Контроллер заряда солнечной батареи инструкция к solar charge controller

перейти к содержанию

Солнечная батарея на балконе: тестирование контроллера заряда

Привет geektimes!

В предыдущей части была рассмотрена и проверена работа платы BMS, обеспечивающей корректный заряд литий-ионного аккумулятора. Китайская почта наконец доставила Solar charge controller, так что пора протестировать и его.

Результаты тестирования под катом.

Контроллер заряда (Solar charge controller)

Данное устройство является основным во всей системе — именно контроллер обеспечивает взаимодействие всех компонентов — солнечной панели, нагрузки и батареи (он нужен, только если мы хотим именно накапливать энергию в батарее, если отдавать энергию сразу в электросеть, нужен другой тип контроллера grid tie).

Контроллеров на небольшие токи (10-20А) на рынке довольно-таки много, но т.к. в нашем случае используется литиевая батарея вместо свинцовой, то нужно выбирать контроллер с настраиваемыми (adjustable) параметрами. Был куплен контроллер, как на фото, цена вопроса от 13$ на eBay до 20-30$ в зависимости от жадности местных продавцов. Контроллер гордо называется «Intelligent PWM Solar Panel Charge Controller», хотя по сути вся его «интеллектуальность» заключается в возможности задания порогов заряда и разряда, и конструктивно он не сильно отличается от обычного DC-DC конвертора.

Подключение контроллера весьма просто, у него всего 3 разъема — для солнечной панели, нагрузки и аккумулятора соответственно. В качестве нагрузки в моем случае была подключена светодиодная лента на 12В, аккумулятор все тот же тестовый с Hobbyking. Также на контроллере есть 2 USB-разъема, от которых можно заряжать различные устройства.

Все вместе выглядело так:

Перед тем как использовать контроллер, его надо настроить. Контроллеры этой модели продаются в разных модификациях для разных типов батарей, отличия скорее всего лишь в предустановленных параметрах. Для моей литиевой батареи c тремя ячейками (3S1P) я установил следующие значения:

Как можно видеть, напряжение отключения заряда (PV OFF) установлено на 12.5В (исходя из 4.2В на ячейку можно было поставить 12.6, но небольшой недозаряд положительно сказывается на количестве циклов батареи). Следующие 2 параметра — отключение нагрузки, в моем случае настроено на 10В, и повторное включение заряда на 10.5В. Минимальное значение можно было поставить и меньше, до 9.6В, небольшой запас был оставлен для работы самого контроллера, который питается от той же батареи.

Тестирование

С разрядом проблем ожидаемо не было. Заряда батареи хватило чтобы зарядить планшет, также горела светодиодная лента, и при пороговом напряжении в 10В, лента погасла — контроллер отключил нагрузку, чтобы не разряжать батарею ниже заданного порога.

А вот с зарядом все пошло не совсем так. Вначале все было хорошо, и максимальная мощность по ваттметру составила около 50Вт, что вполне неплохо. Но ближе к концу заряда подключенная в качестве нагрузки лента стала сильно мерцать. Причина ясна и без осциллографа — две BMS не очень дружат между собой. Как только напряжение на одной из ячеек достигает порога, BMS отключает батарею, из-за чего отключается и нагрузка и контроллер, затем процесс повторяется. Да и учитывая что пороговые напряжения уже заданы в контроллере, вторая плата защиты по сути и не нужна.

Пришлось вернуться к плану «Б» — поставить на батарею только плату балансировки, оставив контроллеру управление зарядом. Плата 3S balance board выглядит так:

Бонус этого балансира еще и в том, что он в 2 раза дешевле.

Конструкция получилась даже проще и красивее — балансир занял свое «законное» место на балансировочном разъеме батареи, к контроллеру батарея подключена через силовой разъем.
Все вместе выглядит примерно так:

Больше никаких неожиданностей не было. Когда напряжение на батарее поднялось до 12.5В, потребляемая от панелей мощность упала практически до нуля а напряжение увеличилось до максимума «холостого хода» (22В), т.е. заряд больше не идет.

Напряжение на 3х ячейках батареи в конце заряда составило 4.16В, 4.16В и 4.16В, что дает в сумме 12.48В, к контролю заряда, как и к балансиру претензий нет.

Заключение

Система работает, почти как и ожидалось. Днем электроэнергия может накапливаться, вечером ее можно использовать. В финальной версии батарея будет заменена на блок из элементов 18650, которые уже описывались в предыдущей части. Емкость батареи можно увеличить до 20Ач, больше для балконной системы уже избыточно. Если же приобрести другой балансир, можно использовать и LiFePo4-аккумуляторы, достаточно установить нужные пороги напряжений в контроллере. Однако в моем случае, смысла в этом скорее всего нет — стоимость LiFePo4 на 10-20Ач составляет 80-100$, что уже сопоставимо со стоимостью Grid Tie контроллера, который я собираюсь протестировать в дальнейшем.

Продолжение в следующей части.

Еще исключительно для тестов (понятно что экономического смысла в этом нет) была заказана батарея ионисторов на 12В, благо цены падают и сейчас они относительно дешевые. Будет интересно проверить, на сколько хватит их заряда. Stay tuned.

Примечание: показанная на фото батарея от Hobbyking была поставлена исключительно для теста. Эти батареи не тестировались для постоянного использования в подобных системах, также их не рекомендуется оставлять без присмотра.

Более-менее окончательная версия батареи выглядит вот так:

Это 12 ячеек 18650, соединенных в группы параллельно по 4. Примерная емкость батареи около 12ач, этого хватает для зарядки разных гаджетов и для вечернего освещения комнаты светодиодной лентой. В батарее используются элементы Panasonic, те же что и в автомобилях Tesla S, надежность данных ячеек можно считать вполне хорошей.

Для желающих посмотреть видео-версию, ролик выложен в youtube.

Дополнение спустя четыре года использования: Ниже описание контроллера спустя всего неделю использования, но спустя уже четыре года контролер доказал свою безотказность и надёжность . То что есть расхождение по напряжению на 0.3-0.4 вольта это оказывается температурная компенсация, и так и должно быть. Покупал я его здесь, цена сейчас снизилась значительно, всего 33$ — Контроллер для солнечных батарей MPPT 30A

В контроллере действительно есть эффект МРРТ, хотя внутри нет трансформатора. Он действительно добавляет мощности как mppt контроллеры. Я проверял, на входе контроллер держит около 17 вольт, и ток входной меньше, а на выходе уже по напряжению акб и ток больше. Но это не настоящий MPPT, он не может отслеживать точку максимальной мощности и работает только по заложенному алгоритму. А так это отличный контроллер за свои деньги, с дисплеем и возможностью настройки.

Приехал заказанный на али экспресс контроллер для солнечных панелей Solar 30 MPPT 12/24v 30A. Обошелся всего в 50$, что в два-три раза дешевле чем в наших интернет магазинах. Думал что контроллер будет по солиднее, но когда оказался в руках то показался совсем маленьким и легким, вес менее 500 грамм. Пришел в небольшой посылке, правда внутри бултыхался, так как был в картонной коробочке и ничем не обложенный, только сама коробка снаружи защищена паралоном. Внутри небольшой листок с инструкцией на английском, и в пакетике датчик температуры.

Как получил контроллер то в этот же вечер подключил его. Сейчас работает уже больше недели и думаю пора уже написать о нем свой отзыв.

Вкратце основные возможности контроллера

Так же отображается температура окружающей среды на экране. Сверху есть USB выход, через него можно например заряжать телефон. Все входы и выходы обозначены на самом контроллере, поэтому подключение думаю проблем ни у кого не вызовет, самое главное подключать первым аккумулятор, а потом солнечные панели и потребителей. Напряжение 12 или 24 вольта контроллер сам определяет во время подключения аккумуляторов.

Контроллер я разбирать не стал так как видел внутренности его в интернете. Там 6 мощных ключей, по 2 на вход, выход и нагрузку, рассчитаны на 30Ампер, поэтому нагрузку можно до 30Ампер подключать. Кстати хоть и написано на этом контроллере что он MPPT, это не совсем так, это PVM(ШИМ) контроллер, а MPPT просто рекламный ход. Я не заметил за время использования никакой прибавки мощности. Как было у меня максимум 12А с двух панелей по 100 ватт, так оно и есть, то-есть обещанного прироста до 30% нет, хотя может мои дохлые аккумуляторы больше не могут переварить, ну если что опровергну если вдруг увижу больше 12А.

О контроллере солар30 MPPT

Первое что бросилось в глаза это не точные показания контроллера, занижает на 0,4 вольта показания напряжения. Вообще оно у него как то плавает, сравнивал с показаниями одновременно мультиметра и ваттметра, бывает что разница на 0,4 вольта, а бывает что почти совпадает с ними. Выставляю на контроллере 14,2 вольтаа по факту напряжение плавает 14,5-14,8вольт. Но это мелочи, сейчас ставлю 13,8вольт, и реально 14- 14,4 вольта держит контроллер.

Так же и показатель ампер отображает информацию не верно и занижает показатель. Например когда включено светодиодное освещение, то контроллер может показывать ток потребления как 0,6А, та и 0,2А, в общем по разному, хотя ваттметр, который включен на выходе контроллера всегда показывает точно 0,5А. Если нагрузка превышает 2А, то контроллер занижает показатель на 0,5А в среднем. Но это я думаю не критично, хотя хотелось бы хоть какой то точности, а то одни и теже потребители показывают всегда немного разное потребление.

Ну и еще претензия по отображению процентов количества энергии в аккумуляторе. Контроллер показывает 100% зарядку при 13,8вольт, а 0% при 10,0 вольт. При этом как только наступает вечер и прекращается зарядка, контроллер показывает зарядку акб всего 60%. Казалось бы, куда так быстро делось аж 40% энергии. А все просто, напряжение аккумулятора без зарядки приходит в норму и падает до 12,7вольт, о контроллер считает его недозаряженным, хотя по факту в аккумуляторе реально 100% процентов энергии.

Так же и нижний порог в 10,0 вольт, при котором количество энергии на экране контроллера 0% тоже не верен. Везде где я читал про свинцово кислотные аккумуляторы пишут что разряжен полностью аккумулятор уже при 11,7 вольта если без нагрузки. Конечно, чем больше нагрузка тем сильнее просаживается напряжение, поэтому за основу взяли 10,0 вольт чтобы брать всю энергию даже мощными потребителями. К примеру с потреблением 100-200ватт и более напряжение заметно проседает, и при 10.0 вольт показатель емкости 0%, но стоит отключить нагрузку и напряжение поднимается до примерно 11вольт.

Но и это не правильно, все равно если ставить порог отключения на 10вольт, то маломощные потребители высаживают аккумулятор почти до 10-ти вольт пока не сработает отключение. И получается что из аккумулятора забрали все что можно и при этом высадили его еще больше, и в таком состоянии он как минимум до следующего солнышка. При таких условиях естественно наступает сульфатация пластин. Плотность электролита сильно падает вследствие глубокого проникания кислоты в пластины, а потом уже сульфат не дает ей выйти обратно и подняться плотности при зарядке, а ионам вернутся на свои места. При этом еще деградирует активная масса пластин, которая расширяется и постепенно теряется контакт с решеткой.

В общем в следствии всего этого аккумулятор быстро теряет емкость и умирает. Хотя энергия в нем остается и его можно и до 8-ми вольт разрядить, но это уже извращение и гарантированная смерть аккумулятора в ближайшее время. Кстати именно по этим причинам я брал контроллер с возможностью ручного выставления порогов включения и отключения. А в совсем дешевых контроллерах обычно порог на 10 вольт настроен, и его изменить нельзя, поэтому многие жалуются что аккумуляторы быстро умирают. Я считаю что лучше ставить порог отключения потребителей на 11,7вольт как и положено, пусть лучше там что-то останется чем аккумулятор умрет от сульфатации в первый же год.

А смерть аккумулятора происходит в основном зимой. Солнца нет, аккумуляторы не успевают до конца заряжаться, да еще каждую ночь до 10-ти вольт высаживаются, вот вам и постоянный разряд ниже минимальной нормы, сульфатация и стремительная потеря емкости, особенно для кальциевых аккумуляторов.

А так контроллер своих 50$ вроде стоит, но никак не больше, хотя качество и точность оставляют желать лучшего. Но лучше за такую цену нет, все хорошее от 200$ начинается, поэтому буду считать этот контроллер нормальным.

08.08.2018 . Опубликовано в Новости

Пока полный материал готовится, выкладываю только инструкцию на русском языке. За перевод прошу не судить, но, если внимательно всё прочесть, то разобраться можно, и не придется фантазировать по поводу установки некого напряжения отключения. Нет там никакого отключения, и в принципе быть не может.
Каждый контроллер рассчитан на определённый типа аккумуляторов, и зарядное напряжение зашито в память жестко.

Специально выписал точно такой же контроллер из Китая, с Aliexpress, как придет посылка, обязательно сделаю видеоролик.

А пока только инструкция к контроллерам Kw1210, Kw1220, и Kw1230 на русском языке. Впрочем, она подойдет и к другим подобным контроллерам, просто, там функционал пошире.

В предыдущей части была рассмотрена и проверена работа платы BMS, обеспечивающей корректный заряд литий-ионного аккумулятора. Китайская почта наконец доставила Solar charge controller, так что пора протестировать и его.

Результаты тестирования под катом.

Контроллер заряда (Solar charge controller)

Данное устройство является основным во всей системе — именно контроллер обеспечивает взаимодействие всех компонентов — солнечной панели, нагрузки и батареи (он нужен, только если мы хотим именно накапливать энергию в батарее, если отдавать энергию сразу в электросеть, нужен другой тип контроллера grid tie).

Контроллеров на небольшие токи (10-20А) на рынке довольно-таки много, но т.к. в нашем случае используется литиевая батарея вместо свинцовой, то нужно выбирать контроллер с настраиваемыми (adjustable) параметрами. Был куплен контроллер, как на фото, цена вопроса от 13$ на eBay до 20-30$ в зависимости от жадности местных продавцов. Контроллер гордо называется «Intelligent PWM Solar Panel Charge Controller», хотя по сути вся его «интеллектуальность» заключается в возможности задания порогов заряда и разряда, и конструктивно он не сильно отличается от обычного DC-DC конвертора.

Подключение контроллера весьма просто, у него всего 3 разъема — для солнечной панели, нагрузки и аккумулятора соответственно. В качестве нагрузки в моем случае была подключена светодиодная лента на 12В, аккумулятор все тот же тестовый с Hobbyking. Также на контроллере есть 2 USB-разъема, от которых можно заряжать различные устройства.

Все вместе выглядело так:

Перед тем как использовать контроллер, его надо настроить. Контроллеры этой модели продаются в разных модификациях для разных типов батарей, отличия скорее всего лишь в предустановленных параметрах. Для моей литиевой батареи c тремя ячейками (3S1P) я установил следующие значения:

Как можно видеть, напряжение отключения заряда (PV OFF) установлено на 12.5В (исходя из 4.2В на ячейку можно было поставить 12.6, но небольшой недозаряд положительно сказывается на количестве циклов батареи). Следующие 2 параметра — отключение нагрузки, в моем случае настроено на 10В, и повторное включение заряда на 10.5В. Минимальное значение можно было поставить и меньше, до 9.6В, небольшой запас был оставлен для работы самого контроллера, который питается от той же батареи.

Тестирование

С разрядом проблем ожидаемо не было. Заряда батареи хватило чтобы зарядить планшет, также горела светодиодная лента, и при пороговом напряжении в 10В, лента погасла — контроллер отключил нагрузку, чтобы не разряжать батарею ниже заданного порога.

А вот с зарядом все пошло не совсем так. Вначале все было хорошо, и максимальная мощность по ваттметру составила около 50Вт, что вполне неплохо. Но ближе к концу заряда подключенная в качестве нагрузки лента стала сильно мерцать. Причина ясна и без осциллографа — две BMS не очень дружат между собой. Как только напряжение на одной из ячеек достигает порога, BMS отключает батарею, из-за чего отключается и нагрузка и контроллер, затем процесс повторяется. Да и учитывая что пороговые напряжения уже заданы в контроллере, вторая плата защиты по сути и не нужна.

Пришлось вернуться к плану «Б» — поставить на батарею только плату балансировки, оставив контроллеру управление зарядом. Плата 3S balance board выглядит так:

Бонус этого балансира еще и в том, что он в 2 раза дешевле.

Конструкция получилась даже проще и красивее — балансир занял свое «законное» место на балансировочном разъеме батареи, к контроллеру батарея подключена через силовой разъем.
Все вместе выглядит примерно так:

Больше никаких неожиданностей не было. Когда напряжение на батарее поднялось до 12.5В, потребляемая от панелей мощность упала практически до нуля а напряжение увеличилось до максимума «холостого хода» (22В), т.е. заряд больше не идет.

Напряжение на 3х ячейках батареи в конце заряда составило 4.16В, 4.16В и 4.16В, что дает в сумме 12.48В, к контролю заряда, как и к балансиру претензий нет.

Заключение

Система работает, почти как и ожидалось. Днем электроэнергия может накапливаться, вечером ее можно использовать. В финальной версии батарея будет заменена на блок из элементов 18650, которые уже описывались в предыдущей части. Емкость батареи можно увеличить до 20Ач, больше для балконной системы уже избыточно. Если же приобрести другой балансир, можно использовать и LiFePo4-аккумуляторы, достаточно установить нужные пороги напряжений в контроллере. Однако в моем случае, смысла в этом скорее всего нет — стоимость LiFePo4 на 10-20Ач составляет 80-100$, что уже сопоставимо со стоимостью Grid Tie контроллера, который я собираюсь протестировать в дальнейшем.

Еще исключительно для тестов (понятно что экономического смысла в этом нет) была заказана батарея ионисторов на 12В, благо цены падают и сейчас они относительно дешевые. Будет интересно проверить, на сколько хватит их заряда. Stay tuned.

Примечание: показанная на фото батарея от Hobbyking была поставлена исключительно для теста. Эти батареи не тестировались для постоянного использования в подобных системах, также их не рекомендуется оставлять без присмотра.

Более-менее окончательная версия батареи выглядит вот так:

Это 12 ячеек 18650, соединенных в группы параллельно по 4. Примерная емкость батареи около 12ач, этого хватает для зарядки разных гаджетов и для вечернего освещения комнаты светодиодной лентой. В батарее используются элементы Panasonic, те же что и в автомобилях Tesla S, надежность данных ячеек можно считать вполне хорошей.

Для желающих посмотреть видео-версию, ролик выложен в youtube.