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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Steuereinheit für Solarenergie. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Es besteht die Meinung, dass Solarmodule eines Tages traditionelle Energiequellen erheblich ergänzen und sogar ersetzen können. Dann wird es Zeit, die Leistungsfähigkeit von Solarzellen wirklich zu testen. In diesem Kapitel blicken wir ein wenig in die Zukunft und testen das Potenzial der Photovoltaik, echte Vorteile zu bringen. Keine Souvenirs mehr, kein Spielzeug mehr, nur noch bescheidene, alltägliche Arbeit. In diesem Kapitel möchte der Leser erfahren, wie Solarenergie uns bei unseren täglichen Hausarbeiten helfen wird, einschließlich der Stromversorgung einer leistungsstarken Säge, der Innenbeleuchtung, der Stromversorgung verschiedener Unterhaltungsgeräte und vielem mehr. Das ist die Zukunft der Solarenergie. Die Einzelheiten solcher Systeme werden in diesem Buch jedoch nicht beschrieben. Stattdessen wird gezeigt, wie eine bereits fertiggestellte Photovoltaikanlage gesteuert werden kann. Hierzu dient das Leistungssteuergerät. Leistungssteuereinheit Dieses Gerät ist für die vollständige Kontrolle der Ressourcen von Solarmodulen konzipiert. Über die Fernbedienung dieses Geräts können Sie ganz einfach die Stromversorgung von bis zu vier Energieverbrauchern steuern. Darüber hinaus gibt es eine Sicherung zum Schutz jedes Verbrauchers. Aber das ist noch nicht alles. Da die Leistung des Systems sicherlich vom Ladezustand der Blei-Säure-Batterien abhängt, ist in diesem Gerät direkt eine Batteriezustandsüberwachungseinheit eingebaut. Durch einen Blick auf das Bedienfeld können Sie sofort den Betriebszustand der Energiequelle beurteilen. Und wenn diese nicht zufriedenstellend ist, erreicht die Energieversorgung ein gefährliches Niveau und ein Warnsignal (Summer) ertönt. Was will man mehr von einem Controller? Steuerungs- und Verwaltungsgerät für die Stromverteilung Die Hauptaufgabe der Leistungssteuereinheit besteht darin, die Photovoltaikenergie auf verschiedene Teile der Anlage zu verteilen. Es ist auch darauf ausgelegt, Energie als Reserve zu speichern. Stellen Sie sich beispielsweise den Betrieb eines Spannungswandlers vor, der die von Solarmodulen erzeugte 12-V-Gleichspannung in 110-V-Wechselspannung umwandelt. Diese Spannung ist für den Betrieb bestimmter Geräte, beispielsweise Elektrosägen, erforderlich. Der Spannungswandler verbraucht jedoch ständig Energie, auch wenn keine Last daran angeschlossen ist. Gleichzeitig wird Energie verschwendet, die sinnvoller eingesetzt werden könnte. Daher muss im Leistungssteuergerät ein Kippschalter zum Ausschalten des Wechselrichters vorgesehen sein. Dieser Block bietet die Möglichkeit, jede Last auszuschalten, die mit einem eigenen Kippschalter ausgestattet ist. Um eine Last von der Stromquelle zu trennen, „legen“ Sie einfach den Schalter um. Blick auf Abb. 1 sehen Sie, dass das Gerät über vier separate Stromkreise verfügt, von denen jeder mit einem an der Frontplatte montierten Kippschalter ausgestattet ist. Über jedem Kippschalter befindet sich eine kleine LED. Wenn der Stromkreis mit Strom versorgt wird, leuchtet die entsprechende LED auf und zeigt damit an, dass die ausgewählte Last mit Strom versorgt wird.
Allerdings reicht es nicht aus, die Energiezufuhr zur Last zu steuern. Aus Sicherheitsgründen ist es notwendig, die Stromstärke im Stromkreis zu überwachen. Deshalb werden als Schalter keine gewöhnlichen Kippschalter, sondern spezielle Unterbrecher verwendet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leistungsschaltern, die beim Einsatz als Schalter schnell verschleißen, sind diese Leistungsschalter so konzipiert, dass sie sowohl als Begrenzer als auch als Leistungsschalter fungieren. Batteriespannungs- und Ladezustandsüberwachungsgerät Das Steuergerät enthält eine Spannungsüberwachung, die den Zustand (Ladezustand) der Batterien anzeigt. Wie in Kap. 6. Die Spannung einer Blei-Säure-Batterie hängt von der in ihren Zellen gespeicherten Ladung ab. Dies ist aus Abb. deutlich zu erkennen. 2, die den Zusammenhang zwischen Spannung und Ladezustand der Batterie zeigt. Aus der Abhängigkeit folgt, dass ein vollständig geladener Akku eine Spannung von 13,2 V und ein vollständig entladener Akku eine Spannung von 10,5 V hat. Um den Ladezustand der Akkuzellen zu bestimmen, ist es notwendig, die Spannung am Akku zu messen und zu vergleichen mit dem Wert in Abb. 2.
Dafür sorgt das Batterieladeüberwachungsgerät. Anstelle eines Messgeräts wird jedoch ein Lichtstreifen zur Anzeige der Spannung verwendet. Die Spannung der überwachten Batterie wird durch 10 LEDs angezeigt. Die Ableseskala ist so ausgelegt, dass jede weitere Diode aufleuchtet, wenn die Spannung um 0,5 V ansteigt. Wenn die erste Diode leuchtet, beträgt die Spannung 10,5 V, wenn die zweite 11 V ist, wenn die dritte 11,5 V ist usw. aufwärts bis 15 V. Die Anzeigeeinheit ist auf einem separaten integrierten Schaltkreis LM3914 aufgebaut. Darin befindet sich eine Reihe von Komparatoren, die die Eingangsspannung mit der Referenzspannung der Quelle vergleichen und eine Glühbirne entsprechend dem Verhältnis der genannten Spannungen einschalten. Das Funktionsprinzip der Anzeigeschaltung wird aus Abb. deutlich. 3. Die Widerstände R1, R2, R3 bilden einen Spannungsteiler, der es ermöglicht, die Eingangsspannung von 12 V (von der Batterie) auf 2,5 V zu reduzieren, die für den Betrieb des IC1-Chips erforderlich sind. Der Umfang der Spannungsumwandlung durch die Mikroschaltung IC1 wird durch den variablen Widerstand VR1 eingestellt. Jetzt wird die Eingangsspannung von der Batterie an die Komparatoren in IC1 weitergeleitet, die über ihren wahren Wert entscheiden. Dieser Wert wird dann durch eine von 10 LEDs angezeigt.
Der Batteriestatus wird über farbcodierte LEDs auf zwei Arten angezeigt. Beispielsweise ist eine 13-Volt-Diode grün. Es wird davon ausgegangen, dass eine Batterie mit einer Spannung von 12–14 V betriebsbereit ist, daher ist die Diode grün. Sinkt die Batteriespannung jedoch auf 11,5 V und dann auf 11 V, ist die Ladung erschöpft. Diese Dioden sind gelb und weisen auf ein Problem hin, das in Zukunft auftreten könnte. Die letzte 10,5-Volt-Diode ist rot. Sinkt die Batteriespannung auf dieses Niveau, ist nur noch wenig (oder gar keine) Energie gespeichert. Ein einfacher Blick genügt, um nicht nur den genauen Wert der Batteriespannung, sondern auch ihren Ladezustand (durch Farbwechsel) zu erfahren. In der Tabelle 1 enthält eine Liste der LEDs, ihrer Farbe und der von ihnen angezeigten Informationen. Tabelle 1. Von den LEDs angezeigte Informationen
Batteriewächter Mit der Batteriespannungsüberwachung können Sie außerdem den Zustand des Ladekreises überprüfen. Unter normalen Bedingungen sollte die Ladespannung 15,5 V nicht überschreiten, da es sonst zu einem Ausfall der Batterie kommen kann. Daher ist das rote Licht dem 15-Volt-Anzeigegerät vorbehalten. Wenn sie aufleuchtet, bedeutet das nicht unbedingt, dass etwas passiert ist, sondern nur, dass die Ladespannung aus irgendeinem Grund zu hoch ist. Alarm Und das ist es nicht! Wussten Sie, dass das Laden des Akkus bei unter 10,5 V zu Schäden führen kann? Es kommt zu einer Sulfatierung der Platten, und es ist äußerst wichtig, dass dies nicht geschieht. Der Rennstrecke wurde ein Alarmsystem hinzugefügt. Wenn die Systemspannung aus irgendeinem Grund unter 10,5 V fällt, ertönt ein Alarm. Außerdem habe ich den 15-Volt-Anzeigeausgang an den Alarm angeschlossen, damit auch bei Überladung der Batterie ein Signal gegeben wird. Das Signal wird von zwei Logikelementen des IC2-Chips gesteuert. Die Stromversorgung des Chips erfolgt über die Diode D1 Design Das Batteriespannungsüberwachungsgerät besteht aus einer gedruckten Schaltung. Die Leiterplattenzeichnung ist in Abb. dargestellt. 4. Bitte beachten Sie, dass in der Stückliste die Adresse des Lieferanten der fertigen Leiterplatte für dieses Gerät angegeben ist.
Die Schaltungselemente werden gemäß Abb. platziert. 5. Achten Sie beim Löten von Funkkomponenten auf folgende Punkte.
Erstens, um die LEDs anzuschließen. Auf die Polarität muss geachtet werden; es ist nicht immer einfach zu bestimmen, welcher Diodenanschluss die Anode und welcher die Kathode ist. Wenn Sie die LEDs verpolt anschließen, leuchten sie nicht. Vor dem Löten ist außerdem auf die passende Farbe der LEDs zu achten und deren Leitungen nicht zu kürzen. Zweitens, um die Polarität des Einschaltens des IC1-Mikroschaltkreises zu beachten, da ein falsches Einschalten zu dessen Ausfall führt. Bei der Mikroschaltung handelt es sich um einen CMOS-Chip, der sehr empfindlich auf elektrostatische Aufladung reagiert, daher müssen Sie auf diesen Punkt achten. Leistungsschalter befinden sich auf der Frontplatte des Aluminiumgehäuses. Für die in der Teileliste aufgeführten Unterbrecher sind Löcher mit einem Durchmesser von 10 mm erforderlich. Es ist notwendig, Leistungsschalter für das System auszuwählen, die ständig den erforderlichen Strom leiten, aber bei Überlastung auslösen. Leistungsschalter mit zu hoher Ansprechschwelle sollten nicht verwendet werden. Die LEDs sind genau über den Unterbrechern platziert. Unter ihrem verchromten Gehäusehalter sind Löcher mit einem Durchmesser von 6 mm gebohrt. Der Schaltplan der gesamten Leistungssteuereinheit ist in Abb. dargestellt. 6.
Widerstände sind in Reihe mit den vier LEDs geschaltet. Sie werden einfach zwischen die Kathoden der LEDs und die schaltbaren Anschlüsse der Unterbrecher gelötet. Zum Anschluss externer Geräte wird ein Adapterblock an der Gehäuserückwand angebracht. Zu den externen Geräten gehören ein Solarpanel und geschaltete Geräte. Es ist darauf zu achten, dass die Stromversorgungskreise einen Draht mit ausreichendem Durchmesser verwenden. Die zum Batteriespannungsüberwachungsgerät führenden Leiter können einen kleineren Durchmesser haben. Das Batteriespannungsüberwachungsgerät befindet sich unter dem Leistungsschalter. Die Leiterplatte ist auf Kunststoffständern parallel zum Gehäuseboden montiert. Die LED-Leitungen sind so gebogen, dass die LEDs über den Rand der Platine hinausragen und sich in derselben Ebene befinden. Die LEDs werden dann aus einem Schlitz unter den Unterbrechern herausgeschoben. Auf Wunsch beschriften wir die Schalter unterhalb, hierfür können Sie eine Transferschrift verwenden.
Prüfen und einstellen Der Test des Geräts ist ganz einfach: Sie müssen lediglich eine 12-Volt-Batterie an den Eingang anschließen. Zur Überprüfung müssen Sie nichts anderes anschließen. Drücken Sie den Unterbrecher und prüfen Sie, ob die LED funktioniert. Die LED sollte aufleuchten, wenn der Leistungsschalter eingeschaltet ist, und erlöschen, wenn er ausgeschaltet ist. Das Batteriespannungsüberwachungsgerät muss vorkalibriert werden. Durch Anschließen eines Voltmeters an den Batterieeingang müssen Sie dessen Spannung messen. Durch Drehen des variablen Widerstands VR1 leuchtet dann die LED entsprechend der gemessenen Spannung auf. Damit ist die Kalibrierung abgeschlossen Autor: Byers T.
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