Контроллеры заряда солнечных батарей

В альтернативной энергетике контроллеры заряда нужны для обеспечения зарядки аккумуляторов от ветрогенераторов, солнечных панелей и других внешних источников энергии. Существует два типа контроллеров: PWM и MPPT, и от правильного выбора устройства напрямую зависит эффективность установки автономного электропитания.

Контроллеры заряда PWM

PWM — это группа стандартных контроллеров, преимуществом которых является только их низкая стоимость. Главный недостаток — низкий КПД, составляющий 70–80%. Другими словами, в реальных условиях мощность зарядки АКБ на 20–30% будет ниже эффективной мощности солнечной батареи.

Контроллеры класса PWM рекомендуется использоваться в составе небольших систем эконом-класса мощностью до 500 Вт, где установка более современного и энергоэффективного MPPT-контроллера будет финансово нецелесообразна, а разница в производительности — незначительна. Наибольшая эффективность PWM-устройств достигается при работе в системах, где рабочее напряжение солнечных панелей равняется напряжению аккумуляторных батарей. В противном случае КПД заметно падает:

если напряжение солнечных панелей выше (например, 24В при 12-вольтовом АКБ), то КПД контроллера не превысит 70%;
если напряжение солнечных панелей ниже (к примеру, 12В при 24-вольтовом аккумуляторе), то итоговый КПД составит 20–30%, что не сможет обеспечить полную зарядку АКБ.

При неравных напряжениях между накопителем энергии (АКБ) и автономным источником тока гораздо рациональнее будет купить и установить MPPT-контроллер.

Контроллер заряда MPPT

Устройства этого типа показывают наибольшую эффективность при сложных условиях эксплуатации: зимой, при облачности и туманах, когда наиболее востребованы дополнительные мощности. Максимальная силовая точка (момент выдачи наибольшей энергии на АКБ) рассчитывается MPPT автоматически, обеспечивая эффективность зарядки батареи:

зимой при холодах солнечные панели более производительны, но без MPPT излишки энергии уходят «в никуда», что критично в условиях малого числа солнечных часов;
при низком уровне заряда АКБ максимум энергии направляется на зарядку, и чем этот уровень ниже, тем интенсивнее контроллер их заряжает;
конвертация контроллером высоковольтной энергии в оптимальное для зарядки АКБ напряжение позволяет избежать длинных кабельных трасс, исключив потери на них тока — к примеру, можно последовательно соединить четыре 12-вольтовых солнечных панели, подав с них 48В на MPPT всего одним кабелем, а контроллер самостоятельно снизит напряжение до требуемых для зарядки батареи 12В.

За счёт эффективного управления получаемым от альтернативных источников напряжением MPPT-контроллер позволяет упростить всю систему и обеспечить её равномерную стабильную работу при любых погодных условиях.

Как работает МРРТ-контроллер?

Основой этого устройства выступает DC/DC преобразователь, принимающий входное напряжение постоянного тока от альтернативных источников, трансформирующий его в высокочастотное переменное, а затем обратно в постоянное с оптимальными для зарядки АКБ характеристиками. Эти контроллеры работают обычно на высоких частотах — порядка 20–80 кГц.

Главное достоинство высокочастотных цепей в их высокой эффективности при сравнительно небольших размерах комплектующих приборов. Но использование высоких частот требует применения сложных систем подавления эфирных шумов и паразитных помех, что очень важно. Существуют как цифровые, так и нецифровые (линейные аналоговые) MPPT-контроллеры, причём последние проще и дешевле цифровых моделей. Их эффективность до 10% выше, чем у традиционных контроллеров, однако возможно её кратковременное падение: например, когда солнечный свет над панелью закрыт облаком.

Вывод прост: включение в схему МРРТ-контроллеров обеспечивает максимальное раскрытие потенциала солнечных панелей и получение с них на 15–45% больше энергии по сравнению с другими видами контроллеров!