Laadregelaar voor zonnepaneel: schema, werkingsprincipe, aansluitmethoden

Zonne-energie blijft vooralsnog (op huishoudelijk niveau) beperkt tot de productie van fotovoltaïsche panelen met een relatief laag vermogen. Maar ongeacht de constructie van de fotovoltaïsche omzetter van zonlicht in stroom is dit apparaat uitgerust met een module die de laadregelaar van de zonnebatterij wordt genoemd.

Inderdaad omvat het systeem voor de omzetting van zonlicht een accu – de opslag van energie die van het zonnepaneel wordt verkregen. Juist deze secundaire energiebron wordt in de eerste plaats door de laadregelaar bediend.

In het door ons gepresenteerde artikel bespreken we de opbouw en de werkingsprincipes van dit apparaat en bekijken we ook de manieren om het aan te sluiten.

Laadregelaars voor zonnebatterijen

De elektronische module, die controller voor het zonnepaneel wordt genoemd, is bedoeld om een reeks controlefuncties uit te voeren tijdens het laden/ontladen van de accu van het zonnepaneel.

Wanneer zonlicht op het oppervlak van een zonnepaneel valt, dat bijvoorbeeld op het dak van een huis is geïnstalleerd, wordt dit licht door de foto-elektrische cellen van het apparaat omgezet in elektrische stroom.

De verkregen energie zou in principe direct aan de accu kunnen worden geleverd. Het laad-/ontlaadproces van de accu heeft echter zijn eigen fijnheden (bepaalde stroom- en spanningsniveaus). Als deze fijnheden worden verwaarloosd, zal de accu binnen korte tijd gewoon defect raken.

Om dergelijke trieste gevolgen te voorkomen, is er een module ontworpen die de laadcontroller voor een zonnepaneel wordt genoemd.

Naast het bewaken van het laadniveau van de accu, volgt de module ook het energieverbruik. Afhankelijk van de ontlading wordt door de schakeling van de laadcontroller van de accu van het zonnepaneel het stroomniveau geregeld en ingesteld dat nodig is voor het initiële en volgende laden.

Afhankelijk van het vermogen van de laadcontroller van de accu's van de zonne-energie-installatie, kunnen de constructies van deze apparaten verschillende configuraties hebben.

Kortom, in eenvoudige bewoordingen zorgt de module voor een zorgeloos 'leven' voor de accu, die periodiek energie opslaat en afgeeft aan de verbruikersapparaten.

In de praktijk gebruikte typen

Op industrieel niveau is de productie van twee soorten elektronische apparaten opgezet en uitgevoerd, waarvan de uitvoering geschikt is voor installatie in het schema van een zonne-energiesysteem:

1. Apparaten van de PWM-serie.
2. Apparaten van de MPPT-serie.

Het eerste type controller voor een zonnepaneel kan een 'ouderwetse' worden genoemd. Dergelijke schakelingen zijn ontwikkeld en in gebruik genomen in de begindagen van de zonne- en windenergie.

Het werkingsprincipe van de PWM-controller is gebaseerd op algoritmen voor pulsbreedtemodulatie. De functionaliteit van dergelijke apparaten is iets minder dan die van de meer geavanceerde MPPT-apparaten, maar over het algemeen werken ze ook vrij efficiënt.

Een van de in de maatschappij populaire modellen van de laadcontroller voor accu's van een zonnestation, ondanks dat de schakeling van het apparaat is gemaakt volgens de PWM-technologie die als verouderd wordt beschouwd.

Constructies waarin de technologie Maximum Power Point Tracking (tracking van het maximale vermogenspunt) wordt toegepast, onderscheiden zich door een moderne benadering van schakelingstechnische oplossingen en bieden meer functionaliteit.

Maar als we beide typen controllers vergelijken, en vooral met een focus op de huishoudelijke sector, zien MPPT-apparaten er niet zo rooskleurig uit als ze traditioneel worden geadverteerd.

Controller van het type MPPT:

• heeft een hogere kostprijs;
• beschikt over een complex instellingsalgoritme;
• geeft alleen vermogenswinst op panelen van aanzienlijke omvang.

Dit type apparatuur is meer geschikt voor systemen voor mondiale zonne-energie.

Controller, ontworpen voor gebruik als onderdeel van een zonne-energie-installatie. Het is een vertegenwoordiger van de klasse van MPPT-apparaten – geavanceerder en efficiënter.

Voor de behoeften van een gewone gebruiker in een huishoudelijke omgeving, die doorgaans panelen van klein formaat heeft, is het voordeliger om een PWM-controller (PWM) te kopen en met hetzelfde effect te gebruiken.

Structuurschema's van de laadregelaars

De principeschema's van PWM- en MPPT-controllers vanuit het perspectief van een leek bekijken – dat is een te complex punt, dat een diepgaand begrip van elektronica vereist. Daarom is het logisch om alleen de structuurschema's te bekijken. Deze benadering is begrijpelijk voor een breed publiek.

Optie #1 – PWM-apparaten

De spanning van het zonnepaneel komt via twee geleiders (plus en min) aan op een stabiliserend element en een scheidende weerstandsketen. Dankzij dit deel van de schakeling wordt de egalisatie van de ingangsspanningspotentialen verkregen en wordt tot op zekere hoogte de bescherming van de controller-ingang tegen overschrijding van de ingangsspanningsgrens georganiseerd.

Hier moet worden benadrukt: elk afzonderlijk model van het apparaat heeft een specifieke ingangsspanningsgrens (aangegeven in de documentatie).

Zo ziet het structuurschema er ongeveer uit van apparaten die op basis van PWM-technologieën zijn gemaakt. Voor gebruik in kleine huishoudelijke stations biedt een dergelijke schema-aanpak voldoende efficiëntie.

Vervolgens worden spanning en stroom begrensd tot de benodigde waarde door vermogenstransistoren. Deze componenten van de schakeling worden op hun beurt aangestuurd door de controllerchip via een driver-IC. Als gevolg hiervan wordt aan de uitgang van het paar vermogenstransistoren een normale spanning en stroom voor de accu ingesteld.

Ook is in de schakeling een temperatuursensor en een driver aanwezig die de vermogenstransistor aanstuurt waarmee het vermogen van de belasting wordt geregeld (bescherming tegen diepe ontlading van de accu). Met de temperatuursensor wordt de verhittingstoestand van belangrijke onderdelen van de PWM-controller bewaakt.

Gewoonlijk het temperatuurniveau in de behuizing of op de koelers van de vermogenstransistoren. Als de temperatuur de in de instellingen vastgestelde grenzen overschrijdt, schakelt het apparaat alle actieve voedingslijnen uit.

Optie #2 – MPPT-apparaten

De complexiteit van de schakeling wordt in dit geval veroorzaakt door de aanvulling met een reeks elementen die het benodigde regelalgoritme nauwkeuriger opbouwen, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden.

De spannings- en stroomniveaus worden gevolgd en vergeleken door comparatorschakelingen, en op basis van de vergelijkingsresultaten wordt het maximale uitgangsvermogen bepaald.

Een schematische oplossing in structurele vorm voor laadregelaars die zijn gebaseerd op MPPT-technologieën. Hier wordt al een complexer algoritme voor besturing en beheer van randapparatuur opgemerkt.

Het belangrijkste verschil tussen dit type regelaars en PWM-apparaten is dat ze het zonne-energiemodule kunnen aanpassen aan het maximale vermogen, ongeacht de weersomstandigheden.

Het schema van dergelijke apparaten implementeert verschillende controlemethoden:

• verstoring en observatie;
• toenemende geleidbaarheid;
• stroomontwikkeling;
• constante spanning.

En in het laatste deel van de algemene werking wordt nog een algoritme voor vergelijking van al deze methoden toegepast.

Manieren om laadregelaars aan te sluiten

Bij het bespreken van het onderwerp aansluitingen moet u meteen opmerken: voor de installatie van elk afzonderlijk apparaat is een kenmerkende eigenschap dat het werkt met een specifieke serie zonnepanelen.

Dus als bijvoorbeeld een regelaar wordt gebruikt die is berekend op een maximale ingangsspanning van 100 volt, moet de serie zonnepanelen aan de uitgang een spanning leveren die niet groter is dan deze waarde.

Elke zonne-energie-installatie werkt volgens de regel van balans tussen uitgangs- en ingangsspanning van de eerste trap. De bovengrens van de regelaarspanning moet overeenkomen met de bovengrens van de paneelspanning.

Voordat u het apparaat aansluit, moet u de plaats van fysieke installatie bepalen. Volgens de regels moet u voor de installatie droge, goed geventileerde ruimtes kiezen. De aanwezigheid van brandbare materialen in de buurt van het apparaat is uitgesloten.

Het is niet toegestaan dat er in de directe omgeving van het apparaat bronnen van trillingen, warmte en vochtigheid aanwezig zijn. De installatieplaats moet worden beschermd tegen neerslag en direct zonlicht.

Aansluittechniek voor PWM-modellen

Vrijwel alle fabrikanten van PWM-regelaars vereisen dat u de exacte volgorde van aansluiten van de apparaten aanhoudt.

De techniek van het aansluiten van PWM-regelaars op randapparatuur kent geen bijzondere complexiteit. Elke printplaat is voorzien van gemarkeerde klemmen. Hier moet u eenvoudigweg de volgorde van handelingen aanhouden.

Randapparatuur moet u aansluiten in volledige overeenstemming met de markeringen van de contactklemmen:

1. Sluit de accukabels aan op de klemmen van het apparaat voor de accu in overeenstemming met de aangegeven polariteit.
2. Plaats direct op het contactpunt van de positieve draad een beveiligingszekering.
3. Bevestig op de contacten van de regelaar die bestemd zijn voor het zonnepaneel de geleiders die van de zonnepaneelbatterij komen. Houd de polariteit aan.
4. Sluit op de belastingsuitgangen van het apparaat een testlamp aan met de juiste spanning (meestal 12/24V).

De aangegeven volgorde mag niet worden verstoord. Het is bijvoorbeeld ten strengste verboden om eerst de zonnepanelen aan te sluiten als de accu niet is aangesloten. Door dergelijke handelingen riskeert u het apparaat te 'verbranden'. In dit artikel wordt het montageschema van zonnepanelen met accu in meer detail beschreven.

Ook voor PWM-regelaars is het niet toegestaan om een spanningsomvormer aan te sluiten op de belastingsklemmen van de regelaar. De omvormer moet rechtstreeks worden aangesloten op de accuklemmen.

Aansluitvolgorde voor MPPT-apparaten

De algemene vereisten voor fysieke installatie voor dit type apparaten verschillen niet van de voorgaande systemen. Maar de technologische installatie is vaak enigszins anders, aangezien MPPT-regelaars vaak worden beschouwd als krachtigere apparaten.

Voor regelaars die zijn ontworpen voor hoge vermogens, wordt aanbevolen om kabels met grote doorsneden te gebruiken die zijn voorzien van metalen eindhulzen op de verbindingen van de stroomcircuits.

Voor krachtige systemen worden deze vereisten bijvoorbeeld aangevuld met het feit dat fabrikanten aanbevelen om voor de stroomaansluitlijnen een kabel te gebruiken die is ontworpen voor een stroomdichtheid van ten minste 4 A/mm². Dat wil zeggen, voor een regelaar van 60 A is een kabel nodig voor aansluiting op de accu met een doorsnede van ten minste 20 mm².

De verbindingskabels moeten worden voorzien van koperen kabelogen die met speciaal gereedschap stevig worden gekrompen. De negatieve klemmen van het zonnepaneel en de accu moeten worden uitgerust met adapters met zekeringen en schakelaars.

Een dergelijke aanpak voorkomt energieverliezen en zorgt voor een veilige werking van de installatie.

Structuurschema van de aansluiting van een krachtige MPPT-regelaar: 1 – zonnepaneel; 2 – MPPT-regelaar; 3 – klemmenblok; 4,5 – smeltzekeringen; 6 – netschakelaar regelaar; 7,8 – aardingsrail

Voordat u de zonnepanelen op het apparaat aansluit, moet u controleren of de spanning op de klemmen gelijk is aan of lager is dan de spanning die op de ingang van de controller mag worden aangelegd.

Aansluiting van randapparatuur op het MTTP-apparaat:

1. Zet de schakelaars van het paneel en de accu in de stand 'uit'.
2. Verwijder de beveiligingszekeringen op het paneel en de accu.
3. Sluit de accuklemmen met een kabel aan op de regelaarklemmen voor de accu.
4. Sluit de aansluitingen van het zonnepaneel met een kabel aan op de regelaarklemmen die met het bijbehorende teken zijn gemarkeerd.
5. Sluit de aardingsklem met een kabel aan op de aardingsrail.
6. Installeer de temperatuursensor op de regelaar volgens de instructies.

Na deze handelingen moet u de eerder verwijderde accuzekering opnieuw plaatsen en de schakelaar in de stand 'aan' zetten. Op het scherm van de regelaar verschijnt een signaal dat de accu is gedetecteerd.

Vervolgens, na een korte pauze (1-2 min), plaatst u de eerder verwijderde zekering van het zonnepaneel terug en zet u de panneelschakelaar in de stand 'aan'.

Het scherm van het apparaat toont de spanning van het zonnepaneel. Dit moment geeft aan dat de zonne-energie-installatie succesvol is gestart.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De industrie produceert apparaten die qua schakeloplossingen veelzijdig zijn. Daarom is het onmogelijk om eenduidige aanbevelingen te geven voor het aansluiten van alle installaties zonder uitzondering.

Het belangrijkste principe voor alle soorten apparaten blijft echter hetzelfde: zonder dat de accu op de bus van de controller is aangesloten, is verbinding met de fotovoltaïsche panelen niet toegestaan. Vergelijkbare vereisten gelden ook voor het opnemen van de spanningsomvormer in het schema. Deze moet worden beschouwd als een aparte module die rechtstreeks op de accu wordt aangesloten.

Als u de nodige ervaring of kennis heeft, deel deze dan met onze lezers. Laat uw reacties achter in het blok hieronder. U kunt hier ook een vraag stellen over het onderwerp van het artikel.