산업기술
산업 제조
PWM (펄스 폭 변조) 컨트롤러는 태양광 패널과 배터리 사이의 (전자적) 전환 장치입니다:
태양광 충전 컨트롤러(종종 레귤레이터라고 함)는 표준 배터리 충전기와 동일합니다. 즉, 태양광 패널에서 배터리 뱅크로 흐르는 전류를 제어하여 배터리 과충전을 방지합니다. 표준 배터리 충전기처럼 다양한 유형의 배터리를 수용할 수 있습니다.
흡수 전압으로 부동 전압을 선택할 수 있으며, 시간과 테일 전류도 종종 설정할 수 있습니다. 컨트롤러가 완전 충전 상태일 때 고정 부동 전압을 유지하거나 셀당 약 3.4V(약 13.6V)를 하루 종일 유지하므로 리튬인산철 배터리에 가장 적합합니다.
가장 인기 있는 충전 프로파일은 품질 좋은 메인 어댑터에서 볼 수 있는 동일한 간단한 시퀀스입니다. 즉, 벌크 모드 – 흡수 모드 – 부동 모드. 벌크 충전 모드 진입 조건:
이 벌크 모드 재진입은 납축 배터리에 더 잘 작동합니다. 리튬 기반 배터리는 방전 기간 나머지 동안 더 높고 안정적인 전압을 유지하기 때문에 전압 강하가 납축 배터리보다 덜 현저합니다.
태양광 충전 컨트롤러에서:
스위치가 OFF일 때 패널 전압은 개방 회로 전압(Voc)에 있습니다. 스위치가 ON일 때 패널 전압은 배터리 전압 + 패널과 컨트롤러 사이의 전압 강하에 있습니다.
PWM 컨트롤러에 가장 적합한 매칭:
PWM 컨트롤러에 가장 잘 맞는 패널은 배터리 충전에 필요한 전압보다 약간 높은 전압을 가진 패널로, 온도를 고려하여 일반적으로 12V 배터리 충전용으로 Vmp(최대 전압)이 약 18V인 패널입니다. Vmp가 약 18V임에도 불구하고 때때로 12V 패널이라고 불립니다.
아래는 일반적인 PWM 태양광 충전 컨트롤러의 블록 다이어그램입니다.
벌크 충전: 벌크 충전 단계는 PV 장치가 배터리 충전의 대부분을 수행하는 단계입니다. 전압이 낮을 때 장치는 높은 전류와 전압으로 배터리를 충전합니다. 배터리 단자 전압이 설정된 유지 값보다 더 높아지면 직접 충전을 중단해야 합니다.
흡수 충전: 일반적으로 1단계 충전 후 배터리는 전압이 자연스럽게 감소하도록 일정 기간 대기한 후 평형 충전 단계에 도달합니다. 이 단계는 정전압 충전이라고도 합니다.
부동 충전: 3단계 충전의 마지막 단계로 트리클 충전이라고도 합니다. 트리클은 낮고 일정한 속도로 배터리에 약간의 충전 전류를 공급하는 것입니다. 대부분의 충전식 배터리는 자기 방전으로 인해 완전 충전 시 전력을 잃습니다. 충전이 자기 방전율과 같은 낮은 전류로 유지되면 충전 용량을 유지할 수 있습니다.
PWM 태양광 컨트롤러 장점:
PWM 태양광 충전 컨트롤러 단점:
관련 게시물: PV 시스템에서 최대 전력 점 알고리즘 소개
중앙 충전 컨트롤러는 본질적으로 장치의 전압을 조절하고 배터리 전압이 일정 수준으로 상승하면 회로를 열어 충전을 멈춥니다. 더 많은 충전 컨트롤은 기계식 릴레이를 사용하여 회로를 열거나 닫고, 전기 저장 장치로부터의 전력을 중단하거나 시작합니다.
일반적으로 12V 배터리가 태양광 발전 애플리케이션에 사용됩니다. 태양광 패널은 배터리 충전에 필요한 전압보다 훨씬 더 많은 전압을 전달할 수 있습니다. 충전 전압은 가능한 최고 수준으로 유지되면서 전기 저장 장치를 완전히 충전하는 데 걸리는 시간은 최소화됩니다. 이는 태양광 시스템이 지속적으로 최적으로 작동하도록 돕습니다. 태양광 패널 케이블에서 충전 컨트롤러로 더 높은 전압을 실행하면 와이어의 전력 소모가 크게 낮아집니다.
태양광 충전 컨트롤러는 역전류 흐름도 제어할 수 있습니다. 충전 컨트롤러는 태양광 패널에서 전력이 들어오지 않는지 감지하고 회로를 열어 태양광 패널을 배터리 장치로부터 분리하여 역전류 흐름을 멈춥니다.
태양광 충전 컨트롤러 유형:
태양광 충전 컨트롤러에는 세 가지 유형이 있습니다.
1) 단순 1 또는 2단계 제어: 한두 단계에서 전압을 조절하기 위해 스위칭 트랜지스터를 가집니다.
2) PWM (펄스 폭 변조): 이것은 충전 컨트롤러의 전통적인 형태입니다(예: Xantrex, Blue Sky 등). 현재 업계 표준입니다.
3) 최대 전력 점 추적 (MPPT): MPPT는 태양광 패널 어레이의 최적 작동 전압과 전류를 식별하고 이를 배터리 뱅크와 매칭합니다.
PWM 컨트롤러는 전류 성능을 제한할 수 없습니다. 단지 패널에서 나오는 전류를 사용할 뿐입니다. 따라서 태양광 어레이가 40A의 전류를 생성하는데 사용하는 충전 컨트롤러가 30A로만 정격되어 있다면 컨트롤러가 손상될 수 있습니다. 충전 컨트롤러가 패널과 병렬로 호환되고 올바르게 크기 선정되었는지 확인하는 것이 필수적입니다.
충전 컨트롤러를 볼 때 기능 목록이나 태그에서 여러 항목을 확인합니다. PWM 컨트롤러에는 암페어 표시가 있습니다(예: 30A PWM 컨트롤러). 이는 컨트롤러가 수용할 수 있는 암페어 수를 반영합니다(위 예에서 30A). 일반적으로 PWM 컨트롤러에서 볼 두 가지는 암페어와 전압 정격입니다.
다음으로 공칭 장치 전압을 봅니다. 이는 컨트롤러의 배터리 뱅크와 호환되는 전압을 알려줍니다. 이 상황에서는 12V 또는 24V 배터리 뱅크를 사용할 수 있습니다. 컨트롤러는 48V 배터리 뱅크와 같은 더 높은 전압에서는 작동할 수 없습니다.
둘째, 배터리의 정격 전류가 중요합니다. 여기서는 30A 정격 충전 컨트롤러가 있다고 가정합니다. 최소 1.25의 보호 비율이 권장되며, 이는 패널에서 나오는 전류를 1.25로 평균 내어 30A와 비교한다는 의미입니다. 예: 5개의 100와트 패널을 병렬로 연결하면 5.29 × 5 = 26.45A입니다. 26.45A × 1.25 = 33A로 컨트롤러에 너무 많습니다. 태양광 조사량이 1000W/m² 이상일 때 패널은 정격보다 더 많은 전류를 만납니다.
셋째, 최대 태양광 입력 전압을 봐야 합니다. 이는 컨트롤러에 입력할 수 있는 볼트 수를 보여줍니다. 이 컨트롤러는 50V 이상을 견딜 수 없습니다. 2개의 100와트 패널을 직렬로 연결하여 총 22.5V(개방 회로 전압) × 2 = 45V로 만드는 경우를 살펴봅시다. 이 경우 이 두 패널을 직렬로 배선하는 것이 괜찮습니다.
넷째, 단자를 봐야 합니다. 각 컨트롤러에는 일반적으로 최대 단자 게이지 크기가 있습니다. 이는 기계용 배선 구매 시 중요합니다.
마지막으로 배터리 유형을 봐야 합니다. 이는 충전 컨트롤러와 호환되는 배터리를 알려줍니다. 컨트롤러 장치가 충전할 수 없는 배터리를 구매하지 않으려면 이 점을 확인하는 것이 필수적입니다.
다음은 PWM 태양광 충전 컨트롤러 크기 선정을 위한 또 다른 기본 예제입니다.
ISC(단락 전류)가 8A인 100W, 12V 태양광 패널에 적합한 PWM 태양광 충전 컨트롤러 크기는?
해결:
태양광 충전 컨트롤러의 적절한 크기를 찾기 위해 25% 전류 안전 계수인 1.25 × ISC를 더해야 합니다.
따라서: 8A × 1.25 = 10A.
따라서 이 기본 태양광 패널 시스템에 10A, 12V 태양광 충전 컨트롤러를 안전하게 사용할 수 있습니다.
다른 방법으로, 총 연결 DC 부하가 12V, 95W인 경우.
공칭 부하 전류 = 총 DC 부하 / 공칭 시스템 전압 = 95W / 12V
공칭 부하 전류 = 7.91A
안전 계수 × 공칭 부하 전류
1.25 × 7.91 = 9.9A
마지막으로 기본 전력 공식 방법: P = V × I
I = (P/V) × 1.25
I = (95W/12V) × 1.25
I = 9.9A
직렬 및 병렬 연결된 태양광 패널과 배터리에 대해 전압 및 전류 정격에 따라 동일한 공식을 적용해야 합니다. 이전 게시물에서 PWM 및 MPPT 충전 컨트롤러 크기 선정에 대한 더 많은 해결 예제를 볼 수 있습니다.
핵심 차이점은:
"MPPT 컨트롤러로 20% 이상 더 많은 에너지 수확"과 같은 슬로건도 보셨을 것입니다. 이 추가 수확량도 크게 다르며, 패널이 풀 선라이트에 있고 컨트롤러가 벌크 충전 모드일 때를 기준으로 합니다. 전압 강하를 무시하고 단순 패널과 단순 수학을 예로 들어보겠습니다:
충전기 전압 = 13V (배터리 전압은 완전 방전 시 10.8V, 흡수 충전 모드 시 14.4V 사이에서 변동). 13V에서 패널 암페어는 총 전력 암페어보다 약간 높을 것입니다. 약 5.2A라고 가정합니다.
PWM 컨트롤러에서는 패널 출력이 5.2A × 13V = 67.6와트입니다. 패널 전압이 배터리 전압 위에 머무는 한 패널 온도에 관계없이 이 전력량이 끌어와집니다.
MPPT 컨트롤러에서는 패널 전력 출력이 5.0A × 18V = 90와트, 즉 25% 더 높습니다. 하지만 이는 지나치게 낙관적입니다. 전압은 온도 상승에 따라 감소하므로 패널 온도가 정상 테스트 조건(STC) 온도 25°C보다 30°C 상승한다고 가정합니다. 10°C마다 4%씩 전압이 떨어지므로 총 12% 감소, MPPT 출력은 5A × 15.84V = 79.2W, 즉 PWM 컨트롤러보다 17.2% 더 많은 전력입니다.
따라서 MPPT 컨트롤러로 에너지 수확량이 증가하지만, 수확량 증가율은 하루 동안 크게 달라집니다.
태양광 배터리 충전은 독특하고 도전적인 과제입니다. 과거에는 태양광 패널이 과도한 전기를 제공할 때 배터리 가스를 줄이기 위해 필수적인 온오프 레귤레이터가 사용되었습니다. 그러나 태양광 시스템이 진화함에 따라 이러한 단순한 도구들이 충전 과정을 얼마나 망쳤는지 명백해졌습니다.
온오프 레귤레이터의 경험은 초기 배터리 고장, 증가하는 부하 분리, 증가하는 소비자 불만이었습니다. PWM은 최근 태양광 배터리 충전에서 최초의 혁신으로 등장했습니다. PWM 태양광 충전기는 대부분의 최신 고품질 배터리 충전기와 유사한 하드웨어를 사용합니다.
배터리 전압이 제어 한도를 초과하면 PWM 알고리즘은 충전 전류를 천천히 감소시켜 배터리 가열과 가스를 방지하면서 가능한 최단 시간에 배터리에 총 에너지 양을 되돌려주기 시작합니다. 이는 더 나은 충전 효율, 빠른 재충전, 최대 전력에서 오래 지속되는 배터리를 결과로 만듭니다.
또한 이 새로운 태양광 배터리 충전 방식은 매우 매력적이고 독특한 PWM 펄세이션 이점을 제공합니다.
다음을 포함합니다:
PWM은 괜찮은 저비용 옵션입니다:
MPPT 컨트롤러가 이상적으로 적합한 경우:
최근 태양광으로부터 전기를 생산하는 방식이 다른 대체 소스보다 더 보편화되었으며, 광전지 패널은 배출이 없고 높은 유지보수가 필요하지 않습니다. 태양광 에너지를 사용하는 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
참고: 이 기사는 www.electricaltechnology.org에서 발행되었습니다.
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2600mAh 의미 리튬이온 배터리는 충방전 시 리튬 이온이 음극에서 양극으로(충전) 또는 양극에서 음극으로(방전) 전해질을 통해 이동하는 충전지입니다. 메모리 효과 없음, 낮은 자기방전, 높은 에너지 밀도로 전기차, 휴대용 전자기기(보조배터리 등)에 널리 쓰입니다. 2600mAh는 대표적인 리튬이온 셀로 효율적 전력 공급과 컴팩트한 크기가 장점입니다. mAh(밀리암페어시)는 1시간 동안 공급 가능한 전류량. 2600mAh = 2.6Ah = 2.6시간 동안 1A 방전 가능. 휴대폰 배터리 용량과 충전 상태에 따라 충전 시간 차이 발