Контроллер для солнечной панели 5Вт / 12В своими руками. Схема и описание
Главная » Источники питания » Контроллер для солнечной панели 5Вт / 12В своими руками. Схема и описание
Некоторое время назад мне попалась интересная конструкция солнечного зарядного устройства для мобильного телефона. Однако у этого зарядного устройства было для меня несколько существенных недостатков.
Первым и самым большим недостатком было отсутствие аккумулятора. Поэтому заряжать телефон можно было только под прямыми солнечными лучами и только тем током, который на данный момент давала солнечная панель. Каждый может представить, сколько времени будет заряжаться такой мобильный телефон с аккумулятором на 1500 мАч.
Другим недостатком было использование линейного стабилизатора, хотя и с низкими потерями, но даже в этом случае это пустая трата столь ценной энергии. Поэтому я решил сконструировать солнечное зарядное устройство, которое не будет иметь перечисленных выше недостатков.
Я использовал солнечную панель мощностью 5 Вт / 12 В. Благодаря тому, что вся панель находится в алюминиевой раме, она очень прочная и в то же время в ней можно установить всю электронику, включая аккумулятор. В своей конструкции я применил не обслуживаемую гелиевую батарею на 12 В.
Всю схему можно разделить на две части: Первая часть обслуживает аккумулятор, то есть контролирует процесс его заряда и разряда. Вторая часть представляет собой преобразователь напряжения с КПД более 90% (R-785.0-1.0), который обеспечивает 5В / 1А для зарядки телефона. Это выходное напряжение доступно на USB-разъеме.
Благодаря этому решению можно накапливать энергию в аккумуляторе в течение солнечного дня, а затем использовать ее в любое время для зарядки телефона или другого устройства от 5В.
Описание работы контроллера солнечной панели
В настоящее время электроника способна управлять солнечными панелями мощностью до 5-20 Вт. Конечно, можно использовать более слабые солнечные панели, чем 5 Вт, но это уже неэффективно.
Идея заключалась в том, чтобы это зарядное устройство могло заряжать любой смартфон, который нужно заряжать каждые 2 дня. Следовательно, необходимо, чтобы солнечная панель могла заряжать свой аккумулятор 12 В / 2,3 Ач за два солнечных дня. Данная панель мощностью 5 Вт справится с этим без проблем.
Теперь к самому описанию схемы. Солнечная панель подключается плюсом и минусом к клеммам X1.1 и X1.2 соответственно. Аккумулятор подключается плюсом и минусом к клеммам X2.1 и X2.12 соответственно.
Итак, сначала давайте посмотрим на схему со стороны солнечной панели. С выходных клемм панели напряжение поступает на делитель напряжения, состоящий из резистора R2, подстроечного резистора R1 и резистора R3. Далее напряжение подается на управляющий вывод (опорного напряжения) TL431. Если напряжение ниже 2,5В, то в принципе ничего не происходит. Однако, как только напряжение достигает 2,5 В (после делителя напряжения), TL431 открывается и, таким образом, также открывает транзисторы Q1 и Q2.
Транзистор Q1 открывает нам транзистор Q3, который подает напряжение на разъем JP2. Разъем JP2 используется для подключения вентилятора в случае использования панели большой мощности (более 10 Вт).
Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…
Подробнее
При открытии транзистора Q2 происходит управляемое короткое замыкание солнечной панели. Это контролируемое короткое замыкание фактически стабилизирует напряжение солнечной панели до значения, подходящего для зарядки аккумулятора.
Если аккумулятор разряжен, то вся энергия от солнечной панели через диод D2 (1N5908) поступает в аккумулятор. Таким образом, обеспечиваются минимальные потери солнечной энергии.
В процессе зарядки аккумулятора его напряжение повышается, что также увеличивает напряжение на солнечной панели. В результате этого возникает управляемое короткое замыкание, и излишняя энергия выделяется на транзисторе Q2, установленного на радиаторе.
Для более мощных панелей необходимо добавить принудительное охлаждение в виде вентилятора.
Вторая часть схемы уже использует энергию от аккумулятора или избыточную энергию от самой солнечной панели для питания подключенного устройства (телефона или чего-либо еще с напряжением 5 В).
Однако, поскольку нам необходимо обеспечить бережное обращение с энергией аккумулятора солнечной панели и защитить его от глубокого разряда, в схему контроллера добавлено реле K1, которое в состоянии простоя обеспечивает отключение инвертора и, следовательно, подключенного внешнего устройства.
Если нам нужно активировать питание подключенного устройства, мы просто нажимаем кнопку S1. В результате этого поступает напряжение на катушку реле, она замыкается через свой собственный контакт, а диоды D3, D4 (1N4148) и стабилитрон D5 (5,6В) начинают удерживать сам контакт.
Если затем мы хотим отключить нагрузку, то нажимаем кнопку S2, которая размыкает цепь питания реле и, таким образом, отключает нагрузку.
В то же время стабилитрон D3 и диоды D4, D5 гарантируют, что, если напряжение батареи опуститься до значения около 9,5-10 В, стабилитрон D3 перестанет проводить и обесточит реле, тем самым защитив аккумулятор от глубокого разряда.
И последняя часть данного устройства — это источник стабилизированного напряжения, состоящий из микросхемы DA1. Здесь хочу отметить, что на принципиальной схеме нарисован классический линейный стабилизатор. Его можно использовать, но он должен быть с минимальными потерями и иметь достаточный теплоотвод.
Однако гораздо эффективнее использовать переключаемый стабилизатор, который имеет такую же распиновку выводов. Я использовал стабилизатор R-785.0-1.0 с выходным напряжением 5В и током 1А. Заявленный КПД данного стабилизатора составляет более 90%, что является оптимальным для нашего случая.
Перемычка JP1 используется вместе с мобильными телефонами. Ее необходимо установить, чтобы телефон определил подключение к зарядному устройству, а не к ПК.
Если он посчитает, что подключен к компьютеру, то зарядка будет идти не максимальным током, а только наполовину, что удвоит время зарядки.
Все устройство собрано на односторонней печатной плате размером 100х50 мм.
Настройка контроллера
При аккуратном монтаже все должно заработать с первого включения, нужно только выставить максимальное напряжение АКБ с помощью резистора R1. Это нужно сделать с отключенным аккумулятором и в идеале от лабораторного источника питания, который подключается вместо солнечной панели.
В крайнем случае, конечно, можно использовать и саму солнечную панель, но тогда необходимо обеспечить максимальное ее освещение.
На блоке питания устанавливаем 15 В и ограничение по току 50 мА. Затем подключаем схему и вращаем подстроечный резистор R1 так, чтобы лабораторный блок питания начал нас ограничивать и его напряжение упало до 14В.
Таким образом, мы установили максимальное напряжение солнечной панели и после вычета падения напряжения на диоде D2 имеем напряжение 13,5-13,8 В на аккумуляторе.
Скачать рисунок печатной платы (176,5 KiB, скачано: 296)
Блок питания 0…30В/3A
Набор для сборки регулируемого блока питания…
Подробнее
Контроллеры заряда для солнечной батареи
Статьи aaccent
Cолнечные электростанции в обязательном порядке оснащены устройствами, которые контролируют заряд и разрядку аккумуляторов, – контроллерами заряда.
Основной целью контроллера является создание условий для нормального функционирования АКБ, накапливающей и отдающей энергию устройствам-потребителям.
Современные контроллеры оснащены электронными устройствами, они создают надежную защиту от перегрузок, замыканий, обратной полярности и т.д. Контроллеры значительно продлевают срок эксплуатации аккумуляторных батарей. Если аккумулятор полностью заряжен, то контроллер ограничивает зарядный ток до минимума.
Если АКБ начал разряжаться, то контроллер начнет пускать на него зарядный ток.
В случае если АКБ разрядился до минимального допустимого значения, для свинцовых аккумуляторов это 10.5В, то контроллер отключит нагрузку. Т.е. контроллер заряда постоянно контролирует ход заряда-разряда АКБ.
Принцип работы контроллера заряда солнечной батареи
Согласно инструкции, контроллер заряда устанавливается между солнечной панелью и аккумулятором. Если на фотоэлементы солнечной панели не попадают солнечные лучи, то контроллер находится в «спящем» состоянии. Он начинает активно функционировать, когда напряжение от солнечной панели достигнет определенных значений (10В).
После этого устройство начинает передавать ток аккумулятору. При достижении необходимого уровня напряжения зарядка прекращается, а при снижении уровня напряжения – начинается вновь.
Виды контроллеров заряда для солнечных электростанций.
Контроллеры заряда бывают 2 видов: ШИМ и MPPT.
- PWM (ШИМ). У ШИМ контроллера есть 3 стадии работы, в зависимости от состояния заряда АКБ. Когда аккумулятор сиразряжен, контроллер предполагает прямое соединение солнечной панели и заряжаемого аккумулятора через специальный «быстрый выключатель», роль которого играет транзистор, управляющий зарядным током. Этот выключатель (транзистор) полностью открыт до тех пор, пока аккумуляторная батарея не достигнет напряжения, соответствующего поглощающей стадии заряда или стадии абсорбции. Затем выключатель начнёт сотни раз в секунду открываться и закрываться, модулируя ток и поддерживая постоянное напряжение на АКБ. Это уже будет поддерживающая стадия заряда АКБ. Всё это работает хорошо, недостаток заключается в том, что напряжение солнечной панели понижается, чтобы соответствовать напряжению аккумулятора. Это в свою очередь отдаляет напряжение от оптимального рабочего напряжения солнечной панели (Vmp), что снижает выходную мощность и эффективность панели.
- MPPT – контроллеры данной серии работают по более современным вычислительным технологиям.
Принцип работы MPPT контроллеров также довольно простой. Интенсивность солнечного излучения, падающего на солнечную панель в течение дня, меняется. В связи с этим параметры напряжения и тока от солнечной панели также меняются. Чтобы получать от солнечной панели максимально возможную мощность, MPPT-контроллер постоянно сканирует напряжение солнечной панели, подбирая точку максимальной мощности, в которой произведение тока и напряжения получается максимальным. Использование этой технологии позволяет повысить выработку энергии до 30% по сравнению с ШИМ-контроллером заряда.
Принцип работы MPPT контроллеров также довольно простой. Интенсивность солнечного излучения, падающего на солнечную панель в течение дня, меняется. В связи с этим параметры напряжения и тока от солнечной панели также меняются. Чтобы получать от солнечной панели максимально возможную мощность, MPPT-контроллер постоянно сканирует напряжение солнечной панели, подбирая точку максимальной мощности, в которой произведение тока и напряжения получается максимальным. Использование этой технологии позволяет повысить выработку энергии до 30% по сравнению с ШИМ-контроллером заряда.Как подключить контроллер заряда?
Подключение контроллера заряда СЭС происходит в несколько этапов.
- 1 этап – подключение к контроллеру аккумулятора. Контроллер должен определить напряжение аккумулятора и в соответствии с ним настроить параметры зарядки.
- 2 этап – подключение контроллера к солнечным батареям. Для этого необходимо знать, какое максимальное значение напряжения поддерживает контроллер, а также на какой максимальный ток заряда он рассчитан.
- 3 этап – к аккумулятору подключается инвертор, который в свою очередь подключается к электрическому устройству-потребителю.
Подключение контроллера должен выполнять грамотный специалист, только в этом случае можно говорить о надежном и безопасном функционировании системы.
Возможности компании REENERGO
Если у вас есть желание собрать солнечную электростанцию для дома, но нет времени разбираться в особенностях работы солнечных батарей, смело обращайтесь к специалистам компании REENERGO, которые расскажут о нюансах, подскажут, какой аккумулятор выбрать для солнечной батареи, подберут оптимальный комплект оборудования, проконсультируют по вопросам обслуживания.
В каталоге интернет-магазина REENERGO представлен широкий выбор оборудования – солнечные панели, аккумуляторы для солнечных батарей, предохранители, защита для солнечных батарей и многое другое.
Солнечные фонари своими руками для начинающих (инструменты не нужны!)
В этом уроке я покажу вам, как сделать солнечные фонари своими руками без использования одного инструмента.
На самом деле, это шаги, которые я недавно использовал, чтобы использовать солнечные батареи для своего собственного освещения.
Я разместил эти фонари на солнечных батареях в небольшом сарае, но эта сборка также является отличной отправной точкой для фургонов, лодок, домов на колесах и больших навесов или зданий.
Начнем.
Видеоурок
Вот видеоурок, который я сделал для этого проекта. Посмотрите это ниже и рассмотрите возможность подписки на мой канал YouTube, если вам нравятся подобные видео о солнечных батареях своими руками.
Подпишитесь на мой канал YouTube
Запчасти
- Свинцово-кислотная батарея 12 В 7 Ач — Это хороший размер батареи, если вы будете использовать свои фонари нечасто и в течение коротких промежутков времени. В конце этой статьи я расскажу о различных размерах батарей в зависимости от того, как долго вы хотите, чтобы ваши фонари работали.
- Контроллер заряда солнечной батареи 12 В 10 А — У него есть USB-порт 2 А, который необходим для этого проекта.
- Солнечная панель 12 В 10 Вт — Опять же, это хороший размер для нечастого использования. Вы можете найти различные размеры солнечных панелей в зависимости от желаемого времени работы в конце этой статьи.
- Двусторонняя монтажная лента
- Косичка SAE
- Зажимы типа «крокодил» SAE для аккумулятора
- Светодиодные ленты USB
В конце этой статьи я расскажу о различных размерах батарей в зависимости от того, как долго вы хотите, чтобы ваши фонари работали.Шаг 1. Установка контроллера заряда
Выберите место для монтажа контроллера заряда. Прежде всего, я бы рекомендовал учитывать, где вы будете монтировать солнечную панель и выбирать место для контроллера заряда, до которого будут доходить провода солнечной панели.
Для себя я выбрал место на стене рядом с дверями сарая.
Выбрав место для установки, приклейте немного двусторонней монтажной ленты к задней части контроллера заряда.
Крепление контроллера заряда к стене.
Шаг 1 завершен!
Если вы когда-либо устанавливали контроллер заряда, вы знаете, что это очень просто.
Шаг 2. Подсоедините контроллер заряда к аккумулятору
Примечание: Большинство контроллеров заряда, включая тот, который я использую в этом руководстве, требуют, чтобы вы сначала подключили аккумулятор, так что порядок подключения ниже. подробно здесь. Но всегда перепроверяйте рекомендуемый порядок подключения в руководстве вашего контроллера заряда. Хотя редко, некоторые требуют сначала подключить солнечную панель.
Для этого шага я взял пару переходных кабелей, которые упрощают этот процесс. Вот один из них, который, как вы увидите, уже имеет встроенный предохранитель для защиты от перегрузки по току — передовая практика безопасности в самодельных солнечных энергосистемах, подобных этой.
Соедините два переходных кабеля — косичку SAE и SAE к зажимам типа «крокодил» аккумулятора — вместе.
Найдите клеммы аккумулятора на контроллере заряда. Они обычно помечены значком батареи или буквами «BAT» или «BATT».
Вставьте положительный конец провода в положительную клемму аккумулятора, а отрицательный конец провода — в отрицательную клемму аккумулятора. Используйте пинцет (или маленькую плоскую отвертку), чтобы затянуть клеммы.
Совет: Нет плоской отвертки? Не беспокойся. Я не использовал его — в конце концов, это сборка без инструментов! Помимо пинцета, другие бытовые альтернативы включают чистящее средство для ногтей на паре кусачек для ногтей, плоскую отвертку на многофункциональном инструменте, заколку для волос и даже карманный нож.
Подсоедините зажимы типа «крокодил» к соответствующим клеммам аккумулятора 12 В.
Совет: Если зажимы типа «крокодил» не достают до клемм аккумулятора, просто используйте удлинительный кабель SAE.
Если вы хотите сделать соединение более постоянным — например, в транспортных средствах, где вещи могут толкаться во время перевозки — вы можете взять немного изоленты и прикрепить зажимы типа «крокодил» к клеммам.
Шаг 3. Выберите тип аккумулятора
После подключения аккумулятора убедитесь, что контроллер заряда включен. Экран должен включиться автоматически и начать отображать характеристики системы, такие как напряжение батареи.
Следуйте инструкциям в руководстве к контроллеру заряда, чтобы выбрать тип аккумулятора. Ваш контроллер заряда должен знать, какой тип батареи вы используете, чтобы заряжать и разряжать батарею до нужного напряжения. Я выбрал опцию «SEL», что означает герметичные свинцово-кислотные батареи.
Примечание: Если вы что-нибудь знаете о батареях, вам может быть интересно, почему я не использую литиевую батарею для этого проекта. Причина проста: поскольку эта самодельная установка солнечного освещения находится в моем неизолированном сарае, температура батареи будет ниже нуля.
И литиевые батареи не следует заряжать ниже точки замерзания (если они не имеют защиты от низкотемпературной зарядки, которая обычно доступна только для больших литиевых батарей, таких как размеры 100 Ач или больше).
Теперь ваш контроллер заряда и аккумулятор правильно подключены!
На мой взгляд, это была самая сложная часть этого проекта. Все, что нам нужно сделать дальше, это установить и подключить солнечную панель и фонари, и наши солнечные фонари DIY будут готовы.
Шаг 4. Установка и подключение солнечной панели
Найдите солнечное место на крыше сарая, чтобы установить солнечную панель. Если вы находитесь в северном полушарии, оптимальное направление солнечных батарей — на юг. Если вы находитесь в южном полушарии, оптимальным направлением будет север. Я рекомендую выбрать крышу, направление которой ближе всего к оптимальному направлению вашего местоположения.
Совет: Если вы не знаете, в каком направлении смотреть на солнечную панель, воспользуйтесь нашим калькулятором азимутального угла солнечной панели.
Если вы можете контролировать угол наклона солнечной панели, воспользуйтесь нашим калькулятором угла наклона солнечной панели.
Приклейте двухстороннюю монтажную ленту к обратной стороне солнечной панели. Я только что заклеил скотчем четыре угла своей панели, но вы можете заклеить всю раму, если хотите.
Примечание: Если вы устанавливаете солнечную панель на транспортное средство, я не рекомендую использовать монтажную ленту. Вместо этого я бы взял несколько монтажных кронштейнов для солнечных панелей.
Установите солнечную панель на крышу.
Пропустите провода солнечной панели через щель в стене сарая. Если у вас нет щели или отверстия в стене, вам придется взять дрель и просверлить небольшое отверстие в стене, чтобы пропустить провода. Если вы устанавливаете самодельные фонари на солнечных батареях в транспортном средстве или в изолированном здании, я бы рекомендовал использовать сальник для ввода солнечного кабеля.
Найдите солнечные клеммы на контроллере заряда. Обычно они маркируются значком солнечной панели или буквами «PV».
Вставьте положительный конец провода в положительную клемму солнечного коллектора, а отрицательный конец провода — в отрицательный. Используйте пинцет или небольшую отвертку с плоской головкой — или один из бытовых вариантов, перечисленных выше, — чтобы затянуть клеммы.
После подключения солнечной панели убедитесь, что солнечная панель заряжает аккумулятор. Как показано на видео в верхней части этой страницы, значок аккумулятора должен начать мигать, указывая на то, что он заряжается.
Значок батареи на контроллере заряда должен начать мигать, чтобы вы знали, что солнечная панель безопасно заряжает батарею.Теперь ваша солнечная панель правильно подключена и безопасно заряжает аккумулятор!
Шаг 5. Подключите лампы
Для освещения я использую следующие светодиодные ленты USB:
Подключите лампы к порту USB на контроллере заряда.
Измените настройку нагрузки контроллера заряда на 15. Инструкции о том, как это сделать, приведены в руководстве. (Изменение параметра на 15 позволяет вручную включать и выключать порт USB, просто нажимая нижнюю кнопку на контроллере заряда.)
Нажмите нижнюю кнопку (кнопку ENTER) на контроллере заряда, чтобы включить порт USB. . На экране контроллера заряда должна появиться лампочка, указывающая на то, что USB-порт и клеммы нагрузки теперь включены. Тем не менее, свет еще не загорится.
Затем нажмите кнопку питания на фонарях, чтобы включить их. При желании вы также можете увеличить или уменьшить яркость. Я выкрутил свой до максимальной яркости.
Теперь все, что вам нужно сделать, чтобы включить и выключить свет, это нажать нижнюю кнопку на контроллере заряда.
Примечание: Я знаю, что этот шаг немного сбивает с толку. Если вы заблудились, я бы порекомендовал посмотреть видео в верхней части этой страницы.
Это делает этот шаг немного яснее. (Я обсуждаю этот шаг, начиная с отметки 3:17.)
Осталось сделать только одно!
Шаг 6. Установка светильников
Снимите клейкую пленку с тыльной стороны светильников и приклейте их к стене или потолку.
Совет: Если длина ламп недостаточно достаточна для достижения желаемого места установки, используйте удлинительный USB-кабель.
Проверьте свои новые шикарные солнечные светодиодные фонари, сделанные своими руками, нажав нижнюю кнопку на контроллере заряда, чтобы включить их. Лучше дождаться ночи, чтобы почувствовать их яркость.
Примечание: Индикаторы могут мигать в течение нескольких секунд, прежде чем достигнут полной яркости. Это связано с тем, что для загрузки USB-порта на полную мощность требуется некоторое время. Вот почему так важно приобрести контроллер заряда с USB-портом на 2 А — чем меньше, тем свет может мерцать или быть тусклым.
Вот и все: самодельная установка солнечного освещения, которая прекрасно работает в различных сценариях, от небольших навесов и зданий до лодок и фургонов.
Солнечная панель и батарея какого размера мне нужны для запуска фар?
Для своей установки я использовал небольшую солнечную панель 10 Вт 12 В и небольшую батарею 12 В 7 Ач, потому что я не собираюсь использовать эти лампы слишком часто — не более 30 минут за раз, а в среднем, может быть, два раза в неделю. . И эти лампы потребляют, как и большинство 10 Вт, что совсем не так много.
Если вам нужно, чтобы ваши солнечные фонари работали дольше, все, что вам нужно сделать, это подобрать большую солнечную панель и большую батарею. Вот некоторые рекомендуемые размеры в зависимости от того, как долго вы, возможно, захотите использовать свои фонари:
| Желаемое время работы | Размер солнечной панели | Емкость аккумулятора |
| 10 Вт | 7-10 Ач | |
| 1-3 ч/день | 20 Вт | 10-20 Ач |
| 3-5 ч/день | 30 Вт | 20-35 Ач |
Кроме того, эти рекомендуемые размеры являются консервативными, потому что я не хочу, чтобы ваши огни неожиданно погасли! 😄
И он хорошо подходит для внутреннего и наружного использования.
Если ваши солнечные панели подключены последовательно, как я рекомендую, вы можете получить более 100 вольт, выходящих из солнечных панелей. Если вы подключили свои 100 вольт от солнечных батарей напрямую к аккумулятору, это не сработает. Контроллер заряда регулирует напряжение от солнечных панелей до 12,6–14,6 вольт, которые батареи могут хранить/использовать.
Если вы заметили, существует МНОГО разных размеров контроллеров заряда:
2-е число, 30, представляет максимальное количество ампер, которое контроллер может выдать на АККУМУЛЯТОРЫ .
