Solar Laadregelaar voor 100 Ah batterij

Deze uitgebreide zonnelaadcontroller is ontworpen om een ​​grote 12 V 100 Ah-batterij effectief en met de grootste efficiëntie op te laden. De oplader op zonne-energie is praktisch onfeilbaar in termen van overladen van de batterij, kortsluiting of overstroom.

De belangrijkste elementen van dit 100 Ah zonneregelaarcircuit zijn uiteraard het zonnepaneel en de (12 V) batterij. De batterij werkt hier als energieopslageenheid.

DC-laagspanningslampen en dergelijke kunnen rechtstreeks vanuit de batterij worden aangedreven, terwijl een omvormer kan worden gebruikt om de directe batterijspanning om te zetten in 240 V AC.

Niettemin zijn al deze toepassingen over het algemeen niet het onderwerp van deze inhoud, die zich op richt een batterij aansluiten op een zonnepaneel ​Het lijkt misschien te verleidelijk om een ​​zonnepaneel direct op de accu aan te sluiten om op te laden, maar dat is nooit aan te raden. Een passend laadregelaar is cruciaal voor het opladen van een batterij via een zonnepaneel.

Het belangrijkste belang van de laadregelaar is om de laadstroom te verminderen tijdens piekzonlicht wanneer het zonnepaneel grotere hoeveelheden stroom verbruikt dan het vereiste niveau van de batterij.

Dit wordt belangrijk omdat opladen met hoge stroom kan leiden tot kritieke schade aan de batterij en zeker de verwachte levensduur van de batterij kan verkorten.

Zonder laadregelaar is het gevaar van overladen van de batterij dreigt meestal, aangezien de stroomopbrengst van een zonnepaneel direct wordt bepaald door de mate van instraling van de zon of de hoeveelheid invallend zonlicht.

In wezen vindt u een aantal methoden om de laadstroom te regelen: door serie regelaar of een parallelle regelaar.

Een serie-regulatorsysteem heeft meestal de vorm van een transistor die in serie tussen het zonnepaneel en de batterij wordt ingebracht.

De parallelle regelaar heeft de vorm van een 'shunt'-regelaar parallel aan het zonnepaneel en de batterij bevestigd. De 100 Ah regelaar uitgelegd in dit bericht is eigenlijk een parallelle zonneregelaarcontroller.

Het belangrijkste kenmerk van een shuntregelaar is dat er geen grote hoeveelheden stroom nodig zijn totdat de batterij volledig is opgeladen. Praktisch gezien is zijn eigen stroomverbruik zo laag dat het kan worden genegeerd.

Zodra het batterij is volledig opgeladen het overtollige vermogen wordt echter omgezet in warmte. Met name bij grotere zonnepanelen vereist die hoge temperatuur een relatief grote structuur van de regelaar.

Samen met zijn echte doel, een fatsoenlijk laadregelaar biedt bovendien op vele manieren veiligheid, samen met een bescherming tegen diepe ontlading van de batterij, een elektronische zekering en een betrouwbare beveiliging ten aanzien van polariteitsomkering voor de batterij of het zonnepaneel.

Simpelweg omdat het hele circuit wordt aangedreven door de batterij via een beveiligingsdiode met verkeerde polariteit, D1, blijft de zonnelaadregelaar normaal werken, zelfs als het zonnepaneel geen stroom levert.

Het circuit maakt gebruik van de ongeregelde batterijspanning (junction D2 -R4) samen met een uiterst nauwkeurige referentiespanning van 2,5 V. die wordt gegenereerd met behulp van zenerdiode D5.

Omdat de laadregelaar zelf perfect presteert met een stroomsterkte lager dan 2 mA, wordt de batterij 's nachts of wanneer de lucht bewolkt is nauwelijks geladen.

Het minimale stroomverbruik van het circuit wordt bereikt door het gebruik van vermogens-MOSFET's van het type BUZ11, T2 en T3, waarvan de schakeling spanningsafhankelijk is, waardoor ze kunnen functioneren bij praktisch nul aandrijfvermogen.

De voorgestelde zonnelaadregeling voor een 100 Ah-batterij bewaakt de batterij spanning en regelt het geleidingsniveau van transistor T1.

Hoe hoger de accuspanning, hoe hoger de stroom die door T1 gaat. Als resultaat wordt de spanningsval rond R19 hoger.

Deze spanning over R19 wordt de poortschakelspanning voor MOSFET T2, waardoor de MOSFET harder schakelt, waardoor de drain-to-source-weerstand daalt.

Hierdoor wordt het zonnepaneel zwaarder belast waardoor de overtollige stroom door de R13 en T2 wordt afgevoerd.

Schottky-diode D7 beschermt de batterij tegen onbedoeld omkeren van de + en - polen van het zonnepaneel.

Deze diode stopt bovendien de stroom van de batterij naar het zonnepaneel voor het geval de paneelspanning onder de batterijspanning daalt.

Hoe de regelaar werkt

Het schakelschema van de 100 Ah zonneladerregelaar is te zien in de bovenstaande afbeelding.

De primaire elementen van het circuit zijn een paar 'zware' MOSFET's en een viervoudige opamp-IC.

De functie van dit IC kan worden onderverdeeld in 3 secties: de spanningsregelaar gebouwd rond IC1a, de batterijoverlaadcontroller geconfigureerd rond IC1d en de elektronische kortsluitingsbeveiliging bedraad rond IC1c.

IC1 werkt als de belangrijkste besturingscomponent, terwijl T2 functioneert als een aanpasbare vermogensweerstand. T2 gedraagt ​​zich samen met R13 als een actieve belasting aan de uitgang van het zonnepaneel. De werking van de regelaar is vrij eenvoudig.

Een variabel deel van de batterijspanning wordt via de spanningsdeler R4-P1-R3 aan de niet-inverterende ingang van de stuurversterker IC1a toegevoerd. Zoals eerder besproken, wordt de referentiespanning van 2,5 V toegepast op de inverterende ingang van de operationele versterker.

De werkwijze van de zonneregeling is vrij lineair. De IC1a controleert de accuspanning, en zodra deze de volledige lading bereikt, schakelt hij T1, T2 AAN, waardoor de zonnespanning via R13 wordt geshunt.

Dit zorgt ervoor dat de batterij niet overbelast of overladen wordt door het zonnepaneel. Onderdelen IC1b en D3 worden gebruikt voor het aangeven van de 'acculading' toestand.

De LED licht op wanneer de accuspanning 13,1V bereikt en wanneer het laadproces van de accu wordt gestart.

Hoe de beschermingsfasen werken

De opamp IC1d is opgezet als een comparator om de batterij bijna leeg spanningsniveau, en zorgen voor bescherming tegen diepe ontlading, en MOSFET T3.

De accuspanning wordt eerst proportioneel verlaagd tot ongeveer 1/4 van de nominale waarde door resistieve deler R8 / R10, waarna deze wordt vergeleken met een referentiespanning van 23 V verkregen via D5. De vergelijking wordt uitgevoerd door IC1c.

De potentiaaldelerweerstanden zijn zo gekozen dat de output van IC1d lager wordt zodra de batterijspanning onder een waarde van ongeveer 9 V komt.

MOSFET T3 remt vervolgens de aardverbinding over de batterij en de belasting en verbreekt deze. Vanwege de hysterese die wordt gegenereerd door de R11-terugkoppelingsweerstand, verandert de comparator niet van toestand totdat de batterijspanning weer 12 V heeft bereikt.

Elektrolytische condensator C2 verhindert dat de diepontladingsbeveiliging wordt geactiveerd door onmiddellijke spanningsdalingen als gevolg van bijvoorbeeld het inschakelen van een enorme belasting.

De kortsluitbeveiliging in het circuit werkt als een elektronische zekering. Als er per ongeluk een kortsluiting optreedt, wordt de belasting van de batterij onderbroken.

Hetzelfde wordt ook geïmplementeerd via T3, die de cruciale dubbele functie van de MOSFET T13 laat zien. De MOSFET werkt niet alleen als een kortsluitingsonderbreker, de drain-to-source-overgang speelt ook een rol als een computerweerstand.

De spanningsval die over deze weerstand wordt gegenereerd, wordt verkleind door R12 / R18 en vervolgens toegevoerd aan de inverterende ingang van comparator IC1c.

Ook hier wordt de precieze spanning die door D5 wordt geleverd als referentie gebruikt. Zolang de kortsluitbeveiliging inactief blijft, blijft de IC1c een 'hoge' logische output leveren.

Deze actie blokkeert de D4-geleiding, zodat de IC1d-uitgang alleen de T3-poortpotentiaal bepaalt. Een poortspanningsbereik van ongeveer 4 V tot 6 V wordt bereikt met behulp van resistieve deler R14 / R15, waardoor een duidelijke spanningsval kan worden vastgesteld over de afvoer-naar-bronovergang van T3.

Zodra de belastingsstroom het hoogste niveau bereikt, stijgt de spanningsval snel totdat het niveau net voldoende is om IC1c om te schakelen. Dit zorgt er nu voor dat zijn output logisch laag wordt.

Hierdoor wordt nu diode D4 geactiveerd, waardoor de T3-poort kan worden kortgesloten naar aarde. Hierdoor wordt de MOSFET nu uitgeschakeld en wordt de huidige stroom gestopt. Het R / C-netwerk R12 / C3 bepaalt de reactietijd van de elektronische zekering.

Er wordt een relatief trage reactietijd ingesteld om een ​​onjuiste activering van de werking van de elektronische zekering als gevolg van een incidentele kortstondige hoge stroomstijging van de belastingsstroom te voorkomen.

Bovendien wordt LED D6 gebruikt als referentie van 1,6 V, zodat C3 niet boven dit spanningsniveau kan opladen.

Wanneer de kortsluiting is opgeheven en de belasting is losgekoppeld van de accu, wordt C3 geleidelijk ontladen via de LED (dit kan tot 7 seconden duren). Aangezien de elektronische zekering is ontworpen met een redelijk trage reactie, betekent dit niet dat de belastingsstroom te hoge niveaus zal bereiken.

Voordat de elektronische zekering kan worden geactiveerd, vraagt ​​de T3-poortspanning de MOSFET om de uitgangsstroom te beperken tot het punt zoals bepaald door de instelling van preset P2.

Om ervoor te zorgen dat niets verbrandt of frites, is het circuit bovendien voorzien van een standaardzekering, F1, die in serie met de batterij is aangesloten, en biedt de zekerheid dat een waarschijnlijke storing in het circuit niet onmiddellijk tot een ramp zou leiden.

Als ultiem verdedigingsschild is D2 in het circuit opgenomen. Deze diode beschermt de ingangen IC1a en IC1b tegen beschadiging door een onbedoelde omgekeerde batterijaansluiting.

Het zonnepaneel selecteren

De keuze voor het meest geschikte zonnepaneel is natuurlijk afhankelijk van de Ah-classificatie van de accu waarmee u wilt werken.

De solarlaadregelaar is in principe ontworpen voor zonnepanelen met een gematigde uitgangsspanning van 15 tot 18 volt en 10 tot 40 watt. Dit soort panelen wordt doorgaans geschikt voor accu's van 36 tot 100 Ah.

Niettemin, aangezien de zonne-laadregelaar gespecificeerd is om een ​​optimale stroomopname van 10 A te leveren, kunnen zonnepanelen van 150 watt goed worden toegepast.

Het circuit van de zonneladerregelaar kan ook worden toegepast windmolens en met andere spanningsbronnen, op voorwaarde dat de ingangsspanning in het bereik van 15-18 V ligt.

De meeste warmte wordt afgevoerd via de actieve belasting, T2 / R13. Onnodig te zeggen dat de MOSFET effectief moet worden gekoeld via een koellichaam en dat R13 voldoende moet worden beoordeeld om extreem hoge temperaturen te weerstaan.

Het R13 wattage moet in overeenstemming zijn met de classificatie van het zonnepaneel. In het (extreme) scenario waarin een zonnepaneel wordt aangesloten met een nullastuitgangsspanning van 21 V, en ook een kortsluitstroom van 10 A, beginnen in een dergelijk scenario T2 en R13 een vermogen af ​​te voeren dat gelijk is aan de spanning verschil tussen de accu en het zonnepaneel (ongeveer 7 V) vermenigvuldigd met de kortsluitstroom (10 A), of gewoon 70 watt!

Dit kan zelfs gebeuren als de batterij volledig is opgeladen. Het grootste deel van het vermogen komt vrij via R13, aangezien de MOSFET dan een zeer lage weerstand biedt. De waarde van de MOSFET-weerstand R13 kan snel worden bepaald door de volgende wet van Ohm:

R13 = P x ik^twee= 70 x 10^twee= 0,7 Ohm

Dit soort extreme output van zonnepanelen kan echter ongebruikelijk lijken. In het prototype van de zonnelaadregelaar was een weerstand van 0,25 Ω / 40 W toegepast bestaande uit vier parallel geschakelde weerstanden van 1Ω / 10 W. De benodigde koeling voor T3 wordt op dezelfde manier berekend.

Stel dat de hoogste uitgangsstroom 10 A is (dat is vergelijkbaar met een spanningsval van ongeveer 2,5 V over de afvoerbronovergang), dan moet een maximale dissipatie van ongeveer 27 W worden geëvalueerd.

Om een ​​adequate koeling van T3 te garanderen, zelfs bij extreme achtergrondtemperaturen (bijv. 50 ° C), moet het koellichaam een ​​thermische weerstand van 3,5 K / W of minder gebruiken.

De onderdelen T2, T3 en D7 zijn aan een bepaalde kant van de printplaat aangebracht, waardoor ze gemakkelijk kunnen worden bevestigd aan een enkele gemeenschappelijke heatsink (met isolatiecomponenten).

De dissipatie van deze drie halfgeleiders moet dus worden meegenomen, en we willen dan een koellichaam met een thermische specificatie van 1,5 K / W of hoger. Het type beschreven in de stuklijst voldoet aan deze voorwaarde.

Hoe te installeren

Gelukkig is het zonneregelaarcircuit van 100 Ah vrij eenvoudig in te stellen. De taak vereist echter een paar (gereguleerde) voedingen ​

Een daarvan is afgesteld op een uitgangsspanning van 14,1 V en gekoppeld aan de accukabels (aangeduid met 'accu') op de printplaat. De tweede voeding moet een stroombegrenzer hebben.

Deze voeding wordt aangepast aan de nullastspanning van het zonnepaneel (bijvoorbeeld 21 V, zoals in de eerder genoemde toestand), en gekoppeld aan de met een a 'cellen'.

Als we de P1 op de juiste manier afstellen, zou de spanning moeten dalen tot 14,1 V. Maak je hier geen zorgen over, aangezien de stroombegrenzer en D7 garanderen dat er absoluut niets slecht kan gaan!

Voor een effectieve afstelling van P2 moet je werken met een belasting die iets hoger ligt dan de zwaarste belasting die eventueel aan de uitgang kan optreden. Als je het maximale uit dit ontwerp wilt halen, probeer dan een belastingsstroom van 10 A te kiezen.

Dit kan worden bereikt door een belastingsweerstand van 1Ω x120 W te gebruiken, die bijvoorbeeld bestaat uit 10 parallel geschakelde weerstanden van 10Ω / 10 W. Preset P2 is in het begin gedraaid naar 'Maximum (wisser richting R14).

Daarna wordt de belasting vastgemaakt aan de kabels die op de printplaat met 'belasting' zijn aangeduid. Stem P2 langzaam en voorzichtig af totdat u het niveau bereikt waarop T3 net wordt uitgeschakeld en de belasting afsnijdt. Na het verwijderen van de belastingsweerstanden kunnen de 'belastingskabels' tijdelijk worden kortgesloten om te testen of de elektronische zekering correct werkt.

PCB-indelingen

Onderdelen lijst

Weerstanden:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82 k
R5 = 12k
R6 = 2,2 k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150 k
R10 = 47k
R11 = 270.000
R12, R16 = 1 M.
R13 = zie tekst
R17 = 10k
P1 = 5k voorinstelling
P2 = 50k voorinstelling
Condensatoren:
Cl = 100 nF
C2 = 2,2 uF / 25 V radiaal
C3 = 10uF / 16V
Halfgeleiders:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED rood
D5 = LM336Z-2,5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Diversen:
F1 = zekering 10 A (T) met houder voor printmontage
8 platte klemmen voor schroefmontage
Koellichaam 1.251VW