کنترل شارژر چیست؟
به نقل از مستر انرژی پلاس یکی از مهم ترین اجزای سیستم های فتوولتاییک مخصوصا سیستم های جدا از شبکه، کنترل شارژر خورشیدی یا کنترل شارژر سولار می باشد. زمانی که باتری به حالت فول شارژ یا شارژ کامل می رسد، کنترل شارژر پنل خورشیدی با قطع کردن شارژ باتری مانع از پر شدن بیهوده باتری می شود.
همچنین نقش زیادی در حفظ خواهد داشت زیرا شارژ شدن در هنگام فول شارژ آسیب های جدی به باتری می زند. در باتری های قدیمی بسته (sealed) پس شارژ شدن بیش از اندازه و لطمه با باطری دیگر امکان تعمیر وجود نداشت زیرا آب درون این باتری های غیر قابل تعویض بود (سیستم تعویض آب باتری بسته بود).
در سیستم های وابسته به شبکه، کنترل کنند شارژ در هنگامی که باتری به حداکثر ظرفیت خود می رسد مازاد برق تولید شده را به کنتر (Counter) و سپس شبکه توزیع برق هدایت می کند تا از هدر رفتن انرژی جلوگیری کند و با فروختن مازاد برق به اداره برق سودآوری کند.
در تصویر زیر نمای کلی یک شارژکنترلر را مشاهده می کنید.
نمای کلی کنترل شارز خورشیدی
وظایف شارژ کنترلر چیست؟
شارژ کنترلر (به انگلیسی: charge controller) یا تنظیم کننده شارژ، کنترل شارژ و یا تنظیم کننده باتری، جریان شارژ و دشارژ باتری‌ها را کنترل می‌کند. شارژ کنترلر، باتری را در مقابل شارژ اضافی یا افزایش ولتاژ که عمر آن را کم کرده و ممکن است باعث خطراتی نیز شود، محافظت می‌کند.
همچنین از تخلیه کامل باتری جلوگیری کرده و سرعت دشارژ باتری را متناسب با نوع باتری و به منظور حفاظت از آن، محدود می‌کند. (دشارژ کردن سریع باتری موجب کاهش عمر آن می‌شود) شارژ کنترلر هم به صورت مستقل و هم به صورت مجتمع شده داخل شارژر باتری وجود دارد.
در ویدئوی زیر اهمیت نیاز به کنترل شارژ خورشیدی تضیح داده شده است.
منظور از شارژ کنترل مستقل چیست؟
شارژ کنترلرهای مستقل به صورت یک دستگاه مجزا به همراه تجهیزات برق خورشیدی و عرضه می‌شود.
یک شارژ کنترلر سری یا تنظیم کننده سری، از جاری شدن جریان به باتری پس از شارژ کامل آنها جلوگیری می‌کند. یک شارژ کنترلر شنت یا شارژ کنترلر موازی، ولتاژ اضافی را پس از پر شدن باتری‌ها به یک بار موازی مانند یک هیتر برقی وصل می‌کند.
شارژ کنترلرهای ساده، شارژ کردن باتری را پس از یک مقدار ولتاژ تعیین شده متوقف می‌کنند و پس از افت ولتاژ باتری از آن مقدار دوباره آن را شارژ می‌کنند. روش‌های مدولاسیون پهنای پالس و ردیابی نقطه حداکثر توان، از روش‌های پیچیده الکترونیکی هستند که نحوه شارژ باتری را متناسب با سطح ولتاژ باتری تنظیم می‌کنند تا از حداکثر ظرفیت باتری استفاده شود.
یک شارژ کنترلر مجهز به MPPT، مهندسان را از تطبیق ولتاژ پنل‌های خورشیدی با ولتاژ باتری بی‌نیاز می‌کند. به عنوان مثال یک پنل خورشیدی با ولتاژ ۱۵۰ ولت که به یک شارژ کنترلر مجهز به mppt وصل می‌شود، می‌تواند در شارژ کردن یک باتری ۲۴ یا ۴۸ ولتی بکار رود.
با سری کردن پنل‌ها، ولتاژ افزایش یافته و جریان ثابت می‌ماند در نتیجه سیم نازکتر استفاده می‌شود بنابراین مقدار صرفه جویی در هزینه سیم، بیشتر از هزینه شارژ کنترلر خواهد بود.
بعضی از شارژ کنترلرها، دمای باتری‌ها را برای جلوگیری از گرم شدن آنها اندازه می‌گیرند همچنین اطلاعات اندازه‌گیری شده را از طریق مودم به نقاط دور دست ارسال می‌کنند.
نام های دیگر شارژ کنترلر خورشیدی چیست؟
شارژ کنترلر خورشیدی را به نام های مدار شارژ پنل، کنترلر خورشیدی، درایور پنل خورشیدی، مدار سولار، مدار شارژ پنل خورشیدی، ماژول کنترلر شارژ خورشیدی، گفته می شود. به شارژ کنترلر خورشیدی، SOLAR CHARGE CONTROLLER به انگلیسی نیز گفته می شود.
مراحل کار کنترل شارژ باتری
بیشتر شارژ کنترلرهای بازار این سه مرحله را برای شارژ باتری ها انجام می دهند :
1- مرحله BULK ( شارژ حداکثری)
در این مرحله ولتاژ تا حد ولتاژ BULK (معمولاً بین ۱۴٫۲ تا ۱۴٫۶ ولت ) زیاد می شود و بیشترین جریان برای شارژ باتری ها کشیده می شود اما جریان در این مرحله ثابت است و تا ولتاژ باطری ها به ۸۰ الی ۹۰ درصد ولتاژ شارژ کامل برسد ادامه دارد. زمان این مرحله تقریبا نیمی از زمان شارژ باتری می باشد و بیشترین شارژ باتری در این مرحله اتفاق می افتد ( در این مرحله ولتاژ متغییر و جریان ثابت است ).
2- مرحله ABSORPTION (شارژ کامل)
در این مرحله ولتاژ شارژ در حد همان ولتاژ BULK باقی می ماند برای یک زمان معین ( معمولاً یک یا دو ساعت ) تا هنگامی که جریان به کمترین حد خود برسد یعنی باتری به اشباع برسد. انتقال از مرحله BULK به مرحله ABSORPTION به ارامی صورت می گیرد بدلیل اینکه ولتاژ دو مرحله تقریباً با یکدیگر برابر است ( در این مرحله جریان متغییر و ولتاژ ثابت است ).
3- مرحله FLOAT ( شناوری)
زمانی که مرحله ABSORPTION تمام شد ( معمولاً جریان شارژ به ۳ درصد جریان نامی برسد ) ولتاژ تا حد ولتاژ مرحله FLOAT ( معمولاً ۱۳٫۲ تا ۱۳٫۶ ولت) کاهش پیدا می کند. و باتری ها یک جریان خود نگه دار یا جریانی که از تخلیه باتری جلوگیری می کند از سیستم دریافت می کنند ( در این مرحله هم ولتاژ ثابت است و هم جریان ).
مراحل شارژ باتری توسط کنترل شارژ رابطه بین جریان و ولتاژ در این سه مرحله از شارژ
روش های کنترل کننده شارژ
- کنترلر سری
- کنترلر موازی
- کنترلر MPPT
شارژ کنترلر سری (قطع پنل)
نحوه کار شارژ کنترل سری اینگونه است که در زمان شارژ شدن باتری مطابق شکل کلید S1 بسته شده و باتری شروع به شارژ شدن می شود. اساس کار کنترل شارژر سری بر اساس افت ولتاژ می باشد.
زمانی که شارژ باتری تکمیل شود، ولتاژ باتری افت پیدا می کند و در نتیجه کلید باز می شود. در این مدل از کنترل کننده های شارژ سری به علت باز و بست شدن زیادی کلید مدار آسیب های جدی به صفحات خورشیدی وارد می کند.
شارژ کنترلر موازی (اتصال کوتاه)
کنترل شارژر موازی با وارد کردن یک بار موازی یا اتصال کوتاه در دو سر پنل خورشیدی باعث جلوگیری از ورود جریان به سیستم می شود. روش اتصال کوتاه توسط کنترل کننده های شارژ موازی مشکلی برای پنل برخلاف شارژ کنترل سری بوجود نمی آورد.
استفاده از شارژ کنترلر های موازی تنها ممکن است باعث ایجاد حرارت بشود که آسیب قابل ملاحضه ای به پنل وارد نمی کند. استفاده از این روش بسیار ایده آل و سریع می باشد.
شارژ کنترلر MPPT (تنظیم دقیق ولتاژ مورد نیاز با سیستم)
نقطه کار پنل خورشیدی را ولتاژ باتری مشخص می کند. پنل های خورشیدی اغلب در نقطه بهینه خود قرار نداشته و در نتیجه سبب افت راندمان و کاهش تولید می شود. شارژ کنترل های سری و موازی دارای این عیب بوده و در صورت استفاده از آنها سیستم معمولا در نقطه بهینه خود و صفحه خورشیدی با کاهش ۴۰ تا ۱۰ بازده مواجه خواهد شد.
می توان برای جلوگیری از کاهش راندمان پنل خورشیدی کنترل شارژر MPPT (Maximum Power Point Tracking) استفاده نمود
راهنمای نصب شارژ کنترلر خورشیدی
راهنمای نصب شارژ کنترلر خورشیدی
- آشنایی با مشخصات ظاهری شارژ کنترلر ها
مشخصات ظاهری کنترل کننده شارژ سولار
- هیت سینک : کاهش دهنده دمای دستگاه
- قاب پلاستیکی : محافظت از اجزای داخلی دستگاه
- LCD : نمایشگر پارامترهای مختلف دستگاه
- دکمه های انتخاب گر
- خروجی های USB
- خروجی سنسور
- محل اتصال بار
- محل اتصال باتری
- اتصال پنل
قبل از نصب شارژ کنترل می‌بایست توجه داشت که این دستگاه صرفا برای سیستم‌های خورشیدی طراحی شده است و برای ورودی آن نمی‌توان از سایر منابع انرژی استفاده نمود. همچنین از شرایط ایمنی محیط نصب اطمینان لازم را کسب کنید. توجه داشته باشید که به دلیل ذخیر بودن مقدار بالایی انرژی در باتری‌ها می‌بایست در هنگام کاردکرد با آنها نکات ایمنی را به دقت انجام دهید.
بهترین محل نصب شارژ کنترلر خورشیدی
توجه داشته باشید که شارژ کنترل را نمی‌بایست در محیط‌های باز و یا دارای رطوبت بالا نصب کرد. همچنین این دستگاه را نمی‌بایست در زیر تابش مستقیم خورشید و یا محیط‌هایی با درجه دمایی بالا قرار داد. با توجه به استاندارد‌های موجود، همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید بهترین محل قرارگیری شارژ کنترل با فاصله‌ای ۱۵ سانتی متر از جداره‌های باکس قرارگیری دستگاه می‌باشد.
مدار شارژ کنترلر خورشیدی
اتصال باتری ها
در قدم اول با استفاده از سیم‌های مناسب باتری را به ترمینال شارژ کنترل متصل نمایید. باید توجه داشته باشید که ولتاژ پنل‌های شما با ولتاژ باتری‌ها یکی باشد. در صورتی که ولتاژ سیستم شما ۱۲ ولت می‌باشد، ولتاژ باتری‌ها می‌بایست بین ۱۰ تا ۱۵ ولت بوده و در صورتی که ولتاژ سیستم شما ۲۴ ولت می‌باشد ولتاژ باتری‌ها می‌بایست بین ۲۰ تا ۳۰ ولت باشد.
همچنین می‌بایست پلاریته مثبت باتری را به ترمینال مثبت شارژ کنترل و پلاریته منفی را به ترمینال منفی شارژ کنترل متصل نمایید