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.

    image

    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.
    Ads
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More

    Comments 17

      +1
      с PWM все понятно. а недорогие MPPT контроллеры вообще бывают?
        0
        я может вас и удивлю, но себестоимость PWM и MPPT в плане железа одинаковая, сложность софта сопоставимая. Разницы больше 10% там в принципе не должно быть.
          0
          Смотря что считать недорогим. Совсем мелкие за MPPT обычно хотят существенно больше, чем за PWM.

          А вот на средней и большой мощности разница уже практически исчезает. Вот для примера наш (в Новосибирске делают) MPPT контроллер недавно попался: ФОТОН-100-50

          5 тыс. руб за весьма мощное (токи заряда аккумуляторов до 50 ампер), полностью программируемое MPPT устройство, пригодное не только для разных хобби применений, но и для сборки вполне приличной по масштабу солнечной установки.
            0
            А без DC-DC преобразователя в принципе MPPT разве бывают? Что-то не представляю как это реализовать…
              0
              Dc-dc внутри конечно есть. Вопрос-то был «бывают ли недорогие» а не «бывают ли без dc-dc».
            0

            А он точно поддерживает CC/CV для li-ion?

              +1
              Точно не поддерживает :) В данном случае реализуется только первая часть заряда (CC), батарея будет недозаряжена примерно на 20% от номинальной емкости, но это не так уж критично.
                0
                Это было бы верно, только в случае если бы контроллер по достижении выставленного напряжения (12.5В в данном примере) полностью отключал аккумуляторы от зарядки (рвал цепь).

                Но тогда бы у вас никогда не получилось бы такого: «Напряжение на 3х ячейках батареи в конце заряда составило 4.16В, 4.16В и 4.16В, что дает в сумме 12.48В». У литиевого аккумулятора отключенного от зарядки в конце СС фазы, без прохода через CV фазу собственное напряжение существенно ниже максимально рабочего или того которое подавалось на него в момент отключения. Где-то около 4.0 В для основных разновидностей литиевых. 4.16В на каждой банке означает, что каким-то образом дозарядка малыми токами так или иначе происходила.

                Судя во всему этот контроллер не отключает аккумулятор (тем более как понял из того, где описывалась его реакция на BMS без постоянно подключенного в цепь аккумулятора он в принципе работать не может) по достижении выставленного в настройках напряжения, а лишь ограничивает подаваемое на аккумулятор от СБ напряжение этим заданным уровнем (за счет работы ШИМ регулятора +фильтра на его выходе?).

                СС заряд за счет этого превращается в СССV — ток во 2й фазе снижается сам по себе, контроллер тут не причем, это сама химия аккумулятора так реагирует при подаче постоянного напряжения.
                  0
                  Да, согласен.

                  Ну а ночью ток отключается до нуля тоже сам по себе так как света уже нет :)
              0
              надеюсь что ошибаюсь но насколько знаю настраиваемый параметр это — при каком верхнем и нижнем пороге отключать управляемую нагрузку,- тоесть снимать питание с клемм на которых нарисована лампочка. но никак не влияет на параметры заряда потребителя.
                0
                3 параметра которые можно настраивать, приведены на скриншотах. Да, пороги нагрузки тоже можно настроить.
                  0
                  Всё верно, но для очень старых китайских ШИМ-контроллеров. Современные позволяют настраивать больше параметров.
                  DmitrySpb79 отписался по возможностям
                  0
                  Отличные статьи. А есть фото панелей на балконе?
                    0
                    в первой статье прикручены фоточки
                    0
                    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.

                    Непродуманный какой-то контроллер в плане реализации. С какого испуга он отключает нагрузку и отключается сам, если в это время еще есть энергия от солнечных батарей? Ну отключилась аккумуляторная батарея (из-за срабатывания ее собственной BMS) выдать ошибку на экран (проверьте аккумуляторв) и работать дальше пропуская энергию от СБ на нагрузку. Или просто работать если вывод ошибок/диагностика не предусмотрены.

                    Это 12 ячеек 18650, соединенных в группы параллельно по 4. Примерная емкость батареи около 12ач,

                    Если зрение не подводит, то это на фото ячейки Panasonic NCR18650B? Тогда это не меньше 13 а*ч для такой сборки (3.3 А*ч на ячейку).
                    Хотя я бы NMC ячейки поискал для подобного применения. А это NCA. NMC стоят примерно столько же, имеют всего где-то на 10% меньшую емкость (2.9-3.1 А*ч на ячейку размера 18650 против 3.2-3.4 А*ч у NCA), но в обмен на эту небольшую потерю емкости служат намного дольше и безопаснее в случае всяких форсмажоров типа случайного КЗ в проводке или выхода из строя контроллера заряда или платки балансировки.
                    Правда разница только через 3-5 лет заметна ощутимо станет, если слишком сильно батерею не гонять частыми и глубокими циклами…
                      0
                      Да, батарея является основным источником питания для этого контроллера, так что если ее отключить, вырубается все.

                      Контроллер за 15$, требовать от него сложной схемотехники бесмысленно.

                    Only users with full accounts can post comments. Log in, please.