Виды солнечных контроллеров и принцип их работы

Глобально солнечные контроллеры делятся на 2 типа:

• - PWM (ШИМ контроллер);
• - MPPT.

Контроллер может быть как отдельным устройством, так и встроенным в инвертор. Для тех и для других существуют входные характеристики по установленной мощности. Значения тока, напряжения и мощности не должны превышать максимальных значений контроллера при сборке систем определенного вольтажа по аккумуляторной группе. Большинство контроллеров имеют возможность автовыбора напряжения системы по АКБ 12 или 24 В. Некоторые имеют возможность выбора напряжений 12/24/36/48 В.

PWM контроллер

PWM контроллер – в основе которого лежит принцип широтно-импульсной модуляции. Главным образом, его отличает низкое напряжение постоянного тока от солнечных панелей. Как правило, максимальное напряжение составляет не более 55 Вольт. При этом максимальный ток может составлять от 5 до 60 А. Однако, максимальная установленная мощность будет зависеть от напряжения аккумуляторной сборки.

Рис 9. Внешний вид ШИМ контроллеров

Предположим, что мы собрали систему на 12 Вольт и наш контроллер заряжает его напряжением 14,4 В. Имеется 2 солнечные панели соединенные последовательно по 160 Вт. Напряжение холостого хода панелей – 21,6 В. Рабочтй ток 8 А. В случае с PWM контроллером, напряжение от панелей должно быть никак не меньше 14,4 В, чтобы контроллер в принципе был способен заряжать АКБ, и не более 55 В. Это условие выполняется. При такой сборке контроллер обрежет все напряжение выше 14,4 В, и будет заряжать АКБ током, генерируемым от панелей, то есть 8А (Рис 10).

Рис 10. Рабочая точка мощности при последовательном соединении СП при 12-ти вольтовой системе находится в зеленой зоне. Потеряна значительная часть возможной генерируемой мощности.

Вывод: соединяя последовательно две панели получим напряжение на входе 43,2 В и ток 8А. Контроллер обрежет напряжение начиная с 14,4 В, значит теряется существенная доля мощности. Не следует создавать напряжение сильно выше зарядного, резонно увеличивать зарядный ток, а значит нужно собрать панели параллельно. В таком случае диапазон обрезанного напряжения будет в пределах не 14,4 – 43,2 В, а в 14,4 – 21,6 В. Но ток заряда увеличится в 2 раза до 16 А. Тем самым можно говорить и об увеличении мощности от такой сборки в 2 раза. (Рис. 11) Необходимо будет иметь контроллер большего номинала. Также важно, чтобы максимальный зарядный ток соответствовал параметрам заряда подключенного АКБ, и не был них критически большим.

Рис 11 Рабочая точка мощности при параллельном соединении СП при 12-ти вольтовой системе находится в зеленой зоне. Минимизированы потери, возможность по выработке увеличена.

Для повышения эффективности работы такой сборки целесообразно переходить на более высокое напряжение системы от 12 к 24, 36 и 48 В. В этом случае растет зарядное напряжение, что дает возможность подключать солнечные панели последовательно до 55 В. Максимальный зарядный ток при этом будет ограничен возможностью по генерации.

Наиболее распространены и пользуются наибольшим спросом контроллеры MPPT. В большинстве инверторов со встроенным контроллером встроен контроллер именно MPPT. MPPT (Maximum Power Point Tracking) – слежение за точкой максимальной мощности. Контроллер анализирует воль-амперные характеристики источника генерации и определяет, при каком напряжении и потребляемом токе будет потребляться максимальная мощность.

Рис 12. Внешний вид MPPT контроллеров

Если максимальное напряжение у PWM контроллера составляет 55 В, то у MPPT контроллера оно составляет уже составляет 100-145 В, и доходит до 450 В у некоторых моделей. Ток, который способны пропустить через себя MPPT контроллеры может составлять до 100-150А. Таким образом, применяя нужный контроллер можно собирать солнечные панели в последовательные цепочки, увеличивая напряжение, и эти цепочки соединять последовательно, увеличивая ток. Также важно учитывать напряжение системы по АКБ, чтобы не удовлетворить требованию по максимальной установленной мощности.

Рис 13. Рабочая точка MPPT контроллера находится в пределах напряжения холостого хода и тока от солнечных панелей, делая возможным иметь максимальную мощность в виде их произведения.

MPPT контроллеры отличаются расширенным функционалом, наличием настроек, возможностью удаленного мониторинга. К примеру, у МРРТ контроллера можно выбрать тип АКБ для выбора режима зарядки именно того типа АКБ, который к нему подключен. При помощи соединения RS282 или RS485 можно в реальном времени контролировать на подключённом устройстве уровень генерации и наблюдать историю о количестве сгенерированной энергии на предыдущие периоды. Применение MPPT контроллера позволяет снизить ампераж защитных устройств, и кабельной трассы.

Рис 14. Пример интерфейса одной их СЭС установленной компанией Teslum с подключенным мониторингом выработки электростанции.

Отдельно стоит заметить, что существуют контроллеры, встроенные с сетевые инверторы, при установке сетевой солнечной электростанции, где напряжение холостого хода достигает 550 – 1000 В. В сетевых СЭС нет необходимости иметь большой ток. Это связано с особенностью работы сетевых инверторов.

Запрещено превышать максимальное напряжение холостого хода контроллера и максимальный ток контроллера. Это приводит его выходу из строя и, как правило, к замене.