Các mạch điều khiển sạc điện mặt trời thế nào?

Các thiết bị điện và công nghệ thiết yếu trong ngôi nhà của bạn, cũng như bên ngoài thường được dùng chủ yếu hiện nay được cung cấp từ các tấm pin năng lượng mặt trời. Một trong những giải pháp cho hệ thống năng lượng sản xuất từ các tâm pin điện mặt trời khá phổ biến hiện nay. Cũng như từ nguồn ngân hàng pin lưu trữ năng lượng và bộ sạc điều khiển sạc để quản lý liên kết giữa pin mặt trời và ắc quy.

Một trong những chức năng quan trọng để bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời đóng vai trò cực kỳ quan trọng, việc lựa chọn không chính xác sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Đều đáng chú ý là sẽ làm tốn chi phí trong quá trình bảo trì và đem lại hiệu quả thấp hơn kỳ vọng.

Ở bài viết này thì việc so sanh cách mạch điều khiển năng lượng sạc thông dụng hiện nay bao gồm: chế độ sạc trực tiếp, sạc diode điều chỉnh theo cài đặt, sạc điều chỉnh thấp theo hệ thống, sạc chuyển đổi DC-DC dựa trên sơ đồ mạch, theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT), theo dõi điểm công suất tỷ lệ (RPPT), dựa trên điểm đặt cố định theo dõi (FPPT) và sạc điều chế độ rộng xung (PWM).

Và sẽ giúp mọi người hiểu được ưu điểm, nhược điểm  và lý do tại sao cũng như sử dụng loại công nghệ nào trong môi trường cụ thể hoặc trường hợp sử dụng phù hợp hơn.

I. Điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời hiểu như thế nào?

Việc bộ điều khiển sạc là cần thiết và chọn bộ điều khiển sạc như thế nào sẽ cho một ứng dụng cụ thể rất quan trọng.

Quan trọng là phải hiểu rằng một tấm pin mặt trời trong bóng tối sẽ hoạt động hoàn toàn giống như một diốt được kết nối với bình ắc quy hoặc pin titanium.

Có nghĩ là bất kỳ mạch nào mà ngân hàng pin năng lượng mặt trời có thể kế nối được với các cực pin lưu trữ thì khi trời tối các tấm pin sẽ làm cạn pin đã lưu trữ. Để ngăn chặn điều này thì một diode chặn phải được đặt ở giữa tấm PV và pin, để đảm bảo được dòng điện không thể chảy ngược từ pin dự phòng trở lại pin mặt trời.

Bài viết liên quan: Nên chọn bộ điều khiển sạc MPPT hay PWM?

II. Mạch điều khiển sạc năng lượng solar có loại nào?

Những ứng dụng điều khiển sạc năng lượng mặt trời khác nhau thế nào, chi tiết về những điểm mạnh và điểm yếu của từng loại:

A. Sạc trực tiếp

Điều này có nghĩ là không sử dụng bộ điều khiển sạc năng lượng mà sẽ sạc trực tiếp từ tấm pin mặt trời có thể thực hiện an toàn nếu hệ thống lưu trữ sử dụng cho pin axit chì. Nếu như dòng điện sạc vào pin nhỏ hơn 1/100 công suất amp giờ thì pin có thể sạc an toàn mà không cần đến bộ điều khiển sạc.

Ngoài ra, cách này thường có hiệu quả tương đối thấp vì các tấm pin sẽ phải giữ mức điện áp pin thay vì ở điểm năng lượng tối đa. Nếu như áp dụng phương pháp này cho các hệ thống thì chỉ có thể hiệu quả đối với mức tải pin thấp và mực tiêu chính là duy trì trạng thái sạc trong thời gian nhàn rỗi.

Ví dụ mức điện áp sạc:

Nếu như sử dụng pin có dung lượng 80Ah thì tương đương là 80/100= 0,8. Có nghĩa là pin có thể sạc một cách an toàn bởi tấm PV thu năng lượng không quá 0,8Ah có điện áp xấp xỉ 13,8V. Đây là mức sạc chi phí thấp nhất và nó không cho phép sạc pin nhanh. Vì bạn chỉ có thể sử dụng tấm bảng năng lượng công suất thấp.

B. Sử dụng như một diốt điều tiết sạc

Ứng dụng như loại hệ thống sạc thứ 2 ở dạng diode Zener thiết bị điều chỉnh điện áp đầu ra. Để giữ cho điện áp không vượt mức đối đa trong quá trình hoạt động.

Ví dụ hoạt động như diốt:

Đối với một mạch điều khiển sạc năng lượng sẽ hoạt đông như hình bên dưới. Lưu ý rằng trong hệ thống D1 này được kế hợp như một diode chặn.

sơ đồ hoạt động mạch sac

  • tp GND – điểm thi chung
  • tp 1 – Để kiểm tra điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời – 5V đến 6V
  • tp 2 – Để kiểm tra điện áp Zener – 4V đến 4,7V
  • tp 3 – Để kiểm tra đầu ra – 4,5V – 4,7V

Mạch điện bắt đầu hoạt động

Ở đây mạch sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời 6V / 500 mW và sau đó diode tiếp giáp PN đơn 1N4007 được kết nối theo hướng dương của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, điều này sẽ tránh phân cực ngược. Một đèn LED màu xanh lá cây được kết nối qua đường cung cấp bảng điều khiển năng lượng mặt trời sau tụ điện C1 cung cấp trạng thái đầu ra nguồn cung cấp từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Bạn có thể loại bỏ R2 và LED nếu bạn không cần đèn báo. Bóng bán dẫn SL100 với diode zener 4,7V / 400mW cung cấp nguồn cung cấp được điều chỉnh từ điện áp mặt trời. Chọn đặc điểm kỹ thuật diode zener theo nhu cầu của bạn. Ở đây, diode zener được kết nối trong đế của bóng bán dẫn SL100 với phân cực phân cực ngược.

Đang hoạt động

Phơi tấm pin mặt trời dưới ánh sáng mặt trời, năng lượng mặt trời đó sẽ được thiết bị quang điện (pin năng lượng mặt trời) chuyển thành điện áp, sau đó đèn LED màu xanh lá cây phát sáng ở đây cường độ của đèn LED này thay đổi tùy thuộc vào điện áp do tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra. Diode zener giảm và điều chỉnh điện áp và bóng bán dẫn SL100 điều khiển điện áp đầu ra.

Loại hệ thống sạc thứ hai sử dụng một diode zener làm thiết bị điều chỉnh điện áp đầu ra để giữ cho điện áp không vượt quá mức tối đa. Ví dụ về một mạch điều khiển sạc năng lượng mặt trời như thế này được chúng tôi thể hiện trong hình bên dưới đây. Lưu ý rằng trong hệ thống D1 này được kết hợp như một điốt chặn.

Bài viết liên quan: Kích thước và lựa chọn bộ điều khiển sạc Solar

C. Sạc điều chỉnh điện áp thấp

Đối với bộ điều chỉnh điện áp thấp (LDOs) thông thường sử dụng cho các cực điều khiển sạc với nhiều loại pin. Hoạt động của chúng dựa vào cách đặt điện áp sạc tối đa.

Đối với chi phí thì tương đối thấp và có thể được thiết kế để hạn chế dòng sạc vào pin. Cũng như hiệu suất khi điện áp tấm năng lượng cao hơn nhiều. Vì khi thực sự điện trở thay đổi  sẽ rất nhiều so với điện áp pin. Do đó, đầu trở kháng đầu vào không được thiết lập để lấy năng lượng từ mặt trời ở công suất tối đa ở một điểm.

LDO sẽ sạc hiệu quả khi tấm pin năng lượng được thiết kế với điện áp nguồn gần với dải điện áp sạc của pin. Chủ yếu được sùng trên các hệ thống sản xuất năng lượng thấp và giữ cho tản nhiệt thông qua LDO ở mức có thể quản lý được.

sơđố điều chỉnh điện áp thấp

Hình trên đây sẽ giúp bạn dễ hình dung hơn cách hoạt động khi lắp thiết bị. Sử dụng phương trình cho IF cho phép tính toán dòng điện của hệ thống và cũng như là giới hạn được đặt. Hệ thống này chỉ hoạt động đối với các LDO là đầu ra điện áp thay đổi.

LDO cố định thông thường cũng có thể được sử dụng để sạc pin nhưng nó sẽ không có khả năng kiểm soát tốc độ dòng sạc.

D. Chức năng sạc chuyển đổi DC-DC

Bộ chuyển đổi DC-DC, Boost hoặc Buck, có thể được sử dụng để sạc pin. Mặc dù các hệ thống này có giá cao hơn ba hệ thống đầu tiên, nhưng chúng hiệu quả hơn và đi kèm với chức năng bổ sung.

Chúng có thể được chế tạo bằng cách sử dụng mạch tích hợp (IC) có sẵn với mạch giám sát điểm nguồn được tích hợp sẵn hoặc thiết kế tham chiếu hoặc tăng cường với mạch giám sát điểm nguồn được thêm vào.

Pin có thể được sạc bằng bộ chuyển đổi DC-DC cho các mức năng lượng từ W đến kW. Chúng có nhiều mức độ phức tạp, nhưng khả năng của tấm pin mặt trời để giữ điện áp đầu vào gần với điểm nguồn của nó là nhu cầu quan trọng nhất để tương thích.

Duy trì hoạt động của bộ sạc trong mọi điều kiện ánh sáng yêu cầu theo dõi điểm nguồn.

Ví dụ hoạt động chuyển đổi

Trong bộ chuyển đổi buck, MOSFET phía cao (bóng bán dẫn hiệu ứng trường) sẽ kích hoạt nếu tải lớn hơn dòng điện của bảng điều khiển, làm giảm điện áp của bảng điều khiển xuống mức của pin. Nếu điện áp của pin thấp hơn nhiều so với điểm công suất tối đa của pin mặt trời, điều này sẽ gây ra sự hao phí điện năng đáng kể.

Trong trường hợp bộ chuyển đổi tăng áp, nếu bảng điều khiển không cung cấp đủ điện, bộ chuyển đổi sẽ hút đủ dòng điện để hạ điện áp xuống dưới ngưỡng “bật” của nó và ngăn hệ thống hoạt động. Những vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách kết hợp hệ thống theo dõi điểm điện.

Có ba loại hệ thống theo dõi điểm năng lượng: theo dõi điểm năng lượng cố định, theo dõi điểm năng lượng tỷ lệ và theo dõi điểm năng lượng tối đa (FPPT). Khi chọn kiểu theo dõi điểm nguồn, hãy thận trọng. Tiếp tục đọc để tìm hiểu 3 phiên bản này khác nhau như thế nào.

E. Bộ điều khiển pin sạc theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT)

Bộ vi điều khiển thường được sử dụng trong các hệ thống giám sát điểm công suất cực đại để thực hiện các thuật toán như “nhiễu loạn và quan sát” giúp thiết lập; duy trì trở kháng đầu vào của hệ thống tại điểm công suất tối đa. Nó hoạt động bằng cách thường xuyên quét trở kháng đầu vào của bộ chuyển đổi và phát hiện những thay đổi về công suất.

Trở kháng đầu vào của hệ thống được thiết lập tại điểm thu công được thiết lập khi lấy công suất cao nhất sau khi quét và duy trì ở đó cho đến khi tiến hành quét sau. Các thiết bị này có thể khai thác nhiều năng lượng nhất có thể từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời trong mọi tình huống chiếu sáng, ngay cả khi nó bị che một phần.

F. Ứng dụng điều khiển sạc pin solar để theo dỗi điểm công suất tỷ lệ (RPPT)

Mặc dù bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời RPPT cũng sử dụng bộ vi điều khiển; nó đo công suất tương ứng bằng cách theo dõi điện áp mạch hở (tức là khi không có tải) và đặt trở kháng đầu vào của bộ chuyển đổi để duy trì điện áp của pin mặt trời ở mức tỉ số không đổi của hiệu điện thế mạch hở đo được.

Hệ thống theo dõi điểm công suất tối đa chính xác đắt hơn để lắp đặt so với loại hệ thống này, hệ thống này cũng hoạt động tương tự. Nó hoạt động tốt bởi vì các tế bào quang điện còn lại sẽ cung cấp một tỷ lệ tương tự cho toàn bộ mảng ngay cả khi cường độ ánh sáng khác nhau; hoặc nếu một tế bào quang điện bị hỏng hoặc bị che phủ. Tỷ lệ phần trăm cho các công nghệ năng lượng mặt trời là rõ ràng. Ví dụ, tỷ lệ này sẽ là khoảng 0,7 đối với silicon vô định hình và 0,8 đối với silicon đơn tinh thể.

Nội dung liên quan: Tại sao dùng bộ sạc năng lượng mặt trời?

G. Bộ điều khiên sạc theo dõi công suất đặt cố định (FPPT)

Các thiết bị theo dõi điểm năng lượng tiết kiệm chi phí nhất là bộ điều khiển sạc pin FPPT, hoạt động đáng ngưỡng mộ khi được kết hợp với một bảng cụ thể và được sử dụng trong điều kiện chiếu sáng từ 150W / m2 đến 1000W / m2.

Chúng sẽ hoạt động ở mức ánh sáng thấp hơn, nhưng chúng sẽ không hoạt động chặt chẽ với điểm công suất tối đa như hai hệ thống giám sát điểm công suất đã mô tả trước đây vì điện áp pin mặt trời giảm khi mức ánh sáng tăng lên.

Liên hệ để được tư vấn lựa chọn sản phẩm: https://phukiendienmattroi.net/