Este completo controlador de carga solar está diseñado para cargar eficazmente una gran batería de 12 V 100 Ah con la máxima eficiencia. El cargador solar es prácticamente infalible en términos de sobrecarga de la batería, cortocircuito de carga o condiciones de sobrecorriente.
Los elementos clave de este circuito regulador solar de 100 Ah son, obviamente, el panel solar y la batería (12 V). La batería aquí funciona como una unidad de almacenamiento de energía.
Las lámparas de CC de bajo voltaje y cosas por el estilo podrían funcionar directamente desde la batería, mientras que un inversor de energia podría funcionar para convertir el voltaje directo de la batería en 240 V CA.
Sin embargo, todas estas aplicaciones generalmente no son el tema de este contenido, que se centra en conectar una batería con un panel solar . Puede parecer demasiado tentador conectar un panel solar directamente con la batería para cargarlo, pero nunca se recomienda. Un apropiado controlador de carga es crucial para cargar cualquier batería desde un panel solar.
La importancia principal del controlador de carga es reducir la corriente de carga durante los picos de luz solar cuando el panel solar obtiene mayores cantidades de corriente más allá del nivel requerido de la batería.
Esto se vuelve importante porque la carga con alta corriente puede ocasionar daños críticos a la batería y ciertamente puede disminuir la vida útil de la batería.
Sin controlador de carga, el peligro de sobrecargar la batería suele ser inminente, ya que la salida de corriente de un panel solar está directamente determinada por el nivel de irradiación del sol o la cantidad de luz solar incidente.
Básicamente, encontrará un par de métodos para controlar la corriente de carga: a través de regulador de serie o un regulador paralelo.
Un sistema regulador en serie suele tener la forma de un transistor que se introduce en serie entre el panel solar y la batería.
El regulador paralelo tiene la forma de un regulador de 'derivación' conectado en paralelo con el panel solar y la batería. los Regulador de 100 Ah explicado en esta publicación es en realidad un controlador de regulador solar de tipo paralelo.
La característica clave de un regulador de derivación es que no requiere grandes cantidades de corriente hasta que la batería esté completamente cargada. En la práctica, su propio consumo actual es tan reducido que puede ignorarse.
Una vez el la batería está completamente cargada sin embargo, el exceso de energía se disipa en calor. Específicamente en los paneles solares más grandes, esa alta temperatura requiere una estructura relativamente enorme del regulador.
Junto con su propósito real, una decente controlador de carga adicionalmente proporciona seguridad de muchas maneras, junto con una protección contra la descarga profunda de la batería, un fusible electronico y una seguridad confiable hacia la inversión de polaridad para la batería o el panel solar.
Simplemente porque todo el circuito es impulsado por la batería a través de un diodo de protección de polaridad incorrecta, D1, el regulador de carga solar continúa funcionando normalmente incluso cuando el panel solar no está suministrando corriente.
El circuito utiliza el voltaje de la batería no regulado (unión D2 -R4) junto con un voltaje de referencia extremadamente preciso de 2.5 V. que se genera usando el diodo Zener D5.
Dado que el regulador de carga por sí solo funciona perfectamente con una corriente inferior a 2 mA, la batería apenas se carga durante la noche o cuando el cielo está nublado.
El consumo mínimo de corriente por parte del circuito se logra mediante el uso de MOSFET de potencia tipo BUZ11, T2 y T3, cuya conmutación depende del voltaje, esto les permite funcionar prácticamente a cero potencia de accionamiento.
El control de carga solar propuesto para batería de 100 Ah monitorea la batería voltaje y regula el nivel de conducción del transistor T1.
Cuanto mayor sea el voltaje de la batería, mayor será la corriente que pasa por T1. Como resultado, la caída de voltaje alrededor de R19 aumenta.
Este voltaje a través de R19 se convierte en el voltaje de conmutación de puerta para MOSFET T2, lo que hace que el MOSFET cambie más fuerte, disminuyendo su resistencia de drenaje a fuente.
Debido a esto, el panel solar se carga más, lo que disipa el exceso de corriente a través del R13 y T2.
El diodo Schottky D7 protege la batería de la inversión accidental de los terminales + y - del panel solar.
Este diodo además detiene el flujo de corriente desde la batería hacia el panel solar en caso de que el voltaje del panel caiga por debajo del voltaje de la batería.
Cómo funciona el regulador
El diagrama de circuito del regulador de cargador solar de 100 Ah se puede ver en la figura anterior.
Los elementos principales del circuito son un par de MOSFET 'pesados' y un IC de amplificador operacional cuádruple.
La función de este IC podría dividirse en 3 secciones: el regulador de voltaje construido alrededor de IC1a, el controlador de sobredescarga de la batería configurado alrededor de IC1d y la electrónica protección contra cortocircuitos cableado alrededor de IC1c.
IC1 funciona como el componente de control principal, mientras que T2 funciona como una resistencia de potencia adaptable. T2 junto con R13 se comporta como una carga activa a la salida del panel solar. El funcionamiento del regulador es bastante sencillo.
Una porción variable del voltaje de la batería se aplica a la entrada no inversora del amplificador operacional de control IC1a a través del divisor de voltaje R4-P1-R3. Como se discutió anteriormente, el voltaje de referencia de 2.5 V se aplica a la entrada inversora del amplificador operacional.
El procedimiento de trabajo de la regulación solar es bastante lineal. El IC1a verifica el voltaje de la batería, y tan pronto como alcanza la carga completa, enciende T1, T2, provocando una derivación del voltaje solar a través de R13.
Esto asegura que la batería no esté sobrecargada o sobrecargada por el panel solar. Las piezas IC1b y D3 se utilizan para indicar la condición de 'carga de la batería'.
El LED se ilumina cuando el voltaje de la batería alcanza los 13,1 V y cuando se inicia el proceso de carga de la batería.
Cómo funcionan las etapas de protección
El opamp IC1d está configurado como un comparador para monitorear el bateria BAJA nivel de voltaje y garantizar la protección contra descargas profundas y MOSFET T3.
El voltaje de la batería primero se reduce proporcionalmente a alrededor de 1/4 del valor nominal mediante el divisor resistivo R8 / R10, después de lo cual se compara con un voltaje de referencia de 23 V obtenido a través de D5. La comparación la realiza IC1c.
Las resistencias del divisor de potencial se seleccionan de tal manera que la salida de IC1d desciende una vez que el voltaje de la batería cae por debajo de un valor aproximado de 9 V.
MOSFET T3 posteriormente inhibe y corta el enlace de tierra a través de la batería y la carga. Debido a la histéresis generada por la resistencia de retroalimentación R11, el comparador no cambia de estado hasta que el voltaje de la batería ha alcanzado nuevamente los 12 V.
El condensador electrolítico C2 impide que la protección de descarga profunda se active por caídas de voltaje instantáneas debido, por ejemplo, al encendido de una carga masiva.
La protección contra cortocircuitos incluida en el circuito funciona como un fusible electrónico. Cuando ocurre un cortocircuito accidentalmente, corta la carga de la batería.
Lo mismo también se implementa a través de T3, que muestra la función gemela crucial del MOSFET T13. El MOSFET no solo funciona como un disyuntor de cortocircuito, sino que su unión de drenaje a fuente también desempeña su papel como una resistencia informática.
La caída de voltaje generada a través de esta resistencia se reduce mediante R12 / R18 y posteriormente se aplica a la entrada inversora del comparador IC1c.
Aquí también se utiliza como referencia el voltaje preciso proporcionado por D5. Mientras la protección contra cortocircuitos permanezca inactiva, el IC1c continúa proporcionando una salida lógica 'alta'.
Esta acción bloquea la conducción D4, de modo que la salida IC1d decide únicamente el potencial de la puerta T3. Se logra un rango de voltaje de puerta de alrededor de 4 V a 6 V con la ayuda del divisor resistivo R14 / R15, lo que permite que se establezca una caída de voltaje clara en la unión de drenaje a fuente de T3.
Una vez que la corriente de carga llega a su nivel más alto, la caída de voltaje aumenta rápidamente hasta que el nivel es suficiente para alternar IC1c. Esto ahora hace que su salida sea lógicamente baja.
Debido a esto, ahora se activa el diodo D4, permitiendo que la puerta T3 se cortocircuite a tierra. Debido a esto, ahora el MOSFET se apaga, deteniendo el flujo de corriente. La red R / C R12 / C3 decide el tiempo de reacción del fusible electrónico.
Se establece un tiempo de reacción relativamente lento para evitar la activación incorrecta del funcionamiento del fusible electrónico debido a un aumento de corriente alto momentáneo ocasional en la corriente de carga.
El LED D6, además, se emplea como referencia de 1,6 V, asegurándose de que C3 no pueda cargar por encima de este nivel de voltaje.
Cuando se elimina el cortocircuito y la carga se desconecta de la batería, C3 se descarga gradualmente a través del LED (esto puede tardar hasta 7 segundos). Dado que el fusible electrónico está diseñado con una respuesta razonablemente lenta, no significa que se permitirá que la corriente de carga alcance niveles excesivos.
Antes de que se pueda activar el fusible electrónico, el voltaje de la compuerta T3 solicita al MOSFET que restrinja la corriente de salida al punto que se determina mediante la configuración del preajuste P2.
Para garantizar que nada se queme ni se fríe, el circuito también cuenta con un fusible estándar, F1, que se conecta en serie con la batería, y brinda la tranquilidad de que una posible falla en el circuito no desencadenaría una catástrofe inmediata.
Como escudo defensivo definitivo, se ha incluido D2 en el circuito. Este diodo protege las entradas IC1a e IC1b contra daños, debido a una conexión inversa accidental de la batería.
Selección del panel solar
La decisión sobre el panel solar más adecuado depende, naturalmente, de la clasificación de Ah de la batería con la que desee trabajar.
El regulador de carga solar está diseñado básicamente para paneles solares con un voltaje de salida moderado de 15 a 18 voltios y de 10 a 40 vatios. Este tipo de paneles suelen ser adecuados para baterías de entre 36 y 100 Ah.
Sin embargo, dado que el regulador de carga solar está especificado para proporcionar un consumo de corriente óptimo de 10 A, se pueden aplicar paneles solares de 150 vatios.
El circuito regulador del cargador solar también se puede aplicar en molinos de viento y con otras fuentes de voltaje, siempre que el voltaje de entrada esté en el rango de 15-18 V.
La mayor parte del calor se disipa a través de la carga activa, T2 / R13. No hace falta decir que el MOSFET debe enfriarse de manera efectiva a través de un disipador de calor, y el R13 debe clasificarse adecuadamente para soportar temperaturas extremadamente altas.
El vataje R13 debe estar de acuerdo con la clasificación del panel solar. En el escenario (extremo) cuando un panel solar está conectado con un voltaje de salida sin carga de 21 V, y también una corriente de cortocircuito de 10 A, en tal escenario, T2 y R13 comienzan a disipar una potencia equivalente al voltaje diferencia entre la batería y el panel solar (alrededor de 7 V) multiplicada por la corriente de cortocircuito (10 A), o simplemente 70 vatios!
En realidad, esto podría ocurrir una vez que la batería esté completamente cargada. La mayor parte de la energía se libera a través de R13, ya que el MOSFET ofrece una resistencia muy baja. El valor de la resistencia MOSFET R13 se puede determinar rápidamente mediante la siguiente ley de Ohm:
R13 = P x yo2= 70 x 102= 0,7 ohmios
Sin embargo, este tipo de producción extrema de paneles solares podría parecer inusual. En el prototipo del regulador de carga solar se había aplicado una resistencia de 0,25 Ω / 40 W formada por cuatro resistencias conectadas en paralelo de 1Ω / 10 W. La refrigeración necesaria para T3 se calcula de la misma forma.
Suponiendo que la corriente de salida más alta es 10 A (que se compara con una caída de voltaje de aproximadamente 2.5 V sobre la unión de drenaje-fuente), entonces se debe evaluar una disipación máxima de aproximadamente 27W.
Para garantizar un enfriamiento adecuado de T3 incluso a temperaturas de fondo excesivas (por ejemplo, 50 ° C), el disipador de calor debe utilizar una resistencia térmica de 3,5 K / W o menos.
Las partes T2, T3 y D7 están dispuestas en un lado particular de la PCB, lo que facilita su fácil conexión a un solo disipador de calor común (con componentes de aislamiento).
La disipación de estos tres semiconductores debe, por tanto, incluirse y, en ese caso, queremos un disipador de calor con unas especificaciones térmicas de 1,5 K / W o superiores. El tipo descrito en la lista de piezas cumple con este requisito previo.
Como instalar
Afortunadamente, el circuito regulador solar de batería de 100 Ah es bastante fácil de configurar. No obstante, la tarea exige un par de fuentes de alimentación (reguladas) .
Uno de ellos se ajusta a un voltaje de salida de 14,1 V y se acopla a los cables de la batería (denominados 'accu') en la PCB. La segunda fuente de alimentación debe tener un limitador de corriente.
Este suministro se ajusta al voltaje de circuito abierto del panel solar (por ejemplo, 21 V, como en la condición indicada anteriormente) y se acopla a los terminales de horquilla designados como un 'células'.
Cuando ajustamos el P1 correctamente, el voltaje debería disminuir a 14,1 V. ¡No se preocupe por esto, ya que el limitador de corriente y el D7 garantizan que absolutamente nada puede salir mal!
Para un ajuste efectivo de P2, debe trabajar con una carga que sea un poco más alta que la carga más pesada que pueda ocurrir en la salida. Si desea extraer el máximo de este diseño, intente elegir una corriente de carga de 10 A.
Esto podría lograrse utilizando una resistencia de carga de 1Ω x120 W, compuesta, por ejemplo, de 10 resistencias de 10Ω / 10 W en paralelo. El preajuste P2 se gira al principio a 'Máximo (limpiaparabrisas hacia R14).
Después de eso, la carga se conecta a los cables designados como 'carga' en la PCB. Ajuste P2 lenta y cuidadosamente hasta que alcance el nivel en el que T3 simplemente se apaga y corta la carga. Después de retirar las resistencias de carga, los cables de 'carga' se pueden cortocircuitar momentáneamente para probar que el fusible electrónico funciona correctamente.
Diseños de PCB
Lista de partes
Resistencias:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2,2 mil
R7, R14, R18, R21 = 100.000
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1 M
R13 = ver texto
R17 = 10k
P1 = 5k preestablecido
P2 = 50k preestablecido
Condensadores:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V radial
C3 = 10 uF / 16 V
Semiconductores:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED rojo
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Diverso:
F1 = fusible 10 A (T) con soporte para montaje en PCB
8 terminales de horquilla para montaje con tornillos
Disipador de calor 1.251VW
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