در سیستم‌های خورشیدی که باتری ذخیره‌کننده انرژی است، شارژ کنترلر یک جزء ضروری محسوب می شود. شارژ کنترلر خورشیدی به عنوان حامی باتری در سیستم خورشیدی عمل می کند. شارژ کنترلر خورشیدی به دستگاهی اطلاق می شود که کار کنترل کردن جریان تولید شده توسط پنل خورشیدی را برعهده دارد .

هدف اصلی شارژ کنترلر، حفاظت از باتری‌ در مقابل شارژ و یا دشارژ بیش از حد توسط آرایه های خورشیدی است. شارژکنترلر جریان و ولتاژ ورودی به باتری را تنظیم می‌کند. بعضی از انواع شارژکنترلرها که دارای خصوصیت ردیابی ولتاژ پایین هستند،باتری را درمقابل دشارژ زیاد توسط بار محافظت می‌کنند.اگر باتری‌ها به‌طور معمول شارژ شوند، عمر پیش‌بینی شده آن‌ها به‌طور چشم‌گیری کاهش پیدا می‌کند. کنترلرها ولتاژ باتری را بررسی می نمایند و هرگاه که ولتاژ باتری زیادتر از حد شود، جریان شارژ را متوقف می‌کند.

به طور اساسی، اکثر شارژ کنترلرها به سادگی ولتاژ باطری را بررسی و کنترل کرده و هنگامی که ولتاژ آن به سطح مشخصی رسید، مدار را باز کرده و عمل شارژ را متوقف می‌نمایند. در شارژ کنترلرهای قدیمی از یک رله مکانیکی برای این منظور استفاده می‌شده است.

نقش شارژ کنترلر خورشیدی در سیستم های خورشیدی جدا از شبکه (Off-Grid) بسیار حائز اهمیت می باشد. از این رو که بازدهی سیستم های خورشیدی و هم چنین آمپرهای خروجی از پنل خورشیدی را جهت شارژ کردن باتری خورشیدی بر عهده دارد.

انواع شارژ کنترلر

شارژ کنترلرها به طور کلی به دو دسته تقسیم می شود:

۱-شارژ کنترلر خورشیدی  (PWM)

۲-شارژ کنترلر خورشیدی (MPPT)

شارژ کنترلر PWM (PULSE WITH MODULATION) :

این شارژ کنترلرها نیز، مانند همه ی شارژ کنترلرها، وظیفه ی کنترل شارژ و دشار باتری ها را برعهده دارند. آن ها ولتاژ ورودی باتری را طوری تنظیم می کنند که به آنها آسیبی نرسد. وقتی که آن ها را برای کنترلر شارژ باتری ها بکار می گیرید این شارژ کنترلر لحظه به لحظه با چک کردن میزان شارژ باتری، میزان شارژ (جریان) مورد نیاز را تغییر می دهد یعنی هرچقدر که باتری به شارژ کامل نزدیک می شود میزان جریان شارژ هم کم می شود.

اساس کار به این صورت است که این شارژ کنترلر مانند یک کلید هوشمند عمل می کند، یعنی با سنجیدن میزان جریان موردنیاز برای شارژ باتری قطع و وصل می شود تا آن جریان را تامین کند.تفاوت این شارژ کنترلر با انواع قدیمی در هوشمند بودن آن است. شارژ کنترلر های قدیمی مانند یک کلید بودند و فقط عمل قطع و وصل را انجام می دادند ولی PWM مانند یک کلید هوشمند عمل کند یعنی با نمونه برداری از میزان شارژ باتری علاوه بر اینکه میزان عرض پالس را معلوم می کنند میزان سرعت قطع و وصل شدن پالس را هم مشخص می کنند.

شارژ کنترلر های MPPT (MAXIMUM POWER POINT TRACKING) :

همانطور که از اسم این شارژ کنترلر ها پیداست این مدل از شارژ کنترلر ها دنبال کننده توان ماکزیمم هستند. اساس کار این شارژ کنترلرها به این صورت است که آن ها خروجی DC پنل خورشیدی را گرفته به سیگنال AC با فرکانس بالا تبدیل می کنند، سپس این سیگنال AC را به ترانسفرماتور می دهند تا به ولتاژ و جریان دلخواه تبدیل کند، سپس سیگنال AC را به DC مورد نیاز برای شارژ باتری، راه اندازی موتور DCو پمپ   AC تبدیل می کند تا بیشترین توان را استفاده کرده باشد.

شارژ کنترلرهای MPPT در فرکانس بالای رادیویی کار می کنند ( معمولاً بین ۲۰ تا ۸۰ هرتز) . مزایای کار در فرکانس بالا زیاد شدن راندمان ترانسفورماتور و کم شدن تجهیزات است . اما این مزیت ها یک مشکل هم ایجاد می کند ، بدلیل تولید این فرکانس باعث ایجاد نویز در فضا می شود پس یک نویز گیر نیز باید طراحی کرد .

تقریباً همه ی شارژ کنترلرهای MPPT دیجیتالی هستند ولی نمونه های غیر دیجیتالی هم موجود است که بازده انها بالاتر از نمونه دیجیتالی است ولی آنها یک عیب بزرگ دارند و آن هم این است که اگر مثلاً یک تکه ابر بر روی پنل می افتاد و دوباره سریع کنار می رفت آنها قابلیت پیدا کردن نقطه ماکزیمم را از دست می دادند .

تفاوت شارژ کنترلر های MPPT با شارژ کنترلر های PWM :

شارژ کنترلر MPPT از بازدهی بسیار بالاتری برخوردار می باشند. معمولا از این نوع شارژ کنترلرها در سیستم های خورشیدی جدا از شبکه و مستقل از شبکه در توان های بالا مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع شارژ کنترلرها در آمپرهای 10 – 120 آمپر موجود می باشند. شارژ کنترلر PWM نسبت به شارژ کنترلر MPPT از بازدهی پایین تری برخوردار هستند.

بیشتر شارژ کنترلرهای بازار از نوع PWM هستند . اما شارژ کنترلرهای MPPT بهتر هستند . آنها ولتاژ پنل ها و باتری خورشیدی را طوری تنظیم می کنند که بیشترین شارژ (جریان ) را دریافت کنند . برای مثال اگر از شارژ کنترلر PWM استفاده کنیم برای یک سیستم که یک پنل ۱۰۰ وات داشته باشد ما نمی توانیم ماکزیمم توان را از آن دریافت و به باتری ها بدهیم . زیرا می دانیم که توان برابر است با حاصل ضرب جریان در ولتاژ P=V*I ، برای داشتن ۱۰۰ وات توان خروجی از پنل طبق مشخصات پنل ولتاژ باید در حدود ۱۶٫۷ و جریان در حدود ۶ امپر باشد .

ولتاژ باتری که می خواهد شارژ شود در حدود ۱۲٫۵ ولت است و اگر ما از شارژ کنترلرهای معمولی استفاده کنیم چون جریان ( ۶ امپر ) و ولتاژ کاهش پیدا می کند (حدود ۱۳٫۵ولت ) ، توان دریافتی برابر ۸۱ وات می شود . پس شما در حدود ۲۰% از توان تولیدی را از دست داده اید .

مراحل شارژ باتری در شارژ کنترلر های خورشیدی

اکثر شارژ کنترلرها این سه مرحله را برای شارژ باتری ها انجام می دهند :

۱- مرحله شارژ حداکثری (BULK) :

در این مرحله ولتاژ تا حد ولتاژ BULK (معمولاً بین ۱۴٫۲ تا ۱۴٫۶ ولت ) زیاد می شود و بیشترین جریان برای شارژ باتری ها کشیده می شود اما جریان در این مرحله ثابت است و تا ولتاژ باطری ها به ۸۰ الی ۹۰ درصد ولتاژ شارژ کامل برسد ادامه دارد . زمان این مرحله تقریبا نیمی از زمان شارژ باتری می باشد و بیشترین شارژ باتری در این مرحله اتفاق می افتد ( در این مرحله ولتاژ متغییر و جریان ثابت است ) .

۲- مرحله شارژ کامل (ABSORPTION) :

در این مرحله ولتاژ شارژ در حد همان ولتاژ BULK باقی می ماند برای یک زمان معین ( معمولاً یک یا دو ساعت ) تا هنگامی که جریان به کمترین حد خود برسد یعنی باتری به اشباع برسد . انتقال از مرحله BULK به مرحله ABSORPTION  به ارامی صورت می گیرد بدلیل اینکه ولتاژ دو مرحله تقریباً با یکدیگر برابر است ( در این مرحله جریان متغییر و ولتاژ ثابت است ).

۳- مرحله شناوری (FLOAT) :

زمانی که مرحله ABSORPTION  تمام شد ( معمولاً جریان شارژ به ۳ درصد جریان نامی برسد ) ولتاژ تا حد ولتاژ مرحله FLOAT ( معمولاً ۱۳٫۲ تا ۱۳٫۶ ولت) کاهش پیدا می کند . و باتری ها یک جریان خود نگه دار یا جریانی که از تخلیه باتری جلوگیری می کند از سیستم دریافت می کنند ( در این مرحله هم ولتاژ ثابت است و هم جریان ).

جمع بندی

بطور کلی شارژ کنترلر خورشیدی به عنوان حامی باتری در سیستم خورشیدی عمل می کند. در واقع حامی که سایر وسایل و قطعات سیستم های خورشیدی چنین نقش بزرگی را ایفا می کند تا از عمر باتری محافظت کنند و اجازه ندهند به باتری آسیب وارد شود ولی موضوعی که باید در نظر گرفته شود در یک سیستم تعداد پنل ها بسیار اهمیت دارد.

چون زمانی که چند پنل با هم فعالیت می کنند باتری در حالت شارژ کامل قرارمی گیرد و اینجاست که شارژ کنترلر خورشیدی وارد عمل شده و اضافه بار را خنثی می کند.پس در اینجا به اهمیت وجود شارژ کنترلر خورشیدی در یک سیستم فتوولتاییک پی می بریم.

برای مشاهده مقالات و پروژه های بیشتر ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.