شارژ کنترل چیست و چرا به آن نیاز داریم؟

شارژ کنترل یا باتری شارژر دستگاهی است که به وسیله آن باتری ها را شارژ کرده و از آنها در برابر اورشارژ حفاظت می کنیم. شارژ کنترل ولتاژ و جریان خروجی از پنل ها را در باتری ها ذخیره می کند. اکثر پنل ها دارای خروجی 12 ولت می باشند اما در ولتاژ تولیدی آن ها در برخی مواقع بین 16 تا 20 ولت می باشد. بنابراین در صورت عدم وجود شارژ کنترل باعث آسیب رسانی به باتری ها به دلیل ولتاژ بالای شارژ می گردد. ولتاژ شارژ باتری ها معمولا بین 14 تا 14.5 ولت می باشد.

آیا همیشه به شارژ کنترل نیاز است؟

استفاده از شارژ کنترل در اغلب موارد ضروری می باشد اما در مواردی هم چون پنل های 5 وات استفاده از آن لازم نمی باشد. هم چنین در مواردی که ولتاژ و جریان خروجی از پنل پایین می باشد نیز استفاده ازآن ضروری نمی باشد.

چرا پنل های 12 ولت خروجی 17 ولت دارند؟

چرا پنل ها به صورتی ساخته نمی شود تا خروجی آن ها در بیشینه حالت 12 ولت بوده تا دیگر نیازی به وجود شارژ کنترل نباشد. پاسخ این سوال این است که در صورت تولید پنل هایی با بیشینه ولتاژ 12 ولت تنها در صورتی قادر به دریافت 12 ولت خواهیم بود که پنل را در شرایط دمایی خاص، زاویه تابش خاص و هم چنین تابش آفتاب کامل قرار دهیم. بنابراین لازم است تا پنل ها را به صورتی سازند تا در صورت ابری بودن هوا و یا شرایط مختلف آب و هوایی خروجی مناسبی را بتوان از آن دریافت نمود.

انواع مختلف شارژ کنترلر

شارژ کنترلر های مختلفی در ابعاد، شکل ها، قابلیت ها و ... وجود دارند. در حالت کلی شارژ کنترل هایی با ظرفیت 5 آمپر تا 60 آمپر در بازار موجود بوده که در جریان های بالا امکانات مختلفی مثل رابط کاربری با کامپیوتر را در اختیار شما قرار می هد. در صورت نیاز شما به شارژ کنترلی با بیشنه جریان بیشتر از 60 آمپر توصیه می گردد تا از پارالل کردن شارژ کنترل هایی با توان کمتر استفاده نمایید. در حالت کلی می توان شارژ کنترل ها را به 3 دسته زیر تقسیم کرد:

ساده یا 2 مرحله ای

در این شارژکنترل ها با استفاده از 1 ترانزیستور ولتاژ شارژ کنترل می گردد. در این شارژ کنترل ها در صورت رسیدن ولتاژ باتری به یک میزان مشخص جریان شارژ دهی قطع می گردد. این نوع از شارژکنترل ها بسیار قدیمی بوده اما به دلیل قیمت بسیار پایین هم چنان در برخی از سیستم ها از آن ها استفاده می گردد.

شارژ کنترل PWM یا 3 مرحله ای

این نوع از شارژ کنترل ها در حال حاضر استفاده گسترده ای در بازار دارد.

شارژ کنترل MPPT

این نوع از شارژ کنترل ها را می توان به عنوان آخرین نسل شارژ کنترل ها معرفی نمود. راندمان این نوع از شارژمنترلها بین 94% تا 98% بوده و می توانند توانی بین 10% تا 30% بیشتر از سایر شارژ کنترل ها در اختیار باتری قرار دهند.

شارژ کنترلهای ساده معمولا دارای یک یا چند LED برای نمایش میزان شارژ باتری می باشد اما شارژ کنترل MPPT دارای صفحه نمایش دیجیتال و کنترلرهای کامپیوتری می باشد. برخی از شارژ کنترل ها تنها میزان خروجی های پنل و باتری ها را نمایش می دهد و برخی دیگر میزان خروجی ای که از ترمینال LOAD استفاده می گردد.

PWM  چیست؟

شارژدهی PWM مخفف شده عبارت Pulse Width Modulation می باشد. شارژ PWM را می توان در دسته شارژ دهی شناور دسته بندی نمود. در این نوع شارژ دهی به جای یک خروجی ثابت و پیوسته از شارژ کنترل از پالس استفاده می گردد. به عبارت دیگر می توان این نوع از شارژ دهی را به یک کلید قطع-وصل سریع تشبیه نمود که با قطع و وصل سریع جریان را به باتری ارسال می کند.شارژ کنترل به طور مداوم میزان شارژ باتری را بررسی می کند تا متناسب با آن پالس را ارسال نماید. در باتری هایی با شارژ خالی این پالس معمولا پیوسته و صورت طولانی می باشد.

خروجی LOAD چیست ؟

در برخی از شارژ کنترل ها این خروجی درنظر گرفته شده است تا از آن برای وسایل الکتریکی با مصرف کم استفاده گردد. مزیت استفاده از این خروجی این است که در صورت کاهش انرژی باتری خروجی را قطع کرده و بدین صورت از باتری محافظت می نماید. این خروجی اغلب برای مصارف روشنایی استفاده می گردد.

خروجی SENSE چیست؟

در برخی از شارژ کنترل ها این خروجی وجود دارد و وظیفه آن بررسی ولتاژ باتری و مقایسه آن با ولتاژ ارسالی به آن می باشد تا در صورت وجود مغایرت ولتاژ ارسالی به باتری را به آرامی افزایش دهد. این خروجی در زمانی استفاده می شود که فاصله کابل کشی شارژ کنترل از باتری زیاد باشد.

MPPT چیست؟

شارژ کنترل MPPT مخفف شده عبارت maximum power point tracker می باشد. شارژ کنترل MPPT یک مبدل DC به DC می باشد که اتصال آرایه پنل ها و باتری ها را بهینه سازی می کند. به بیان ساده این نوع از شارژ کنترل ها ولتاژ DC بالای پنل ها را به ولتاژ DC با ولتاژ کمتر تبدیل می کنند.

شرایط دمایی

شارژ کنترلرهای MPPT در مکان هایی که دارای هوا سرد هستند راندمان بیشتری دارند . زیرا هر چقدر دما کمتر باشد افت ولتاژ هم کمتر است و اگر افت کم باشد ، شارژ کنترلر MPPT می تواند اضافه ولتاژ را تبدیل به جریان کند . پس راندمان در دمای کم زیادتر می شود . مثلا ولتاژ تولیدی یک پنل در دمای سرد 17 ولت است و ولتاژ باطری ها 12 ولت ، شارژ کنترلر MPPT این قابلیت را دارد که اضافه ولتاژ را تبدیل به جریان کند ولی شارژ کنترلر PWM اضافه ولتاژ را تلف می کند . حال اگر پنل را در دمای بالاتری نصب کنیم که ولتاژ تولیدی ان حدود 15 ولت باشد می بینیم که با توجه به کم شدن ولتاژ جریان تولیدی شارژ کنترلر MPPT نیز کم می شود ولی شارژ کنترلر PWM حدوداً بازده ثابتی دارد . یعنی در شارژ کنترلرهای PWM با کم و زیاد شدن ولتاژ (در حدود مشخص ) فقط توان تلف شده در انها کم و زیاد می شود .

در کل شارژ کنترلر MPPT در هوای سرد در حدود 20 الی 25 درصد بیشتر از شارژ کنترلر PWM بازده دارد .

انتخاب نوع شارژ کنترلر با توجه به تعداد پنل ها و توان بارها :

اگر در یک سیستم تعداد پنل ها بیش از توانی که بارها نیاز دارند باشد ، باطری ها تقریباً همیشه در حالت شارژ کامل قرار دارند پس بهتر است از شارژ کنترلر PWM استفاده کرد بدون نیاز به زیاد کردن هزینه ها برای خرید شارژ کنترلر MPPT ولی در کل در سیستم های کوچک استفاده از شارژ کنترلر PWM اقتصادی تر است .

اثر لبه ی ابر ((Edge of Cloud Effect (ECE)

زمانی که سایه ابرها در حال افتادن بر روی پنل است یا زمانی که این سایه ابر در حال خارج شدن از روی پنل خورشیدی است اگر دقت کنیم درست در مرز بین سایه و نور خورشید میزان نور شدیدتر است که این بخاطر پدیده شکست نور می باشد . در نتیجه میزان ولتاژ تولید شده در پنل برای زمان محدودی زیادتر از حد نرمال می شود پس ما باید این اضافه ولتاژ را در طراحی شارژ کنترلر در نظر بگیریم . معولاً میزان امپر شارژ کنترلر را بین 20 تا 30 درصد زیادتر از میزان مورد نیاز در نظر می گیرند تا اثر این پدیده را جبران کنند . مثلاً برای چهار پنل 75 الی 80 واتی نیاز به یک شارژ کنترلر 30 امپری داریم زیرا هر پنل در حدود 6 امپر تولید می کند که در مجموع 24 امپر می شود . و با احتساب 25 درصد اثر لبه ی ابر (ECE) حدود 30 امپر تولید می کند .

نکته

در هنگام نصب برای جلوگیری از صدمات احتمالی به سیستم اولین اتصال باید شارژ کنترلر به باتری ها باشد و سپس شارژ کنترلر به پنل خورشیدی و در هنگام قطع اخرین اتصالی که قطع می کنیم باید شارژ کنترلر و باتری باشد .

جهت خرید یا مشاوره در زمینه انواع کنترل شارژ خورشیدی و یا سایر اجزای سیستم فتوولتاییک با انرژی کالا تماس بگیرید.