Если Вы знакомы с особенностями солнечных батарей, а именно с тем, что они представляют собой источники тока, что как раз и необходимо для зарядки аккумуляторов, то может возникнуть следующий вопрос.

Зачем вообще нужен контроллер заряда для солнечной батареи? И действительно, достаточно просто соединить солнечную батарею с аккумулятором, и при наличии хоть какого-то света, а ещё лучше - Солнца, от солнечной батареи пойдет зарядный ток в аккумулятор и без использования контроллера.

Так для чего же тогда покупать контроллер заряда, какие функции он выполняет и в чём отличие разных типов контроллеров (MPPT, PWM, ON/OFF)? Попробуем разобраться с этим.

Итак, что будет, если не применять его совсем? При прямом подключении солнечной батареи к аккумулятору пойдёт зарядный ток и напряжение на клеммах аккумулятора начнёт постепенно расти. Пока оно не достигнет предельного напряжения зарядки (которое зависит от типа аккумулятора и его температуры), прямое подключение будет равнозначно присутствию контроллера моделей PWM или ON/OFF, поскольку в этом режиме эти модели просто соединяют вход и выход.

При достижении предельного напряжения (около 14 Вольт), ON/OFF контроллер, который является самым дешёвым из всех типов, просто отключит солнечную батарею от аккумулятора и заряд прекратится, хотя в реальности аккумулятор заряжен ещё не полностью и для полной зарядки требует поддержания на нём предельного напряжения в течение ещё нескольких часов. Эту задачу решает PWM контроллер, который при помощи широтно-импульсного преобразования (ШИМ или, по английски — PWM) понижает напряжение солнечной батареи до нужного значения и поддерживает его.

Если же Вы не используете никакого контроллера, то Вам нужно постоянно следить при помощи вольтметра за зарядным напряжением и в нужный момент отключить солнечную батарею. И если Вы забудете её отключить, то это приведёт к перезаряду, выкипанию электролита и сокращению срока службы аккумуляторов. Однако, если Вы и отключите её вовремя или же используете простой ON/OFF контроллер, аккумуляторы останутся заряженными не полностью (примерно на 90%), а регулярный недозаряд в конечном итоге приведёт к значительному сокращению их срока службы.

Существуют ещё два важных фактора, которые должны быть учтены при заряде аккумуляторов. Качественные контроллеры заряда обязательно должны учитывать температуру аккумулятора и иметь температурную компенсацию зарядных напряжений, а также иметь выбор типа аккумуляторной батареи (AGM, GEL, жидко-кислотный), поскольку разные типы имеют разные зарядные кривые (разные напряжения в одних и тех же режимах). Отметим также, что для температурной компенсации может использоваться как встроенный температурный датчик, так и выносной. При использовании выносного температурного датчика, точность работы контроллера повышается.

Подведем промежуточный итог.

Мы рассмотрели вариант отказа от контроллера заряда, а также использование двух типов контроллеров — PWM и ON/OFF и пришли к выводу, что наилучшим из перечисленных вариантов является PWM тип. При этом крайне важно наличие у него температурной компенсации и возможности выбора типа аккумуляторных батарей.

Однако мы обошли вниманием MPPT контроллер заряда, который в действительности является самым совершенным из всех существующих типов. MPPT в переводе с английского означает отслеживание точки максимальной мощности. Дело в том, что мощность солнечных батарей указана всегда именно в этой точке. А напряжение в точке максимальной мощности, например для 12-и Вольтовых моделей солнечных батарей обычно равно 17,5 В. При использовании не MPPT контроллера, напряжение на выходе солнечной батареи равно напряжению на заряжаемом аккумуляторе и лежит в пределах 11-14,5В. Соответственно, мощность солнечных батарей используется не полностью и часть мощности теряется. И теряется её тем больше, чем глубже был разряд аккумулятора.

Принципиальное отличие контроллера заряда MPPT от всех остальных состоит в том, что он находит и отслеживает точку максимальной мощности солнечной батареи и использует всю доступную мощность путем широтно-импульсного преобразования при всех режимах заряда, а не только при последнем режиме для поддержания предельного напряжения зарядки. Таким образом, использование MPPT контроллера позволяет увеличить количество используемой солнечной энергии от одной и той же батареи на 10-30% в зависимости от глубины разряда аккумулятора.

Небольшой конкретный пример для полной ясности:

Имеется солнечная батарея мощностью 100 Вт с напряжением в точке максимальной мощности Ump=17,5 В и током Imp=5,72 А, ток короткого замыкания Isc=6,2 А. Необходимо зарядить аккумулятор, разряженный до 12 В.

При использовании MPPT контроллера:

• Напряжение на входе равно Uвх=Ump=17,5 В, ток на входе Iвх=Imp=5,72А, мощность на входе Pвх=Uвх*Iвх=17.5*5,72=100 Вт.
• Напряжение на выходе равно напряжению аккумулятора Uвых=Uаб=12 В, а ток на выходе равен Iвых=Pвх/Uвых=100/12=8,33 А.

Т.е. благодаря преобразованию ток на выходе значительно больше тока солнечной батареи и используется вся её мощность за исключением небольших потерь на преобразование (которые, для простоты не учтены в формулах выше, а в реальности составляют не более 3%).

При использовании прочих моделей:

• Напряжение на входе равно напряжению на выходе и равно напряжению аккумулятора Uвх=Uвых=Uаб=12 В, ток на входе немного больше Imp, но меньше тока короткого замыкания Isc и примерно равен Iвх=6 А, мощность на входе Pвх=Uвх*Iвх=12*6=72 Вт.
• Напряжение на выходе равно напряжению аккумулятора Uвых=Uаб=12 В, а ток на выходе равен току на входе Iвых=Iвх=6 А.

Т.е. при использовании не MPPT модели, теряется 28 Вт или 28% мощности солнечной батареи при заряде глубоко разряженного аккумулятора. По мере роста напряжения на аккумуляторе, потери будут уменьшаться, но в любом случае будут более 10%.

Заключение:

Итак, мы рассмотрели все существующие варианты контроллеров заряда и пришли к выводу, что самой совершенной моделью является MPPT. Модели PWM также достойны внимания, но придётся мириться с неполным использованием мощности солнечных батарей. Полностью отказаться от контроллера или использовать модели ON/OFF не рекомендуется, т.к. это негативно скажется на сроке службы аккумуляторов.

Надеемся, приведенные выше советы по выбору контроллера заряда помогут Вам!