آموزش برق خورشیدی – شارژکنترلر – قسمت نهم

قلب اصلی هر نیروگاه خورشیدی مجزا از شبکه، شارژکنترلر است. شارژکنترلر وظیفه کنترل فرایند شارژ باتری ها را به واسطه پنل خورشیدی بر عهده دارد. یک پنل خورشیدی در طول ساعات مختلف شبانه روز و با تغییر شدت و جهت تابش نور خورشید، دارای مقادیر متفاوتی از ولتاژ و جریان است. به طور مثال در یک پنل خورشیدی ۲۵۰ وات ممکن است ولتاژ خروجی در طول روز بین ۲۶ تا ۳۱ ولت تغییرات داشته باشد. جریان پنل نیز در بازه ای بین ۰ تا ۸.۵ آمپر متغیر است.

شارژکنترلر این تغییرات ولتاژ را با ولتاژ باتری و شرایط مختلف شارژ تطبیق می دهد و فرایند شارژ را کنترل می کند. باتری ها نیز در ولتاژ های مختلف نیازمند جریان و ولتاژ شارژ متفاوت هستند که تمامی این فرایند را شارژکنترلر کنترل می کند.

به طور معمول در نیروگاه خورشیدی جدا از شبکه از دو نوع شارژکنترلر استفاده می شود:

• شارژکنترلر PWM
• شارژکنترلر MPPT

شارژکنترلر PWM

این نوع شارژکنترلر دارای عملکرد ساده و صرفا تاثیر گذار بر ولتاژ است به این صورت که به منظور تطبیق ولتاژ پنل با باتری، فقط ولتاژ پنل را کاهش و روی جریان هیچ تاثیری ندارد. به دلیل این که ولتاژ خروجی از ولتاژ ورودی کم تر است و جریان ورودی و خروجی برابر، توان خروجی که حاصل ضرب جریان در ولتاژ خروجی است، از توان ورودی کمتر بوده، پس در نتیجه عملکرد این نوع شارژکنترلر موجود تلف شدن مقداری توان می شود.

به عنوان مثال در صورتی که ولتاژ پنل در حدود ۲۸ ولت و ولتاژ باتری برابر با ۲۴ ولت باشد، شارژکنترلر ۴ ولت از ولتاژ ورودی را کاهش داده و در نتیجه توان خروجی نزدیک ۱۵ درصد کاهش می یابد. همچنین در صورتی که ولتاژ باتری فاصله زیادی با ولتاژ پنل داشته باشد، امکان استفاده از این نوع شارژر وجود ندارد. برای مثال در صورتی که ولتاژ باتری ۱۲ ولت و ولتاژ پنل در محدوده ۲۷ تا ۳۱ باشد، امکان استفاده از این نوع شارژکنترلر وجود ندارد زیرا به منظور تطبیق ولتاژ پنل با باتری باید ولتاژ ۲۸ ولت به ۱۳ ولت باتری تبدیل شوم که در این صورت نصف توان پنل ها تلف می شود.

نکته مهم دیگر در شارژکنترلرهای PWM نوع عملکرد داخلی آن ها است. این نوع شارژکنترلر به روشی ولتاژ را کاهش می دهد که ممکن است در صورت اختلاف بالای ولتاژ ورودی با خروجی، به باتری آسیب وارد شود. روش کاهش ولتاژ در این شارژر به این صورت است که ولتاژ بالای پنل در دو سر باتری می افتد. سپس شارژر به صورت مداوم و با یک ریتم مشخص ولتاژ پنل را قطع و وصل می کند. به این فرایند مدولاسیون عرض پالس گفته می شود. با این کار متوسط ولتاژ پنل برابر با ولتاژ باتری می شود. در صورتی که ولتاژ پنل در حدود ۲۸ ولت و باتری ۱۲ ولت باشد، به مرور زمان باتری قطعا آسیب خواهد دید.

از مزایای شارژکنترلر PWM‌ می توان به موارد زیر اشاره کرد

• قیمت مناسب
• ابعاد کوچک
• عملکرد خوب در نواحی آفتابی

از معایب شارژکنترلر PWM می توان به موارد زیر اشاره کرد

• راندمان پایین ( تلفات بالا )
• ولتاژ باتری به ولتاژ پنل باید نزدیک باشد
• عملکرد نامطلوب در هوای ابری
• عملکرد نامطلوب در بارهای جریان مستقیم موتوری

شارژکنترلر MPPT

این نوع شارژکنترلر که به آن ردیاب نقطه حداکثر توان نیز گفته می شود علاوه بر کاهش و تطبیق ولتاژ پنل با باتری، اضافه ولتاژ پنل را نیز به جریان تبدیل کرده و در نتیجه تا حد زیادی تلفات تبدیل را کاهش می دهد. بر روی کاغذ توان ورودی و خروجی این نوع شارژر برابر است.

به طور مثال در صورتی که ولتاژ پنل در نقطه کار برابر ۲۸ ولت و جریان آن ۶.۵ آمپر باشد، شارژکنترلر ۲۸ ولت پنل را به ۲۴ ولت باتری تبدیل و ۴ ولت ولتاژ کاهش یافته را به جریان تبدیل خواهد کرد. بنابر این جریان خروجی در حدود ۷.۵ آمپر خواهد بود.
عملکرد MPPT ها به نسبت PWM ها بسیار بهتر بوده و امکان اتصال پنل و باتری با هر نوع ولتاژی به آن وجود دارد. تنها عیب این نوع شارژکنترلر ها قیمت بالای آن ها به نسبت PWM ها است.

مشخصات الکتریکی شارژکنترلر ها

شارژکنترلر ها دارای دو مشخصه اصلی جریان و ولتاژ هستند. منظور از ولتاژ شارژکنترلر، ولتاژ باتری متصل شونده به آن است. برای مثال شارژکنترلر ۲۴/۱۲ ولت امکان اتصال باتری ۱۲ ولت و ۲۴ ولت را دارد و صورت خودکار، ولتاژ باتری را تشخیص می دهد.
منظور از جریان شارژکنترلر، حداکثر جریان شارژ باتری است. به طور مثال، شارژکنترلر ۱۰ آمپر، حداکثر تا ۱۰ آمپر می تواند در لحظه باتری را شارژ نماید.

همچنین ولتاژ و جریان ورودی شارژر ها تا حدی دارای محدودیت است. برای مثال در شارژر های PWM نباید جریان اتصال کوتاه پنل از جریان شارژکنترلر بیشتر باشد. برای مثال در صورتی که جریان اتصال کوتاه پنل ۹ آمپر باشد، باید از شارژر ۱۰ آمپر به بالا استفاده نمود. در MPPT‌ ها نیز این محدودیت وجود دارد اما با محدوده وسیع تر که به طور معمول محدوده آن در کاتالوگ شارژکنترلر اعلام می شود.
برای مثال شارژکنترلر ۱۰ آمپر MPPT برند EPEVER مدل TRACER1012A دارای محدودیت جریان ورودی تا ۱.۵ برابر جریان شارژ است. شما می توانید یک پنل با جریان ۱۵ آمپر را به ورودی متصل اما شارژکنترلر حداکثر تا ۱۰ آمپر آن را تبدیل و در اختیار باتری قرار می دهد.

ولتاژ ورودی شارژکنترلر نیز دارای محدودیت است. در MPPT ها به طور معمول ورودی دارای محدودیت ۶۰ ولت، ۱۰۰ ولت، ۱۵۰ ولت و یا ۲۰۰ ولتی است. بهتر است ولتاژ مدار باز پنل ورودی از این مقدار پایین تر باشد. برای مثال شارژکنترلر ۲۰ آمپر MPPT برند EPEVER مدل TRACER2210A دارای ولتاژ ورودی ۱۰۰ ولتی است. در صورتی که از پنلی با ولتاژ مدار باز ۳۱ ولتی استفاده می کنیم، بیش از ۲ پنل را با یکدیگر سری نکنیم زیرا در صورت سری شدن بیش از ۲ پنل با یکدیگر ولتاژ ورودی در حدود ۹۳ ولت می شود که بسیار نزدیک به ۱۰۰ ولت است.

در شارژر های PWM محدودیت ولتاژ در کاتالوگ ذکر نمی شود زیرا کاربر به صورت طبیعی از اتصال پنل با ولتاژ بسیار بالاتر از ولتاژ باتری جلوگیری می کند.