Заряд аккумулятора от солнечной батареи схема. Контроллер заряда солнечной батареи: схема, принцип работы, способы подключения

Зарядить сотовый телефон можно многими способами. В нашем сайте вы можете ознакомиться многими такими способами, а мы сегодня будем рассматривать еще одно, так называемое солнечное зарядное устройство. Заряжать мы сегодня наш телефон будем солнечными элементами. В производстве есть калькуляторы с солнечной батарейкой, стоят они копейки (10 рублей), если купить оптом, то дешевле. Нам нужно 9 калькуляторов, почему именно девять - узнаете чуть позже.

Сначала осторожно разбираем калькуляторы и достаем оттуда солнечные элементы. Одна такая батарейка способна отдавать до 3 вольт напряжения на ярком солнце. Так называемое <<Золотое напряжение>> для всеx типов мобильныx телефонов составляет 5 вольт (напряжение USB борта компьютера). Берем три батарейки (далее в тексте, солнечные панельки от калькуляторов назовем батарейками) и подключаем иx последовательно, затем таким образом поступаем с остальными 6-ю батарейками, подключая по три батарейки последовательно.

Таким образом мы получили три блока, в каждом блоке по три батарейки. Затем блоки нужно подключить параллельно для получении большого зарядного тока. И зарядный ток может достигать 80-100 миллиампер. Но телефон мы будем заряжать не от солнечныx батареек. Берем 5 никель-металл-гидридные батареек с напряжением 1,2 вольт, с емкостью от 800 миллиампер и подключаем иx последовательно получая общее напряжение 7,2 вольт. Итак, принцип работы нашего солнечного зарядного устройства очень простой - солнечные элементы , а батарейки в свою очередь заряжают наш мобильный телефон. Ниже приведена сxема зарядного устройства.

Такая конструкция дает возможность заряжать мобильник в любое время суток независимо от погоды. Теперь нужно поискать удобный корпус для такого девайса. Его также можно сделать своими руками из пластмассовыx лист. Для клейки пластмассы удобно использовать силикон. Можно изготовить две солнечные панельки рецептом который был указан выше и подключить иx параллельно для получении зарядного тока до 200 миллиампер. Итак, после изготовлении корпуса нужно внутрь поместить батарейки и диоды, а снаружи при помощи клея момент приклеить солнечную панель. Теперь у вас своя собственная электростанция и его можно использовать не только для зарядки мобильного телефона, но и для радио приемников, плееров и так далее.

Можно также смастерить небольшой светильник из светодиодов и у вас будет свет в палатке во время поxодов. Нужно дополнить устройство гнездом и выключателем, который будет отключать и включать панель от аккумуляторов. Это делают для того, чтобы в нужный момент можно было бы использовать солнечный элемент в другиx целяx, например для зарядки батареек или сотового телефона напрямую от солнца, или же для зарядки более мощного аккумулятора и тому подобное. Такое зарядное устройство может служить вам десятки лет, поскольку солнечные модули практически вечные, а срок годности аккумуляторов свыше 5 лет! На этом всё, удачи - АКА.

Любители активного отдыха часто сталкиваются с проблемой разрядки аккумуляторов мобильных телефонов, навигаторов, планшетных ПК и прочего, необходимого в походе, оборудования. Запасные аккумуляторы – не лучший выход из положения. Предлагаем попробовать изготовить зарядку на солнечной батарее своими руками. Так можно не только обеспечить бесперебойную связь во время путешествия, но и сэкономить немалые деньги.

Определяем параметры зарядки

Чтобы определиться с мощностью солнечной батареи, нужно знать ее предназначение. Для того, чтобы зарядить мобильный телефон и навигатор, достаточно источника напряжения в 6 В мощностью около 4 Вт. Для планшетного ПК, фотоаппарата и ноутбука потребуется 12 В напряжения мощностью 15 Вт. Изготавливать солнечную батарею самостоятельно – дело хлопотное, проще приобрести складную конструкцию в готовом виде в радиомагазине.
Следует учитывать, что напряжение зарядки (ЗУ) должно соответствовать параметрам аккумулятора заряжаемого устройства. Процесс зарядки не будет происходить при напряжении зарядника более низком, чем у аккумулятора. Превышение приводит к разрушению пластин и выходу аккумулятора из строя.

Схема зарядки на солнечной батарее своими руками

Зарядное устройство на солнечных батареях своими руками можно собрать по несложной схеме. Аккумулятор GB2 подключается к одноименным клеммам GB1 солнечной батареи. В цепь последовательно включается VD1 (диод Шоттки), например, MBR140 или 1N5817, 1N5818 для того, чтобы аккумулятор не разряжался через солнечную батарею. Принцип его работы не отличается от других полупроводниковых приборов, использующих принцип p-n перехода, но основан на использовании перехода «металл-полупроводник».

Диод такого типа имеет преимущество перед другими диодами: падение напряжения при его использовании не превышает 0,4 В. Для батареи на 6в достаточно одного диода. Чертой на корпусе диода обозначают катод, другой выход является анодом. Схему можно упростить, если приобрести батарею с уже встроенным обратным диодом.

Что нужно для самостоятельного изготовления зарядного устройства

Итак, для изготовления ЗУ понадобится: солнечная гибкая батарея, двужильный медный кабель с сечением жил 0,75 мм², диод Шоттки, два штекера типа PLUG (или аналогичных) для устройства разъемов XS1 и XS2, два JACK-гнезда, штекер, такой как у ЗУ от сети 220 В и термоклей. Для изготовления разъемов можно использовать разъемы для наушников. Если потребуется зарядка аккумуляторов типа ААА или АА, необходимо приобрести специальный контейнер. Эти детали есть на радиорынке или в специальном магазине. Штекеры для зарядки современных мобильных телефонов унифицированы под micro-USB. В том случае, если для зарядки сотового терминала потребуется штекер старого образца, следует приобрести универсальный переходник, который не следует включать в схему на постоянной основе: в будущем такие все равно использоваться не будут.

Процесс сборки

Собрать зарядное устройство на солнечных батареях своими руками достаточно просто. Двужильный кабель необходимо припаять к выходам солнечной гибкой панели, а к другому его концу – штекер. Если солнечная панель уже оснащена выходным разъемом – необходимо подобрать к нему ответную часть для коммутации с остальной частью устройства.
Следующий этап – сборка контейнера для зарядки аккумуляторов типа ААА (АА). Желательно использовать корпус для трех элементов питания: два места в нем будут служить по назначению, а в одном необходимо собрать схему с диодом Шоттки. Двужильный провод, ограниченный штекером, вводим в корпус, фиксируем термоклеем и соединяем со схемой. Для надежности, весь отсек со схемой можно полностью залить термоклеем.

Если необходимо заряжать только ноутбуки, планшетные ПК, фотоаппараты и мобильные устройства, диодную схему можно собрать в корпусе штекера XS2, где для фиксации следует также применить термоклей. Для удобства коммутации желательно изготовить переходной кабель, ограниченный соответствующими разъемами. При необходимости контролировать силу тока во время зарядки в схему можно последовательно включить амперметр, в качестве которого можно использовать самый дешевый китайский тесте

Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея – накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда .

Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.

В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Применяемые на практике виды

На промышленном уровне налажен и осуществляется выпуск двух видов электронных устройств, исполнение которых подходит для установки в схему солнечной энергетической системы:

1. Устройства серии PWM.
2. Устройства серии MPPT.

Первый вид контроллера для солнечной батареи можно назвать «старичком». Такие схемы разрабатывались и внедрялись в эксплуатацию ещё на заре становления солнечной и ветряной энергетики.

Принцип работы схемы PWM контроллера основан на алгоритмах широтно-импульсной модуляции. Функциональность таких аппаратов несколько уступает более совершенным устройствам серии MPPT, но в целом работают они тоже вполне эффективно.

Одна из популярных в обществе моделей контроллера заряда АКБ солнечной станции, несмотря на то, что схема устройства выполнена по технологии PWM, которую считают устаревшей

Конструкции, где применяется технология Maximum Power Point Tracking (отслеживание максимальной границы мощности), отличаются современным подходом к схемотехническим решениям, обеспечивают большую функциональность.

Но если сравнивать оба вида контроллера и, тем более, с уклоном в сторону бытовой сферы, MPPT устройства выглядят не в том радужном свете, в котором их традиционно рекламируют.

Контроллер типа MPPT:

• имеет более высокую стоимость;
• обладает сложным алгоритмом настройки;
• даёт выигрыш по мощности только на панелях значительной площади.

Этот вид оборудования больше подходит для систем глобальной солнечной энергетики.

Контроллер, предназначенный под эксплуатацию в составе конструкции солнечной энергетической установки. Является представителем класса аппаратов MPPT – более совершенных и эффективных

Под нужды обычного пользователя из бытовой среды, имеющего, как правило, панели малой площади, выгоднее купить и с тем же эффектом эксплуатировать ШИМ-контроллер (PWM).

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 – устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий. Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами. Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 – приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

• возмущения и наблюдения;
• возрастающей проводимости;
• токовой развёртки;
• постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.

Способы подключения контроллеров

Рассматривая тему подключений, сразу нужно отметить: для установки каждого отдельно взятого аппарата характерной чертой является работа с конкретной серией солнечных панелей.

Так, например, если используется контроллер, рассчитанный на максимум входного напряжения 100 вольт, серия солнечных панелей должна выдавать на выходе напряжение не больше этого значения.

Любая солнечная энергетическая установка действует по правилу баланса выходного и входного напряжений первой ступени. Верхняя граница напряжения контроллера должна соответствовать верхней границе напряжения панели

Прежде чем подключать аппарат, необходимо определиться с местом его физической установки. Согласно правилам, местом установки следует выбирать сухие, хорошо проветриваемые помещения. Исключается присутствие рядом с устройством легковоспламеняющихся материалов.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители PWM-контроллеров требуют соблюдать точную последовательность подключения приборов.

Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:

1. Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
2. Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
3. На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
4. Подключить к выводам нагрузки прибора контрольную лампу соответствующего напряжения (обычно 12/24В).

Указанная последовательность не должна нарушаться. К примеру, подключать солнечные панели в первую очередь при неподключенном аккумуляторе категорически запрещается. Такими действиями пользователь рискует «сжечь» прибор. В более подробно описана схема сборки солнечных батарей с аккумулятором.

Также для контроллеров серии PWM недопустимо подключение инвертора напряжения на клеммы нагрузки контроллера. Инвертор следует соединять непосредственно с клеммами АКБ.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие требования по физической инсталляции для этого вида аппаратов не отличаются от предыдущих систем. Но технологическая установка зачастую несколько иная, так как контроллеры MPPT зачастую рассматриваются аппаратами более мощными.

Для контроллеров, рассчитанных под высокие уровни мощностей, на соединениях силовых цепей рекомендуется применять кабели больших сечений, оснащённые металлическими концевиками

Например, для мощных систем эти требования дополняются тем, что производители рекомендуют брать кабель для линий силовых подключений, рассчитанный на плотность тока не менее чем 4 А/мм 2 . То есть, например, для контроллера на ток 60 А нужен кабель для подключения к АКБ сечением не меньше 20 мм 2 .

Соединительные кабели обязательно оснащаются медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора необходимо оснастить переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход исключает энергетические потери и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Структурная схема подключения мощного контроллера MPPT: 1 – солнечная панель; 2 – контроллер MPPT; 3 – клеммник; 4,5 – предохранители плавкие; 6 – выключатель питания контроллера; 7,8 – земляная шина

Перед подключением к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.

Подключение периферии к аппарату MTTP:

1. Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
2. Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
3. Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
4. Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
5. Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
6. Установить температурный датчик на контроллере согласно инструкции.

После этих действий необходимо вставить на место ранее извлечённый предохранитель АКБ и перевести выключатель в положение «включено». На экране контроллера появится сигнал обнаружения аккумулятора.

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему . Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос по теме статьи.