Mạch điều chỉnh điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Bài viết hướng dẫn chi tiết cách thi công mạch điều khiển điều hòa tấm pin năng lượng mặt trời đơn giản tại nhà để sạc các loại pin nhỏ như acquy 12V 7AH sử dụng pin năng lượng mặt trời loại nhỏ

Sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Tất cả chúng ta đều biết khá rõ về các tấm pin mặt trời và chức năng của chúng. Các chức năng cơ bản của những thiết bị tuyệt vời này là chuyển đổi năng lượng mặt trời hoặc ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Về cơ bản, một tấm pin mặt trời được tạo thành từ các phần rời rạc của các tế bào quang điện riêng lẻ. Mỗi tế bào này có thể tạo ra một cường độ điện cực nhỏ, bình thường vào khoảng 1,5 đến 3 vôn.

Nhiều ô trong số các ô này trên bảng điều khiển được đấu nối tiếp để tổng điện áp hiệu dụng do toàn bộ thiết bị tạo ra lên đến đầu ra 12 volt hoặc 24 volt có thể sử dụng được.

Dòng điện do thiết bị tạo ra tỷ lệ thuận với mức độ ánh sáng mặt trời chiếu qua bề mặt của bảng điều khiển. Nguồn điện được tạo ra từ tấm pin mặt trời thường được sử dụng để sạc pin axit chì.

Ắc quy axit chì khi được sạc đầy sẽ được sử dụng với bộ biến tần để đạt được điện áp nguồn AC cần thiết để cung cấp điện cho ngôi nhà. Lý tưởng nhất là các tia nắng mặt trời nên chiếu qua bề mặt của bảng điều khiển để nó hoạt động tối ưu.

Tuy nhiên, vì mặt trời không bao giờ tĩnh lặng, bảng điều khiển cần theo dõi hoặc đi theo đường đi của mặt trời liên tục để tạo ra điện với tốc độ hiệu quả.

Nếu bạn quan tâm đến việc xây dựng một hệ thống bảng điều khiển năng lượng mặt trời tự động theo dõi kép bạn có thể tham khảo một trong những bài báo trước đây của tôi. Nếu không có bộ theo dõi năng lượng mặt trời, bảng điều khiển năng lượng mặt trời sẽ chỉ có thể thực hiện chuyển đổi với hiệu suất khoảng 30%.

Quay lại với các cuộc thảo luận thực tế của chúng tôi về các tấm pin mặt trời, thiết bị này có thể được coi là trái tim của hệ thống khi có liên quan đến việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, tuy nhiên, điện năng được tạo ra đòi hỏi phải thực hiện nhiều kích thước trước khi nó có thể được sử dụng hiệu quả hệ thống thanh giằng lưới trước.

Tại sao chúng ta cần một bộ điều chỉnh năng lượng mặt trời

Điện áp thu được từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời không bao giờ ổn định và thay đổi đáng kể theo vị trí của mặt trời và cường độ của tia nắng mặt trời và tất nhiên là theo mức độ tới của tấm pin mặt trời.

Điện áp này nếu được cấp cho pin để sạc có thể gây hại và làm nóng pin không cần thiết và các thiết bị điện tử đi kèm do đó có thể gây nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống.

Để điều chỉnh điện áp từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời, thông thường một mạch điều chỉnh điện áp được sử dụng giữa đầu ra của bảng năng lượng mặt trời và đầu vào của pin.

Mạch này đảm bảo rằng điện áp từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời không bao giờ vượt quá giá trị an toàn mà pin yêu cầu để sạc.

Thông thường để có được kết quả tối ưu từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời, điện áp đầu ra tối thiểu từ bảng điều khiển phải cao hơn điện áp sạc pin yêu cầu, có nghĩa là ngay cả trong điều kiện bất lợi khi tia nắng mặt trời không sắc nét hoặc tối ưu, bảng điều khiển năng lượng mặt trời vẫn có thể tạo ra một điện áp lớn hơn 12 vôn, có thể là điện áp pin đang được sạc.

Bộ điều chỉnh điện áp mặt trời hiện có trên thị trường có thể quá đắt và không đáng tin cậy, tuy nhiên, việc chế tạo một bộ điều chỉnh như vậy ở nhà bằng các linh kiện điện tử thông thường có thể không chỉ thú vị mà còn rất tiết kiệm.

Bạn cũng có thể muốn đọc về điều này Mạch điều chỉnh điện áp 100 Ah

Sơ đồ mạch

GHI CHÚ : VUI LÒNG LOẠI BỎ R4, NHƯ NÓ KHÔNG THỰC SỰ QUAN TRỌNG. BẠN CÓ THỂ THAY THẾ NÓ BẰNG LIÊN KẾT DÂY.

Theo dõi thiết kế PCB bên (không bao gồm R4, Diode và S1 ... R4 thực sự không quan trọng và có thể được thay thế bằng dây nhảy.

Làm thế nào nó hoạt động

Đề cập đến mạch điều chỉnh điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời được đề xuất, chúng tôi thấy một thiết kế sử dụng các thành phần rất bình thường nhưng vẫn đáp ứng các nhu cầu theo yêu cầu của thông số kỹ thuật của chúng tôi.

Một đơn IC LM 338 trở thành trung tâm của toàn bộ cấu hình và có trách nhiệm thực hiện các quy định điện áp mong muốn một mình.

Mạch điều chỉnh bảng điều khiển năng lượng mặt trời được hiển thị được đóng khung theo chế độ tiêu chuẩn của cấu hình IC 338.

Đầu vào được cấp cho các điểm đầu vào được hiển thị của IC và đầu ra cho pin nhận được ở đầu ra của IC. Nồi hoặc giá trị đặt trước được sử dụng để đặt chính xác mức điện áp có thể được coi là giá trị an toàn cho pin.

Sạc được kiểm soát hiện tại

Mạch điều khiển bộ điều chỉnh năng lượng mặt trời này cũng cung cấp tính năng kiểm soát dòng điện, đảm bảo rằng pin luôn nhận được tốc độ dòng sạc được xác định trước cố định và không bao giờ bị chạy quá mức. Mô-đun có thể được nối dây theo chỉ dẫn trong sơ đồ.

Các vị trí có liên quan được chỉ định có thể được nối dây đơn giản ngay cả bởi một giáo dân. Phần còn lại của chức năng được đảm nhận bởi mạch điều chỉnh. Công tắc S1 sẽ được chuyển sang chế độ biến tần sau khi pin được sạc đầy (như được chỉ ra trên đồng hồ).

Tính dòng sạc cho pin

Dòng sạc có thể được chọn bằng cách chọn thích hợp giá trị của các điện trở R3. Nó có thể được thực hiện bằng cách giải công thức: 0,6 / R3 = 1/10 pin AH Giá trị đặt trước VR1 được điều chỉnh để nhận được điện áp sạc cần thiết từ bộ điều chỉnh.

Bộ điều chỉnh năng lượng mặt trời sử dụng IC LM324

Đối với tất cả các hệ thống bảng điều khiển năng lượng mặt trời, IC LM324 mạch điều chỉnh hiệu quả được đảm bảo dựa trên cung cấp câu trả lời tiết kiệm năng lượng cho việc sạc pin loại axit-chì thường thấy trong các phương tiện cơ giới.

Không tính đến giá của các tế bào năng lượng mặt trời, được cho là ở trước mặt bạn để sử dụng trong nhiều kế hoạch khác, bộ điều chỉnh năng lượng mặt trời của riêng họ là dưới 10 đô la.

Trái ngược với một số bộ điều chỉnh shunt điều đó sẽ chuyển hướng dòng điện qua một điện trở sau khi pin được sạc hoàn toàn, mạch này ngắt nguồn cung cấp sạc khỏi pin loại bỏ sự cần thiết của các điện trở shunt cồng kềnh.

Cách hoạt động của mạch

Ngay sau khi điện áp pin dưới 13,5 volt (thường là điện áp hở mạch của pin 12 V), các bóng bán dẫn Q1, Q2 và Q3 bật và dòng điện sạc sẽ đi qua các tấm pin mặt trời như dự định.

Đèn LED màu xanh lá cây hoạt động hiển thị pin đang được sạc. Khi điện áp đầu cuối của pin gần bằng điện áp mạch hở của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, op amp A1a sẽ TẮT bóng bán dẫn Q1-Q3.

Tình trạng này được khắc phục trong thời gian dài khi điện áp pin giảm xuống 13,2 V, sau đó quá trình kích hoạt sạc pin sẽ được khôi phục lại.

Trong trường hợp không có bảng điều khiển năng lượng mặt trời, khi điện áp của pin tiếp tục giảm từ 13,2V xuống khoảng 11,4 V, nghĩa là pin đã xả hoàn toàn, A1b, đầu ra chuyển sang 0V, kích hoạt đèn LED ĐỎ kèm theo nhấp nháy với tốc độ được cố định bởi bộ điều khiển đa nhịp. A1c.

Trong tình huống này, nhấp nháy với tốc độ 2 hertz. Op amp A1d cung cấp tham chiếu 6 V để giữ lại các ngưỡng chuyển đổi ở mức 11,4 V và 13,2 V.

Mạch điều chỉnh LM324 được đề xuất được thiết kế để đối phó với dòng điện lên đến 3 ampe.

Để làm việc với nhiều dòng điện đáng kể hơn, có thể cần phải làm cho dòng cơ bản Q2, Q3 cao hơn, để đảm bảo rằng tất cả các bóng bán dẫn này có thể duy trì độ bão hòa trong suốt các phiên sạc.

Bộ điều chỉnh điện mặt trời sử dụng IC 741

Phần lớn các tấm pin mặt trời điển hình cung cấp khoảng 19V khi giảm tải. Điều này cho phép giảm 0,6V qua một diode chỉnh lưu trong khi sạc pin axit-chì 12V. Diode cấm dòng pin di chuyển qua bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào ban đêm.

Thiết lập này có thể tuyệt vời miễn là pin không bị sạc quá mức, vì pin 12V có thể dễ dàng bị sạc quá mức lên trên 1V5, trong trường hợp nguồn cung cấp sạc không được kiểm soát.

Sự sụt giảm điện áp gây ra qua BJT dòng nối tiếp, thường là khoảng 1,2V, dường như là quá cao đối với hầu hết các tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả.

Cả hai lỗi trên đều được loại bỏ hiệu quả trong mạch điều chỉnh năng lượng mặt trời đơn giản này. Tại đây, năng lượng từ tấm pin năng lượng mặt trời được cung cấp cho pin thông qua rơ le và diode chỉnh lưu.

Cách hoạt động của mạch

Khi điện áp của pin mở rộng đến 13,8V, các tiếp điểm rơ le nhấp vào, để bóng bán dẫn 2N3055 bắt đầu sạc pin nhỏ giọt đến mức tối ưu là 14,2V.

Mức điện áp sạc đầy này có thể được cố định thấp hơn một chút, mặc dù thực tế là hầu hết các pin axit-chì bắt đầu thoát khí ở 13,6V. Lượng khí này tăng lên đáng kể ở điện áp quá tải.

Tiếp điểm rơle hoạt động khi điện áp pin giảm xuống dưới 13,8V. Nguồn pin không được sử dụng để vận hành mạch.

Fet phục vụ giống như một nguồn hiện tại không đổi.