Menu

Regulatory ładowania

To urządzenia mające za zadanie kontrolę akumulatora w czasie ładowania prądem stałym z paneli PV. Regulator ładowania instalowany jest pomiędzy tablicą PV, a odbiornikami prądu i ma za zadanie chronić akumulator przed zbytnim przeładowaniem, jak i przed nadmiernym rozładowaniem w czasie poboru prądu w instalacji.

Regulator ładowania dba o długą żywotność akumulatorów poprzez:
- Automatyczną kompensację parametrów pracy w zależności od temperatury akumulatorów i otoczenia, wymiany akumulatorów na nowe
- Elektroniczne zabezpieczenia przed przeładowaniem akumulatorów
- Elektroniczne zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem akumulatorów
- Automatyczne odłączenie obciążenia przy głębokim rozładowaniu akumulatorów.

 

 

Typy regulatorów ładowania

 Na rynku dostępne są obecnie 2 rodzaje regulatorów:
regulatory PWM - zdecydowana większość regulatorów dostępnych na rynku pracuje w tym trybie. Urządzenie reguluje szerokość impulsów aby zoptymalizować proces ładowania. W zależności od stopnia naładowania akumulatora, regulator dobiera odpowiedni tryb: Bulk, Boost lub Float.

Rys.1 Schemat ładowania akumulatora (opis poniżej)

Ładowanie ciągłe („BULK”)
Gdy napięcie akumulatora znajduje się poniżej progu „BOOST” regulator po wykryciu fazy dziennej ładuje akumulatory maksymalną mocą dostępną z ogniw słonecznych, aby jak najszybciej naładować akumulatory.

Ładowanie pulsacyjne („BOOST”)
Po uzyskaniu przez akumulator napięcia „BOOST” regulator przechodzi do pracy w trybie pulsacyjnym. W tej fazie regulator ogranicza napięcie ładowania tak, aby nie dopuścić do przegrzania akumulatora lub uszkodzenia przez nadmierne nagromadzenie gazu, który powstaje w trakcie intensywnego ładowania. Tryb ten trwa ok. 120 minut. Po tym czasie regulator przechodzi do fazy doładowania wyrównawczego „FLOAT”.

Ładowanie wyrównawcze („FLOAT”)
W tej fazie akumulator jest już tylko doładowywany niewielkim prądem w celu podtrzymania stanu naładowania.

Kontrola stanu rozładowania akumulatorów („NOC”)
W tym czasie panele nie dostarczają energii i akumulator nie jest ładowany. Następuje jedynie kontrola stanu rozładowania akumulatorów.
Regulatory słoneczne PWM używają technologii podobnej do nowoczesnych ładowarek baterii. Gdy napięcie baterii osiąga wyznaczony limit, algorytm PWM powoli redukuje prąd ładowania aby zapobiec przegrzaniu się baterii, w tym samym czasie próbując dostarczyć maksymalną ilość energii do baterii w jak najkrótszym czasie. PWM działa na zasadzie ładowania pulsacyjnego. Zamiast ciągłego dostarczania energii do akumulatora, wysyła on krótkie serie wysokiego napięcia. Regulator sprawdza poziom naładowania baterii i określa jak długa powinna być wysłana seria napięcia. W przypadku naładowanego akumulatora, regulator wysyła krótki sygnał co parę sekund, zaś w przypadku rozładowanej baterii, sygnał jest długi i niemalże ciągły.


Regulatory MPPT (maximum power point tracking) - regulatory śledzące maksymalne napięcie. Ten typ regulatorów również pracuje w trybie PWM. W odróżnieniu od tradycyjnych regulatorów pracujących wyłączenie z dedykowanymi do danego systemu bateriami słonecznymi, regulator MPPT obsługuje dowolne baterie słoneczne o napięciu nawet do 150V. Przy minimalnych stratach energii może ładować nawet banki akumulatorów o niskim napięciu 12V. Regulatory typu pozwalają na dostarczenie 10-30% więcej energii do akumulatora. Są jednak droższe od standardowych regulatorów PWM. czym taka naprawdę różni się regulator MPPT od regulatora PWM? Odpowiedź na to pytanie znajduje sie na poniższym wykresie I-V ogniwa fotowoltaicznego. Ogniwa PV posiadają napięcie wyjściowe w stringu znacznie powyżej wartości dedykowanej dla typowego akumulatora. Akumulatory mogą pracować generalnie w trzech zakresach napięć: 12, 24 i 48V. Tymczasem już jeden panel PV może w warunkach STC wytwarzać napięcie rzędu 38V i więcej.  

Fot. (po lewej) Regulator ładowania Steca Tarom MPPT 6000.

Rys.2 Zakres mocy przekazywanej do akumulatora 12V za pomocą regulatora PWM i MPPT.

String składający się z szeregowo połączonych paneli ma już napięcie rzędu kilkuset woltów. Użycie akumulatora 12V do jednego panelu PV o napięciu wyjściowym >20V i regulatora PWM spowoduje, że regulator dostosuje się tak naprawdę do napięcia ładowania akumulatora i w tym konkretnym przypadku przekaże prąd stały o napięciu 12V i natężeniu 6A czyli moc 72W. Jeśli w opisywanym przykładzie zostanie użyty regulator MPPT, na charakterystyce pracy panelu PV zostanie znaleziony punkt mocy maksymalnej i regulator wyśle do akumulatora  prąd o mocy 18x5,4= 97,2W, ale dostosuje napięcie ładowania do napięcia pracy akumulatora. W efekcie z panelu zostanie odzyskana moc o 35% wyższa niż dla regulatora PWM. Akumulator zostanie szybciej naładowany, a cały układ będzie miał wyższą sprawność.

Rys.3 Porównanie mocy ogniw PV pobieranej do akumulatorów przez: -kolor czerwony regulator z MPPT, zielony regulator PWM i akumulator 24V, żółty - regulator PWM i akumulator 12V.

 

Jeszcze większa różnica w poborze mocy pojawi sie w instalacji, w której akumulatory nie zostaną napięciowo dopasowane do napięcia modułów (rys.3). W powyższym przykładzie regulator MPPT pobiera moc 33,5Vx7A = 234,5W. Z tego samego układu regulator PWM pobierze dla akumulatora 24V - 180W, a dla akumulatora 12V tylko 90W (prawie trzykrotnie mniej).

Przy doborze i projektowaniu regulatorów ładowania należy zwrócić uwagę na ich parametry pracy takie jak:

- maksymalna moc przyłączeniowa

- maksymalne napięcie po stronie DC stringów

- ilość MPP trackerów

- maksymalny prąd modułów (na każdy MPPT)

Poniżej parametry pracy regulatora małej mocy PWM i regulatora MPPT.

Fot. Victron BlueSolar 12/24V

 

Tabela. parametry pracy regulatora Victron 5A bez śledzenia punktu mocy maksymalnej. Montaż tylko wewnętrzny, dopuszczalna moc modułów około 280W. Cena 132zł.

 

 

Tabela. parametry pracy profesjonalnego regulatora ładowania Steca Tarom MPPT6000 z dwoma MPPtrackerami. Maksymalna moc modułów do 3400W. Cena 3490 zł.

 

Po lewej przemysłowy regulator ładowania do pracy w warunkach zewnętrznych z zabezpieczeniem IP65. Ten solarny regulator ładowania może być z powodzeniem użyty w systemach fotowoltaicznych 12 V, 24 V i 48 V o mocy do 8400W. Steca Power Tarom bazuje na technologii Steca Tarom. Regulatory te można łączyć równolegle tworząc system fotowoltaiczny lub hybrydowy o mocy wyjściowej nawet do 20 kW.
Charakterystyka
- Typ regulatora: hybrydowy (możliwość jednoczesnego podłączenia dwóch różnych źródeł wytwarzania prądu np. paneli PV i małej turbiny wiatrowej
- Określenie poziomu naładowania przez Steca AtonIC (SOC)
- Automatyczne wykrywanie napięcia 12/24V
- Ładowanie PWM
- Technologia ładowania wielostopniowego, - Odłączanie odbiorników w zależności od SOC, - Automatyczne załączanie po rozłączeniu, - Kompensacja temperaturowa, - Możliwe uziemianie na biegunie + lub –, - Zintegrowany rejestrator danych, - Funkcja włącznika zmierzchowego, - Funkcja samotestująca, - Comiesięczne ładowanie serwisowe
- Zintegrowany licznik amperogodzin

Zabezpieczenia elektroniczne
- Przeładowanie akumulatora, - Głębokie rozładowanie akumulatora, - Zamiana biegunów na każdym z wejść/wyjść, - Automatyczny bezpiecznik elektroniczny, - Przeciwzwarciowe: obciążeń i modułów PV
- Przeciwprzepięciowe na wejściu panelu, - Ochrona przed zbyt wysokim napięciem Uoc, gdy akumulator nie jest podłączony, - Przed prądem zwrotnym do panelu nocą, - Przed przegrzaniem i zbyt dużym obciążeniem, - Odłączenie akumulatora przy zbyt wysokim napięciu

Tabela. dane Regulatora ładowania Steca Power Tarom 4140 o mocy nominalnej do 8400W. Regulatory Steca Tarom można łączyć równolegle tworząc system o mocy wyjściowej do 20kW. Cena regulatora T  9780 zł. (za Tarom 4140)

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});