PWM-Solarladeregler – Funktion, Dimensionierung und Auswahl

Was ist Pulsweitenmodulation (PWM) Solarladeregler?

Was ist Pulsweitenmodulation oder ein PWM-Laderegler?

Ein PWM (Pulsweitenmodulation ) Controller ist ein (elektronischer) Übergang zwischen den Solarmodulen und den Batterien:

Der Solarladeregler (häufig als Regler bezeichnet) ist identisch mit dem Standard-Batterieladegerät, d. h. er steuert den Stromfluss vom Solarmodul zur Batteriebank, um zu verhindern, dass der Strom fließt Überladen der Batterien. Wie bei einem Standard-Batterieladegerät kann es verschiedene Batterietypen aufnehmen.

Die Absorptionsspannung kann die Float-Spannung auswählen und kann oft auch die Zeit und den Schwanzstrom einstellen. Sie eignen sich am besten für Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus, da der Controller bei voller Ladung auf dem festen Float bleibt oder für den Rest des Tages eine Spannung von etwa 13,6 V (3,4 V pro Zelle) aufrechterhält.

Das beliebteste Ladeprofil ist die gleiche einfache Abfolge wie bei einem hochwertigen Netzadapter, d. h. Bulk-Modus – Absorptionsmodus – Float-Modus. Der Eintritt in den Massenlademodus erfolgt unter:

• Sonnenaufgang am Morgen
• Falls die Batteriespannung für länger als einen festgelegten Zeitraum, z. B. 5 Sekunden (Wiedereintritt), unter die angegebene Spannung abfällt

Dieser Wiedereintritt in den Bulk-Modus funktioniert bei Blei-Säure-Batterien besser, da der Spannungsabfall und -abfall signifikanter sind als bei Batterien auf Lithiumbasis, die eine höhere, stabilere Spannung beibehalten für den Rest der Entlassungszeit.

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Im Solarladeregler:

• Der Schalter ist eingeschaltet, während sich der Lademodus im Massenlademodus befindet.
• Der Schalter wird bei Bedarf ein- und ausgeschaltet (pulsweitenmoduliert), um die Batteriespannung der Absorption zu halten.
• Er ist am Ende der Absorption AUS, wenn die Batteriespannung auf die Float-Spannung abfällt.
• Der Schalter wird nach Bedarf wieder ein- und ausgeschaltet (pulsbreitenmoduliert), um die Batteriespannung auf der Float-Spannung zu halten.

Beachten Sie, dass bei ausgeschaltetem Schalter die Panelspannung die Leerlaufspannung (Voc) ist. Wenn sich die Taste auf dem Bedienfeld befindet, entspricht die Spannung der Batteriespannung + die Spannung nimmt zwischen der Platine und dem Controller ab.

Die beste Übereinstimmung für einen PWM-Controller:

Das am besten passende Panel für einen PWM-Controller ist ein Panel mit einer knapp darüber vorgesehenen Spannung zum Laden des Akkus und unter Berücksichtigung der Temperatur, meist ein Board mit einer V_mp (maximale Spannung) von etwa 18 V zum Laden einer 12-V-Batterie. Sie werden manchmal als 12-V-Reihe bezeichnet, obwohl sie einen V_mp haben von ca. 18V.

Unten ist das Blockdiagramm eines typischen PWM-Solarladereglers.

3-stufige PMW-Aufladung

Massenladung: Beim Hauptladezustand hält das PV-Gerät einen Großteil der Batterieladung aufrecht. Das Gerät lädt die Batterie mit hohem Strom und hoher Spannung, wenn die Spannung abfällt. Wenn die Spannung am Ende der Batterie während der Einstellung größer als dieser Wartungswert ist, sollte das direkte Laden beendet werden.

Aufladung absorbieren: Normalerweise wartet die Batterie nach dem ersten Ladeschritt eine Zeit lang, damit die Spannung auf natürliche Weise abnehmen und dann die ausgeglichene Ladephase erreichen kann. Die Stufe wird auch als Konstantspannungsladung bezeichnet.

Float Charge: Es ist die letzte Stufe des 3-stufigen Ladens, bekannt als Erhaltungsladung. Das Rinnsal ist ein leichter Ladestrom zur Batterie mit einer niedrigen Rate und konstant. Die meisten wiederaufladbaren Batterien verlieren aufgrund von Selbstentladung an Leistung, wenn sie vollständig mit Strom versorgt werden. Wenn der Ladestrom auf dem gleichen niedrigen Strom wie die Selbstentladungsrate bleibt, kann die Ladekapazität aufrechterhalten werden.

Vorteile des PWM-Solarreglers:

• Der PWM-Regler verfügt über ausgereifte und etablierte Techniken.
• Einfacher Aufbau und kostengünstig
• Einfacher Einsatz des PWM-Reglers
• Das niedrigere Budget aufgrund einer kleinen Initiative

PWM Solarladeregler Nachteile:

• Niedrige Conversion-Rate
• Die Eingangsspannung muss die Bankspannung der Batterie ausgleichen.
• Weniger Skalierbarkeit für die Geräteentwicklung
• Weniger Lademodus
• Weniger Schutz;

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Die Funktion des Solarladereglers:

Der zentrale Laderegler regelt im Wesentlichen die Spannung des Geräts und öffnet den Stromkreis, wodurch die Ladung gestoppt wird, wenn die Batteriespannung auf einen bestimmten Wert ansteigt. Weitere Ladesteuerungen verwendeten ein mechanisches Relais, um den Kurs zu öffnen oder abzuschalten, den Strom von der elektrischen Speichereinheit zu stoppen oder zu starten.

Im Allgemeinen sind 12-V-Batterien für Solarenergieanwendungen. Solarmodule können viel mehr Spannung liefern, als die Batterie zum Laden benötigt. Die Ladespannung wird auf dem höchstmöglichen Niveau gehalten, während die Zeit, die benötigt wird, um die elektrische Speicherausrüstung vollständig einzustellen, minimal ist. Es hilft den Solaranlagen dauerhaft optimal zu laufen. Die Verlustleistung der Kabel ist deutlich geringer, da eine höhere Spannung in den Kabeln der Solarmodule zum Laderegler geführt wird.

Solarladeregler können auch den Rückfluss von Elektrizität steuern. Die Laderegler erkennen, ob von den Solarmodulen kein Strom kommt, und öffnen den Stromkreis, der die Solarmodule von den Batteriegeräten trennt und den Rückstromfluss stoppt.

Arten von Solarladereglern:

Drei Arten von Solarladereglern

1) Einfache 1- oder 2-Phasen-Steuerung:Hat geschaltete Transistoren, um die Spannung in einem oder zwei Schritten zu regulieren.

2) PWM (pulsweitenmoduliert):Dies ist die traditionelle Form des Ladereglers, z. B. xantrex, Blue Sky und so weiter. Dies ist im Moment die Industrienorm.

3) Maximum Power Point Tracking (MPPT):MPPT identifiziert die optimale Betriebsspannung und Stromstärke des Solarpanel-Displays und stimmt mit der der elektrischen Zellenbank überein.

Dimensionierung eines PWM-Solarladereglers

PWM-Controller können ihre aktuelle Leistung nicht einschränken. Sie verwenden nur die aktuelle Kollektion. Wenn also die Solaranlage 40 Ampere Strom erzeugt und der von Ihnen verwendete Laderegler nur für 30 Ampere ausgelegt ist, könnte der Regler beeinträchtigt werden. Es ist wichtig sicherzustellen, dass Ihr Laderegler parallel ist, mit Ihren Panels kompatibel ist und die richtige Größe für Ihre Panels hat.

Wenn Sie sich einen Laderegler ansehen, werden viele Elemente in der Liste der Funktionen oder Tags betrachtet. Ein PWM-Controller würde einen Verstärker mit sich führen, z. B. einen 30-Ampere-PWM-Controller. Er spiegelt wider, wie viele Ampere der Controller aufnehmen kann, im obigen Beispiel 30 Ampere. Im Allgemeinen sind die Stromstärke und die Nennspannung die beiden Dinge, die Sie bei einer PWM-Steuerung betrachten sollten.

Als nächstes wollen wir uns die nominale Gerätespannung ansehen. Es würde uns darüber informieren, mit welcher Spannung die Batteriebänke des Controllers kompatibel sind. In dieser Situation können Sie 12-V- oder 24-V-Batteriebänke verwenden. Der Controller wäre nicht in der Lage, mit etwas Höherem zu arbeiten, wie z. B. einer 48-V-Batteriebank.

Zweitens ist der Nennstrom der Batterie wichtig. Nehmen wir in diesem Fall an, dass Sie einen 30-Ampere-Laderegler haben. Es wird ein Schutzverhältnis von mindestens 1,25 empfohlen, was bedeutet, dass Sie den Strom von den Panels mit 1,25 mitteln und dann 30 Ampere gleichsetzen können. Beispielsweise haben fünf 100-Watt-Panels 5,29 x 5 =26,45 Ampere parallel. 26,45 Ampere x 1,25 =33 Ampere, und das wird für den Controller zu viel sein. Wenn die Sonneneinstrahlung über 1000 Watt/m^2 liegt, wird das Panel mehr Strom ausgesetzt als geschätzt.

Drittens sollten wir den maximalen Eintrag von Sonnenenergie betrachten. Es zeigt Ihnen, wie viel Volt Sie an den Controller bekommen können. Dieser Controller verträgt nicht mehr als 50 Volt. Es geht um die Herstellung von 2 x 100-Watt-Panels in Reihe mit insgesamt 22,5 V (Leerlaufspannung) x 2 =45 Volt. In diesem Fall ist es in Ordnung, diese beiden Panels in Reihe zu verdrahten.

Viertens sollten wir uns die Terminals ansehen. Jeder Controller hat typischerweise die maximale Größe des Endmaßes. Es ist entscheidend, wenn Sie Kabel für Ihre Maschine kaufen.

Sehen Sie sich schließlich den Batterietyp an. Es sagt uns, welche Batterien mit dem Laderegler kompatibel sind. Es ist wichtig, dies zu überprüfen, da Sie keine Batterien erhalten möchten, die das Steuergerät nicht mit Strom versorgen kann.

Sehen Sie sich im Folgenden ein weiteres grundlegendes Beispiel für die Dimensionierung eines PWM-Solarladereglers an.

Beispiel:

Was ist die geeignete Größe eines PWM-Solarladereglers für ein 100-W-, 12-V-Solarmodul mit I_SC (Kurzschlussstrom) von 8A?

Lösung:

Wir müssen den Sicherheitsfaktor von 25 % Strom hinzufügen, d. h. 1,25 x I_SC um die passende Größe des Solarladereglers zu finden.

Hier entlang; 8A x 1,25 =10A.

Daher können Sie bedenkenlos 10 A, 12 V verwenden des Solarladereglers für dieses grundlegende Solarpanelsystem.

Ein anderer Weg, wenn die gesamte angeschlossene DC-Last 12 V, 95 W beträgt.

Nennlaststrom =DC-Gesamtlast / Systemnennspannung =95 W / 12 V

Nennlaststrom =7,91 A

Sicherheitsfaktor x Nennlaststrom

1,25 x 7,91 =9,9A

Schließlich eine grundlegende Potenzformelmethode, d. h. P =V x I

I =(P/V) x 1,25

I =(95W/12V) x 1,25

I =9,9 A

Beachten Sie, dass Sie die gleiche Formel für in Reihe und parallel geschaltete Solarmodule und Batterien entsprechend den Spannungs- und Stromwerten anwenden müssen. Möglicherweise sehen Sie im vorherigen Beitrag ein gelösteres Beispiel für die Dimensionierung von PWM- und MMPT-Ladereglern.

Die Diskrepanz zwischen PWM- und MPPT-Solarlastreglern

Der Kern des Unterschieds ist:

• Mit dem PWM-Controller wird der Strom aus dem Panel knapp über dem Batteriestand gezogen, während
• Mit dem MPPT-Controller zieht der Strom aus dem Panel an der Taste „Maximale Leistungsspannung“ (stellen Sie sich den MPPT-Controller als „intelligenten DC-zu-DC-Wandler“ vor).

Sie sehen auch Slogans wie „Sie werden 20 % oder mehr Energie aus einem MPPT-Controller ernten.“ Dieses Extra unterscheidet sich ebenfalls erheblich, und das Folgende ist ein Hinweis darauf, ob das Panel in vollem Sonnenlicht steht und sich der Controller im Bulk-Charge-Modus befindet. Ignorieren von Spannungsabfällen am Beispiel eines einfachen Panels und einfacher Mathematik:

• Maximaler Leistungsstrom des Panels (Imp)  =5,0 A
• Maximale Spannung des Panels (Vmp)  =18 V

Die Spannung des Ladegeräts =13 V (die Batteriespannung kann beispielsweise zwischen 10,8 V bei vollständiger Entladung und 14,4 V im Absorptionslademodus variieren). Bei 13 V wäre der Panel-Verstärker geringfügig höher als die gesamte Endstufe, sagen wir 5,2 A.

Mit einem PWM-Controller beträgt die Ausgangsleistung des Panels 5,2 A*13 V =67,6 Watt. Diese Leistungssumme würde unabhängig von der Paneltemperatur entnommen werden, vorausgesetzt, dass die Panelspannung über der Batteriespannung bleibt.

Mit einem MPPT-Controller beträgt die Ausgangsleistung des Panels 5,0A*18V =90 Watt, also 25 Prozent mehr. Dies ist jedoch zu ambitioniert, da die Spannung mit steigender Temperatur abnimmt; Nehmen Sie daher an, dass die Plattentemperatur um 30 °C über die Temperatur der normalen Testbedingungen (STC) von 25 °C ansteigt. Alle zehn °C sinkt die Spannung um 4 Prozent, also insgesamt 12 Prozent, die Leistung des MPPT wäre 5A*15,84V =79,2W, also 17,2 Prozent mehr Leistung als der PWM-Controller.

Es gibt also eine Zunahme der Energiegewinnung für die MPPT-Steuerungen, aber die prozentuale Zunahme der Energiegewinnung unterscheidet sich beträchtlich über den Tag.

Vorteile des PWM-Ladegeräts

Das Aufladen einer solarbetriebenen Batterie ist eine einzigartige und herausfordernde Herausforderung. Früher wurden wichtige Ein-Aus-Regler verwendet, um die Batterie von Gas zu befreien, wenn das Solarpanel überschüssigen Strom lieferte. Als sich die Sonnensysteme jedoch weiterentwickelten, wurde deutlich, wie sehr diese simplen Instrumente den Ladevorgang durcheinander gebracht hatten.

Die Erfahrung von On-Off-Reglern sind frühe Batteriefehler, zunehmende Lasttrennungen und zunehmende Frustration der Verbraucher. PWM hat sich kürzlich als erster Durchbruch beim Laden von Solarbatterien herausgestellt. PWM-Solarladegeräte verwenden ähnliche Hardware wie die meisten modernen, hochwertigen Batterieladegeräte.

Wenn die Batteriespannung die Steuergrenze überschreitet, verringert der PWM-Algorithmus langsam den Ladestrom, um zu verhindern, dass die Batterie erhitzt und gasförmig wird, während der Ladevorgang beginnt, die gesamte Energiemenge zurückzugeben in kürzester Zeit an die Batterie. Dies führt zu einer besseren Ladeeffizienz, einem schnellen Wiederaufladen und einer langlebigen Batterie bei maximaler Leistung.

Außerdem bietet diese neue Art des Ladens von Solarbatterien einige sehr faszinierende und ungewöhnliche Vorteile der PWM-Pulsation.

Dazu gehören:

1. Fähigkeit, reduzierte Batterieleistung wiederherzustellen und die Batterie zu entladen
2. Steigern Sie die Zustimmung zur Akkuladung dramatisch.
3. Beibehalten einer hohen Gesamtbatteriekapazität (90 % bis 95 %) im Vergleich zu Ein-Aus-gesteuerten Ladezustandsbereichen, die normalerweise zwischen 55 % und 60 % liegen.
4. Gleichen Sie die Driftzellen der Batterie aus.
5. Begrenzen Sie die Erwärmung und Vergasung der Batterie.
6. Alter des Akkus automatisch kompensieren.
7. Selbstregulierung von Spannungsanstiegen und Temperatureffekten in Solaranlagen

Auswahl des besten Solarreglers

Das PWM ist eine anständige, kostengünstige Option:

• Für kleinere Geräte
• Wo die Zuverlässigkeit des Geräts nicht wesentlich ist (der Ladevorgang)
• Für Solarmodule mit einer Nennspannung (Vmp) von bis zu 18 V zum Laden einer 12-V-Batterie (36 V für eine 24-V-Batterie usw.)
• Der MPPT-Regler ist ideal geeignet für:
• Für umfangreichere Netze, bei denen sich zusätzlich 20 %* oder mehr Energy Harvesting lohnen;
• Wenn die Spannung des Solarmoduls wesentlich wichtiger ist als die Batteriespannung, z. B. bei Verwendung von Hauspaneelen zum Laden von 12-V-Batterien;

Anwendungen

In den letzten Tagen ist die Methode zur Stromerzeugung aus Sonnenlicht häufiger geworden als andere alternative Quellen, und Photovoltaikmodule sind emissionsfrei und erfordern keinen hohen Wartungsaufwand. Hier sind einige Beispiele, wo wir Solarenergie nutzen.

• Straßenlaternen verwenden Photovoltaikzellen, um Sonnenlicht in elektrische Gleichstromladung umzuwandeln. Diese Maschine verwendet ein Solarladegerät, um Gleichstrom in den Batterien zu speichern, und verwendet ihn an mehreren Orten.
• Heimsysteme nutzen das PV-Modul für Haushaltszwecke.
• Das Hybrid-Solarpanel nutzt verschiedene Energiequellen, um eine permanente Notversorgung für andere Quellen bereitzustellen.

Hinweis:Dieser Artikel wurde von www.electricaltechnology.org veröffentlicht