PWMソーラー充電コントローラー–動作、サイジング、選択
パルス幅変調（PWM）ソーラー充電コントローラーとは何ですか？
パルス幅変調またはPWM充電コントローラーとは何ですか？
PWM （パルス幅変調 ）コントローラーは、ソーラーパネルとバッテリーの間の（電子）遷移です：
ソーラー充電コントローラー（多くの場合、レギュレーターと呼ばれます）は、標準のバッテリー充電器と同じです。つまり、ソーラーパネルからバッテリーバンクに流れる電流を制御して、防止します。バッテリーを過充電します。標準のバッテリー充電器と同様に、さまざまな種類のバッテリーに対応できます。
吸収電圧はフロート電圧を選択でき、多くの場合、時間とテール電流も設定できます。コントローラが完全に充電されているとき、コントローラは固定フロートのままであるか、1日中約13.6V（セルあたり3.4V）の電圧を維持するため、リン酸鉄リチウム電池に最適です。
>最も一般的な充電プロファイルは、高品質のメインアダプターに見られるのと同じ単純なシーケンスです。つまり、バルクモード-吸収モード-フロートモードです。一括充電モードへの移行は次の場所で行われます：
- 朝の日の出
- バッテリー電圧が指定された期間より長く、たとえば5秒（再入力）低下した場合
このバルクモードへの再突入は、より高く、より安定した電圧を保持するリチウムベースのバッテリーよりも電圧降下と降下が重要であるため、鉛蓄電池に適しています。残りの放電期間中。
- 関連記事：MPPTソーラー充電コントローラー–動作、サイジング、選択
ソーラー充電コントローラーの場合：
- 充電器モードが一括充電モードのときにスイッチがオンになります。
- 吸収のバッテリー電圧を維持するために、必要に応じてスイッチがオン/オフになります（パルス幅変調）。
- バッテリー電圧がフロート電圧まで低下すると、吸収の終わりにオフになります。
- バッテリー電圧をフロート電圧に保つために、必要に応じてスイッチが再びオンとオフになります（パルス幅変調）。
スイッチがオフの場合、パネル電圧は開回路電圧（Voc）になることに注意してください。ボタンがパネル上にある場合、電圧はバッテリー電圧+ボードとコントローラーの間で電圧が低下します。
PWMコントローラーに最適：
PWMコントローラーに最適なパネルは、バッテリーを充電し、温度を考慮して、通常はV
以下は、一般的なPWMソーラー充電コントローラーのブロック図です。
PMW3ステージ充電
一括請求： バルク充電レベルは、PVデバイスがバッテリーの充電の大部分を継続するレベルです。電圧が下がると、デバイスは高電流と高電圧でバッテリーを充電します。設定時にバッテリーの端の電圧がこのメンテナンス値よりも大きい場合は、直接充電を停止する必要があります。
電荷を吸収する： 通常、充電の最初のステップの後、バッテリーは電圧が自然に低下するまでしばらく待機してから、平衡充電段階に到達します。この段階は定電圧充電とも呼ばれます。
フロートチャージ： これは、トリクル充電として知られる3段階充電の最終段階です。細流は、バッテリーへのわずかな充電電流であり、低速で安定しています。ほとんどの充電式バッテリーは、自己放電のために完全に電力が供給されると電力を失います。充電が自己放電率と同じ低電流のままである場合、充電容量を維持できます。
PWMソーラーコントローラーの長所：
- PWMレギュレータは成熟し、技術を確立しました。
- シンプルな構造と費用効果の高い
- PWMレギュレータの簡単な展開
- 小規模なイニシアチブでの低予算
PWMソーラー充電コントローラーの短所：
- 低いコンバージョン率
- 入力電圧は、バッテリーのバンク電圧と釣り合う必要があります。
- デバイス開発のスケーラビリティが低い
- 少ない読み込みモード
- 保護が弱い;
関連記事：PVシステムの最大電力点アルゴリズムの概要
ソーラー充電コントローラーの機能：
中央の充電コントローラーは、基本的にユニットの電圧を調整して回路を開き、バッテリーの電圧が特定の量に上昇すると充電を停止します。より多くの充電制御では、機械式リレーを使用してコースを開閉したり、電気貯蔵ユニットからの電力を停止または開始したりしました。
一般的に、12Vバッテリーは太陽光発電アプリケーション用です。ソーラーパネルは、バッテリーが充電する必要があるよりもはるかに多くの電圧を運ぶことができます。充電電圧は可能な限り高いレベルに維持され、電気貯蔵装置を完全に設置するのにかかる時間は最小限に抑えられます。これは、ソーラーシステムが継続的に最適に稼働するのに役立ちます。充電コントローラーへのソーラーパネルのケーブルに高い電圧を流すことにより、ワイヤーの電力損失は大幅に低くなります。
ソーラー充電コントローラーは、逆電力の流れを制御することもできます。充電コントローラーは、ソーラーパネルから電力が供給されていないかどうかを識別し、ソーラーパネルをバッテリーデバイスから分離して逆電流を停止する回路を開きます。
ソーラー充電器コントローラーの種類：
3種類のソーラー充電コントローラー
1）シンプルな1または2位相制御：1つまたは2つのステップで電圧を調整するようにトランジスタを切り替えました。
2）PWM（パルス幅変調）：これは、充電コントローラーの従来の形式であり、xantrex、BlueSkyなどです。これは現在の業界標準です。
3）最大電力点追従（MPPT）：MPPTは、ソーラーパネルディスプレイの最適な動作電圧とアンペア数を特定し、電気セルバンクの動作電圧と一致します。
PWMソーラー充電コントローラーのサイズ設定
PWMコントローラーは現在のパフォーマンスを制限できません。現在のコレクションを使用しているだけです。したがって、ソーラーアレイが40アンペアの電流を生成し、使用している充電コントローラーの定格が30アンペアしかない場合、コントローラーが損傷している可能性があります。充電コントローラーが平行で、準拠しており、パネルに合わせて適切なサイズになっていることを確認することが重要です。
充電コントローラーを見ると、機能やタグのリストで多くの項目が見られます。 PWMコントローラーには、30アンペアのPWMコントローラーなどのアンプが読み取られます。これは、コントローラーが収容できるアンペア数を反映しています。上記の例では、30アンペアです。一般に、アンペア数と電圧定格は、PWM制御で確認したい2つのことです。
次に、デバイスの公称電圧を確認します。これにより、コントローラーのバッテリーバンクが準拠している電圧がわかります。この状況では、12Vまたは24Vのバッテリーバンクを使用できます。コントローラは、48Vのバッテリバンクなど、それより高いものでは動作できません。
次に、バッテリーの定格電流が重要です。この場合、30アンペアの定格充電コントローラーがあると仮定しましょう。少なくとも1.25の保護比をお勧めします。これは、パネルからの電流を平均して1.25にし、それを30アンペアに等しくすることができることを意味します。たとえば、5つの100ワットのパネルは、並列で5.29 x 5=26.45アンペアになります。 26.45アンペアx1.25=33アンペア、これはコントローラーには多すぎます。パネルは、太陽光線への曝露が1000ワット/ m^2を超える場合に評価される電流よりも多くの電流に遭遇します。
第3に、太陽エネルギーの最大入力を確認する必要があります。これは、コントローラーに到達できるボルト数を示しています。このコントローラーは50ボルトを超えることはできません。合計22.5V（開回路電圧）x 2=45ボルトで2x100ワットのパネルを直列に作成することを検討しています。この場合、これら2つのパネルを直列に配線しても問題ありません。
第4に、端末を確認する必要があります。各コントローラーには通常、ターミナルゲージの最大サイズがあります。マシンの配線を購入する際に重要です。
最後に、バッテリーの種類を確認します。どのバッテリーが充電コントローラーに準拠しているかを教えてくれます。コントローラデバイスが電力を供給できないバッテリーを入手したくないので、確認することが不可欠です。
PWMソーラー充電コントローラーのサイズを決定するための次の別の基本的な例を見てみましょう。
例：
I SC を備えた100W、12Vソーラーパネルに適したPWMソーラー充電コントローラーのサイズはどれくらいですか （短絡電流）8A？
解決策：
現在の25％の安全率、つまり1.25 x I SCを追加する必要があります ソーラー充電コントローラーの適切なサイズを見つけるために。
このように; 8A x 1.25 =10A。
したがって、 10A、12Vを安全に使用できます。 この基本的なソーラーパネルシステム用のソーラー充電コントローラーの概要。
別の方法として、接続されているDC負荷の合計が12V、95Wの場合。
公称負荷電流=合計DC負荷/公称システム電圧=95W / 12V
公称負荷電流=7.91 A
安全率x公称負荷電流
1.25 x 7.91 = 9.9A
最後に、基本的な電力式の方法、つまりP =V x I
I =（P / V）x 1.25
I =（95W / 12V）x 1.25
I = 9.9A
電圧と電流の定格に応じて、直列および並列に接続されたソーラーパネルとバッテリーに同じ式を適用する必要があることに注意してください。前回の投稿で、PWMおよびMMPT充電コントローラーのサイズ設定に関するより解決された例をご覧ください。
PWMとMPPTソーラーロードコントローラー間の不一致
違いの核心は次のとおりです：
- PWMコントローラーを使用すると、電流はバッテリーレベルのすぐ上でパネルから引き出されます。
- MPPTコントローラーを使用すると、「最大電力電圧」ボタンでパネルから電流が引き出されます（MPPTコントローラーを「スマートDC-DCコンバーター」と考えてください）。
「MPPTコントローラーから20％以上の環境発電を取得する」などのスローガンも表示されます。この余分なものも大幅に異なります。以下は、パネルが完全な日光に当たっており、コントローラーがバルク充電モードにあるかどうかを示しています。例として単純なパネルと単純な計算を使用して、電圧の低下を無視します。
- パネルの最大電力電流（インプ）=5.0A
- パネルの最大電力電圧（Vmp）=18V
充電器の電圧=13V（バッテリー電圧は、たとえば、完全に放電された10.8Vと吸収充電モード中の14.4Vの間で変化する可能性があります）。 13Vでは、パネルアンプは総パワーアンプよりもわずかに高くなります（たとえば5.2A）。
PWMコントローラーを使用すると、パネルからの出力は5.2A * 13V=67.6ワットになります。パネル電圧がバッテリー電圧を上回っている場合、この電力の合計はパネル温度に関係なく引き出されます。
MPPTコントローラーを使用すると、パネルの電力出力は5.0A * 18V =90ワット、つまり25パーセント高くなります。ただし、温度が上昇すると電圧が低下するため、これは非常に野心的です。したがって、パネルの温度が通常のテスト条件（STC）の温度である25°Cよりも30°C高くなると仮定します。電圧は10°Cごとに4％低下します。つまり、合計12％で、MPPTの出力は5A * 15.84V =79.2W、つまりPWMコントローラーよりも17.2％多くなります。
したがって、MPPTコントロールの環境発電は増加しますが、環境発電の増加率は1日で大幅に異なります。
PWM充電器の利点
太陽電池式バッテリーの充電は、ユニークでやりがいのある課題です。昔は、ソーラーパネルが過剰な電力を供給したときに、ガスからバッテリーを減らすために不可欠なオンオフレギュレーターが使用されていました。しかし、太陽系が進化するにつれて、これらの単純な機器が充電プロセスをどれだけ台無しにしたかが明らかになりました。
オンオフレギュレーターの経験は、初期のバッテリーエラー、負荷の切断の増加、消費者の不満の高まりです。 PWMは最近、太陽電池の充電における最初のブレークスルーとして浮上しました。 PWMソーラー充電器は、最新の高品質バッテリー充電器と同様のハードウェアを使用しています。
バッテリー電圧が制御限界を超えると、PWMアルゴリズムは充電電流をゆっくりと減少させ、バッテリーが加熱されてガス状になるのを防ぎます。一方、充電はエネルギーの総量を返し始めます。可能な限り短い時間でバッテリーに。その結果、充電効率が向上し、充電が速くなり、最大電力でバッテリーが長持ちします。
また、太陽電池を充電するこの新しい方法は、非常に魅力的で珍しいPWM脈動の利点を提供します。
これらには以下が含まれます：
- 減少したバッテリー電力を回復し、バッテリーを消費する機能
- バッテリー充電の承認を劇的に高めます。
- オンオフ制御の充電状態の範囲と比較して、全体的なバッテリー容量を高く（90％から95％）維持します。通常、55％から60％の間です。
- バッテリーのドリフトセルを均等化します。
- バッテリーの加熱とガス化を制限します。
- バッテリーの寿命を自動的に補正します。
- 太陽系における電圧上昇と温度効果の自己調整
最適なソーラーコントローラーの選択
PWMはまともな低コストのオプションです：
- 小型デバイスの場合
- デバイスの信頼性が重要ではない場合（充電プロセス）
- 12Vバッテリーを充電するための最大18Vの公称電圧（Vmp）のソーラーパネル用（24Vバッテリーの場合は36Vなど）
- MPPTコントローラーは、次の用途に最適です。
- さらに20％*以上の環境発電を行う価値がある、より大規模なネットワークの場合。
- ソーラーアレイの電圧がバッテリーの電圧よりもかなり重要な場合、たとえば、家のパネルを使用して12Vのバッテリーを充電する場合。
アプリケーション
最近、太陽光から電気を生成する方法が他の代替電源よりも一般的になり、太陽光発電パネルは排出物がなく、高度なメンテナンスを必要としません。太陽エネルギーを使用している例をいくつか示します。
- 街路灯は、太陽電池を使用して太陽光をDC電荷に変換します。このマシンは、ソーラー充電デバイスを使用してDCをバッテリーに保存し、いくつかの場所で使用します。
- ホームシステムは、住宅所有の目的でPVモジュールを使用します。
- ハイブリッドソーラーパネルは、さまざまなエネルギー源を使用して、他のエネルギー源にフルタイムのバックアップ電源を提供します。
注：この記事はwww.electricaltechnology.orgによって公開されています
産業技術