Controlador de carga de batería solar: diagrama, principio de funcionamiento, métodos de conexión.

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Si ha estado pensando en una forma alternativa de obtener energía y decidió instalar paneles solares, entonces probablemente quiera ahorrar dinero. Una de las oportunidades de ahorro es haz tu propio controlador de carga. Al instalar generadores solares: paneles, se requiere una gran cantidad de equipos adicionales: controladores de carga, baterías, para transferir la corriente a los estándares técnicos.

Considere la fabricación controlador de carga de batería solar de bricolaje.

Se trata de un dispositivo que controla el nivel de carga de las baterías de plomo-ácido, evitando que se descarguen y recarguen por completo.Si la batería comienza a descargarse en modo de emergencia, el dispositivo reducirá la carga y evitará la descarga completa.

Vale la pena señalar que un controlador de fabricación propia no se puede comparar en calidad y funcionalidad con uno industrial, pero será suficiente para el funcionamiento de la red eléctrica. A la venta se encuentran productos hechos en el sótano, que tienen un nivel muy bajo de confiabilidad. Si no tiene suficiente dinero para una unidad costosa, es mejor ensamblarla usted mismo.

Controlador de carga de batería solar de bricolaje

Incluso un producto casero debe cumplir las siguientes condiciones:

• 1.2P
• El voltaje de entrada máximo permitido debe ser igual al voltaje total de todas las baterías sin carga.

En la imagen a continuación, verá un diagrama de dicho equipo eléctrico. Para montarlo necesitarás un poco de conocimientos de electrónica y un poco de paciencia. El diseño se ha modificado ligeramente y ahora se instala un transistor de efecto de campo en lugar de un diodo, que está regulado por un comparador.
Tal controlador de carga será suficiente para usar en redes de baja potencia, usando solo. Difiere en la simplicidad de producción y el bajo costo de los materiales.

Controlador de carga solar Funciona de acuerdo con un principio simple: cuando el voltaje en el dispositivo de almacenamiento alcanza el valor especificado, deja de cargar y solo continúa una carga de caída. Si el voltaje del indicador cae por debajo del umbral establecido, se reanuda el suministro de corriente a la batería. El controlador deshabilita el uso de baterías cuando su carga es inferior a 11 V. Gracias al funcionamiento de dicho regulador, la batería no se descargará espontáneamente durante la ausencia del sol.

Características principales circuitos controladores de carga:

• Voltaje de carga V=13,8V (configurable), medida cuando hay corriente de carga;
• Desconexión de carga ocurre cuando Vbat es inferior a 11 V (configurable);
• Encendido de la carga cuando Vbat=12.5V;
• Compensación de temperatura del modo de carga;
• El comparador económico TLC339 puede ser reemplazado por los más comunes TL393 o TL339;
• La caída de tensión en las teclas es inferior a 20mV al cargar con una corriente de 0,5A.

Controlador de carga solar avanzado

Si confía en su conocimiento de los equipos electrónicos, puede intentar ensamblar un circuito controlador de carga más complejo. Es más confiable y puede funcionar tanto con paneles solares como con un generador de viento que lo ayudará a obtener luz por las noches.

Arriba hay un circuito de controlador de carga de bricolaje mejorado. Para cambiar los valores de umbral, se utilizan resistencias de recorte, con las que ajustará los parámetros de funcionamiento. La corriente que proviene de la fuente es conmutada por el relé. El relé en sí está controlado por una tecla de transistor de efecto de campo.

Todos circuitos controladores de carga probado en la práctica y han demostrado su eficacia a lo largo de varios años.

Para casas de verano y otros objetos donde no se requiere un gran consumo de recursos, no tiene sentido gastar dinero en elementos costosos. Si tiene los conocimientos necesarios, puede modificar los diseños propuestos o agregar la funcionalidad necesaria.

Entonces puede hacer un controlador de carga con sus propias manos cuando use dispositivos de energía alternativa. No se desespere si el primer panqueque salió grumoso. Después de todo, nadie es inmune a los errores. Un poco de paciencia, diligencia y experimentación pondrá fin al asunto. Pero una fuente de alimentación que funcione será un excelente motivo de orgullo.

El controlador de carga es una parte muy importante del sistema en el que la corriente eléctrica es generada por paneles solares. El dispositivo controla la carga y descarga de las baterías. Es gracias a él que las baterías no se pueden recargar y descargar tanto que será imposible restablecer su estado de funcionamiento.

Dichos controladores se pueden hacer a mano.

Principio de funcionamiento

Si no hay corriente de la batería solar, el controlador está en modo de suspensión. No utiliza ninguno de los vatios de la batería. Después de que la luz del sol incide en el panel, la corriente eléctrica comienza a fluir hacia el controlador. Él debe encender. Sin embargo, el indicador LED, junto con 2 transistores débiles, se enciende solo cuando el voltaje alcanza los 10 V.

Después de alcanzar este voltaje, la corriente pasará a través del diodo Schottky a la batería. Si el voltaje sube a 14V, el amplificador U1 comenzará a funcionar, lo que encenderá el transistor MOSFET. Como resultado, el LED se apagará y dos transistores no potentes se cerrarán. La batería no se carga. En este momento, C2 se descargará. En promedio, toma 3 segundos. Después de que se descargue el capacitor C2, se superará la histéresis U1, el MOSFET se cerrará y la batería comenzará a cargarse. La carga continuará hasta que el voltaje suba al nivel de conmutación.

Fabricación propia

Si una persona tiene cierto conocimiento en el campo de la electrónica y la ingeniería eléctrica, puede intentar ensamblar un circuito controlador para paneles solares y un generador de viento con sus propias manos.Dicha unidad será muy inferior en funcionalidad y eficiencia a las muestras industriales en serie, pero en redes de baja potencia puede ser suficiente.

El módulo de control artesanal debe cumplir las condiciones básicas:

• 1.2P ≤ I × U. Esta ecuación utiliza la notación de la potencia total de todas las fuentes (P), la corriente de salida del controlador (I), el voltaje en el sistema con una batería completamente descargada (U),
• La tensión máxima de entrada del controlador debe corresponder a la tensión total de las baterías sin carga.

El esquema más simple de dicho módulo se verá así:

El dispositivo, ensamblado a mano, funciona con las siguientes características:

• Voltaje de carga: 13,8 V (puede variar según la clasificación actual),
• Tensión de corte - 11 V (configurable),
• Voltaje de encendido - 12,5 V,
• La caída de tensión en las teclas es de 20 mV a un valor de corriente de 0,5 A.

Los controladores de carga de tipo PWM o MPPT son una de las partes integrales de cualquier sistema solar o híbrido basado en generadores solares y eólicos. Proporcionan un modo de carga de batería normal, aumentan la eficiencia y evitan el desgaste prematuro, y se pueden ensamblar completamente a mano.

Diagrama de conexión del módulo

Click para agrandar diagrama

Después de quitar la pared trasera, puede acceder a la placa de circuito del dispositivo.

Como batería se eligió una batería de 12 V con una capacidad de 1,2 A/h, porque el autor la tenía. De hecho, en un día claro y soleado, el panel podrá cargar 2-3 de esas baterías. Se incluye un fusible en el circuito de la batería para reducir el riesgo de cortocircuito.Para evitar que la batería se descargue a través del panel solar con poca luz, se conecta en serie con el panel un diodo Schottky del tipo IN5817. Cuando la batería está completamente cargada, la corriente extraída del panel solar es de aproximadamente 50 mA a 19 V.

Como carga de prueba, se utilizó una fitolámpara LED de fabricación propia en 4 fito-LED conectados en serie con una potencia de 1 W, una resistencia del tipo MLT-2 con una resistencia de 30 Ohm se conectó en serie con los LED. A una tensión de 12,6 V, la corriente consumida por la lámpara será de unos 60 mA. Así, una batería de 1,2 Ah te permite alimentar esta lámpara durante unas 20 horas.

En general, la estructura autónoma ensamblada resultó ser bastante eficiente desde el punto de vista técnico. Pero desde un punto de vista económico, dado el costo de la batería solar, la batería y la unidad de control, el panorama es sombrío. Una batería solar cuesta 2700 rublos, una batería de 12 V 1,2 Ah cuesta unos 500 rublos, una unidad de control cuesta 400 rublos. El autor también intentó usar dos baterías de 6 V 12 A / h conectadas en serie (costarán alrededor de 3000 r), el autor carga una batería de este tipo en 3-4 días soleados, mientras que la corriente de carga alcanza los 270 mA.

El costo total del equipo usado en la configuración mínima es de 3600 rublos. Como puede ver, esta fitolámpara consume alrededor de 0,8 vatios. A una tasa de 3,5 r/kWh, la lámpara debe funcionar desde la red eléctrica al 50% de eficiencia de suministro eléctrico, unas 640.000 horas o 73 años, solo para justificar el costo del equipo. Al mismo tiempo, durante tal período de tiempo, sin duda, será necesario cambiar varias veces el equipo por completo, nadie ha cancelado la degradación de la batería y las fotocélulas.

Diagrama del dispositivo

Estas placas se calientan mucho, así que las soldaremos un poco sobre la PCB. Para esto, usaremos un alambre de cobre rígido para hacer las patas de la PCB. Tendremos 4 piezas de alambre de cobre para hacer 4 patas para la placa de circuito. También puede usar encabezados de pines en lugar de alambre de cobre para esto.

La celda solar está conectada a los terminales IN+ e IN- de la placa de carga TP4056 respectivamente. Se inserta un diodo en el extremo positivo para protección contra voltaje inverso. Luego, las placas BAT+ y BAT- se conectan a los extremos +ve y -ve de la batería. Eso es todo lo que necesitamos para cargar la batería.

Ahora, para alimentar la placa Arduino, necesitamos aumentar la salida a 5V. Entonces agregamos un amplificador de voltaje de 5V a este circuito. Conecte -ve baterías a IN- del amplificador y ve+ a IN+ añadiendo un interruptor entre ellas. Conectamos la placa de refuerzo directamente al cargador, pero recomendamos instalar un interruptor SPDT allí. Por lo tanto, cuando el dispositivo carga la batería, se carga y no se usa.

Las células solares están conectadas a la entrada de un cargador de batería de litio (TP4056), cuya salida está conectada a una batería de litio 18560. También se conecta un amplificador de voltaje de 5 V a la batería y se utiliza para convertir de 3,7 V CC a 5 V CC.

El voltaje de carga suele ser de alrededor de 4,2 V. La entrada del amplificador de voltaje varía de 0,9 V a 5,0 V. Por lo tanto, verá alrededor de 3,7 V en su entrada cuando la batería se está descargando y 4,2 V cuando se está recargando. La salida del amplificador al resto del circuito lo mantendrá en 5V.

Este proyecto será muy útil para alimentar el registrador de datos remoto. Como sabe, la fuente de alimentación siempre es un problema para la grabadora remota y, en la mayoría de los casos, no hay una toma de corriente disponible.

Una situación similar te obliga a usar algunas baterías para alimentar tu circuito. Pero eventualmente, la batería morirá. Nuestro proyecto económico cargador solar sería una gran solución para esta situación.

Necesitar

En la carga máxima de la batería, el controlador regulará el suministro de corriente a la misma, reduciéndola a la cantidad requerida para compensar la autodescarga del dispositivo. Si la batería está completamente descargada, el controlador apagará cualquier carga entrante en el dispositivo.

La necesidad de este dispositivo se puede reducir a los siguientes puntos:

1. La carga de la batería es de varias etapas;
2. Ajuste de la batería de encendido/apagado al cargar/descargar el dispositivo;
3. Conexión de la batería a carga máxima;
4. Conexión de carga desde fotocélulas en modo automático.

El controlador de carga de la batería para dispositivos solares es importante porque el desempeño de todas sus funciones en buenas condiciones aumenta considerablemente la vida útil de la batería incorporada.

Diagramas de cableado

Hay 3 esquemas posibles para conectar paneles solares entre sí, estos son: conexión en serie, paralelo y serie-paralelo. Ahora más sobre ellos.

conexión en serie

En este circuito, el terminal negativo del primer panel se conecta al terminal positivo del segundo, el negativo del segundo al tercer terminal y así sucesivamente. Lo que da tal conexión: se agregará el voltaje de todos los paneles. En otras palabras, si quieres obtener, por ejemplo, 220V de inmediato, este circuito te ayudará a hacerlo.pero rara vez se usa.

Tomemos un ejemplo. Tenemos 4 paneles con una potencia nominal de 12V cada uno, Voc: 22.48V (este es el voltaje de circuito abierto), obtenemos 48V en la salida. Voltaje de circuito abierto \u003d 22.48V * 4 \u003d 89.92V. mientras que la potencia máxima actual, Imp, permanece sin cambios.

En este esquema, no se recomienda utilizar paneles con diferentes valores de Imp, ya que la eficiencia del sistema será baja.

Coneccion paralela

Este esquema permite, sin elevar el voltaje de los paneles, aumentar la corriente. Tomemos un ejemplo. Tenemos 4 paneles con una potencia nominal de 12V cada uno, voltaje de circuito abierto 22.48V, corriente en el punto de máxima potencia 5.42A. A la salida del circuito, el voltaje nominal y el voltaje de circuito abierto permanecen sin cambios, pero la potencia máxima será 5.42A * 4 = 21.68A.

Conexión serie-paralelo

• Tensión nominal del panel solar: 12 V. • Tensión en vacío Voc: 22,48 V. • Corriente en el punto de máxima potencia Imp: 5,42 A.

Al conectar 2 paneles solares en serie y 2 en paralelo en la salida, obtenemos un voltaje de 24V, un voltaje de circuito abierto de 44.96V y la corriente será de 5.42A * 2 = 10.84A.

Esto permite tener un sistema equilibrado y ahorrar en equipos como un controlador de carga de batería, ya que el emu no necesitará soportar mucho voltaje en su punto máximo. El circuito también permite utilizar paneles de diferente potencia, por ejemplo, de 2 a 12V, para convertir a 24V. La opción de red más conveniente para el hogar.

Los mejores paneles solares estacionarios

Los dispositivos estacionarios se caracterizan por sus grandes dimensiones y su mayor potencia. Se instalan en gran número en los techos de los edificios y otras áreas libres.Diseñado para uso durante todo el año.

Sunways FSM-370M

4.9

★★★★★
partitura editorial

98%
los compradores recomiendan este producto

El modelo está fabricado con tecnología PERC, gracias a la cual es estable en condiciones climáticas adversas. El marco de aluminio anodizado no teme los impactos bruscos ni la deformación. El vidrio templado de alta resistencia con baja absorción UV garantiza la seguridad del panel.

La potencia nominal es de 370 W, el voltaje es de 24 V. La batería puede funcionar a una temperatura exterior de -40 a +85 °С. El conjunto de diodos lo protege de sobrecargas y corrientes inversas, reduce las pérdidas de eficiencia con sombreado parcial de la superficie.

ventajas:

• marco duradero resistente a la corrosión;
• vidrio protector grueso;
• operación estable en cualquier condición;
• larga vida útil.

Defectos:

gran peso

Sunways FSM-370M está recomendado para el suministro eléctrico permanente de grandes instalaciones. Una excelente opción para colocar en el techo de un edificio residencial o de oficinas.

Delta BST 200-24M

4.9

★★★★★
partitura editorial

96%
los compradores recomiendan este producto

Una característica de Delta BST es la estructura heterogénea de los módulos monocristalinos. Esto ha mejorado la capacidad del panel para absorber la radiación solar dispersa y asegura su funcionamiento eficiente incluso en condiciones de nubosidad.

La potencia máxima de la batería es de 200 vatios con unas dimensiones de 1580x808x35 mm. La construcción rígida soporta condiciones difíciles y un marco reforzado con orificios de drenaje garantiza un funcionamiento estable del panel durante el mal tiempo. La capa protectora está hecha de vidrio templado antirreflectante de 3,2 mm de espesor.

ventajas:

• operación estable en condiciones climáticas difíciles;
• construcción reforzada;
• resistencia al calor;
• marco inoxidable.

Defectos:

instalación compleja.

El Delta BST está diseñado para brindar energía constante durante todo el año y brindará energía confiable durante muchos años.

Ferón PS0301

4.8

★★★★★
partitura editorial

90%
los compradores recomiendan este producto

El panel solar Feron no teme las condiciones difíciles y funciona de manera estable a una temperatura de -40 a +85 °C. La carcasa de metal es resistente a los daños y no se corroe. La potencia de la batería es de 60 W, las dimensiones en forma lista para usar son 35x1680x664 milímetros.

Si es necesario, la estructura de transporte se puede plegar fácilmente. Para un transporte cómodo y seguro, se proporciona un estuche especial hecho de materiales sintéticos duraderos. El kit también incluye dos soportes, un cable con clips y un controlador, que le permite poner en funcionamiento el panel inmediatamente.

ventajas:

• resistencia al calor;
• operación estable en todas las condiciones climáticas;
• estuche duradero;
• instalación rápida;
• conveniente diseño plegable.

Defectos:

precio alto.

Feron se puede utilizar en cualquier clima. Una buena opción para instalar en una vivienda particular, pero necesitarás varios de estos paneles para conseguir suficiente potencia.

Casa del sol del bosque 120W

4.7

★★★★★
partitura editorial

85%
los compradores recomiendan este producto

El modelo está hecho de obleas de silicio policristalino. Las fotocélulas están cubiertas con una gruesa capa de vidrio templado, lo que elimina el riesgo de daños mecánicos y factores externos. Su vida útil es de unos 25 años.

La potencia de la batería es de 120 W, las dimensiones en estado listo para usar son 128x4x67 centímetros.El kit incluye una práctica bolsa fabricada en material resistente al desgaste que simplifica el almacenamiento y transporte del panel. Para facilitar la instalación en una superficie plana, se proporcionan patas especiales.

ventajas:

• cubierta protectora;
• instalación rápida;
• tamaño compacto y fácil de transportar;
• larga vida útil;
• Bolsa duradera incluida.

Defectos:

el marco es endeble.

Woodland Sun House es capaz de cargar baterías de 12 voltios. Una excelente solución para instalar en una casa de campo, una base de caza y en otros lugares alejados de la civilización.

Opciones de conexión solar

Los paneles solares se componen de varios paneles individuales. Para aumentar los parámetros de salida del sistema en forma de potencia, voltaje y corriente, los elementos se conectan entre sí, aplicando las leyes de la física.

La conexión de varios paneles entre sí se puede realizar utilizando uno de los tres esquemas de montaje de paneles solares:

• paralela;
• coherente;
• mezclado.

El circuito paralelo consiste en conectar terminales del mismo nombre entre sí, en los que los elementos tienen dos nodos comunes de convergencia de conductores y su ramificación.

Con un circuito paralelo, las ventajas están conectadas a las ventajas y las desventajas a las desventajas, como resultado de lo cual la corriente de salida aumenta y el voltaje de salida permanece dentro de los 12 voltios.

El valor de la máxima corriente de salida posible en un circuito paralelo es directamente proporcional al número de elementos conectados. Los principios para calcular la cantidad se dan en el artículo que recomendamos.

El circuito en serie implica la conexión de polos opuestos: el "más" del primer panel al "menos" del segundo. El "más" restante sin usar del segundo panel y el "menos" de la primera batería están conectados al controlador ubicado más adelante en el circuito.

Este tipo de conexión crea condiciones para el flujo de corriente eléctrica, en el que solo hay una forma de transferir el portador de energía desde la fuente hasta el consumidor.

Con una conexión en serie, el voltaje de salida aumenta y llega a 24 voltios, lo cual es suficiente para alimentar equipos portátiles, lámparas LED y algunos receptores eléctricos.

Un circuito en serie-paralelo o mixto se usa con mayor frecuencia cuando es necesario conectar varios grupos de baterías. Al aplicar este circuito, tanto el voltaje como la corriente se pueden aumentar en la salida.

Con un esquema de conexión en serie-paralelo, el voltaje de salida alcanza una marca, cuyas características son las más adecuadas para resolver la mayor parte de las tareas domésticas

Esta opción también es beneficiosa en el sentido de que en caso de falla de uno de los elementos estructurales del sistema, otras cadenas de conexión continúan funcionando. Esto aumenta significativamente la fiabilidad de todo el sistema.

El principio de ensamblar un circuito combinado se basa en el hecho de que los dispositivos dentro de cada grupo están conectados en paralelo. Y la conexión de todos los grupos en un circuito se realiza secuencialmente.

Al combinar diferentes tipos de conexiones, no será difícil ensamblar una batería con los parámetros necesarios. Lo principal es que el número de celdas conectadas debe ser tal que la tensión de funcionamiento suministrada a las baterías, teniendo en cuenta su caída en el circuito de carga, supere la tensión de las propias baterías y la corriente de carga de la batería al mismo tiempo. el tiempo proporciona la cantidad requerida de corriente de carga.

Necesitar

En la carga máxima de la batería, el controlador regulará el suministro de corriente a la misma, reduciéndola a la cantidad requerida para compensar la autodescarga del dispositivo. Si la batería está completamente descargada, el controlador apagará cualquier carga entrante en el dispositivo.

La necesidad de este dispositivo se puede reducir a los siguientes puntos:

1. La carga de la batería es de varias etapas;
2. Ajuste de la batería de encendido/apagado al cargar/descargar el dispositivo;
3. Conexión de la batería a carga máxima;
4. Conexión de carga desde fotocélulas en modo automático.

El controlador de carga de la batería para dispositivos solares es importante porque el desempeño de todas sus funciones en buenas condiciones aumenta considerablemente la vida útil de la batería incorporada.