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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Электроэнергия по карточкам 04.06.2000 В двухстах домах немецкого города Ганновер испытываются электросчетчики, позволяющие платить за электричество, не выходя из дома. Новый счетчик фирмы "Сименс" показывает расход электроэнергии прямо в немецких марках, причем учитывает дешевый ночной тариф. Под циферблатом счетчика имеется щель, куда хозяин квартиры или дома вставляет кредитную карточку, с которой списывается соответствующая сумма. Можно использовать специальную "электрическую" карточку, которую потребитель заранее покупает в банке, универсаме или на бензоколонке. Подобная система уже широко распространена в Англии, где ею пользуются около четырех миллионов домашних хозяйств. В Швейцарии идут испытания "карточного" счетчика в 400 домах и квартирах. Всего в Германии используется порядка двадцати миллионов домашних счетчиков электроэнергии, и если эксперимент пройдет успешно, предстоит их постепенная замена.

Другие интересные новости:

▪ Cверхзвуковой самолет без лобового стекла

▪ Микромоторчики

▪ Intel продала 1.000.000.000 процессоров за 25 лет

▪ Тренажер для автомобилей

▪ Гарнитура дополненной реальности Glass Enterprise Edition 2

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Домашняя мастерская. Подборка статей

▪ статья Екатерина II. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто был единственным жителем Земли, почтовый адрес которого можно было составить из названий химических элементов? Подробный ответ

▪ статья Хикама. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Автономное охранное устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Шагающие спички. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026