شارژ کنترلر خورشیدی

شارژ کنترلر خورشیدی (Charge Controller)

شارژکنترلر خورشیدی یکی از اجزای سیستم آفگرید (جدا از شبکه برق) خورشیدی است که همان طور که از نامش پیداست میزان شارژ و دشارژ باتری را کنترل می‌کند. این ابتدایی‌ترین کاری است که می‌توان از این دستگاه انتظار داشت. انواع محافظت‌ها، قابلیت کنترل بار، شارژر USB ، قابلیت مانیتورینگ از راه دور یا به وسیله کامپیوتر، تایمر و قابلیت تشخیص روز و شب و … از دیگر قابلیت‌هایی است که می‌تواند در یک دستگاه شارژکنترلر خورشیدی موجود باشد.

طبیعتا قابلیت بیشتر در شارژکنترلر به معنای قیمت بالاتر آن نیز هست اما استفاده از بهترین شارژکنترلر به این معنا نیست که شما به تمام قابلیت‌های آن نیاز اساسی دارید بلکه این نیاز باید یا توجه به کاربرد تعیین شود. هدف این نوشته بررسی شارژکنترلرهای متفاوت و معرفی قابلیت‌های هر کدام است تا راهنمایی برای انتخاب بر اساس نیاز باشد برای این منظور شارژکنترلرهای شرکت EP solar که در ایران موجود هستند، در نظر گرفته شده اند.

شارژ کنترلر PWM یا MPPT

بخش اصلی مدار شارژکنترلر یک رگولاتور DC به DC است. از آنجایی که مقدار تابش در ساعات مختلف روز متفاوت است این بدین معنی است که ولتاژ خروجی پنل‌ها هم دائما در حال تغییر است. شارژکنترلر با در نظر گرفتن این تفاوت در ولتاژ ورودی با الگوریتم‌های مختلف کنترلی ، ولتاژ و جریان خروجی مناسبی برای شارژ باتری فراهم می‌آورد.

Pulse Width Modulation یا به اختصار PWM و Maximum Power Point Tracking یا MPPT دو روش معمول کنترلی هستند. PWM تکنولوژی قدیمی اما مناسب برای اکثر کاربردهاست که در آن Duty Cycle کلیدهای مبدل بصورت اتوماتیک بر اساس ورودی تغییر می‌کنند. MPPT روش کنترلی پیچیده‌تری است که بازده پنل ها را تا 30 درصد می‌تواند افزایش دهد .برای درک بهتر این روش لازم است درکی از رفتار غیرخطی پنل‌های خورشیدی داشته باشیم.

در نمودار بالا نقطه‌ چین سیاه نمودار I-V یک پنل خورشیدی است. این نمودار از یک نقطه با ولتاژ کم و جریان زیاد شروع می‌شود و به نقطه‌ای با ولتاژ زیاد و جریان کم ختم می‌شود. با اینکه هر کدام از نقاط این نمودار می‌تواند برای کاربردی بهینه باشد اما در سیستم‌های خورشیدی آفگرید طبیعی است که ما بدنبال توان ماکزیمم یا I*V ماکزیمم می‌گردیم. حالاشارژ کنترلرهای بروز تر از الگوریتم کنترلی برای رسیدن دائم به MPPT استفاده می‌کنند که علاوه بر مزایای آن قیمت بیشتری هم دارد. (در بحث آنگرید اینورترهای استفاده شده معمولا از سیستم MPPT استفاده می‌کنند که تولید نیروگاه را بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌دهد).

شرکت‌ها معمولا شارژکنترلرهای خود را بر اساس سیستم کنترلی یعنی PWM و MPPT دسته‌بندی می‌کنند. نمودار زیر نمایی کلی از محصولات Epsolar ارائه میدهد. در ادامه به سراغ هر کدام از سری محصولات می‌رویم تا قابلیت‌های مختلف شارژکنترلرها را در قالب این مثال‌ها توضیح دهیم.

شارژ کنترلر ایپی اور سری LS (PWM)

از ابتدایی‌ترین شارژ کنترلرها ، سری Land Star است که برای سیستم‌های کوچک کم هزینه بسیار مناسب است. انواع مختلف این سری LCD ندارند و حالت ‌های مختلف اعم از حالت شارژ ، دشارژ، حالت خاموش ، خطاها و … از طریق LED ها رمزگشایی می‌شود.

سری E و EU ساده‌ترین نوع شارژکنترلر است که دارای حفاظت‌های حداقلی اضافه ولتاژ باتری و بار ، اتصال کوتاه و دشارژ بیش از حد باتری. ارتباط بین کاربر و دستگاه توسط کلید برقرار می‌شود و برای بررسی حالات مختلف شارژکنترلر باید LEDهای دستگاه را رمزگشایی کرد. تفاوت سری E و EU در USB سری EU است که با ولتاژ 5 ولت و جریان 1 آمپر می‌تواند برای شارژ گوشی مورد استفاده قرار گیرد.
سری B، سری قابل برنامه‌ریزی Land star است. Heat Sink آلومینیومی باعث می‌شود در دماهای بالا هم قابلیت کارکرد مناسبی داشته باشد . کابل RS 482 ، قابلیت ارتباط با کامپیوتر یا دیگر وسایل مانیتورینگ جهت Real Time Monitoring را ممکن کرده است. حفاظت هایی از جمله حفاظت Reverse Polarity برای آرایه و باتری به آن اضافه شده است.

سری R با قابلیت تشخیص روز و شب و همچنین Timer هوشمند، انتخاب بسیار مناسبی برای سیستم‌های روشنایی خورشیدی کوچک است. از نظر حفاظتی مشابه سری B است.

شارژ کنترلر ایپی اور سری VS (PWM)

مهمترین تفاوت View Star از Land Star وجود LCD در این سری است که امکان ارتباط موثر‌‌تر کاربر با شارژکنترلر را فراهم آورده است. سری A و AU همانند سری E و EU در LS هستند با این تفاوت که دارای LCD هستند و حفاظت آنها کاملتر همچون سری LS B است. دوباره U در AU اشاره به دو USB است که سری AU بر خلاف سری A دارند.
سری VS BN سری قابل برنامه ریزی است که کابل RS 482 ، قابلیت ارتباط با کامپیوتر یا دیگر وسایل مانیتورینگ جهت Real Time Monitoring را برای آن ممکن کرده است. علاوه بر این چهار دکمه‌ای که به این سری اضافه شده تنظیم و ارتباط بین کاربر و دستگاه را تسهیل کرده است.

شارژ کنترلر ایپی اور سری EP (PWM)

این سری شامل دو مدل EPIDB-COM و EPRC10-EC است. مدل EPRC10-EC مدل محبوبی برای کاربردهای روشنایی با توان متوسط می‌باشد قابلیت تشخیص روز و شب و همچنین Timer هوشمند که بسیار به سری LS R شبیه است. این مدل حفاظت مختصرتر از R دارد مثل LS E & EU حفاظت‌های ابتدایی مثل اضافه ولتاژ باتری و بار ، اتصال کوتاه و دشارژ بیش از حد باتری را دارد.
مدل EPIDB-COM بدون داشتن بخشی برای بار ، قابلیت کنترل دو باتری را دارد که ویژگی منحصر به فرد و بسیار کاربردی از جمله در وسایل نقلیه خورشیدی را ممکن کرده است .حفاظت همچون مدل EPRC10-EC.

شارژ کنترلر ایپی اور EPEVER سری A Tracer (MPPT)

نوبت به بررسی اجمالی طبقه MPPT رسیده است که قابلیت بسیار بالایی در تبدیل انرژی و بازده دارند. LCD ، قابل برنامه‌ریزی کامل ، ارتباط با کامپیوتر( نرم افزار کامپیوتری برای کنترل سیستم ) و کابل RS 482 ، تنها بخشی از قابلیت‌های این سری است. مجموعه‌ای کامل از حفاظت‌ها در این سیستم مورد استفاده قرار گرفته است ، برای آرایه رله جریان زیاد، اتصال کوتاه و پولاریته معکوس، برای بار اضافه بار و اتصال کوتاه، برای باتری شارژ و دشارژ بیش از حد و پولاریته معکوس.

سری BN Tracer (MPPT)

این سری LCD ندارد اما دارای قابلیت‌های کامل‌تر مخابراتی است . ساختار آلومینیومی و لایه لایه قابلیت تحمل دمایی دستگاه را بالا برده است . تشخیص روز و شب و همچنین Timer هوشمند از دیگر ویژگی‌های برجسته آن است. حفاظت مانند سری A.

سری CN Tracer (MPPT)

این سری از ساختار متفاوتی تحت عنوان Dry Contact استفاده کرده ضمن این که رله در خارج از مدار الکترونیکی تعبیه شده که می‌توان از آن برای کنترل اینورتر یا کاربردهای دیگر بهره گرفت. تشخیص روز و شب و همچنین Timer هوشمند از دیگر ویژگی‌های برجسته آن است. حفاظت مانند سری A.

سری E Tracer AD (MPPT)

اگر به اندازه کافی پول دارید و توانایی فنی استفاده کردن از قابلیت‌های یک شارژکنترلر کامل را دارید به سری ETracer می‌رسید و دو مدل AD و BND . با بررسی سری E Tracer AD شروع می‌کنیم. این شارژکنترلر برای مصرف آفگرید یک منزل مسکونی با ظرفیت تا 3 کیلو وات می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد به همین دلیل استفاده از اینورتر در چنین حالتی اجتناب ناپذیر است که نیاز به داشتن پورت Load را از بین برده است.

ساختار لایه لایه آلومینیومی ظرفیت تحمل دمایی را بالا برده است. سیستم پروسسوری دو هسته‌ای قدرت و سرعت پردازش را بسیار بالا برده است. امکان ارتباط با کامپیوتر با نرم‌افزار مخصوص و دیگر وسایل مانیتورینگ وجود دارد. تکنولوژی تازه Multi phased Synchronous Rectification (MSR) امکان تبدیل انرژی حداکثری را فراهم آورده است. حفاظت‌ها مثل Tracer A کامل است با این تفاوت که در اینجا پورت بار وجود ندارد که نیاز به آن حفاظت‌ها را داشته باشد.

سری E Tracer BND (MPPT)

تفاوت عمده این سری با E Tracer AD در سیستم حفاظت مفصل‌تر آن است. حفاظت برای باتری اضافه ولتاژ، دشارژ بیش از حد، اضافه دما و پولاریته معکوس، برای آرایه رله جریان زیاد، اتصال کوتاه و پولاریته معکوس، و در نهایت اضافه ولتاژ در حالت Transient. (شکل ظاهری با E Tracer AD تفاوت چندان ندارد)

خلاصه

بیش از دو میلیون تومان اختلاف قیمت وجود دارد، به همین دلیل واجب است درک درستی از نیاز خود و انواع قابلیت‌ها داشته باشیم چرا که لزوما گرانترین شارژکنترلر برای کاربرد شما مناسب‌ترین نیست.

Epsolar یا EPEVER ابتدایی‌ترین وظیفه شارژکنترلر کنترل شارژ و دشارژ باتری است که باعث افزایش طول عمر باتری می‌‌شود. علاوه بر این شارژکنترلر می‌تواند شامل انواع حفاظت‌ها باشد و نیز بهره‌وری انرژی آرایه خورشیدی را بهبود ببخشد.

شرکت‌ها شارژکنترلر‌های خود را با طیف وسیعی از قابلیت‌ها ارائه می‌دهند بطور مثال بین ارزان‌ترین و گران‌ترین شارژکنترلر

(دلیل استفاده از مدل‌های شرکت Epsolar صرفا در دسترس بودن آنها در ایران بود، البته شرکت ایپی اور ،شرکت باسابقه‌ای در تولید انواع تجهیزات خورشیدی بوده و کیفیت محصولات آن توسط مشتریان ایرانی تایید شده است. این مطلب از این جهت عنوان شد که قابلیت‌های ذکر شده در این نوشته مختص به محصولات این شرکت نیست و قابل بررسی برای دیگر برندها هم هست.)