Steuerschaltung für eine Solarbatterie. Solarregler

Dargestellt ist ein Diagramm eines effizienten 12-V-Ladegeräts (Solarregler) mit Batterieschutz vor Unterspannung.

Geräteeigenschaften

Geringer Stromverbrauch im Ruhezustand
Die Schaltung wurde für kleine bis mittelgroße Blei-Säure-Batterien konzipiert und verbraucht im Leerlauf einen geringen Strom (5 mA). Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Batterien.

Leicht zugängliche Komponenten
Das Gerät verwendet reguläre Komponenten (nicht SMD), die leicht im Handel zu finden sind. Sie müssen nichts flashen, Sie benötigen lediglich ein Voltmeter und ein einstellbares Netzteil, um die Schaltung zu konfigurieren.

Neueste Geräteversion
Da es sich bereits um die dritte Version des Geräts handelt, wurden die meisten Fehler und Mängel, die in früheren Versionen des Ladegeräts vorhanden waren, behoben.

Spannungsanpassung
Das Gerät verwendet einen parallelen Spannungsstabilisator, um sicherzustellen, dass die Batteriespannung die Norm, normalerweise 13,8 Volt, nicht überschreitet.

Der Controller trennt die Batterie, wenn die Spannung unter einen bestimmten Wert (einstellbar) fällt, normalerweise 10,5 Volt

Die meisten Solarladegeräte verwenden eine Schottky-Diode zum Schutz vor Leckströmen der Batterie zum Solarpanel. Bei vollständig geladener Batterie kommt ein Shunt-Spannungsstabilisator zum Einsatz.
Eines der Probleme bei diesem Ansatz sind Verluste an der Diode und als Folge davon ihre Erwärmung. Beispielsweise liefert ein 100-Watt-12-V-Solarpanel 8 A an die Batterie, der Spannungsabfall an der Schottky-Diode beträgt 0,4 V, d. h. Die Verlustleistung beträgt ca. 3,2 Watt. Erstens ist dies ein Verlust, und zweitens benötigt die Diode einen Kühler, um Wärme abzuleiten. Das Problem besteht darin, dass der Spannungsabfall nicht reduziert werden kann; mehrere parallel geschaltete Dioden reduzieren den Strom, der Spannungsabfall bleibt jedoch gleich. In der unten dargestellten Schaltung werden Mosfets anstelle herkömmlicher Dioden verwendet, daher geht Strom nur über den aktiven Widerstand (ohmsche Verluste) verloren.
Zum Vergleich: Bei einem 100-W-Panel mit IRFZ48-(KP741A)-Mosfets beträgt der Leistungsverlust nur 0,5 Watt (bei Q2). Das bedeutet weniger Wärme und mehr Energie für die Batterien. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass Mosfets einen positiven Temperaturkoeffizienten haben und parallel geschaltet werden können, um den Einschaltwiderstand zu verringern.

Das obige Schema verwendet einige nicht standardmäßige Lösungen.

Ladegerät

Zwischen Solarpanel und Last befindet sich keine Diode, stattdessen ein Q2-Mosfet. Die Diode im Mosfet ermöglicht den Stromfluss vom Panel zur Last. Wenn an Q2 eine erhebliche Spannung auftritt, öffnet sich der Transistor Q3, der Kondensator C4 lädt sich auf, was dazu führt, dass die Operationsverstärker U2c und U3b den Mosfet Q2 öffnen. Nun wird der Spannungsabfall mithilfe des Ohmschen Gesetzes berechnet, d. h. I*R, und es ist viel weniger, als wenn dort eine Diode wäre. Der Kondensator C4 wird periodisch über den Widerstand R7 entladen und Q2 schließt. Wenn Strom vom Panel fließt, zwingt die selbstinduktive EMK des Induktors L1 Q3 sofort zum Öffnen. Dies geschieht sehr oft (viele Male pro Sekunde). Wenn Strom zum Solarpanel fließt, schließt Q2, Q3 öffnet sich jedoch nicht, weil Die Diode D2 begrenzt die Selbstinduktions-EMK der Induktivität L1. Die Diode D2 kann für einen Strom von 1A ausgelegt werden, beim Testen stellte sich jedoch heraus, dass ein solcher Strom selten auftritt.

Trimmer VR1 stellt die maximale Spannung ein. Wenn die Spannung 13,8 V überschreitet, öffnet der Operationsverstärker U2d den Mosfet Q1 und der Ausgang des Panels wird mit Masse „kurzgeschlossen“. Darüber hinaus deaktiviert der Operationsverstärker U3b Q2 usw. Das Panel ist von der Last getrennt. Dies ist notwendig, da Q1 zusätzlich zum Solarpanel die Last und die Batterie kurzschließt.

N-Kanal-Mosfets-Steuerung

Um die Mosfets Q2 und Q4 anzusteuern, ist mehr Spannung erforderlich als in der Schaltung verwendet wird. Dazu erzeugt der Operationsverstärker U2 mit einer Reihe von Dioden und Kondensatoren eine erhöhte Spannung VH. Diese Spannung wird zur Versorgung von U3 verwendet, dessen Ausgang eine erhöhte Spannung erhält. Die Kombination aus U2b und D10 gewährleistet die Stabilität der Ausgangsspannung bei 24 Volt. Bei dieser Spannung beträgt die Spannung am Gate-Source-Anschluss des Transistors mindestens 10 V, sodass die Wärmeentwicklung gering ist.
Typischerweise haben N-Kanal-Mosfets einen viel geringeren Widerstand als P-Kanal-Mosfets, weshalb sie in dieser Schaltung verwendet wurden.

Unterspannungsschutz

Mosfet Q4, Operationsverstärker U3a mit externer Beschaltung aus Widerständen und Kondensatoren sind zum Schutz vor Unterspannung ausgelegt. Hier wird Q4 nicht standardmäßig verwendet. Die Mosfet-Diode sorgt für einen konstanten Stromfluss in die Batterie. Wenn die Spannung über dem eingestellten Minimum liegt, ist der Mosfet geöffnet, was einen kleinen Spannungsabfall beim Laden der Batterie zulässt, aber noch wichtiger ist, dass Strom von der Batterie zur Last fließen kann, wenn das Solarpanel nicht genügend Leistung liefern kann. Die Sicherung schützt vor lastseitigen Kurzschlüssen.

Nachfolgend finden Sie Bilder der Anordnung der Elemente und Leiterplatten.

Geräte-Setup

Bei normalem Gebrauch des Gerätes sollte der Jumper J1 nicht gesteckt sein! LED D11 dient zur Abstimmung. Um das Gerät zu konfigurieren, schließen Sie eine geregelte Stromversorgung an die „Last“-Klemmen an.

Installation eines Unterspannungsschutzes
Stecken Sie den Jumper J1 ein.
Stellen Sie im Netzteil die Ausgangsspannung auf 10,5V ein.
Trimmwiderstand VR2 gegen den Uhrzeigersinn drehen, bis LED D11 aufleuchtet.
Drehen Sie VR2 leicht im Uhrzeigersinn, bis die LED erlischt.
Entfernen Sie den Jumper J1.

Maximale Spannung einstellen
Stellen Sie im Netzteil die Ausgangsspannung auf 13,8V ein.
Trimmwiderstand VR1 im Uhrzeigersinn drehen, bis LED D9 erlischt.
Drehen Sie VR1 langsam gegen den Uhrzeigersinn, bis LED D9 aufleuchtet.

Der Controller ist konfiguriert. Vergessen Sie nicht, den Jumper J1 zu entfernen!

Wenn die Leistung des Gesamtsystems gering ist, können die Mosfets durch günstigere IRFZ34 ersetzt werden. Und wenn das System leistungsstärker ist, können die Mosfets durch leistungsstärkere IRFZ48 ersetzt werden.

Liste der Radioelemente

Der Solarladeregler Entwickelt zum Laden einer Blei-Säure-Batterie über ein Solarpanel. Diese Schaltung ist für Solarmodule mit einer Leistung von 15 Watt und mehr geeignet und enthält eine Leuchtanzeige für den Betriebsablauf des Reglers.

Die Solarbatterie ist eine kontinuierliche Spannungsquelle, die dem Reglereingang zugeführt wird, und eine Batterie ist an den Reglerausgang angeschlossen. Dadurch wird der Akku nicht überladen und seine Lebensdauer verlängert sich entsprechend.

Beschreibung der Funktionsweise des Solarbatterie-Ladereglers

Die Spannung vom Solarpanel fließt zunächst durch die Diode D6 (vorzugsweise eine Schottky-Diode), die verhindert, dass sich die Batterie über das Panel zurückentlädt, wenn die Sonne nicht scheint. Nach der Diode D6 folgt ein klassischer Linearregler auf Basis LM317. Die Ausgangsspannung des Reglers wird durch das Verhältnis der Widerstände der Widerstände R20 und R1 bestimmt.

Die Ausgangsspannung sollte etwa 13,6...13,8 Volt betragen. Der genaue Wert kann durch Auswahl des Widerstands R19 eingestellt werden, dessen Wert experimentell ermittelt wird. In diesem speziellen Fall betrug sein Widerstand (R19) 390 K, sodass dieser Wert als Ausgangspunkt genommen werden kann.

Diode D5 ist schützend. Nach dem LM317-Stabilisator befindet sich ein Lichtanzeigekreis bestehend aus drei LEDs (D2, D3, D4). LED D2 leuchtet und zeigt an, dass der Akku vollständig geladen ist (Spannung 13 Volt).

LED D3 dient zur Anzeige der Spannung am Solarpanel (15,5 Volt). Die letzte LED D4 zeigt den Ladevorgang des Akkus an. Zur Auslösung der Meldung wird ein Schwellwert von 50 mA gewählt.

Zum Betrieb der LED D3 wird ein Komparator am Operationsverstärker LM339 verwendet, der die Spannung vom Ausgang des Solarpanels mit der Referenzspannung vergleicht, die über die Zenerdiode D1 erhalten wird. Um Batteriestrom zu sparen, werden die LEDs über einen 78L12-Stabilisator direkt vom Solarpanel mit Strom versorgt.

Einrichten eines Solarbatterieladereglers

Nach dem Einbau der Teile und der Prüfung auf Fehler müssen Sie ein geregeltes Netzteil an den Eingang anschließen (anstelle des Solarpanels) und zunächst eine Spannung von 17...20 Volt anlegen. Durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands R19 muss die Ausgangsspannung des Stabilisators im Bereich von 13,6...13,8 Volt eingestellt werden. Danach muss die Eingangsspannung vom Netzteil auf ca. 13,1 Volt gewählt werden und über den Trimmwiderstand R18 dafür gesorgt werden, dass die LED D2 aufleuchtet. Wenn die Versorgungsspannung unter 13 Volt fällt, sollte die LED D2 erlöschen.

Als nächstes stellen wir die Eingangsspannung auf 15,5 Volt ein und sorgen durch Drehen des Einstellers R4 dafür, dass die LED D3 aufleuchtet. Um die Ladeanzeige einzurichten, benötigen Sie einen Akku. Schließen Sie es über ein Amperemeter an den Controller an und stellen Sie die Spannung am Netzteil so ein, dass der Akku mit einem Strom von ca. 50 mA geladen wird. Stellen Sie anschließend den Widerstand R14 so ein, dass D4 aufleuchtet. Wenn der Strom unter 40 mA fällt, sollte LED D4 erlöschen. Der Eigenverbrauch des Controllers (aus der Batterie) beträgt ca. 9-10mA, was bei Verwendung einer Blei-Säure-Batterie unbedeutend ist.

http://www.pctun.czechian.net/solarko/solarko.html

Eine der wichtigsten Komponenten einer Heim-Solaranlage ist der Batterieladeregler. Dieses Gerät überwacht den Lade-/Entladevorgang der Batterien und sorgt so für die Aufrechterhaltung ihres optimalen Betriebsmodus. Es gibt viele Steuerungsschemata für Solarmodule – von den einfachsten, manchmal selbst hergestellten, bis hin zu den sehr komplexen, die Mikroprozessoren verwenden. Darüber hinaus funktionieren selbstgebaute Laderegler für Solarbatterien oft besser als vergleichbare Industriegeräte des gleichen Typs.

Wozu dienen Batterieladeregler?

Wenn die Batterie direkt an die Anschlüsse der Solarmodule angeschlossen wird, wird sie kontinuierlich aufgeladen. Irgendwann wird eine bereits vollständig geladene Batterie weiterhin mit Strom versorgt, wodurch die Spannung um mehrere Volt ansteigt. Dadurch wird die Batterie aufgeladen, die Temperatur des Elektrolyten steigt und diese Temperatur erreicht solche Werte, dass der Elektrolyt kocht und es zu einer starken Freisetzung von Dämpfen aus den Batteriedosen kommt. Dadurch kann es zur vollständigen Verdunstung des Elektrolyten und zum Austrocknen der Dosen kommen. Dies trägt natürlich nicht zur „Gesundheit“ der Batterie bei und verkürzt ihre Lebensdauer erheblich.

Controller in einem Solarbatterieladesystem

Um solche Phänomene zu verhindern und die Lade-/Entladevorgänge zu optimieren, sind daher Steuerungen erforderlich.

Drei Prinzipien für den Entwurf von Ladereglern

Basierend auf dem Funktionsprinzip gibt es drei Arten von Solarreglern.
Der erste, einfachste Typ ist ein Gerät nach dem „Ein/Aus“-Prinzip. Die Schaltung eines solchen Geräts ist ein einfacher Komparator, der den Ladekreis abhängig vom Spannungswert an den Batterieklemmen ein- oder ausschaltet. Dabei handelt es sich um den einfachsten und kostengünstigsten Reglertyp, allerdings ist die Art und Weise, wie er die Ladung erzeugt, auch der unzuverlässigste. Tatsache ist, dass der Controller den Ladekreis abschaltet, wenn die Spannungsgrenze an den Batterieklemmen erreicht ist. Gleichzeitig sind die Dosen jedoch nicht vollständig aufgeladen. Die maximal erreichte Ladung beträgt maximal 90 % des Nennwertes. Dieser ständige Ladungsmangel reduziert die Leistung des Akkus und seine Lebensdauer erheblich.

Strom-Spannungs-Kennlinie des Solarmoduls

Zweiter Controller-Typ- Hierbei handelt es sich um Geräte, die auf dem PWM-Prinzip (Pulsweitenmodulation) basieren. Dabei handelt es sich um komplexere Geräte, in denen sich neben diskreten Schaltungskomponenten auch mikroelektronische Elemente befinden. Auf PWM (englisch - PWM) basierende Geräte laden Akkus stufenweise auf und wählen dabei optimale Lademodi. Diese Auswahl erfolgt automatisch und hängt davon ab, wie tief die Batterien entladen sind. Der Controller erhöht die Spannung und verringert gleichzeitig den Strom, um sicherzustellen, dass die Batterie vollständig geladen ist. Der große Nachteil des PWM-Controllers sind spürbare Verluste im Batterielademodus – bis zu 40 %.

Der dritte Typ sind MPPT-Controller, also nach dem Prinzip arbeitend, den Punkt der maximalen Leistung des Solarmoduls zu finden. Im Betrieb nutzen Geräte dieser Art für jeden Lademodus die maximal verfügbare Leistung. Im Vergleich zu anderen Geräten liefern Geräte dieses Typs etwa 25 bis 30 % mehr Energie zum Laden von Batterien als andere Geräte.

Der Akku wird mit einer niedrigeren Spannung als bei anderen Controller-Typen, aber mit einem höheren Strom geladen. Der Wirkungsgrad von MPPT-Geräten erreicht 90 % – 95 %.

Der einfachste selbstgemachte Controller

Wenn Sie einen Controller selbst herstellen, müssen bestimmte Bedingungen eingehalten werden. Erstens muss die maximale Eingangsspannung der Batteriespannung ohne Last entsprechen. Zweitens muss das Verhältnis beibehalten werden: 1,2P

Dieses Gerät ist für den Betrieb als Teil eines Solarkraftwerks mit geringem Stromverbrauch konzipiert. Das Funktionsprinzip des Controllers ist äußerst einfach. Wenn die Spannung an den Batterieklemmen den angegebenen Wert erreicht, stoppt der Ladevorgang. Anschließend entsteht nur noch die sogenannte Tropfenladung.

Leiterplattenmontierter Controller

Wenn die Spannung unter den eingestellten Wert fällt, wird die Energieversorgung der Batterien wieder aufgenommen. Wenn beim Betrieb einer Last ohne Ladung die Batteriespannung unter 11 Volt liegt, schaltet die Steuerung die Last ab. Dadurch wird verhindert, dass sich die Batterien entladen, wenn keine Sonne scheint.

Analoger Controller für Heliumsysteme mit geringer Leistung

Analoge Geräte werden hauptsächlich in Heliumsystemen mit geringer Leistung eingesetzt. In leistungsstarken Systemen empfiehlt sich der Einsatz digitaler serieller Geräte vom Typ MPPT. Diese Controller unterbrechen den Ladestrom, wenn der Akku vollständig geladen ist. Die vorgeschlagene analoge Steuerschaltung verwendet eine Parallelschaltung. Bei dieser Verbindung ist das Solarmodul immer über eine spezielle Diode mit der Batterie verbunden. Wenn die Batteriespannung einen vorgegebenen Wert erreicht, schaltet der Regler parallel zum Solarmodul eine Lastwiderstandsschaltung ein, die überschüssige Energie vom Modul aufnimmt.

Dieses Gerät wurde für ein spezielles System bestehend aus einem Solarpanel mit 36 ​​Zellen, mit einer Leerlaufspannung von 18 Volt und einem Kurzschlussstrom von bis zu einem Ampere entwickelt und montiert. Die Batteriekapazität beträgt bis zu 50 Amperestunden bei einer Nennspannung von 12 Volt. Bevor das zusammengebaute Gerät in die Arbeitskonfiguration des Systems aufgenommen wird, muss es konfiguriert werden. Für eine schnelle Einrichtung benötigen Sie einen vorgeladenen Akku. Die Solarbatterie muss unter Beachtung der Polarität gemäß Diagramm an die PV-Klemmen und die Batterie an die Mehrwertsteuerklemmen angeschlossen werden. An die Batteriepole muss außerdem ein Digitalvoltmeter angeschlossen werden.

Um das Solarpanel optimal zu nutzen, müssen Sie es nun auf die Sonne ausrichten. Drehen Sie anschließend langsam die Schraube eines zwanziggängigen variablen Widerstands mit einem Nennwert von 100 kOhm. Die Schraube wird gedreht, bis die LED zu blinken beginnt. Nach Beginn des Blinkens sollte die Schraube langsam weitergedreht werden, bis das Voltmeter die gewünschte Spannung an den Batteriepolen anzeigt. Damit ist die Geräteeinrichtung abgeschlossen.

Wenn im Betrieb des Systems die Spannung an den Batteriepolen einen Grenzwert erreicht, beginnt die LED, kurze Lichtimpulse in langen Abständen auszusenden. Während der Akku weiter aufgeladen wird, nimmt die Dauer der Lichtimpulse zu, der Abstand zwischen ihnen hingegen ab.

Wenn Sie über bestimmte Kenntnisse und Fähigkeiten verfügen, können Sie natürlich ein komplexeres Gerät zusammenbauen, beispielsweise einen MPPT. Wenn Sie jedoch teure Geräte für ein Heimkraftwerk kaufen möchten, ist es wahrscheinlich sinnvoll, ein Industriegerät zu kaufen ist ebenfalls abgedeckt und die Herstellergarantie. Und setzen Sie Batterien nicht der Gefahr einer Beschädigung aus.

In unserer fortschrittlichen Zeit, in der sich die Technologien ständig verbessern und die Produktionskapazität ständig steigt, werden Materialien und Komponenten, von denen man früher nur träumen konnte, für den einfachen Heimwerker immer zugänglicher. Eine solche Komponente sind Photovoltaik-Solarzellen. Immer mehr selbstgebaute Kulibins stellen ihre eigenen Solarzellen aus Photovoltaikzellen her, die sie zu einem vernünftigen Preis bei Ebay, Dealextreme oder anderswo erwerben können.

Aber wie Sie wissen, führt die Einführung eines neuen technischen Geräts, beispielsweise einer Solarbatterie, zur Schaffung eines Steuergeräts für dieses nützliche Gerät. Wurden früher hierfür einfachste Schaltungen mit Begrenzungsdioden oder Relais verwendet, werden heute immer fortschrittlichere Geräte entwickelt. Wir empfehlen Ihnen, sich mit einem dieser Geräte vertraut zu machen, Ladereglern für eine Solarbatterie, deren Herstellung auch für Anfänger durchaus machbar ist. Die Funktionsweise aller Laderegler (sowohl fabrikgefertigte als auch selbstgebaute) ist im Wesentlichen wie folgt: Die Last der Solarbatterie ist meistens die Batterie, die die empfangene Sonnenenergie speichert, und damit die gesamte Batterie mit Strom versorgt wird Ladeparameter, verhindern ein Überladen (und verlängern so die Lebensdauer) und nutzen „zusätzliche“ Energie. Schauen wir uns also die Ladereglerschaltung für eine Solarbatterie an.

Es dient zum Laden einer versiegelten Blei-Säure-Batterie (Gel) mit 12 V über ein Solarpanel mit geringer Leistung und einem Rückstrom von bis zu mehreren Ampere. Die bisher eingebaute Serienschutzdiode, um die nächtliche Entladung der Batterien zu verhindern, wird hier durch einen Feldeffekttransistor ersetzt, der wiederum von einem Komparator angesteuert wird.

Eine gedruckte Zeichnung in höherer Qualität befindet sich im Archiv. Der Controller stoppt das Laden der Batterie, wenn die Spannung an ihr einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, und schaltet das Panel auf einen zusätzlichen Verbraucher (Last) um, um überschüssige Energie zu nutzen. Wenn die Batteriespannung unter einen voreingestellten Grenzwert fällt, schaltet der Controller das Solarpanel von Last auf Batterieladung um. Hauptmerkmale des Systems:

Ladespannung Vbat=13,8 V (einstellbar), gemessen bei Vorhandensein von Ladestrom;
-Die Last wird ausgeschaltet, wenn Vbat weniger als 11 V beträgt (konfigurierbar), die Last wird eingeschaltet, wenn Vbat = 12,5 V;
-Temperaturkompensation des Lademodus;
-Der kostengünstige Komparator TLC339 kann durch den gebräuchlicheren TL393 oder TL339 ersetzt werden;
-Der Spannungsabfall an den Tasten beträgt weniger als 20 mV beim Laden mit einem Strom von 0,5 A.

Es ist besser, das Gerät so zu konfigurieren, dass es den Ladevorgang basierend auf den Passdaten des verwendeten Akkus ein- und ausschaltet; Der Ladestrom wird nur durch die Leistungsfähigkeit der Solarbatterie begrenzt – die Steuerungsschaltung hat keinen Einfluss darauf. Dieses Gerät wurde vom Autor ein Jahr lang verwendet. In diesem Zeitraum wurden keine Beschwerden oder Unregelmäßigkeiten bei der Arbeit festgestellt. Auf dem Foto der Leiterplatte des Geräts sind neben der Verkabelung direkt unter dem Controller selbst (rechts) auch Plätze für 3 DC/DC-Wandler für 3,6- und 9-Volt-Ausgänge vorhanden.

Foto des fertigen Geräts mit allen Komponenten, inklusive Batterien, Controller, Konvertern und einer zusätzlichen Anzeige- und Schalteinheit. Controller-Designer - Oscar den Uijl.

Gesendet von:

Es wird eine einfache, aber „schöne“ Schaltung eines Shunt-Reglers zum Laden von Batterien aus einer Solarbatterie vorgestellt. Funktioniert nur gegen Gebühr.

Stabilisatoren für Solarmodule sind sehr vielfältig. Der einfachste Stabilisatortyp ist ein Shunt-Stabilisator. Es bietet folgende Vorteile: Einfachheit, geringe Verlustleistung, niedrige Kosten, hohe Zuverlässigkeit.

Im Gegenzug für diese Vorteile muss man sich jedoch damit abfinden, dass sich die Spannung an der Batterie ständig nach oben und unten ändert, dass die Batterie zwischen Vollstrom-Lademodus und dem Zustand ohne Ladestrom wechselt und dass ein ständiges Umschalten dazu führt gepulste Störungen am Ausgang des Stabilisators.

Je nach Verwendungszweck ist es notwendig, den am besten geeigneten Stabilisatortyp auszuwählen. In den meisten Solaranlagen habe ich Linearregler verwendet, die den Vorteil einer sanften Spannungsregelung und extrem geringer Spannungsspitzen an der Last bieten. Allerdings haben sie auch erhebliche Nachteile: höhere Kosten, größere Abmessungen und eine hohe Verlustleistung. Aber als ich gebeten wurde, einen Solarstabilisator für eine Yacht zu bauen, der nur ein 3,1-Ampere-Solarpanel versorgt und an eine 300-Ah-Batterie angeschlossen ist, war es besser, ein kleines und einfaches Gerät zu verwenden als einen Linearregler.

Also habe ich einen solchen Stabilisator entworfen und hergestellt. Sie können es auch auf Anwendungen anwenden, bei denen die Leistung des Solarmoduls in Kombination mit einer relativ großen Batteriekapazität recht gering ist oder bei denen niedrige Kosten, einfaches Design und hohe Zuverlässigkeit wichtiger sind als die lineare Regelstabilität.

Der Stabilisator wurde auf einem Steckbrett zusammengebaut und in einem versiegelten Kunststoffgehäuse montiert, das wiederum auf einer Aluminiummontageplatte montiert war. Die Anschlüsse bestehen aus Messing. Dieses Design des Geräts wird verwendet, um der rauen Meeresumgebung und rauer Handhabung standzuhalten.

Planen

Wenn das Solarpanel keinen Strom erzeugt, ist der gesamte Stromkreis abgeschaltet und entnimmt der Batterie überhaupt keinen Strom. Wenn die Sonne aufgeht und das Panel beginnt, mindestens 10 V auszugeben, schalten sich die Anzeige-LED und zwei Transistoren mit geringer Leistung ein. Das Gerät beginnt zu arbeiten. Solange die Batteriespannung unter 14 V bleibt, hält der Operationsverstärker (der eine sehr geringe Stromaufnahme hat) den MOSFET ausgeschaltet, sodass nicht viel passiert und Strom vom Solarpanel durch die Schottky-Diode zur Batterie fließt.

Wenn die Batteriespannung 14,0 V erreicht, schaltet der Operationsverstärker U1 den MOSFET-Transistor ein. Der Transistor umgeht das Solarpanel (das ist völlig sicher), die Batterie erhält keinen Ladestrom mehr, die Anzeige erlischt, die beiden Transistoren mit geringer Leistung schließen und der Kondensator C2 entlädt sich langsam. Nach etwa 3 Sekunden entlädt sich der Kondensator C2 so weit, dass die Hysterese von U1 überwunden wird, wodurch der MOSFET wieder ausgeschaltet wird. Die Schaltung lädt die Batterie nun erneut auf, bis ihre Spannung wieder das Schaltniveau erreicht.

Somit arbeitet das Gerät zyklisch, jede Einschaltperiode des Feldeffekttransistors dauert 3 Sekunden und jede Batterieladeperiode dauert so lange, bis eine Spannung von 14,0 V erreicht ist. Die Dauer dieser Periode variiert je nach der Ladestrom der Batterie und die Leistung der daran angeschlossenen Last.

Die minimale Einschaltzeit der Schaltung wird durch die Zeit bestimmt, die der Kondensator C2 benötigt, um sich mit einem durch den Transistor Q3 auf etwa 40 mA begrenzten Strom aufzuladen. Diese Impulse können sehr kurz sein.

Design

Der Aufbau der Schaltung ist sehr einfach. Alle Komponenten sind relativ erschwinglich und die meisten können leicht durch andere ähnliche Komponenten ersetzt werden. Ich würde nicht empfehlen, den TLC271 oder LM385-2.5 auszutauschen, es sei denn, Sie sind von dem Austausch überzeugt. Bei beiden Mikroschaltungen handelt es sich um Geräte mit geringem Stromverbrauch, und ihr Verbrauch bestimmt direkt die Ausschaltzeit des Stabilisators. Wenn Sie Mikroschaltungen mit unterschiedlichem Stromverbrauch verwenden, müssen Sie die Kapazität des Kondensators C2 ändern und die Vorspannung des Transistors Q3 auswählen, aber selbst dies hilft möglicherweise nicht dabei, die Schaltung richtig zu konfigurieren.

Der MOSFET-Transistor kann durch jeden anderen Transistor ersetzt werden, dessen Kanalwiderstand niedrig genug ist, um das Solarpanel effektiv zu umgehen. Diode D2 kann auch alles sein, was den maximalen Strom des Solarpanels verarbeiten kann. Die Verwendung einer Schottky-Diode ist vorzuziehen, da der Spannungsabfall an ihr halb so groß ist wie der einer Standard-Siliziumdiode und sich eine solche Diode nur halb so stark erwärmt. Eine Standarddiode ist in Ordnung, wenn sie richtig platziert und montiert wird. Mit den im Diagramm dargestellten Komponenten kann der Stabilisator mit Solarmodulen mit einem Strom von bis zu 4 A arbeiten.

Bei größeren Panels ist es notwendig, nur den MOSFET-Transistor und die Diode durch leistungsstärkere zu ersetzen. Die übrigen Komponenten der Schaltung bleiben gleich. Für die Ansteuerung eines 4-A-Panels ist kein Heizkörper erforderlich. Setzt man den MOSFET aber auf einen geeigneten Kühlkörper, kann die Schaltung mit einem deutlich leistungsstärkeren Panel arbeiten.

Der Widerstand R8 in dieser Schaltung beträgt 92 kOhm, was ein nicht standardmäßiger Wert ist. Ich schlage vor, dass Sie 82k- und 10k-Widerstände in Reihe verwenden. Das ist einfacher, als nach einem speziellen Widerstand zu suchen. Die Widerstände R8, R10 und R6 bestimmen die Abschaltspannung, daher ist es besser, wenn sie genau sind. Ich habe 5 %-Widerstände verwendet, aber wenn Sie die Zuverlässigkeit des Geräts erhöhen möchten, verwenden Sie 1 %-Widerstände oder wählen Sie mit einem digitalen Ohmmeter den genauesten der 5 % aus.

Sie können auch einen Trimmwiderstand verwenden und so die Spannung regulieren, ich würde dies jedoch nicht empfehlen, wenn Sie in einer feindlichen Umgebung eine hohe Zuverlässigkeit wünschen. Unter solchen Bedingungen versagen Trimmerwiderstände einfach.

Auf Englisch.