Контроллер заряда солнечной батареи — это, по сути, зарядное устройство, подключенное между солнечной панелью и аккумулятором. Существует два основных типа контроллеров заряда солнечной энергии — ШИМ (широтно-импульсная модуляция) и MPPT (отслеживание точки максимальной мощности).
Контроллер MPPT гораздо более совершенен, чем контроллер PWM, поскольку позволяет солнечной панели работать в точке максимальной мощности (оптимальное напряжение для максимальной выходной мощности). По сути, это эффективный преобразователь постоянного тока в постоянный, используемый для оптимизации выходной мощности солнечной панели. Более того, он имеет функцию ограничения зарядного тока, поэтому даже если мощность солнечной панели превышает номинальную мощность контроллера, он может ограничить зарядный ток, чтобы поддерживать его номинальное значение.
Обратите внимание, что для правильной работы контроллера MPPT рабочее напряжение солнечной панели должно быть как минимум на 5 В выше напряжения зарядки аккумулятора (а не номинального напряжения аккумулятора).
Используя алгоритм MPPT, контроллер может быстро и точно отслеживать идеальную точку максимальной мощности (MPP) фотоэлектрической батареи для получения максимальной энергии от солнца. Это значительно повышает эффективность всей системы. Обычно контроллер заряда солнечной батареи на 30 % более эффективный, в зависимости от напряжения АКБ и рабочего напряжения солнечной панели.
Напомним, что первый MPPT был изобретен Австралийскими лабораториями энергетических исследований (AERL) еще в 1985 году.
Модули контроллера заряда MPPT
Сегодняшние модули контроллера заряда солнечной энергии MPPT являются доступным вариантом для проектов небольших солнечных электростанций. В продаже есть множество дешевых китайских модулей MPPT, которые предназначены для зарядки литий-ионных или литий-полимерных батарей через небольшие солнечные панели. Вот недорогая плата контроллера MPPT, которую можно настроить для использования с солнечными панелями с напряжением холостого хода в диапазоне от 5 до 12 вольт, а ее выход способен заряжать одноэлементную литий-ионную АКБ. Он основан на микросхеме Consonance CN3791.
Модуль CN3791 MPPT использует микросхему CN3791, которая представляет собой контроллер заряда литий-ионной батареи с широтно-импульсной модуляцией и импульсным режимом, который может питаться от фотоэлектрического элемента с функцией отслеживания максимальной мощности. Он специально разработан для зарядки литиевых АКБ в режиме постоянного тока и постоянного напряжения и использует архитектуру понижающего импульсного регулятора ШИМ. Ток заряда аккумулятора можно установить с помощью одного внешнего резистора, измеряющего ток. Кроме того, он имеет специальный вывод MPPT для подключения внешнего резисторного делителя для отслеживания максимальной мощности.
Судя по всему, схема этого модуля строго соответствует примеру официального подключения чипа CN3791.
Первый диод Шоттки не используется в этом модуле, поскольку это дополнительный блокирующий диод, предотвращающий обратный ток батареи на Vcc при отсутствии входного питания. Кроме того, параллельно танталовому конденсатору емкостью 10 мкФ имеется небольшой неполярный, подключенный параллельно клеммам аккумулятора, который не показан на схеме и его номинал еще не определен. Согласно даташиту, первый танталовый конденсатор (10 мкФ) необходим для фильтрации низких частот, а второй керамический (1–10 мкФ) рекомендуется для минимизации переходных процессов при ступенчатой нагрузке.
В модуле используется токоизмерительный резистор сопротивлением 0,05 Ом (R050). Следовательно, зарядный ток составит 120 мВ/0,05 Ом = 2,4 А.
Аналогично резисторы 178 кОм (R1 = 25D) и 22 кОм (R2 = 223) используются в делителе потенциала, подключенном к выводу MPPT микросхемы. Итак, максимальное напряжение в точке питания составит 1,205 х (1+178К/22К) = 10,95 В.
Первый запуск и тестирование
К сожалению, в наличии не было солнечных панелей на 12 В подходящего номинала, поэтому решено вместо этого использовать подходящий (11-18 В) источник питания постоянного напряжения.
Сначала проверим напряжение на разъеме батареи на модуле, но батарея не подключена и оно составляет около 4,2 В.
Обратите внимание, что при отсутствии батареи CN3791 быстро заряжает выходной конденсатор до напряжения регулирования (типичное 4,2 В). Затем напряжение на выводе BAT медленно падает до порога перезарядки (95,5% от напряжения регулирования) из-за низкого тока утечки на выводе BAT, что приводит к пульсации сигнала на BAT. Тем временем его вывод CHRG выдает импульсы, указывающие на отсутствие батареи.
Затем подключим литий-ионный аккумулятор 18650 (3,7 В/1800 мАч) и некоторое время наблюдаем за процессом зарядки.
В таблице ниже подробно описаны два уровня светодиодных индикаторов. Обратите внимание, что красный светодиод на модуле — это светодиод CHRG, а синий светодиод — это DONE.
В общем тот небольшой модуль станет хорошим выбором для портативных любительских систем солнечной энергетики, где важен каждый процент КПД.
