Блок управления мощностью на солнечных элементах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Существует мнение, что солнечные батареи смогут когда-нибудь существенно дополнить и даже вытеснить традиционные источники энергии. Тогда настанет время реальной проверки возможностей солнечных элементов.

В данной главе мы немного заглянем в будущее и проверим способность фотоэлектричества приносить реальную пользу. Больше никаких сувениров, никаких игрушек, только скромная, обыденная работа.

В этой главе читатель ожидает узнать, как солнечная энергия будет помогать нам в ежедневной домашней работе, включающей в себя приведение в действие мощной пилы, комнатного освещения, подачу электроэнергии на различные устройства развлечения и многое другое. Таково будущее солнечной энергетики.

Однако подробности подобных систем в этой книге описаны не будут. Вместо этого будет показано, как можно осуществить управление уже готовой фотоэлектрической системой. Этой цели служит блок управления мощностью.

Блок управления мощностью

Данный блок предназначен для полного контроля ресурса солнечных батарей. С пульта этого блока можно легко осуществлять управление электроснабжением до четырех потребителей энергии. Кроме того, для защиты каждого потребителя имеется плавкий предохранитель.

Но это еще не все. Поскольку работоспособность системы безусловно зависит от степени заряженности свинцово-кислотных батарей, в данное устройство непосредственно встроен блок контроля состояния батареи. Взглянув на пульт управления, можно сразу оценить рабочее состояние источника энергии. И если оно неудовлетворительно, запас энергии достигает опасного уровня, подается предупреждающий сигнал (зуммер).

Чего еще можно желать от контрольно-управляющего устройства?

Контрольно-управляющее устройство распределения мощности

Основная задача блока управления мощностью заключается в распределении фотоэлектрической энергии между различными частями системы. Он также предназначен для сохранения энергии про запас.

Рассмотрим, например, работу преобразователя напряжения, который преобразует постоянное напряжение 12 В, генерируемое солнечными батареями, в переменное напряжение 110 В. Такое напряжение необходимо для работы определенных устройств, например электропилы.

Но преобразователь напряжения потребляет энергию постоянно, даже когда к нему не подключено никакой нагрузки. При этом бесполезно расходуется энергия, которую можно было бы потратить с большей пользой. Следовательно, в блоке управления мощностью необходимо предусмотреть тумблер для отключения инвертора.

В этом блоке предусмотрена возможность отключения любой нагрузки, которая снабжена своим тумблером. Чтобы отключить любую нагрузку от источника энергии, достаточно просто "щелкнуть" выключателем.

Рассматривая рис. 1, можно обнаружить, что блок имеет четыре отдельные схемы, каждая из которых снабжена тумблером, установленным на лицевой панели. Над каждым тумблером имеется небольшой СД. Когда схема запитана, светится соответствующий СД, информируя о том, что энергия подводится к выбранной нагрузке.

Рис.1

Однако контроля за подводом энергии к нагрузке недостаточно. В целях безопасности необходимо следить за силой тока в цепи.

Именно поэтому в качестве выключателей используются не обычные тумблеры, а специальные прерыватели. В отличие от обычных прерывателей, которые быстро изнашиваются при использовании их в качестве выключателей, эти прерыватели предназначены для работы в качестве как ограничителя, так и в качестве выключателя.

Устройство контроля напряжения и степени заряженности аккумуляторных батарей

Блок управления содержит устройство контроля напряжения, который указывает на состояние (степень заряженности) батарей.

Как было показано в гл. 6, напряжение свинцово-кислотной батареи аккумуляторов зависит от заряда, хранящегося в ее элементах. Наглядно это видно из рис. 2, на котором показана зависимость между напряжением и степенью заряженности батареи. Из зависимости следует, что полностью заряженная батарея имеет напряжение 13,2 В, а полностью разряженная - 10,5 В. Для определения степени заряженности аккумуляторных элементов необходимо измерить напряжение на батарее и сравнить его со значением на рис. 2.

Рис.2

Это и делает устройство контроля заряженности батарей. Однако в нем вместо измерительного прибора для индикации напряжения используется световая полоска. Напряжение контролируемой батареи высвечивается 10 светодиодами. Шкала считывания построена так, что каждый последующий диод зажигается при увеличении напряжения на 0,5 В. Если горит первый диод, напряжение составляет 10,5 В, если второй - 11 В, если третий - 11,5 В и т. д. вплоть до 15 В.

Блок индикации выполнен на отдельной интегральной микросхеме LM3914. Внутри ее имеется ряд компараторов, сравнивающих входное напряжение с опорным напряжением источника и включающих лампочку, соответствующую соотношению упомянутых напряжений.

Принцип работы схемы индикации ясен из рис. 3. Резисторы R1, R2, R3 образуют делитель напряжения, который позволяет снизить входное напряжение 12 В (от батареи) до 2,5 В, необходимых для работы микросхемы IC1. Масштаб преобразования напряжения микросхемой IC1 устанавливается переменным резистором VR1. Теперь входное напряжение от батареи поступает на компараторы внутри IC1, которые выносят решение относительно его истинного значения. Это значение затем индицируется одним из 10 светодиодов.

Рис.3

Состояние батареи отображается двояко с помощью цветокодирования светодиодов. Например, 13-вольтовый диод имеет зеленый цвет. Считается, что батарея с напряжением 12-14 В работоспособна, следовательно, диод имеет зеленый цвет.

Однако если напряжение батареи снижается до 11,5 В, а затем до 11 В, то заряд истощается. Эти диоды имеют желтый цвет, индицирующий наличие проблемы, с которой можно столкнуться в дальнейшем.

Последний 10,5-вольтовый диод имеет красный цвет. Если напряжение аккумуляторной батареи упало до этого уровня, то в ней мало (или вообще не имеется) запасенной энергии. Простого взгляда достаточно, чтобы узнать не только точное значение напряжения батареи, но и ее зарядовое состояние (по изменению цвета). В табл. 1 приводится список светодиодов с указанием их цвета и отображаемой ими информации.

Таблица 1. Информация, отображаемая светодиодами

Устройство контроля заряда аккумуляторной батареи

Устройство контроля напряжения батареи позволяет также проверить состояние цепи заряда. В нормальных условиях зарядное напряжение не должно превышать 15,5 В, иначе батарея может выйти из строя.

Поэтому для устройства 15-вольтового индикатора зарезервирован красный свет. Когда он загорается, это не обязательно означает, что что-то произошло, просто по какой-то причине зарядное напряжение чрезмерно велико.

Тревожная сигнализация

И это не все! Знаете ли вы о том, что, допуская заряд батареи ниже 10,5 В, можно повредить ее. Произойдет сульфатация пластин, и крайне важно, чтобы этого не случилось.

В схему введена сигнализация. Если по какой-либо причине напряжение в системе упадет ниже 10,5 В, зазвучит сигнал тревоги. Я подключил к сигнализации также 15-вольтовый вывод индикатора, чтобы сигнал подавался и в случае перезаряда батареи.

Управление сигналом осуществляется двумя логическими элементами микросхемы IC2. Питание на микросхему подается с диода D1

Конструкция

Устройство контроля напряжения батареи выполнено с применением печатного монтажа. Рисунок печатной платы представлен на рис. 4. Не забудьте о том, что в списке деталей приведен адрес поставщика готовой печатной платы для этого устройства.

Рис.4

Элементы схемы размещаются согласно рис. 5. Припаивая радиодетали, обратите внимание на следующие моменты.

Рис.5

Во-первых, на присоединение светодиодов. Необходимо соблюдать полярность, не всегда легко определить, какой вывод диода является анодом, а какой - катодом. Если подключить светодиоды в обратной полярности, они не будут светиться. Необходимо также перед пайкой обратить внимание на соответствие цвета свечения светодиодов и не укорачивать их выводов.

Во-вторых, на соблюдение полярности включения микросхемы IC1, поскольку ошибочное включение приведет к выходу ее из строя. Микросхема - это чип КМОП-структуры, который весьма чувствителен к электростатическому заряду, поэтому необходимо обратить внимание и на этот момент.

Автоматические прерыватели размещаются на лицевой панели алюминиевого корпуса. Для прерывателей, упомянутых в списке деталей, необходимы отверстия диаметром 10 мм.

Необходимо выбрать прерыватели для системы, которые постоянно пропускают необходимый ток, но срабатывают при перегрузке. Нельзя использовать прерыватели со слишком большим порогом срабатывания.

Светодиоды размещаются точно над прерывателями. Под их хромированный корпус-держатель высверливаются отверстия диаметром 6 мм. Монтажная схема всего блока управления мощностью приведена на рис. 6.

Рис.6

Последовательно с четырьмя светодиодами включены резисторы. Их просто припаивают между катодами светодиодов и отключаемыми выводами прерывателей.

Для присоединения внешних устройств на задней стенке корпуса размещается переходная колодка. К внешним устройствам относятся солнечная батарея и коммутируемые приборы. Необходимо убедиться в том, что в цепях электропитания используется провод достаточного диаметра. Проводники, идущие к устройству контроля напряжения батареи, могут быть меньшего диаметра.

Устройство контроля напряжения батареи размещается под прерывателем. Печатная плата крепится на пластмассовых стойках параллельно дну корпуса.

Выводы светодиодов сгибаются так, чтобы светодиоды выступали за край платы, находясь в одной плоскости. Затем светодиоды выдвигают из щели, прорезанной под прерывателями.

Если имеется желание, сделаем надписи под выключателями, можно использовать для этой цели переводной шрифт.

Проверка и настройка

Проверить устройство достаточно просто, необходимо лишь присоединить ко входу 12-вольтовую батарею. Для проверки подключать больше ничего не надо.

Нажмите на прерыватель и проконтролируйте срабатывание по светодиоду. Светодиод должен светиться при включенном прерывателе и гаснуть при отключенном.

Устройство контроля напряжения батареи необходимо предварительно откалибровать. Подключив вольтметр ко входу батареи, необходимо измерить ее напряжение. Затем, вращая переменный резистор VR1, добиваются свечения светодиода, соответствующего измеренному напряжению. На этом калибровка заканчивается

Автор: Байерс Т.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Технология SmartPower HDR 14.01.2026

Ноутбуки стремительно развиваются в плане графики и мультимедийных возможностей, но яркие дисплеи с высоким динамическим диапазоном (HDR) часто становятся серьезной нагрузкой для аккумуляторов. Длительная работа с видео высокого качества или играми в HDR приводит к быстрой разрядке батареи, что ограничивает мобильность пользователей и снижает комфорт работы. Решить эту проблему призвана новая технология SmartPower HDR, разработанная совместно компаниями Samsung Display и Intel. Суть технологии заключается в динамическом управлении напряжением OLED-панелей. Чипсет ноутбука в реальном времени анализирует пиковую яркость каждого кадра и передает эти данные контроллеру дисплея, который оптимизирует подачу напряжения в зависимости от количества активных пикселей. В отличие от традиционных режимов HDR, где яркость часто фиксируется на максимальном уровне, SmartPower HDR адаптируется к конкретному контенту, что снижает энергопотребление без потери качества изображения. Технология позвол ...>>

Недосып существенно сокращает жизнь 13.01.2026

Сон является одной из самых фундаментальных потребностей человека. Он влияет на обмен веществ, работу сердца и мозга, иммунитет и общее самочувствие. Современный ритм жизни часто заставляет людей жертвовать сном ради работы, учебы или развлечений, но ученые предупреждают: регулярный недосып может иметь далеко идущие последствия для здоровья и долголетия. Исследователи из Орегонского университета здравоохранения и науки пришли к выводу, что сон менее семи часов в сутки связан с сокращением продолжительности жизни. По данным специалистов, хроническая нехватка сна не только вызывает усталость и снижение работоспособности, но и постепенно сказывается на здоровье органов и систем, увеличивая риски развития различных заболеваний. Для анализа ученые использовали обширную национальную базу данных США, сопоставляя показатели ожидаемой продолжительности жизни на уровне штатов с результатами опросов Центров контроля и профилактики заболеваний за период с 2019 по 2025 годы. Они учитывали мно ...>>

Случайная новость из Архива Растительный заменитель мяса из подсолнечника 12.12.2025 Команда бразильских и немецких ученых разработала новый растительный заменитель мяса на основе муки подсолнечника, который сочетает высокую питательную ценность и привлекательную текстуру. Работа была проведена совместно специалистами Института пищевых технологий (ITAL) и Университета Кампинаса (UNICAMP) при поддержке германского института Fraunhofer IVV. Процесс производства начинается с извлечения масла из семян подсолнечника. После этого остаток подвергается дополнительной обработке: из муки удаляют шелуху и фенольные соединения. Эти вещества обычно придают продукту темный оттенок и снижают усвояемость питательных веществ, поэтому их удаление делает муку безопасной и легко усвояемой. Выбор подсолнечника был обусловлен его широким распространением и отсутствием генетической модификации. Семена подсолнечника доступны в многих странах, а мука из них содержит значительное количество белка, что позволяет создавать продукты, отвечающие растущему мировому спросу на устойчивое питание. Мария Тереза Бертолдо Пашеку, руководитель исследования, отметила, что после удаления шелухи и фенольных соединений мука приобретает нейтральный вкус и аромат. Это делает ее идеальной основой для растительного мяса, поскольку многие растительные белки обладают выраженным специфическим привкусом, который ограничивает использование в кулинарии. Кроме вкусовых качеств, мука из подсолнечника характеризуется сбалансированным набором аминокислот. Ученые подчеркнули, что создание волокнистой структуры, имитирующей мясо, является ключевым фактором для получения реалистичной текстуры продукта, что делает его более привлекательным для потребителей. Технологические свойства подсолнечной муки позволяют использовать ее в различных видах растительных продуктов - от котлет и колбас до мясных заменителей для бургеров. Благодаря этому подходу можно максимально эффективно использовать семена подсолнечника, повышая их пищевую ценность и расширяя спектр применения. Сотрудничество бразильских и немецких ученых позволило объединить опыт в области пищевых технологий и биохимии растительных белков, что ускорило разработку инновационного продукта. Такое взаимодействие демонстрирует, как международная научная кооперация способствует появлению устойчивых и высококачественных альтернатив традиционному мясу.

Другие интересные новости:

▪ Очень ранние занятия негативно влияют на успеваемость студентов

▪ Разум пожилых сохранят компьютерные игры

▪ Цвет салатных листьев

▪ Водяной крокет

▪ Единый зарядный разъем - microUSB

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телефония. Подборка статей

▪ статья Американская мечта. Крылатое выражение

▪ статья Как вели обнаружение вражеских самолетов до изобретения радара? Подробный ответ

▪ статья Эксплуатация объектов поддержания пластового давления и повышения нефтеотдачи пластов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Металлоискатель на методе биений. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья FM конвертер на микросхеме К174ПС1. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026