Меню

Как понизить напряжение солнечной батареи



Простой стабилизатор для солнечной панели

Стабилизаторы для солнечных батарей весьма разнообразны. Самый простой тип стабилизатора – шунтовой. Он имеет следующие преимущества: простота, низкая рассеиваемая мощность, низкая стоимость, высокая надежность. Но в обмен на эти преимущества приходится мириться с тем, что напряжение на батарее постоянно изменяется, то вверх, то вниз, что аккумулятор переключается, то в режим зарядки полным током, то в состояние отсутствия зарядного тока, и, что постоянные переключения приводят к импульсным помехам на выходе стабилизатора. В зависимости от назначения, необходимо выбрать наиболее подходящий тип стабилизатора. В большинстве солнечных установок я использовал линейные стабилизаторы, который имеют преимущества плавного регулирования напряжения и крайне небольших выбросов напряжения на нагрузке. Правда, они имеют и существенные недостатки: более высокую стоимость, большие размеры и высокую рассеиваемую мощность. Но когда меня попросили сделать солнечный стабилизатор для яхты, который обслуживает только одну солнечную панель на 3.1 ампера, и подключается к аккумуляторной батарее на 300 A·ч, лучше было использовать маленькое и простое устройство, чем линейный стабилизатор. Так что я спроектировал и изготовил именно такой стабилизатор. Вы также можете применить его для таких случаев, когда мощность солнечных батарей довольно мала в сочетании с относительно большой емкостью аккумулятора, или когда низкая стоимость, простота конструкции и высокая надежность являются более важными, чем стабильность линейного регулирования.

Простой стабилизатор для солнечной панели

Стабилизатор был собран на макетной плате и смонтирован в герметичном пластмассовом корпусе, который, в свою очередь, был установлен на алюминиевой монтажной пластине. Клеммы изготовлены из латуни. Такая конструкция устройства использована, чтобы противостоять суровой морской среде и небрежному обращению.

Схема

Если солнечная панель не генерирует энергию, вся схема отключена и не потребляет от аккумулятора абсолютно никакого тока. Когда солнце встает, и панель начинает выдавать не менее 10 В, включаются индикаторный светодиод и два маломощных транзистора. Устройство начинает работать. Пока напряжение батареи остается ниже 14 В, операционный усилитель (он имеет очень низкое потребление тока) будет держать MOSFET транзистор закрытым, так что ничего особенного не случится, и ток от солнечной панели будет проходить через диод Шоттки на батарею.

Когда напряжение батареи достигнет значения, равного 14.0 В, операционный усилитель U1 откроет MOSFET транзистор. Транзистор будет шунтировать солнечную панель (для нее это совершенно безопасно), аккумулятор перестанет получать ток заряда, индикатор погаснет, два маломощных транзистора закроются, и конденсатор С2 медленно разрядится. После истечения примерно 3 секунд, конденсатор С2 разрядится достаточно, чтобы преодолеть гистерезис микросхемы U1, которая снова закроет MOSFET транзистор. Теперь схема снова будет заряжать аккумулятор, пока его напряжение вновь не достигнет уровня переключения. Таким образом, устройство работает циклично, каждый период включения полевого транзистора длится 3 секунды, а каждый из периодов заряда аккумулятора длится столько, сколько необходимо для достижения напряжения 14.0 В. Длительность этого периода будет меняться в зависимости от зарядного тока аккумулятора и мощности подключенной к нему нагрузки.

Минимальное время включения схемы определяется временем заряда конденсатора С2 током, ограниченным транзистором Q3 примерно до 40 мА. Эти импульсы могут быть очень короткими.

Конструкция

Конструкция схемы очень проста. Все компоненты довольно доступны, и большинство из них могут быть легко заменены другими сходными компонентами. Я бы не советовал заменять TLC271 или LM385-2.5, если вы не уверены в правильности замены. Обе эти микросхемы – маломощные приборы, и их потребление непосредственно определяет время выключения стабилизатора. Если вы используете микросхемы, которые имеют другое энергопотребление, необходимо изменить емкость конденсатора С2, подобрать смещение транзистора Q3, но может, даже это не поможет правильно настроить схему.

MOSFET транзистор может быть заменен любым другим с достаточно низким сопротивлением открытого канала, чтобы оно позволяло эффективно шунтировать солнечную панель. Диод D2 также может быть любым, способным выдержать максимальный ток солнечной панели. Применение диода Шоттки предпочтительнее, потому что на нем будет падать вдвое меньшее напряжение, чем на стандартном кремниевом, и такой диод будет в два раза меньше греться. Стандартный диод подходит, если правильно размещен и смонтирован. С приведенными на схеме компонентами стабилизатор может работать с солнечными панелями с током до 4 А. Для более крупных панелей необходимо заменить лишь MOSFET транзистор и диод более мощными. Остальные компоненты схемы останутся прежними. Радиатор для управления 4 А панелью не требуется. Но если поставить MOSFET на подходящий теплоотвод, схема сможет работать с существенно более мощной панелью.

Читайте также:  Поврежден провод высокого напряжения

Резистор R8 в этой схеме равен 92 кОм, что является нестандартным значением. Я предлагаю, чтобы вы использовали включенные последовательно резисторы 82 кОм и 10 кОм, это проще, чем пытаться найти специальный резистор. Резисторы R8, R10 и R6 определяют напряжение отсечки, так что лучше, если они будут точными. Я использовал 5% резисторы, но если Вы хотите повысить надежность устройства, используйте 1% резисторы или выберите наиболее точные из 5% с помощью цифрового омметра. Вы можете также использовать подстроечный резистор, и таким образом, регулировать напряжение, но я бы не советовал этого делать, если Вы хотите получить высокую надежность в агрессивной среде. Подстроечные резисторы просто выходят из строя в таких условиях.

Перевод: Андрей Гаврилюк по заказу РадиоЛоцман

Источник

Регулятор заряда аккумуляторных батарей от солнечных панелей.

Во многих случаях необходимо, чтобы электроприборы и оборудование работали при отсутствии солнечного света. Следовательно, необходимо накопить солнечную энергию в аккумуляторах для последующего использования. Наиболее подходящими для этих целей являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Ток, необходимый для заряда аккумуляторной батареи, зависит от степени заряженности аккумуляторных элементов. Таким образом, требуется сделать регулятор заряда, который бы оценивал разряженность батареи и в зависимости от этого управлял зарядным током. При зарядке от солнечных элементов наиболее пригоден способ с двухступенчатым зарядным циклом [1]. Зарядный цикл аккумуляторной батареи должен соответствовать периоду генерации солнечными элементами полезной мощности, причем заряд батареи необходимо завершить за кратчайшее время. Известно, что батарея заряжена на 80% полного заряда при появления газовыделения. Скорость газовыделения пропорциональна току, протекающему через аккумулятор. На последнем этапе заряда аккумулятора его заряжают небольшим током, составляющим часть первоначального тока. Оптимальным режимом заряда будет такой, при котором выделение газа начнется через 4 часа после начала заряда батареи. Это время соответствует наибольшей интенсивности солнечного излучения в светлое время суток. Независимо от сезонных изменений и погодных условий в интервале времени от 10 до14 часов можно достичь максимальной отдачи от солнечной батареи. Этому времени заряда численно соответствует зарядный ток величиной 20А на каждые 100А-ч емкости батареи, если солнечные элементы позволяют получить такой ток. После 4-часового заряда при фиксированной скорости до начала газовыделения в аккумуляторной батареи будет запасено 80% полного заряда. Затем ток необходимо снизить до 2-5% емкости батареи. В зависимости от выбранного тока потребуется еще 4-10 часов до полного заряда аккумулятора. В совершенных энергетических устройствах аккумуляторные батареи обычно находятся в полностью заряженном состоянии большую часть времени эксплуатации, и полная их разрядка встречается крайне редко. Для нормальной работы регулятора заряда, удовлетворяющего требованиями к зарядному току, необходимо знать степень заряженности аккумуляторной батареи в любой момент времени. Для 12В батареи напряжение в 12,6В соотвествует 80% полного заряда. Полностью заряженная батарея развивает напряжение 13,2В. Таким образом, определяя напряжение на батареи, можно регулировать зарядный ток. Принципиальная схема зарядного устройства представлена на рис.1. Устройство работает следующим образом. Учтем, что защитные диоды полевых транзисторов включены катодом к стоку. Зарядный ток коммутируется и регулируется с помощью электронного ключа на мощных полевых транзисторах [2]. Микросхема VR1 представляет собой регулируемый стабилизатор положительного напряжения с малым падением напряжения вход-выход. Она имеет встроенную защиту по току и перегреву. Выходное напряжение может регулироваться в пределах от 1,2 — 34В. Отечественный аналог импортной микросхемы КР142ЕН22. Изменяя выходное напряжение микросхемы VR1, мы изменяем уровень управляющего напряжения для полевых транзисторов. Полевые транзисторы с индуцированным затвором при нулевом напряжении между затвором и истоком имеют нулевой ток стока. Появление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на затворе больше порогового уровня Uпор. Увеличение напряжения на затворе приводит к увеличению тока стока. Обычно пороговое напряжение находится в пределах 4-5В. Иногда пороговое напряжение называют напряжением отсечки. Но существуют полевые транзисторы, имеющие пороговое напряжение в 2-3В. Фирма IRF добавляет в обозначение таких транзисторов букву L. Выходные характеристики полевых транзисторов, как правило, имеют две области: линейную и насыщения. В линейной области вольтамперные характеристики вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от напряжения на затворе. В области насыщения вольтамперные характеристики идут практически горизонтально, что позволяет говорить о независимости тока стока от напряжения на стоке. Особенности этих характеристик обуславливают области применения этих транзисторов. В линейной области полевой транзистор используется как сопротивление, управляемое напряжением на затворе. Области насыщения и отсечки используют как ключ, управляемый напряжением на затворе. Таким образом, изменяя с помощью резистора R3 величину выходного напряжения стабилизатора VR1, происходит установка тока через электронный ключ. За напряжением на аккумуляторной батареи следит специальное устройство (компараторDA2). В качестве устройства сравнения используется микросхема интегрального стабилизатора DA2. Она имеет внутренний источник опорного напряжения, усилитель рассогласования и мощный выходной ключ. Опорное напряжение с вывода 5 микросхемы DA2 поступает на один вход усилителя рассогласования (вывод 3), а информационный сигнал с движка потенциометра R12 на второй вход усилителя рассогласования (вывод 4). Если информационный сигнал превышает опорный, то на выходе (вывод 8) появляется высокое напряжение. Начинает светиться светодиод оптрона U1.2. Это приведет к открытию транзистора оптрона и подключению резистора R5 параллельно резистору R3. В результате снизится выходное напряжение стабилизатора VR1 и уменьшению зарядного тока через электронный ключ. Светодиод VD3 служит для индикации состояния электронного ключа (желательно поставить суперяркий). При большом зарядном токе он светит ярко, а при малом тускло. Резистор R10 создает небольшую положительную обратную связь, позволяющую устранить частые включения и выключения вблизи напряжения срабатывания. Тем самым колебательный процесс исключается. На стабилитроне VD1 выполнен компаратор, вырабатывающий сигнал включения электронного ключа. Его выбирают таким, чтобы напряжение солнечной батареи превышало напряжение на аккумуляторе. Для 24В аккумулятора необходимо поставить два последовательно включенных стабилитрона. В случае выполнения этого условия начинает светить светодиод оптрона U1.1, что приводит к открытию транзистора этого оптрона. В результате на выводах 2,6 присутствует низкий уровень напряжения. На микросхеме DA2 выполнен инвертирующий триггер Шмита, управляющий работой электронного ключа на полевых транзисторах VT1,VT2. Если на его входе низкий уровень напряжения, то выходе будет высокий и, наоборот, при высоком входном – на выходе низкий уровень напряжения. Заряд аккумулятора будет только в том случае, когда напряжение на солнечной панели будет превышать напряжение на аккумуляторе. Питание цепи управления осуществляется от солнечной панели и аккумулятора параллельно. Рассмотрим, как осуществляется питание устройства. Минус (-E) SZ — Обратный диод транзистора VT1 – стабилитрон VD2- резистор R2 – плюс (+E) SZ. На стабилитроне возникает падение напряжения в 15В. Вторая цепь питания работает от заряжаемого аккумулятора: минус Акк – обратный диод транзистора VT2 – стабилитрон VD2 – резистор R2 – плюс Акк. Увеличение напряжения питания (от солнечных панелей) днем ни как не сказывается на работе устройства, поскольку напряжение питания цепей управления затворами полевых транзисторов имеет двойную стабилизацию. Таким образом, устройство будет пригодно для заряда аккумуляторов с напряжением в 12В, 24В. Резистор R2 выбирают исходя создания тока через стабилитрон VD2 в 25 мА. Резистор R9 выбирают исходя создания тока через светодиод оптрона в 10 мА. Ток через резисторы R11-R13 выбираем в 1мА. Для низких напряжений желательно поставить низковольтные транзисторы (IRFP4368PbF напряжение исток-сток 75В, длительный ток при температуре25гр. 350А, сопротивление канала 1,4миллиОм) и др. подобные можно найти на сайте фирмы IRF. Радиаторы на полевые транзисторы выбираем из расчета 10см2 на один ватт рассеиваемой мощности. Диод VD4 служит для защиты компаратора от переполюсовки аккумулятора. От переполюсовки солнечной панели защищает электронный ключ. Стандартная солнечная панель Exmork 300вт 24В имеет напряжение холостого хода 46,17В, ток 8,55А, напряжение максимальной мощности 36,81В. Номинальное напряжение 24В. Солнечная панель 12В имеет напряжение холостого хода 23В, а номинальное 17,5В.

Читайте также:  Патологическое напряжение мышц шеи

1. Байерс Т. 20 конструкций с солнечными элементами.

Источник

Стабилизатор напряжения для солнечной батареи

Приобретя фотоэлектрические панели или сделав их своими руками требуется докупить дополнительное оборудование. Это нужно для того чтобы сделать электростанцию более эффективной и надежной. Кроме АКБ, инвертора и трекера, придется прикупить стабилизатор напряжения для солнечной батареи. Вещь именно от этой штуки зависит долговечность работы всей системы.

Стабилизатор напряжения — это преобразователь, производящий на выходе электричество нужного уровня. Подобное происходит в условиях высокого сопротивления нагрузки и U входа. Основной плюс таких устройств заключается в том, что они позволяют получить максимальный выхлоп от СБ в любую погоду. Так же делают зарядку АКБ от солнечных панелей наиболее безопасной. Если аккумуляторы заряжены, то лишняя мощность уходит в нагрузку.

Виды стабилизаторов для солнечной батареи

Выделяют несколько разновидностей подобных технических устройств.

  1. Шунтовый.
  2. Линейный.
  3. Импульсный.

Первый имеет маленькую рассеивающуюся мощность, повышенную надежность, низкую стоимость. Но кроме достоинств у него имеются и недостатки. Например, такие как переключение АКБ то в режим отсутствия тока зарядки, то в режим полного заряда. На постоянной основе меняет U на АКБ. Все это приводит к многочисленным помехам на выходе.

Второй тип обладает плавной регулировкой вольтажа и немного может выбрасывать напряжения в момент нагрузки. Из отрицательных сторон можно выделить большую цену и значительные размеры. Его можно присоединять как последовательно, так и параллельно.

Схема стабилизатора для солнечной батареи

Третий вариант преобразует напряжение на входе произвольно:

  1. Уменьшать – U будет на выходе ниже чем на входе.
  2. Увеличивать – U выхода будет выше входного.
  3. Повышать или понижать – Выходное U может быть либо выше, либо ниже.
  4. Инвертирование – Выходное напряжение обладает обратной полярностью если сравнивать его с U входа.
Читайте также:  Определяя допускаемое напряжение для чугуна при растяжении

Подобный стабилизатор позволяет генерировать высокий КПД. Но на выходе имеют помехи импульсного типа.

Зачем нужен стабилизатор для солнечных батарей?

Кажется, что вот сейчас соединим панель фотоэлементов с АКБ и наша станция заработает. В действительности же все иначе. Между этими двумя установками обязательно следует ставить контроллер заряда. Он дает возможность включать и выключать солнечные батареи. Здесь все зависит от того какое зарядное напряжение. Продвинутые стабилизаторы способны еще и уменьшать напряжение. А затем удерживать на определенном уровне до тех пор, пока АКБ не зарядится.

При выборе учитывайте следующее:

текст

Схема стабилизатора для солнечной батареи

Схема сборки стабилизатора

Когда СБ не производит тока, схема выключена и не берет напряжение из АКБ. При попадание солнечного света на модуль происходит генерация 10 вольт. Это вызывает загорание светодиода и в работу включаются два транзистора малой мощности. Все начинает функционировать. Операционный усилитель U1 будет контролировать закрытие транзисторов. Это будет происходить до тех пор, пока напряжение будет находится не выше 14 V. В итоге в это время ток будет идти через диод Шоттки.

Как только напряжение скакнет до 14 в или выше переход в транзисторе откроется. АКБ перестанет потреблять ток зарядки. Светодиод погаснет, а два транзистора закроются. Кроме этого конденсатор C2 начнет терять заряд. Через 4 секунды разряд конденсатора будет велик и микросхема TLC271 закроет транзистор. После этого будет идти ток на АКБ. Это будет продолжаться до тех пор, пока напряжение снова не будет равно уровню переключения.

Источник