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Panels Photovoltaische Solarenergie

Laderegler

Laderegler

Laderegler oder -regler sind Geräte, die die Spannung und den Strom eines Solarmoduls oder eines Windgenerators steuern, die an den Batteriepark geliefert werden.

Der Laderegler stellt sicher, dass die Lade- und Entladevorgänge des Akkus so ausgeführt werden, dass sie immer unter den richtigen Betriebsbedingungen liegen.

Ein Laderegler begrenzt die Rate, mit der elektrischer Strom zu elektrischen Batterien hinzugefügt oder aus diesen entnommen wird. Es vermeidet Überlastung und kann vor Überspannung schützen. Das Überladen von Batterien kann die Leistung oder Lebensdauer der Batterien verringern und ein Sicherheitsrisiko darstellen.

Was sind die Eigenschaften von Ladereglern?

Der Laderegler kann in Form eines separaten Geräts (z. B. einer elektronischen Einheit in einer Windkraftanlage oder in einer Photovoltaik-Solaranlage) oder in Form eines Mikroschaltkreises zur Integration in eine Batterie oder ein Ladegerät geliefert werden.

Sonnenkollektoren sind so ausgelegt, dass sie eine höhere Spannung als die Ladeschlussspannung der Batterien liefern können. Dies stellt sicher, dass die Solarmodule immer in der Lage sind, die Batterie aufzuladen, selbst wenn die Temperatur der Batteriezellen hoch ist und die erzeugte Spannung abnimmt.

Warum sollte die Überspannung der Batterien kontrolliert werden?

Diese Überspannung hat zwei Nachteile:

  • Einerseits geht ein kleiner Teil der theoretischen maximalen Energie verloren, die das Photovoltaik-Modul abgeben kann (10%), die erhalten würde, wenn es bei Spannungen arbeiten würde, die geringfügig höher sind als die von der Batterie auferlegten.
  • Wenn andererseits die Batterie ihren vollen Ladezustand erreicht, erreicht sie nicht ihr maximales Potenzial, das das Solarpanel theoretisch abgeben kann, und das Solarpanel versucht weiterhin, Energie in die Batterieklemmen einzuspeisen, was zu einer Überlastung führt, die die Batterie schädigt Batterie, die es beschädigen kann.

Letzteres kann unpraktisch manuell gelöst werden: Trennen Sie den Akku, wenn die volle Ladung erkannt wird, aber dies ist offensichtlich nicht die zuverlässigste oder praktischste Methode.

Was ist die Funktion des Ladereglers?

Der Laderegler hat folgende Funktionen:

  • Versorgungsstrom größer als Selbstentladestrom (zum Ausgleich der Selbstentladung, aber kleiner als der maximale Ladestrom, um eine Zerstörung der Batterie zu verhindern.
  • Implementierung eines effektiven Entlade- / Ladealgorithmus für einen bestimmten Batterietyp (NiMH, Ni-Cd oder Li-Ion) mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung der Komponenten.
  • Ausgleich für Unterschiede im Stromfluss, wenn der Verbraucher während des Ladevorgangs mit Strom versorgt wird (z. B. Laden des Akkus, wenn der Laptop über das Stromnetz mit Strom versorgt wird).
  • Temperaturmessung (mit einem Temperatursensor) zur Notabschaltung der Kaltlast oder bei Überhitzung (um Schäden an der Batterie zu vermeiden).
  • Druckmessung (mit einem Drucksensor) zur Notabschaltung der Last bei Gasleck (zur Vermeidung von Explosionen und Undichtigkeiten)

Allerdings implementieren nicht alle Steuerungen diese Funktionen.

Die Komplexität des Download- / Upload-Algorithmus hängt von den Kosten des Ladegeräts ab. Gemäß dem Algorithmus sind die Hauptfunktionen, die sie ausführen, die folgenden:

  • Zeitmessung ab Ladebeginn.
  • Messung von Spannung und Strom am Batterieeingang.
  • Änderung des Ladestroms und der Ladespannung in Abhängigkeit von den gemessenen Werten.
  • Wiederholen Sie die Entlade- / Ladezyklen (um die Batteriekapazität wiederherzustellen).
  • Laden Sie den Akku bis zu 90% der Akkukapazität auf (um die Lebensdauer zu verlängern).

Strategien zur Steuerung des Ladereglers

Der Laderegler hat die Aufgabe, den von der Batterie aufgenommenen Strom so zu regeln, dass er niemals gefährlich überladen wird. Aus diesem Grund erkennt und misst es ständig die Batteriespannung und den Ladestatus. Wenn diese Parameter einen bestimmten zuvor festgelegten Wert erreichen, der dem Wert der maximal zulässigen Spannung entspricht, hat dies zwei Möglichkeiten:

  • Unterbrechen Sie den Stromfluss zur Batterie
  • Lassen Sie nur ein Teil passieren, um es in einem voll geladenen Zustand zu halten, ohne zu überschießen.

Dieser Mindeststrom wird als Erhaltungsstrom bezeichnet und tritt auf, wenn der Akku vollständig aufgeladen ist und nur genügend Energie erhält, um ihn in diesem Zustand zu halten (was über lange Zeiträume die Selbstentladung kompensiert).

Was sind die Parameter eines Ladereglers?

Die Parameter, die einen Regler definieren, sind:

  • Maximal zulässige Spannung oder maximale Regelspannung : Dies ist der Wert der maximalen Nennspannung, die der Regler an die Batterie anlegen darf .
  • Oberes Hystereseintervall : Dies ist die Differenz zwischen der maximalen Regelspannung und der Spannung, bei der der Regler den gesamten von den Solarmodulen erzeugten Strom durchlässt. Bei einem Zwischenspannungswert lässt der Regler einen Bruchteil des von den Photovoltaikmodulen erzeugten Stroms durch, der umso kleiner ist, je näher die Spannung der Batterieklemmen dem maximalen Regelwert kommt.
  • Trennspannung - Spannung, bei der Verbraucherlasten automatisch getrennt werden, um eine Überentladung der Batterie zu verhindern.
  • Unteres Hystereseintervall : Dies ist die Differenz zwischen der Trennspannung und der Spannung, bei der die Verbrauchswerte wieder an die Batterie angeschlossen werden dürfen.

Was sind die häufigsten Merkmale von Ladereglern in einer Photovoltaikanlage?

    Die folgenden Parameter definieren die häufigste Leistung von Ladereglern, die in autonomen Solarphotovoltaikanlagen verwendet werden:

    • Überlastschutz des Akkus (Abschaltung): Dies ist die Grundfunktion des Reglers. Es verhindert, dass sich die Batterie erwärmt, Wasser aus dem Elektrolyten austritt und die Platten rosten.
    • Alarm bei schwacher Batterie : Akustische Anzeigen / Lichter, die anzeigen, dass der Akku vollständig entladen ist. Ab diesem Moment kann der Benutzer den Verbrauch moderieren, wodurch eine schädliche und übermäßige Entladung des Akkus vermieden wird.
    • Niedrige Batterietrennung ( niedrige Unterbrechung): Diese Funktion bewirkt, dass der Regler die Stromversorgung der Verbrauchsmaterialien unterbricht, wenn der Ladezustand des Akkus zu niedrig ist und daher die Gefahr einer tiefen Entladung besteht, die dazu führen würde Sulfatierungsprobleme.
    • Kurzschlussschutz : Diese Funktion ermöglicht es, mittels einer Sicherung den Regler sowie den Ausgang des Akkumulators vor hohen Strömen im Falle eines Kurzschlusses in einem der Verbrauchskreise der Anlage zu schützen.
    • Funktionsanzeige : Die meisten Regler verfügen über ein visuelles System, mit dem Informationen über den Installationsstatus abgerufen werden können. Einige Anzeigen zeigen lediglich an, dass die Panels Strom liefern, wenn der Akku geladen oder entladen wird, oder sorgfältiger mit Anzeigen des aktuellen Ladezustands, der Batteriespannung ...

    Welche Arten von Ladereglern gibt es?

      Je nach Funktionsprinzip gibt es folgende Arten von Ladereglern:

      • Parallele Shunt-Regler.
      • Laderegler der Serie.

      Parallele Regler (Shunt)

      Paralleler LadereglerShunt-Ladungsregler basieren auf einem Transistor, der den Strom von den Modulen zu einer dissipativen Widerstandslast ableitet. Es ermöglicht die Festlegung von Batteriespannungswerten, für die diese Abweichung zeitweise vorgenommen wird, um den Akku auf dem maximalen Ladezustand (Float) zu halten.

      Dieses System bewirkt eine Erwärmung des Reglers selbst, was zu Verschleiß und Verlusten führt. Daher haben Regler dieses Typs einen begrenzten Arbeitsstrom von wenigen Ampere und sind daher für kleine Photovoltaikanlagen gültig.

      Laderegler der Serie

      Diese Art von Reglern basiert auf der Unterbrechung des Stroms zur Batterie in Abhängigkeit von ihrer Spannung. Dank der aktuellen Technologien ist dieser Schalter progressiv, sodass er auf unterschiedliche Laststufen gesteuert werden kann.

      Laderegler

      Der Erhaltungsstrom kann durch Aufrechterhalten einer niedrigen Ladungsintensität oder durch Umschalten der Lade- und Nichtlademomente erfolgen, um eine Nichtvergasung der Batterie zu begünstigen.

      Diese Reglertypen sind in Reihe zwischen den Schalttafeln und der Batterie geschaltet. Da sie keine Wärme abführen, können sie eher klein sein und bei Bedarf in Innenräumen montiert werden.

      Andere Modelle von Reglern dieses Typs, die in großen Installationen verwendet werden, leiten den Strom von den Schalttafeln in anderen Stromkreisen um, wenn die Batterien aufgeladen werden, um diese Energie für andere Zwecke zu nutzen.

      Andere Modelle trennen Sonnenkollektoren oder Gruppen von Photovoltaikmodulen automatisch, wenn die Batteriespannung ansteigt, sodass nur der erforderliche Strom durchfließen kann und niemals überschritten wird.

      Viele Laderegler verfügen über andere Funktionen zur Visualisierung und Steuerung des Betriebs der Photovoltaik-Solaranlage, wie z. 

      • Volt Millimeter und Amperemeter;
      • Alarme bei niedriger Batteriespannung;
      • Temperatursensor, der den Wert der maximalen Ladespannung automatisch regelt;
      • automatische Trennschalter der Niederspannungsverbrauchsschaltung; Amperestundenzähler; Digitalanzeigen;
      • Datenerfassungsmodul; Regelungsmodul mit maximalem Leistungspunktfolger usw.

      Was ist eine Sperrdiode?

        Ein besonders wichtiges Element, das viele Regler enthalten, ist eine Sperrdiode.

        Die Sperrdiode ermöglicht den Stromfluss in eine Richtung von den Panels in der Batterie und nicht in die entgegengesetzte Richtung. Diese Diode ist erforderlich, wenn die Sonnenstrahlung niedrig ist und die Batteriespannung höher als die der Photovoltaikmodule ist, wodurch verhindert wird, dass die Batterie von den Photovoltaik-Solarmodulen entladen wird.

        Es ist wichtig, diese Sperrdiode nicht mit der Bypass-Diode (Variante) von Photovoltaikmodulen zu verwechseln, da ihre Funktionen sehr unterschiedlich sind.

        Wenn das Erdungsschutzsystem versehentlich oder durch einen Isolationsfehler fehlerhaft ist, kann der Strom in entgegengesetzter Richtung zur Normalen zirkulieren und durch ein Solarpanel oder eine Gruppe von Solarpanels fließen, bevor er durch die Steckdose flüchtet. Erde.

        In diesen Fällen ist das Vorhandensein der Sperrdiode sehr wichtig, um eine Beschädigung der Photovoltaikmodule zu vermeiden .

        Eine sehr gute Isolierung und eine gute sichere Erdung können die Installation der Sperrdiode vermeiden. Da die Sperrdiode einen zusätzlichen Spannungsabfall von 0,5 bis 1 V erzeugt, gibt es einen weiteren Grund, die Panel-Spannung höher als die zum Laden der Batterien erforderliche zu gestalten.

        Was sind Laderegler mit maximaler Leistungsnachführung?

        Die Laderegler mit maximaler Leistungsüberwachung sind Laderegler, die am Ausgang der Solarmoduleeinen Dauerstrom-Wechselstrom-Wandler enthalten .

        Dieser Stromrichter ermöglicht es, die Arbeitsspannung der Photovoltaikmodule von der Batteriespannung zu trennen. Auf diese Weise können die Module bei maximaler Leistung und damit maximaler Leistung arbeiten.

        Beispiel eines Ladereglers mit maximaler Leistungsnachführung

        Nehmen wir als Beispiel ein Photovoltaikmodul, bei dem die vom Hersteller angegebenen Daten 53 Wp bei 17,4 V und 3,05 A betragen.

        Wenn wir das Modul direkt an einen Akku mit einer Spannung zwischen den Klemmen anschließen, die derzeit 12 V beträgt, liefert das Modul tatsächlich eine Leistung von:

        P real = 12 V · 3,05 A = 36,6 W.

        Mit anderen Worten, von den verfügbaren 53 W nutzen wir nur 36,6 W, wenn eine 12-V-Batterie direkt an die Klemmen geladen wird, was einen Leistungsverlust von 30% bedeutet.

        Die Frage ist: Wo fehlen die restlichen Watt? Nirgendwo, da die Modulgenerierung aktuell und nicht mit Strom versorgt wird.

        Ziel ist es, mithilfe von Ladereglern mit einem Maximum Power Finder maximale Leistung aus dem Photovoltaikmodul zu erzielen. In dieser Suchmaschine wird die nachfolgende Kompensation der Spannung durch Intensität entwickelt.

        Unabhängige Laderegler

        Laderegler werden an Verbraucher als separate Geräte verkauft, häufig in Verbindung mit Solar- oder Windkraftgeneratoren, um sie als Haushaltsbatteriespeichersysteme zu verwenden.

        In Solaranwendungen können Laderegler auch als  Solarregler bezeichnet werden .

        Einige Solarladeregler / -regler verfügen über zusätzliche Funktionen , wie z. B. einen Niederspannungs-Trennschalter (LVD), einen separaten Stromkreis, der die Ladung abschaltet, wenn die Batterien übermäßig entladen werden (einige Batteriechemien sind so, dass eine übermäßige Entladung die Batterie ruinieren kann ).

        Die Steuerungen können seriell oder abweichend sein:

        • Ein Serienladeregler oder ein Serienregler deaktiviert den Stromfluss zu den Batterien, wenn diese voll sind.
        • Ein Bypass-Laderegler oder Bypass-Regler leitet überschüssigen Strom in eine Hilfs- oder "Bypass" -Ladung um, z. B. einen elektrischen Warmwasserbereiter, wenn die Batterien voll sind.

        Einfache Laderegler beenden das Laden einer Batterie, wenn sie einen festgelegten Hochspannungspegel überschreiten, und aktivieren das Laden wieder, wenn die Batteriespannung unter diesen Wert fällt. Die Technologien Pulse Width Modulation (PWM) und Maximum Power Point Tracker (MPPT) sind elektronisch ausgefeilter und passen die Laderaten an den Batteriestand an, um das Laden näher an die maximale Kapazität zu bringen .

        Laderegler können auch die Temperatur des Akkus überwachen , um eine Überhitzung zu vermeiden. Einige Laderegulierungssysteme zeigen auch Daten an, übertragen Daten an entfernte Anzeigen und zeichnen Daten auf, um den elektrischen Fluss über die Zeit zu verfolgen.

        Autor:

        Erscheinungsdatum: 8. April 2016
        Geändert am: 8. April 2020