Solar Charge Controller untuk Baterai 100 Ah

Pengontrol pengisian daya surya yang komprehensif ini dirancang untuk mengisi daya baterai besar 12 V 100 Ah secara efektif dengan efisiensi maksimal. Pengisi daya surya praktis sangat mudah dalam hal pengisian daya baterai, arus pendek beban, atau kondisi arus berlebih.

Elemen kunci dari rangkaian regulator surya 100 Ah ini adalah, jelas panel surya dan baterai (12 V). Baterai di sini berfungsi sebagai unit penyimpan energi.

Lampu DC tegangan rendah dan sejenisnya dapat digerakkan langsung dari baterai, sementara a inverter daya dapat dioperasikan untuk mengubah tegangan baterai langsung menjadi 240 V AC.

Namun demikian, semua aplikasi ini umumnya bukan topik konten ini, yang difokuskan menghubungkan baterai dengan panel surya . Mungkin tampak terlalu menggoda untuk menghubungkan panel surya secara langsung dengan baterai untuk mengisi daya, tetapi itu tidak pernah disarankan. Yang sesuai pengontrol biaya sangat penting untuk mengisi daya baterai apa pun dari panel surya.

Pentingnya pengontrol pengisian daya adalah untuk mengurangi arus pengisian selama puncak sinar matahari ketika panel surya menggunakan jumlah arus yang lebih tinggi melebihi tingkat yang diperlukan baterai.

Hal ini menjadi penting karena pengisian daya dengan arus tinggi dapat menyebabkan kerusakan kritis pada baterai, dan tentunya dapat menurunkan masa pakai baterai.

Tanpa pengontrol muatan, bahayanya mengisi daya baterai secara berlebihan biasanya terjadi, karena arus keluaran panel surya secara langsung ditentukan oleh tingkat penyinaran dari matahari, atau jumlah sinar matahari yang datang.

Pada dasarnya, Anda akan menemukan beberapa metode untuk mengatur arus pengisian: melalui regulator seri atau regulator paralel.

Sistem pengatur seri biasanya berupa transistor yang dipasang secara seri antara panel surya dan baterai.

Regulator paralel berbentuk a regulator 'shunt' dipasang secara paralel dengan panel surya dan baterai. Itu Pengatur 100 Ah yang dijelaskan pada postingan kali ini sebenarnya adalah pengatur regulator surya tipe paralel.

Fitur utama dari a regulator shunt adalah tidak memerlukan arus dalam jumlah besar hingga baterai terisi penuh. Secara praktis, konsumsi sendiri saat ini sangat sedikit sehingga dapat diabaikan.

Setelah baterai terisi penuh , bagaimanapun, kelebihan daya dihamburkan menjadi panas. Khususnya di panel surya yang lebih besar, suhu tinggi tersebut membutuhkan struktur regulator yang relatif besar.

Seiring dengan tujuan sebenarnya, sebuah kelayakan pengontrol biaya selain itu memberikan keamanan dalam banyak hal, bersama dengan perlindungan dari pemakaian baterai yang dalam, sebuah sekring elektronik dan keamanan yang dapat diandalkan terhadap pembalikan polaritas untuk baterai atau panel surya.

Hanya karena seluruh rangkaian digerakkan oleh baterai melalui dioda pengaman polaritas yang salah, D1, regulator pengisian daya surya terus bekerja secara normal bahkan ketika panel surya tidak memasok arus.

Rangkaian ini menggunakan tegangan baterai yang tidak diatur (persimpangan D2 -R4) bersama dengan tegangan referensi yang sangat presisi sebesar 2,5 V. yang dihasilkan menggunakan dioda zener D5.

Karena pengatur pengisian daya berfungsi sempurna dengan arus yang lebih rendah dari 2 mA, baterai hampir tidak dimuat pada malam hari, atau setiap kali langit mendung.

Konsumsi arus minimal oleh rangkaian dicapai dengan menggunakan jenis MOSFET daya BUZ11, T2 dan T3, yang peralihannya bergantung pada tegangan, ini memungkinkan mereka untuk berfungsi pada daya penggerak nol secara praktis.

Kontrol pengisian tenaga surya yang diusulkan untuk baterai 100 Ah monitor baterai tegangan dan mengatur tingkat konduksi transistor T1.

Semakin besar tegangan baterai, semakin tinggi arus yang melewati T1. Akibatnya, penurunan tegangan di sekitar R19 menjadi lebih tinggi.

Tegangan ini melintasi R19 menjadi tegangan switching gerbang untuk MOSFET T2, yang menyebabkan MOSFET beralih lebih keras, menjatuhkan resistansi drain-to-source-nya.

Karena ini panel surya menjadi lebih berat yang menghilangkan kelebihan arus melalui R13 dan T2.

Dioda Schottky D7 melindungi baterai dari pembalikan yang tidak disengaja dari terminal + dan - pada panel surya.

Dioda ini juga menghentikan aliran arus dari baterai ke panel surya jika tegangan panel berada di bawah tegangan baterai.

Bagaimana Regulator Bekerja

Diagram rangkaian regulator solar charger 100 Ah dapat dilihat pada gambar di atas.

Elemen utama rangkaian ini adalah sepasang MOSFET 'berat' dan IC op amp empat kali lipat.

Fungsi IC ini, dapat dibagi menjadi 3 bagian: pengatur tegangan yang dibangun di sekitar IC1a, pengontrol pelepasan baterai yang dikonfigurasi di sekitar IC1d dan elektronik perlindungan sirkuit pendek kabel di sekitar IC1c.

IC1 berfungsi seperti komponen pengendali utama, sedangkan T2 berfungsi sebagai resistor daya yang dapat disesuaikan. T2 bersama dengan R13 berperilaku seperti beban aktif pada output panel surya. Fungsi regulator cukup sederhana.

Porsi variabel dari tegangan baterai diterapkan ke input non-pembalik op amp kontrol IC1a melalui pembagi tegangan R4-P1-R3. Sebagaimana dibahas sebelumnya, tegangan referensi 2,5 V diterapkan ke input pembalik op amp.

Prosedur kerja pengaturan matahari cukup linier. IC1a memeriksa tegangan baterai, dan segera setelah mencapai daya penuh, ia menyalakan T1, T2, menyebabkan shunting tegangan matahari melalui R13.

Ini memastikan bahwa baterai tidak kelebihan muatan atau kelebihan muatan oleh panel surya. Bagian IC1b dan D3 digunakan untuk menunjukkan kondisi 'pengisian baterai'.

LED menyala saat voltase baterai mencapai 13.1V, dan saat proses pengisian baterai dimulai.

Bagaimana Tahapan Perlindungan Bekerja

Opamp IC1d diatur seperti pembanding untuk memantau baterai lemah level tegangan, dan memastikan perlindungan terhadap pelepasan yang dalam, dan MOSFET T3.

Tegangan baterai pertama-tama secara proporsional turun menjadi sekitar 1/4 dari nilai nominal oleh pembagi resistif R8 / R10, setelah itu dibandingkan dengan tegangan referensi 23 V yang diperoleh melalui D5. Perbandingan dilakukan oleh IC1c.

Resistor pembagi potensial dipilih sedemikian rupa sehingga output IC1d turun lebih rendah begitu tegangan baterai turun di bawah nilai perkiraan 9 V.

MOSFET T3 selanjutnya menghambat dan memutus hubungan arde di seluruh baterai dan beban. Karena histeresis yang dihasilkan oleh resistor umpan balik R11, komparator tidak berubah status hingga tegangan baterai mencapai 12 V lagi.

Kapasitor elektrolit C2 menghambat perlindungan pemakaian-dalam agar tidak diaktifkan oleh penurunan tegangan sesaat karena, misalnya, penyalaan beban besar.

Perlindungan hubung singkat yang termasuk dalam rangkaian berfungsi seperti sekring elektronik. Jika terjadi korsleting secara tidak sengaja, beban dari baterai akan terputus.

Hal yang sama juga diterapkan melalui T3, yang menunjukkan fungsi kembar penting dari MOSFET T13. MOSFET tidak hanya berfungsi sebagai pemutus arus pendek, sambungan drain-to-source-nya juga memainkan perannya seperti resistor komputasi.

Penurunan tegangan yang dihasilkan di resistor ini diperkecil oleh R12 / R18 dan kemudian diterapkan ke input pembalik dari komparator IC1c.

Di sini, juga, tegangan presisi yang diberikan oleh D5 digunakan sebagai referensi. Selama perlindungan hubung singkat tetap tidak aktif, IC1c terus memberikan output logika 'tinggi'.

Tindakan ini memblokir konduksi D4, sehingga output IC1d hanya menentukan potensi gerbang T3. Kisaran tegangan gerbang sekitar 4 V hingga 6 V dicapai dengan bantuan pembagi resistif R14 / R15, memungkinkan penurunan tegangan yang jelas untuk ditetapkan di atas persimpangan drain-to-source T3.

Setelah arus beban mencapai level tertinggi, penurunan voltase naik dengan cepat sampai level tersebut cukup untuk mengaktifkan IC1c. Ini sekarang menyebabkan outputnya menjadi logika rendah.

Karena ini, sekarang dioda D4 aktif, memungkinkan gerbang T3 disingkat ke ground. Karena ini sekarang MOSFET dimatikan, menghentikan aliran arus. Jaringan R / C R12 / C3 menentukan waktu reaksi sekring elektronik.

Waktu reaksi yang relatif lambat diatur untuk menghindari aktivasi yang salah dari operasi sekring elektronik karena kenaikan arus tinggi sesaat pada arus beban.

LED D6, sebagai tambahan, digunakan sebagai referensi 1,6 V, memastikan C3 tidak dapat mengisi daya di atas level tegangan ini.

Ketika korsleting dilepas dan beban terlepas dari baterai, C3 dilepaskan secara bertahap melalui LED (ini bisa memakan waktu hingga 7 detik). Karena sekring elektronik dirancang dengan respons yang cukup lamban, tidak berarti arus beban akan dibiarkan mencapai tingkat yang berlebihan.

Sebelum sekring elektronik dapat diaktifkan, tegangan gerbang T3 meminta MOSFET untuk membatasi arus keluaran ke titik yang ditentukan melalui pengaturan preset P2.

Untuk memastikan tidak ada yang terbakar atau tergoreng, sirkuit ini juga dilengkapi sekering standar, F1, yang dipasang seri dengan baterai, dan memberikan jaminan bahwa kerusakan yang mungkin terjadi di sirkuit tidak akan memicu bencana langsung.

Sebagai perisai pertahanan pamungkas, D2 telah disertakan di sirkuit. Dioda ini melindungi input IC1a dan IC1b dari kerusakan, karena koneksi baterai terbalik yang tidak disengaja.

Memilih Panel Surya

Memutuskan panel surya yang paling sesuai, tentu saja, bergantung pada peringkat Ah baterai yang ingin Anda gunakan.

Pengatur pengisian daya surya pada dasarnya dirancang untuk panel surya dengan tegangan keluaran moderat 15 hingga 18 volt dan 10 hingga 40 watt. Jenis panel ini biasanya cocok untuk baterai dengan rating antara 36 dan 100 Ah.

Namun demikian, karena regulator pengisian daya surya ditentukan untuk memberikan penarikan arus optimal 10 A, panel surya dengan daya 150 watt dapat diterapkan dengan baik.

Rangkaian regulator pengisi daya surya juga dapat diterapkan di kincir angin dan dengan sumber tegangan lain, asalkan tegangan input berada dalam kisaran 15-18 V.

Sebagian besar panas dihamburkan melalui beban aktif, T2 / R13. Tak perlu dikatakan, MOSFET harus didinginkan secara efektif melalui heatsink, dan R13 harus diberi peringkat yang memadai untuk menahan suhu yang sangat tinggi.

Watt R13 harus sesuai dengan rating panel surya. Dalam skenario (ekstrim) ketika panel surya dihubungkan dengan tegangan output tanpa beban 21 V, dan juga arus hubung singkat 10 A, dalam skenario seperti itu T2 dan R13 mulai menghilangkan daya yang setara dengan tegangan perbedaan antara baterai dan panel surya (sekitar 7 V) dikalikan dengan arus hubung singkat (10 A), atau cukup 70 watt!

Ini mungkin benar-benar terjadi setelah baterai terisi penuh. Mayoritas daya dilepaskan melalui R13, karena MOSFET kemudian menawarkan resistansi yang sangat rendah. Nilai resistor MOSFET R13 dapat dengan cepat ditentukan melalui hukum Ohm berikut:

R13 = P x I.^dua= 70 x 10^dua= 0,7 Ohm

Namun, keluaran panel surya yang ekstrim semacam ini mungkin tampak tidak biasa. Dalam prototipe regulator pengisian tenaga surya, resistansi 0,25 Ω / 40 W telah diterapkan yang terdiri dari empat resistor terpasang paralel 1Ω / 10 W. Pendinginan yang diperlukan untuk T3 dihitung dengan cara yang sama.

Misalkan arus keluaran tertinggi adalah 10 A (yang sebanding dengan penurunan tegangan sekitar 2,5 V melalui sambungan sumber-drain), maka disipasi maksimum sekitar 27W harus dievaluasi.

Untuk menjamin pendinginan T3 yang memadai bahkan pada suhu latar belakang yang berlebihan (mis., 50 ° C), unit pendingin harus menggunakan ketahanan termal 3,5 K / W atau kurang.

Bagian T2, T3 dan D7 disusun di satu sisi tertentu dari PCB, memfasilitasi mereka untuk dengan mudah dipasang ke satu heatsink umum (dengan komponen isolasi).

Disipasi ketiga semikonduktor ini harus, dengan demikian, disertakan, dan kami dalam hal ini menginginkan heatsink yang memiliki spesifikasi termal 1,5 K / W atau lebih tinggi. Jenis yang dijelaskan dalam daftar bagian sesuai dengan prasyarat ini.

Cara Mengatur

Untungnya, rangkaian pengatur solar baterai 100 Ah cukup mudah untuk dipasang. Tugas itu, bagaimanapun, menuntut beberapa catu daya (diatur) .

Salah satunya diatur ke tegangan keluaran 14,1 V, dan disambungkan ke kabel baterai (disebut 'accu') pada PCB. Catu daya kedua harus memiliki pembatas arus.

Suplai ini disesuaikan dengan tegangan sirkuit terbuka panel surya, (misalnya 21 V, seperti pada kondisi yang disebutkan sebelumnya), dan digabungkan ke terminal sekop yang ditunjuk sebagai 'sel'.

Ketika kita mengatur P1 dengan tepat, tegangan akan turun menjadi 14,1 V. Tolong jangan khawatir tentang ini, karena pembatas arus dan D7 menjamin bahwa tidak ada yang bisa menjadi buruk!

Untuk penyesuaian P2 yang efektif, Anda harus bekerja dengan beban yang sedikit lebih tinggi daripada beban paling berat yang mungkin terjadi pada keluaran. Jika Anda ingin mendapatkan hasil maksimal dari desain ini, coba pilih arus beban 10 A.

Ini dapat dilakukan dengan menggunakan resistor beban 1Ω x120 W, yang terdiri dari, misalnya, 10 resistor 10Ω / 10 W secara paralel. Preset P2 pada awalnya berputar ke 'Maksimum (wiper menuju R14).

Setelah itu, beban dipasang ke lead yang ditunjuk sebagai 'beban' pada PCB. Perlahan dan hati-hati setel P2 hingga Anda mencapai level di mana T3 baru saja mati dan memotong beban. Setelah melepas resistor beban, kabel 'beban' dapat dihubung pendek sebentar untuk menguji apakah sekring elektronik berfungsi dengan benar.

Tata Letak PCB

Daftar Bagian

Resistor:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2.2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = lihat teks
R17 = 10k
P1 = 5k preset
P2 = preset 50k
Kapasitor:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V radial
C3 = 10uF / 16V
Semikonduktor:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED merah
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Miscellaneous:
F1 = sekering 10 A (T) dengan dudukan pemasangan PCB
8 terminal sekop untuk pemasangan sekrup
Heatsink 1.251VW