جهاز التحكم بشحن البطارية الشمسية: الدائرة، مبدأ التشغيل، طرق التوصيل

تقتصر الطاقة الشمسية حتى الآن (على مستوى الأسرة) على إنشاء الألواح الكهروضوئية ذات الطاقة المنخفضة نسبيًا.ولكن بغض النظر عن تصميم المحول الكهروضوئي للضوء الشمسي إلى تيار، فإن هذا الجهاز مزود بوحدة تسمى وحدة التحكم في شحن البطارية الشمسية.

في الواقع، يتضمن تركيب التمثيل الضوئي الشمسي بطارية قابلة لإعادة الشحن - جهاز تخزين للطاقة الواردة من الألواح الشمسية. إن مصدر الطاقة الثانوي هذا هو الذي يخدمه جهاز التحكم بشكل أساسي.

في المقالة التي نقدمها، سوف نفهم تصميم ومبادئ تشغيل هذا الجهاز، ونفكر أيضًا في كيفية توصيله.

وحدات تحكم الطاقة الشمسية

تم تصميم وحدة إلكترونية تسمى وحدة التحكم بالطاقة الشمسية لأداء عدد من وظائف التحكم أثناء عملية الشحن/التفريغ بطارية البطارية الشمسية.

عندما يسقط ضوء الشمس على سطح اللوح الشمسي المثبت على سطح المنزل مثلا، تقوم الخلايا الضوئية الخاصة بالجهاز بتحويل هذا الضوء إلى تيار كهربائي.

في الواقع، يمكن توفير الطاقة الناتجة مباشرة إلى بطارية التخزين. ومع ذلك، فإن عملية شحن/تفريغ البطارية لها تفاصيلها الدقيقة (مستويات معينة من التيارات والفولتية). إذا أهملت هذه التفاصيل الدقيقة، فسوف تفشل البطارية ببساطة في فترة تشغيل قصيرة.

ولتجنب مثل هذه العواقب المحزنة، تم تصميم وحدة تسمى وحدة التحكم في شحن البطارية الشمسية.

بالإضافة إلى مراقبة مستوى شحن البطارية، تقوم الوحدة أيضًا بمراقبة استهلاك الطاقة.اعتمادًا على درجة التفريغ، تنظم دائرة التحكم في شحن البطارية الشمسية وتحدد المستوى الحالي المطلوب للشحن الأولي واللاحق.

اعتمادًا على قوة جهاز التحكم في شحن البطارية الشمسية، يمكن أن تحتوي تصميمات هذه الأجهزة على تكوينات مختلفة جدًا

بشكل عام، بعبارات بسيطة، توفر الوحدة "حياة" خالية من الهموم للبطارية، والتي تتراكم بشكل دوري وتطلق الطاقة إلى الأجهزة الاستهلاكية.

الأنواع المستخدمة في الممارسة

أما على المستوى الصناعي فقد تم إطلاق وجاري إنتاج نوعين من الأجهزة الإلكترونية والتي يتناسب تصميمها مع تركيبها في نظام الطاقة الشمسية:

1. أجهزة سلسلة PWM.
2. أجهزة سلسلة MPPT.

يمكن تسمية النوع الأول من وحدات التحكم للبطارية الشمسية بـ "الرجل العجوز". تم تطوير مثل هذه المخططات ووضعها موضع التنفيذ في فجر تطور الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

يعتمد مبدأ تشغيل دائرة التحكم PWM على خوارزميات تعديل عرض النبضة. تعد وظيفة هذه الأجهزة أدنى إلى حد ما من الأجهزة الأكثر تقدمًا في سلسلة MPPT، ولكنها بشكل عام تعمل أيضًا بفعالية كبيرة.

أحد نماذج التحكم بشحن بطارية المحطات الشمسية المشهورة في المجتمع، على الرغم من أن دائرة الجهاز مصنوعة باستخدام تقنية PWM، والتي تعتبر قديمة

تتميز التصميمات التي تستخدم تقنية تتبع الحد الأقصى للطاقة (تتبع الحد الأقصى للطاقة) بنهج حديث لحلول الدوائر وتوفر وظائف أكبر.

ولكن إذا قارنا كلا النوعين من وحدات التحكم، وخاصة مع التحيز نحو المجال المحلي، فإن أجهزة MPPT لا تبدو في الضوء الوردي الذي يتم الإعلان عنه تقليديًا.

وحدة تحكم نوع MPPT:

• لديه تكلفة أعلى.
• لديه خوارزمية تكوين معقدة.
• يعطي مكسبًا في الطاقة فقط على الألواح ذات المساحة الكبيرة.

هذا النوع من المعدات مناسب أكثر لأنظمة الطاقة الشمسية العالمية.

وحدة تحكم مصممة للتشغيل كجزء من تركيب الطاقة الشمسية. إنه ممثل لفئة أجهزة MPPT - الأكثر تقدمًا وفعالية

بالنسبة لاحتياجات المستخدم العادي من البيئة المنزلية، والذي، كقاعدة عامة، لديه لوحات صغيرة، فمن المربح أكثر شراء وتشغيل وحدة تحكم PWM (PWM) بنفس التأثير.

المخططات الكتلية لوحدات التحكم

تعد المخططات التخطيطية لوحدات تحكم PWM وMPPT للنظر إليها بعين الشخص العادي نقطة معقدة للغاية مرتبطة بالفهم الدقيق للإلكترونيات. لذلك، من المنطقي النظر في المخططات الهيكلية فقط. هذا النهج مفهوم لمجموعة واسعة من الناس.

الخيار رقم 1 - أجهزة PWM

ينتقل الجهد من اللوحة الشمسية عبر موصلين (إيجابي وسالب) إلى عنصر التثبيت ودائرة المقاومة المنفصلة. بفضل هذه القطعة من الدائرة، يتم الحصول على معادلة محتملة لجهد الإدخال، وإلى حد ما، فإنها تنظم حماية مدخلات وحدة التحكم من تجاوز حد جهد الإدخال.

يجب التأكيد هنا: كل طراز جهاز فردي له حد معين لجهد الإدخال (المشار إليه في الوثائق).

هذا هو تقريبًا ما يبدو عليه المخطط التفصيلي للأجهزة المصنوعة على أساس تقنيات PWM.للتشغيل كجزء من المحطات المنزلية الصغيرة، يوفر نهج الدائرة هذا كفاءة كافية تمامًا

بعد ذلك، يقتصر الجهد والتيار على القيمة المطلوبة بواسطة ترانزستورات الطاقة. يتم التحكم في مكونات الدائرة هذه بدورها بواسطة شريحة التحكم من خلال شريحة التشغيل. ونتيجة لذلك، فإن خرج زوج من ترانزستورات الطاقة يحدد القيمة الطبيعية للجهد والتيار للبطارية.

تحتوي الدائرة أيضًا على مستشعر لدرجة الحرارة ومحرك يتحكم في ترانزستور الطاقة الذي ينظم طاقة الحمل (الحماية ضد التفريغ العميق للبطارية). يراقب مستشعر درجة الحرارة حالة التسخين للعناصر المهمة في وحدة التحكم PWM.

عادةً ما يكون مستوى درجة الحرارة داخل العلبة أو على المبددات الحرارية لترانزستورات الطاقة. إذا تجاوزت درجة الحرارة الحدود المحددة في الإعدادات، يقوم الجهاز بإيقاف تشغيل جميع خطوط الطاقة النشطة.

الخيار رقم 2 – أجهزة MPPT

يرجع تعقيد الدائرة في هذه الحالة إلى إضافتها إلى عدد من العناصر التي تبني خوارزمية التحكم اللازمة بعناية أكبر، بناءً على ظروف التشغيل.

تتم مراقبة مستويات الجهد والتيار ومقارنتها بواسطة دوائر المقارنة، وبناءً على نتائج المقارنة، يتم تحديد الحد الأقصى لطاقة الخرج.

تصميم الدوائر بالشكل الهيكلي لوحدات التحكم بالشحن المعتمدة على تقنيات MPPT. تمت الإشارة هنا بالفعل إلى خوارزمية أكثر تعقيدًا لمراقبة الأجهزة الطرفية والتحكم فيها.

والفرق الرئيسي بين هذا النوع من أجهزة التحكم وأجهزة PWM هو أنها قادرة على ضبط وحدة الطاقة الشمسية إلى أقصى قدر من الطاقة، بغض النظر عن الظروف الجوية.

تطبق دوائر هذه الأجهزة عدة طرق للتحكم:

• الاضطرابات والملاحظات.
• زيادة الموصلية
• الاجتياح الحالي
• الجهد المستمر.

وفي الجزء الأخير من الإجراء العام، يتم أيضًا استخدام خوارزمية لمقارنة كل هذه الأساليب.

طرق اتصال وحدة التحكم

بالنظر إلى موضوع الاتصالات، تجدر الإشارة على الفور: لتركيب كل جهاز على حدة، هناك ميزة مميزة تعمل مع سلسلة محددة من الألواح الشمسية.

لذلك، على سبيل المثال، إذا تم استخدام وحدة تحكم مصممة لجهد إدخال أقصى يبلغ 100 فولت، فيجب أن تنتج سلسلة من الألواح الشمسية جهدًا لا يزيد عن هذه القيمة.

أي تركيب للطاقة الشمسية يعمل وفق قاعدة موازنة جهد الخرج والمدخل للمرحلة الأولى. يجب أن يتوافق الحد الأعلى لجهد وحدة التحكم مع الحد الأعلى لجهد اللوحة

قبل توصيل الجهاز، عليك أن تقرر موقع التثبيت الفعلي. وفقا للقواعد، يجب اختيار موقع التثبيت في مناطق جافة وجيدة التهوية. تجنب وجود مواد قابلة للاشتعال بالقرب من الجهاز.

إن وجود مصادر الاهتزاز والحرارة والرطوبة في المنطقة المجاورة مباشرة للجهاز أمر غير مقبول. يجب حماية موقع التثبيت من هطول الأمطار وأشعة الشمس المباشرة.

تقنية الاتصال لنماذج PWM

تتطلب جميع الشركات المصنعة لوحدات تحكم PWM تقريبًا توصيل الأجهزة بالتسلسل الدقيق.

تقنية توصيل وحدات تحكم PWM بالأجهزة الطرفية ليست صعبة بشكل خاص. وقد تم تجهيز كل لوحة مع محطات ذات علامات. هنا تحتاج ببساطة إلى اتباع تسلسل الإجراءات

يجب توصيل الأجهزة الطرفية بما يتوافق تمامًا مع تعيينات أطراف الاتصال:

1. قم بتوصيل أسلاك البطارية بأطراف بطارية الجهاز وفقًا للقطبية المشار إليها.
2. قم بتشغيل المصهر الواقي مباشرة عند نقطة الاتصال بالسلك الموجب.
3. قم بتوصيل الموصلات القادمة من بطارية اللوحة الشمسية إلى جهات اتصال وحدة التحكم المخصصة للوحة الشمسية. مراقبة القطبية.
4. قم بتوصيل مصباح اختبار بالجهد المناسب (عادة 12/24 فولت) بأطراف تحميل الجهاز.

يجب عدم انتهاك التسلسل المحدد. على سبيل المثال، يُمنع منعًا باتًا توصيل الألواح الشمسية أولاً عندما تكون البطارية غير متصلة. ومن خلال القيام بذلك، يتعرض المستخدم لخطر "حرق" الجهاز. في هذه المادة تم وصف الرسم التخطيطي لتجميع الألواح الشمسية بالبطارية بمزيد من التفصيل.

أيضًا، بالنسبة لوحدات التحكم من سلسلة PWM، لا يجوز توصيل عاكس الجهد بأطراف تحميل وحدة التحكم. يجب أن يكون العاكس متصلاً مباشرة بأطراف البطارية.

إجراءات توصيل أجهزة MPPT

ولا تختلف متطلبات التثبيت الفعلي العامة لهذا النوع من الأجهزة عن الأنظمة السابقة. لكن الإعداد التكنولوجي غالبًا ما يكون مختلفًا بعض الشيء، نظرًا لأن وحدات التحكم MPPT غالبًا ما تعتبر أجهزة أكثر قوة.

بالنسبة لوحدات التحكم المصممة لمستويات طاقة عالية، يوصى باستخدام كابلات ذات مقطع عرضي كبير مزودة بأغطية طرفية معدنية لتوصيلات دائرة الطاقة.

على سبيل المثال، بالنسبة للأنظمة القوية، يتم استكمال هذه المتطلبات من خلال حقيقة أن الشركات المصنعة توصي باستخدام كابل لخطوط توصيل الطاقة المصممة لكثافة تيار لا تقل عن 4 أمبير/مم². على سبيل المثال، بالنسبة لوحدة التحكم بتيار 60 أمبير، تحتاج إلى كابل لتوصيل البطارية بمقطع عرضي لا يقل عن 20 مم².

يجب أن تكون كابلات التوصيل مجهزة بعروات نحاسية، ومجعدة بإحكام بأداة خاصة. يجب أن تكون الأطراف السلبية للوحة الشمسية والبطارية مجهزة بمحولات ذات صمامات ومفاتيح.

هذا النهج يلغي فقدان الطاقة ويضمن التشغيل الآمن للتركيب.

مخطط كتلة لتوصيل وحدة تحكم MPPT قوية: 1 – الألواح الشمسية؛ 2 – وحدة تحكم MPPT. 3 - كتلة المحطة. 4.5 - الصمامات. 6 - مفتاح الطاقة للتحكم؛ 7.8 – الحافلة الأرضية

قبل الاتصال الألواح الشمسية عند الاتصال بالجهاز، تأكد من أن الجهد الكهربي عند أطراف التوصيل يتوافق أو أقل من الجهد الذي يمكن توفيره لمدخل وحدة التحكم.

توصيل الأجهزة الطرفية بجهاز MTTP:

1. قم بتبديل اللوحة والبطارية إلى وضع "إيقاف التشغيل".
2. قم بإزالة الصمامات الواقية الموجودة على اللوحة والبطارية.
3. قم بتوصيل أطراف البطارية باستخدام كابل بأطراف التحكم الخاصة بالبطارية.
4. قم بتوصيل أطراف اللوحة الشمسية بكابل بأطراف وحدة التحكم المشار إليها بالعلامة المقابلة.
5. قم بتوصيل المحطة الأرضية بالحافلة الأرضية باستخدام كابل.
6. قم بتثبيت مستشعر درجة الحرارة على وحدة التحكم وفقًا للتعليمات.

بعد هذه الخطوات، تحتاج إلى إعادة إدخال فتيل البطارية الذي تمت إزالته مسبقًا وتحويل المفتاح إلى وضع "التشغيل". ستظهر إشارة الكشف عن البطارية على شاشة وحدة التحكم.

بعد ذلك، بعد توقف قصير (1-2 دقيقة)، استبدل مصهر اللوحة الشمسية الذي تمت إزالته مسبقًا وأدر مفتاح اللوحة إلى وضع "التشغيل".

ستعرض شاشة الجهاز قيمة جهد اللوحة الشمسية. تشير هذه اللحظة إلى الإطلاق الناجح لتركيب الطاقة الشمسية.

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

تنتج الصناعة أجهزة متعددة الأوجه من حيث تصميمات الدوائر. لذلك، من المستحيل تقديم توصيات لا لبس فيها فيما يتعلق بربط جميع المنشآت دون استثناء.

ومع ذلك، يظل المبدأ الرئيسي لأي نوع من الأجهزة كما هو: دون توصيل البطارية بحافلات التحكم، يكون الاتصال بالألواح الكهروضوئية أمرًا غير مقبول. تنطبق متطلبات مماثلة لإدراجها في المخطط العاكس الجهد. ينبغي اعتبارها وحدة منفصلة متصلة بالبطارية عبر الاتصال المباشر.

إذا كان لديك الخبرة أو المعرفة اللازمة، يرجى مشاركتها مع قرائنا. اترك تعليقاتك في الكتلة أدناه. هنا يمكنك طرح سؤال حول موضوع المقال.