Regulatory ładowania – jaką pełnią rolę w autonomicznych / wyspowych systemach zasilania słonecznego?

Solarne regulatory ładowania służą do kontrolowania pracy systemów fotowoltaicznych wyposażonych w panele słoneczne / moduły fotowoltaiczne. Głównym zadaniem solarnych regulatorów ładowania jest zapewnienie prawidłowej charakterystyki ładowania akumulatorów w autonomicznych systemach fotowoltaicznych. To one nadzorują pracę systemów tak, aby nie doszło do przeładowania akumulatora / baterii akumulatorów lub ich nadmiernego rozładowania (w przypadku podłączenia obciążenia do wyjścia regulatora), a co za tym idzie zwiększają żywotność akumulatora / baterii akumulatorów. Solarne regulatory ładowania pełnią również funkcję diody, blokując przepływ wsteczny prądu z akumulatora do modułu fotowoltaicznego / panelu słonecznego nocą, kiedy nie ma ładownia akumulatora z modułu fotowoltaicznego. Bardziej zaawansowane modele solarnych regulatorów ładowania moją dodatkowe funkcje dla użytkowników, prezentując na wyświetlaczu LCD, LED lub przez interfejs na telefonie, tablecie czy komputerze lub poprzez Bluetooth stan swojej pracy, ewentualne awarie w systemie, a także czy system fotowoltaiczny w danej chwili pracuje, czyli ładuje akumulator / baterię akumulatorów. Regulator ładowania / kontroler ładowania jest nieodzownym elementem w autonomicznym systemie fotowoltaicznym, bez jego obecności w systemie dojdzie do bardzo szybkiego uszkodzenia akumulatora / baterii akumulatorów.

Solarny regulator ładowania MPPT lub PWM. Jaki rodzaj wybrać?

Wyróżniamy dwa rodzaje regulatorów ładowania — pierwszy to regulator ładowania PWM.Drugi, zaawansowany z układem śledzenia punktu maksymalnej mocy, to regulator ładowania MPPT.

Regulatory ładowania PWM – najlepsze do pracy w pełnym słońcu

Regulator ładowania PWM działa na zasadzie ładowarki impulsowej. Ma za zadanie dostarczać możliwie najwięcej energii w jak najkrótszym czasie. Im akumulator jest bardziej naładowany, tym impulsy stają się rzadsze i krótsze. Regulator ładowania PWM dostosowuje napięcie baterii słonecznej / panelu słonecznego obniżając je do napięcia akumulatora / baterii akumulatorów. W konsekwencji skutkuje to zmniejszeniem mocy układu i w związku z tym nie jest możliwe wykorzystanie w pełni mocy jaką daje bateria słoneczna / moduł fotowoltaiczny w pogodny dzień.

Regulatory ładowania PWM stosuje się do modułów fotowoltaicznych / paneli słonecznych przystosowanych na napięcia systemowe 12V lub 24V. Ograniczeniem takie układu jest również napięcie wejściowe regulatorów, które wynosi maksymalnie 30V dla akumulatorów / baterii akumulatorów 12V oraz 50V dla akumulatorów / baterii akumulatorów 24V. Dla uzyskania większej wydajności układu moduły fotowoltaiczne łączy się równolegle, dzięki czemu zwiększamy parametry prądowe systemu, a nie napięciowe. Wyjątek stanowi układ 24V-wy, gdzie z uwagi na niskie napięcie paneli ok. 18-19V należy połączyć je szeregowo. W każdym innym przypadku łączymy panele równolegle, zwiększając prąd ładowania oraz moc, a nie napięcie. Każdy regulator PWM jest na określony prąd ładowania podany w Amperach [A] i nie należy go przekraczać. Warto również wspomnieć, że w takim układzie dopuszczalne jest łączenie dwóch różnych modułów fotowoltaicznych / paneli słonecznych pod warunkiem pracy ze zbliżonym napięciem.

Regulator ładowania PWMnajlepiej pracuje w pełnym słońcu, a słabo radzi sobie w warunkach zacienienia czy zachmurzenia w ciągu dnia.

Ze względu na stopień zaawansowania technologicznego, solarne regulatory ładowania PWM są ergonomiczne i stosunkowo tanie w zakupie. 

Schemat działania solarnych regulatorów ładowania opartych na technologii PWM:

1. napięcie z modułu fotowoltaicznego / baterii słonecznej przechodzi przez dwa przewodniki (plus i minus) i dochodzi do elementu stabilizującego oraz dzielącego łańcucha rezystancyjnego
2. dochodzi do wyrównania potencjału napięcia wejściowego i do ochrony wejścia kontrolera przed przekroczeniem granicy napięcia wejściowego,
3. tranzystory mocy są kontrolowane przez układ kontrolera poprzez układ sterownika,
4. napięcie wyjściowe pary tranzystorów mocy ustala normalną wartość napięcia i prądu dla akumulatora,
5. czujnik temperatury monitoruje stan nagrzewania ważnych elementów sterownika PWM,
6. sterownik, który reguluje moc obciążenia, chroni akumulator przed głębokim rozładowaniem.

Regulatory ładowania MPPT – idealny na niestabilne warunki pogodowe

Regulator ładowania MPPT (maximum power point tracking ) śledzi punkt maksymalnej mocy wyznaczany w charakterystyce prądowo – napięciowej na modułach fotowoltaicznych / panelach słonecznych, czyli wyszukuje najwyższe napięcie i prąd w danej chwili, aby uzyskać najlepsze parametry ładowania akumulatora.  Regulatory ładowania  MPPT posiadają wbudowany elektroniczny system śledzenia MPP, który przez cały czas wędruje po panelu  fotowoltaicznym , szukając maksymalnego punktu mocy. Dzięki temu regulatory ładowania pozwalają na uzyskanie do ok. 30% więcej mocy z modułów fotowoltaicznych / paneli słonecznych w porównaniu do regulatorów PWM. Regulatory MPPT bardzo dobrze sprawdzają się w warunkach atmosferycznych panujących w naszym kraju. Pozwalają na szybsze ładowanie akumulatorów / baterii akumulatorów w dni pochmurne, deszczowe z mniejszą ilością Słońca. Doskonale zdają egzamin w okresie jesienno-zimowym, kiedy Słońca jest zdecydowanie mniej gdyż dni są krótkie i pochmurne.

Regulatory ładowania MPPT pozwalają na zmaksymalizowanie uzysków z systemu fotowoltaicznego bez względu na warunki atmosferyczne oraz zapewniają ładowanie w cieniu nawet do 45% mocy znamionowej. Regulatory ładowania MPPT mają wyższe napięcie wejściowe na poziomie do 85V / 100V / 150V / 250V lub 450V, dzięki czemu umożliwiają łączenie szeregowe modułów fotowoltaicznych oszczędzając przy tym czas i materiał podczas wykonywania montażu. Dzięki zwiększeniu napięcia umożliwiamy systemowi MPPT dużo większy zakres poszukiwań najlepszego punktu maksymalnej mocy oraz maksymalnego prądu ładowania przez co mamy bardziej wydajny system. Należy pamiętać, iż wszystkie moduły fotowoltaiczne połączone szeregowo podpięte do jednego systemu pracują tak dobrze jak najsłabszy moduł fotowoltaiczny. Należy więc nie łączyć ze sobą modułów fotowoltaicznych o różnych parametrach.

Wyższe napięcie z paneli słonecznych przy zachowaniu niższego prądu skutkuje lepszą wydajnością całego systemu fotowoltaicznego.

UWAGA! Przekroczenie górnego napięcia w regulatorze ładowania MPPT najczęściej skutkuje wyłączeniem zabezpieczenia i unieruchomieniem regulatora do czasu obniżenia napięcia. Jeśli dysponujemy konstrukcją bez zabezpieczeń, może nawet dojść do trwałego uszkodzenia regulatora. 

Schemat działania solarnych regulatorów ładowania opartych na technologii MPPT:

1. poziomy napięcia i prądu są monitorowane i porównywane przez obwody komparatora, a maksymalna moc wyjściowa jest określana na podstawie wyników porównania,
2. obwód regulatorów MPPT realizuje kilka metod sterowania: zakłócenia i obserwacje, zwiększenie przewodności, aktualny przebieg, stałe napięcie.

Jaki regulator PWM wybrać dla swojego modułu fotowoltaicznego?

Każdy regulator ładowania PWM ma dwa istotne parametry: maksymalny prąd ładowania oraz maksymalne napięcie modułów fotowoltaicznych / paneli słonecznych.Dobierając moduł fotowoltaiczny / panel słoneczny do regulatora ładowania PWM nie wolno przekraczać maksymalnych wartości napięcia i prądu. W przypadku połączenia więcej niż jednego modułu fotowoltaicznego zaleca się łączenie równolegle, tak aby podnosić prąd a nie napięcie. 

Jaki regulator MPPT wybrać dla swojego modułu fotowoltaicznego?

Każdy regulator ładowania MPPT ma dwa istotne parametry: maksymalne napięcie modułów fotowoltaicznych, maksymalna dopuszczalna łączna moc modułów fotowoltaicznych / paneli słonecznych. Dobierając moduł fotowoltaiczny / panele słoneczne do regulatora MPPT musimy zwracać uwagę, aby przy łączeniu szeregowym nie przekraczać maksymalnego napięcia modułów fotowoltaicznych zalecanego przez producenta (najlepiej nie przekraczać 90% górnej granicy z uwagi na fakt, że zimą mocno wychłodzone panele generują wyższe napięcie). 

Solarne regulatory ładowania MPPT są dużo droższe w zakupie od klasycznych regulatorów ładowania PWM, ale wyższa cena jest rekompensowana uzyskaniem do 30% więcej energii z systemu PV. Regulator PWM pracuje równie dobrze jak regulator MPPT, ale przy pełnym nasłonecznieniu, w niekorzystnych warunkach pogodowych oferuje jedynie kilka % mocy modułu fotowoltaicznego.

Zarówno regulatory PWM jak i MPPT mają swoje zalety jak i wady. Przy ich wyborze należy przeanalizować warunki, w jakich będzie pracował cały układ fotowoltaiczny. 

Solarne regulatory ładowania MPPT BlueSolar, SmartSolar firmy Victron Energy.

Szeroką gamę regulatorów MPPT posiada w swojej ofercie holenderska firma Victron Energy specjalizująca się w produkcji urządzeń dla wyspowych / hybrydowych systemów zasilających. Regulatory ładowania oferowane przez Victron Energy to najwyższa jakość spełniająca wymagania nawet dla najbardziej wymagającego klienta. Regulator ładowania MPPT automatycznie dostosowuje się do napięcia systemu. Innowacyjny algorytm wbudowany w regulatory ładowania BlueSolar czy SmartSolar maksymalizuje pobór energii, pozwalając na efektywne ładowanie akumulatora / baterii akumulatorów nawet jeśli mamy częściowo zacieniony moduł fotowoltaiczny / panel słoneczny. W przypadku częściowego zacienienia paneli słonecznych na krzywej ładowania moc – napięcie mogą znajdować się dwa lub więcej punkty mocy maksymalnej (MPP). Sterowniki MPPT wykrywają najbardziej optymalny punkt MPPT, blokując pozostałe punkty na krzywej o mniejszej wydajności.

Niektóre modele regulatorów ładowania firmy Victron Energy posiadają wyjście, które pozwala na podłączenie obciążenia na napięcie stałe bezpośrednio do regulatora. Ta funkcjonalność umożliwia ochronę akumulatora przed nadmiernym rozładowaniem w systemie fotowoltaicznym oraz na kontrolę procesu rozładowywania akumulatora przez regulator ładownia.  W ten sposób wydłużamy żywotność pracy akumulatora / baterii akumulatorów.

Solarne regulatory ładowania MPPT firmy Victron Energy oraz ich zdalna komunikacja poprzez Bluetooth czy porty komunikacyjne VE.Direct, VE.Bus.

Najnowszym rozwiązaniem ułatwiającym użytkownikowi korzystanie z fotowoltaicznego systemu słonecznego wyposażonego w regulator ładowania MPPT, jest możliwość wizualizacji pracy systemu poprzez dostępne w regulatorze, w zależności od modelu, porty komunikacyjne, VE.Direct, VE.Bus czy Bluetooth. Dzięki możliwości podłączenia się do regulatora, każdy użytkownik systemu fotowoltaicznego może obserwować pracę swojego systemu na urządzeniu mobilnym czy komputerze. Wystarczy tylko ściągnąć na swoje urządzenie bezpłatną aplikację firmy Victron Energy i można swobodnie połączyć się ze swoim regulatorem MPPT. Dzięki temu możemy kontrolować stan naładowania czy rozładowywania akumulatora / baterii akumulatorów, proces ich ładowania oraz wykrywać ewentualne błędy w systemie fotowoltaicznym. Możemy też zmieniać ustawienia – parametry naszej instalacji czy dokonywać jej optymalizacji. Jest to bardzo wygodne rozwiązanie dla osób których instalacja znajduję się po za miejscem stałego pobytu. 

W naszej ofercie znajdą Państwo solarne regulatory ładowania / kontrolery ładowania firmy Victron Energy oraz firmy Phocos wykonane zarówno w technologii PWM jak i MPPT. Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą oraz do kontaktu telefonicznego w przypadku wątpliwości w wyborze regulatora dla swojego systemu.