan T2.

Schottky diode D7 melindungi bateri daripada pembalikan terminal + dan - panel solar secara tidak sengaja.

Diod ini juga menghentikan aliran arus dari bateri ke panel suria sekiranya voltan panel jatuh di bawah voltan bateri.

Bagaimana Pengawal Selia Berfungsi

Gambarajah litar pengatur pengecas solar 100 Ah dapat dilihat pada gambar di atas.

Unsur utama litar adalah beberapa MOSFET 'berat' dan IC op empat kali ganda.

Fungsi IC ini, dapat dibahagikan kepada 3 bahagian: pengatur voltan yang dibina di sekitar IC1a, pengawal over -charge bateri yang dikonfigurasi di sekitar IC1d dan elektronik perlindungan litar pintas berwayar di sekitar IC1c.

IC1 berfungsi seperti komponen kawalan utama, sementara T2 berfungsi sebagai perintang daya yang dapat disesuaikan. T2 bersama R13 berkelakuan seperti beban aktif pada output panel suria. Fungsi pengatur agak sederhana.

Bahagian voltan bateri yang berubah-ubah digunakan pada input pembalikan kawalan op amp IC1a melalui pembahagi voltan R4-P1-R3. Seperti yang dibincangkan sebelumnya, voltan rujukan 2.5-V digunakan pada input pembalik op amp.

Prosedur kerja peraturan suria cukup linear. IC1a memeriksa voltan bateri, dan setelah mencapai pengisian penuh, ia akan menghidupkan ON T1, T2, menyebabkan pengurangan voltan solar melalui R13.

Ini memastikan bahawa bateri tidak terlalu terisi atau diisi oleh panel solar. Bahagian IC1b dan D3 digunakan untuk menunjukkan keadaan 'pengecasan bateri'.

LED menyala ketika voltan bateri mencapai 13.1V, dan ketika proses pengisian bateri dimulakan.

Bagaimana Tahap Perlindungan Berfungsi

Opamp IC1d disediakan seperti pembanding untuk memantau bateri lemah tahap voltan, dan memastikan perlindungan terhadap pelepasan dalam, dan MOSFET T3.

Voltan bateri pertama kali berkadar menurun hingga sekitar 1/4 dari nilai nominal oleh pembahagi resistif R8 / R10, setelah itu dibandingkan dengan voltan rujukan 23 V yang diperoleh melalui D5. Perbandingan dilakukan oleh IC1c.

Perintang pembahagi berpotensi dipilih sedemikian rupa sehingga output IC1d turun lebih rendah apabila voltan bateri jatuh di bawah nilai anggaran 9 V.

MOSFET T3 kemudiannya menghalang dan memutuskan hubungan tanah di atas bateri dan muatan. Oleh kerana histeresis yang dihasilkan oleh perintang maklum balas R11, pembanding tidak berubah keadaan sehingga voltan bateri mencapai 12 V lagi.

Kapasitor elektrolitik C2 menghalang perlindungan pelepasan dalam daripada diaktifkan oleh penurunan voltan seketika kerana, misalnya, pengaktifan beban besar.

Perlindungan litar pintas yang termasuk dalam litar berfungsi seperti sekering elektronik. Apabila litar pintas berlaku secara tidak sengaja, ia memutuskan beban dari bateri.

Perkara yang sama juga dilaksanakan melalui T3, yang menunjukkan fungsi kembar penting MOSFET T13. MOSFET bukan sahaja berfungsi sebagai pemutus litar pintas, persimpangan saluran ke sumber juga memainkan peranannya seperti perintang pengkomputeran.

Kejatuhan voltan yang dihasilkan di perintang ini dikurangkan oleh R12 / R18 dan seterusnya digunakan pada input pembalik IC1c.

Di sini juga, voltan tepat yang diberikan oleh D5 digunakan sebagai rujukan. Selama perlindungan litar pintas tetap tidak aktif, IC1c terus memberikan output logik 'tinggi'.

Tindakan ini menyekat konduksi D4, sehingga output IC1d semata-mata memutuskan potensi gerbang T3. Julat voltan gerbang sekitar 4 V hingga 6 V dicapai dengan bantuan pembahagi resistif R14 / R15, yang memungkinkan penurunan voltan yang jelas dapat dicapai melalui persimpangan longkang ke sumber T3.

Setelah arus beban sampai ke tahap tertinggi, penurunan voltan meningkat dengan cepat sehingga tahap cukup untuk menukar IC1c. Ini menyebabkan outputnya menjadi rendah logik.

Oleh kerana itu, kini diod D4 diaktifkan, membolehkan pintu T3 dipendekkan ke tanah. Kerana ini sekarang MOSFET dimatikan, menghentikan aliran semasa. Rangkaian R / C R12 / C3 memutuskan masa tindak balas sekering elektronik.

Masa reaksi yang agak perlahan ditetapkan untuk mengelakkan pengaktifan operasi fius elektronik yang salah kerana kenaikan arus beban sesaat sesekali.

Selain itu, LED D6 digunakan sebagai rujukan 1.6 V, memastikan C3 tidak dapat mengecas melebihi tahap voltan ini.

Apabila litar pintas dikeluarkan dan beban terlepas dari bateri, C3 dikeluarkan secara beransur-ansur melalui LED (ini boleh memakan waktu hingga 7 saat). Oleh kerana fius elektronik dirancang dengan tindak balas yang agak perlahan, tidak bermaksud arus beban akan dibenarkan mencapai tahap yang berlebihan.

Sebelum sekering elektronik dapat diaktifkan, voltan gerbang T3 meminta MOSFET untuk membatasi arus keluaran ke titik seperti yang ditentukan melalui pengaturan P2 yang telah ditetapkan.

Untuk memastikan tidak ada yang terbakar atau kentang goreng, litar ini juga dilengkapi sekering standard, F1, yang terpasang secara bersiri dengan bateri, dan memberikan jaminan bahawa kemungkinan kerosakan dalam litar tidak akan mencetuskan bencana segera.

Sebagai perisai pertahanan utama, D2 telah dimasukkan ke dalam litar. Diod ini melindungi input IC1a dan IC1b dari kerosakan, kerana sambungan bateri terbalik secara tidak sengaja.

Memilih Panel Suria

Memastikan panel solar yang paling sesuai, secara semula jadi, bergantung pada penilaian Ah bateri yang anda ingin bekerjasama.

Pengatur pengisian solar pada dasarnya direka untuk panel solar dengan voltan keluaran sederhana 15 hingga 18 volt dan 10 hingga 40 watt. Jenis panel ini biasanya sesuai untuk bateri yang mempunyai nilai antara 36 dan 100 Ah.

Walaupun begitu, oleh kerana pengatur pengisian suria ditentukan untuk memberikan arus arus optimum 10 A, panel solar yang diberi nilai 150 watt mungkin dapat digunakan.

Litar pengatur pengecas solar juga dapat digunakan di kincir angin dan dengan sumber voltan lain, dengan syarat voltan input berada dalam julat 15-18 V.

Sebilangan besar haba dilepaskan melalui beban aktif, T2 / R13. Tidak perlu dikatakan, MOSFET harus disejukkan dengan berkesan melalui heatsink, dan R13 harus dinilai dengan cukup untuk menahan suhu yang sangat tinggi.

Watt R13 mesti sesuai dengan penilaian panel solar. Dalam senario (ekstrem) apabila panel solar disambungkan dengan voltan output tanpa beban 21 V, dan juga arus litar pintas 10 A, dalam senario seperti itu T2 dan R13 mula menghilangkan daya yang setara dengan voltan perbezaan antara bateri dan panel solar (sekitar 7 V) dikalikan dengan arus litar pintas (10 A), atau hanya 70 watt!

Ini sebenarnya berlaku apabila bateri diisi sepenuhnya. Sebilangan besar kuasa dilepaskan melalui R13, kerana MOSFET kemudian menawarkan rintangan yang sangat rendah. Nilai perintang MOSFET R13 dapat ditentukan dengan cepat melalui undang-undang Ohm berikut:

R13 = P x I^dua= 70 x 10^dua= 0.7 Ohm

Walau bagaimanapun, output panel suria yang ekstrem ini nampaknya tidak biasa. Dalam prototaip pengatur pengisian suria, rintangan 0.25 Ω / 40 W telah diterapkan yang terdiri daripada empat perintang terpasang selari 1Ω / 10 W. Pendinginan yang diperlukan untuk T3 dikira dengan cara yang sama.

Seandainya arus keluaran tertinggi adalah 10 A (yang dibandingkan dengan penurunan voltan kira-kira 2.5 V di atas simpang sumber longkang), maka pelesapan maksimum sekitar 27W mesti dinilai.

Untuk menjamin penyejukan T3 yang mencukupi walaupun pada suhu latar belakang yang berlebihan (mis., 50 ° C), pendingin mesti menggunakan rintangan terma 3.5 K / W atau kurang.

Bahagian T2, T3 dan D7 disusun di satu sisi PCB tertentu, yang memudahkannya dipasang pada satu heatsink biasa (dengan komponen pengasingan).

Disipasi ketiga-tiga semikonduktor ini mesti disertakan, dan kita dalam hal ini menginginkan heatsink yang mempunyai spesifikasi terma 1.5 K / W atau lebih tinggi. Jenis yang dinyatakan dalam senarai bahagian mematuhi prasyarat ini.

Cara Menyiapkan

Syukurlah, litar pengatur solar bateri 100 Ah cukup mudah disediakan. Walau bagaimanapun, tugas itu memerlukan beberapa (dikawal selia) bekalan kuasa .

Salah satu daripadanya disesuaikan dengan voltan keluaran 14.1 V, dan digabungkan ke soket bateri (ditunjuk 'accu') pada PCB. Bekalan kuasa kedua mesti mempunyai had semasa.

Bekalan ini disesuaikan dengan voltan litar terbuka panel suria, (misalnya 21 V, seperti dalam kondisi yang dinyatakan sebelumnya), dan digabungkan ke terminal sekop yang ditunjuk sebagai 'sel'.

Apabila kita menyesuaikan P1 dengan betul, voltan akan turun menjadi 14.1 V. Jangan risau tentang ini, kerana limiter semasa dan D7 menjamin bahawa tidak ada yang boleh menjadi buruk!

Untuk penyesuaian P2 yang berkesan, anda mesti bekerja dengan beban yang sedikit lebih tinggi daripada beban paling berat yang mungkin berlaku pada output. Sekiranya anda ingin mengekstrak maksimum dari reka bentuk ini, cuba pilih arus beban 10 A.

Ini dapat dicapai dengan menggunakan perintang beban 1Ω x120 W, yang terdiri, misalnya, 10 perintang 10Ω / 10 W secara selari. Pretet P2 pada awalnya berputar ke 'Maksimum (pengelap ke arah R14).

Selepas itu, beban dilekatkan pada petunjuk yang ditunjuk sebagai 'beban' pada PCB. Perbaiki P2 dengan perlahan dan berhati-hati sehingga anda mencapai tahap di mana T3 hanya mematikan dan memotong beban. Selepas penyingkiran perintang beban, plumbum 'beban' dapat dipendekkan sesaat untuk menguji bahawa fius elektronik berfungsi dengan betul.

Susun atur PCB

Senarai Bahagian

Perintang:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2.2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = lihat teks
R17 = 10k
P1 = Pratetap 5k
P2 = Pratetap 50k
Kapasitor:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V jejarian
C3 = 10uF / 16V
Semikonduktor:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED merah
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Pelbagai:
F1 = sekering 10 A (T) dengan pemegang pelekap PCB
8 terminal sekop untuk pemasangan skru
Heatsink 1.251VW