Існує думка, що сонячні батареї зможуть коли-небудь істотно доповнити і навіть витіснити традиційні джерела енергії. Тоді настане час реальної перевірки можливостей сонячних елементів.

У даній главі ми трохи заглянемо в майбутнє і перевіримо здатність Фотоелектрика приносити реальну користь. Більше ніяких сувенірів, ніяких іграшок, тільки скромна, буденна робота.

У цій главі читач очікує дізнатися, як сонячна енергія буде допомагати нам у щоденній домашній роботі, що включає в себе приведення в дію потужної пилки, кімнатного освітлення, подачу електроенергії на різні пристрої розваги та багато іншого. Таке майбутнє сонячної енергетики.

Однак подробиці подібних систем в цій книзі описані не будуть. Замість цього буде показано, як можна здійснити управління вже готової фотоелектричної системою. Цій меті служить блок управління потужністю.

Даний блок призначений для повного контролю ресурсу сонячних батарей. З пульта цього блоку можна легко здійснювати управління електропостачанням до чотирьох споживачів енергії. Крім того, для захисту кожного споживача мається плавкий запобіжник.

Але це ще не все. Оскільки працездатність системи безумовно залежить від ступеня зарядженості свинцево-кислотних батарей, в даний пристрій безпосередньо вбудований блок контролю стану батареї. Поглянувши на пульт управління, можна відразу оцінити робочий стан джерела енергії. І якщо воно незадовільно, запас енергії досягає небезпечного рівня, подається застережливий сигнал (зумер).

Чого ще можна бажати від контрольно-керуючого пристрою?

Основне завдання блоку управління потужністю полягає в розподілі фотоелектричної енергії між різними частинами системи. Він також призначений для збереження енергії про запас.

Розглянемо, наприклад, роботу перетворювача напруги, який перетворює постійну напругу 12 В, генерується сонячними батареями, в змінну напругу 110 В. Така напруга необхідно для роботи певних пристроїв, наприклад електропили. Але перетворювач напруги споживає енергію постійно, навіть коли до нього не підключено жодного навантаження. При цьому марно витрачається енергія, яку можна було б витратити з більшою користю. Отже, в блоці управління потужністю необхідно передбачити тумблер для вимкнення інвертора.

У цьому блоці передбачена можливість відключення будь навантаження, яка забезпечена своїм тумблером. Щоб відключити будь-яке навантаження від джерела енергії, достатньо просто «натиснути» вимикачем.

Розглядаючи рис. 1, можна виявити, що блок має чотири окремі схеми, кожна з яких забезпечена тумблером, встановленим на лицьовій панелі. Над кожним тумблером є невеликий СД. Коли схема запитана, світиться відповідний СД, інформуючи про те, що енергія підводиться до обраної навантаженні.

Однак контролю за підведенням енергії до навантаження недостатньо. В цілях безпеки необхідно стежити за силою струму в ланцюзі.

Рис. 1

Саме тому в якості вимикачів використовуються не звичайні тумблери, а спеціальні переривники. На відміну від звичайних переривників, які швидко зношуються при використанні їх в якості вимикачів, ці переривники призначені для роботи в якості як обмежувача, так і в якості вимикача.

Блок управління містить пристрій контролю напруги, який вказує на стан (ступінь зарядженості) батарей.

Як було показано в гл. 6, напруга свинцево-кислот батареї акумуляторів залежить від заряду, що зберігається в її елементах. Наочно це видно з рис. 2, на якому показана залежність між напругою і ступенем зарядженості батареї. Із залежності випливає, що повністю заряджена батарея має напругу 13,2 В, а повністю розряджена – 10,5 В. Для визначення ступеня зарядженості акумуляторних елементів необхідно виміряти напругу на батареї і порівняти його зі значенням на рис. 2.

Це і робить пристрій контролю зарядженості батарей. Однак у ньому замість вимірювального приладу для індикації напруги використовується світлова смужка. Напруга контрольованої батареї висвічується 10 світлодіодами. Шкала зчитування побудована так, що кожен наступний діод запалюється при збільшенні напруги на 0,5 В. Якщо горить першого діода, напруга становить 10,5 В, якщо другий – 11В, якщо третій – 11,5 В і т. д. аж до 15 В.

Блок індикації виконаний на окремій інтегральної мікросхемі LM3914. Усередині її є ряд компараторів, порівнюють вхідна напруга з опорною напругою джерела і включають лампочку, відповідну співвідношенню згаданих напружень.

Принцип роботи схеми індикації ясний з рис. 3. Резистори R1, R2, R3 утворюють дільник напруги, який дозволяє знизити вхідну напругу 12 В (від батареї) до 2,5 В, необхідних для роботи мікросхеми ІС. Масштаб перетворення напруги мікросхемою ІС1 встановлюється змінним резистором WR1. Тепер вхідна напруга від батареї надходить на компаратори всередині IС1, які виносять рішення щодо його істинного значення. Це значення потім індикується одним з 10 світлодіодів.

Рис. 2

Рис. 3

Стан батареї відображається двояко за допомогою цветокоді-вання світлодіодів. Наприклад, 13-вольта діод має зелений колір. Вважається, що батарея з напругою 12-14 В працездатна, отже, діод має зелений колір.

Однак якщо напруга батареї знижується до 11,5 В, а потім до 11 В, то заряд виснажується. Ці діоди мають жовтий колір, індиціюється наявність проблеми, з якою можна зіткнутися в подальшому.

Останній 10,5-вольта діод має червоний колір. Якщо напруга акумуляторної батареї впало до цього рівня, то в ній мало (або взагалі не існує) запасеної енергії. Простого погляду достатньо, щоб дізнатися не тільки точне значення напруги батареї, але і її Зарядове стан (по зміні кольору) У табл 1 наводиться список світлодіодів із зазначенням їх кольору і відображуваної ними інформації.

Пристрій контролю напруги батареї дозволяє також перевірити стан ланцюга заряду. У нормальних умовах зарядний напруга не повинна перевищувати 15,5 В, інакше батарея може вийти з ладу.

Тому для пристрою 15-вельтового індикатора зарезервований червоне світло. Коли він загоряється, це не обов’язково означає, що щось сталося, просто з якоїсь причини зарядний напруга надмірно велике.

І це не все! Чи знаєте ви про те, що, допускаючи заряд батареї нижче 10,5 В, можна пошкодити її. Відбудеться сульфатация пластин, і вкрай важливо, щоб цього не сталося. У схему введена сигналізація. Якщо з якоїсь причини напруга в системі впаде нижче 10,5 В, зазвучить сигнал тривоги. Я підключив до сигналізації також 15-вольта висновок індикатора, щоб сигнал подавався і в разі перезаряду батареї.

Управління сигналом здійснюється двома логічними елементами мікросхеми IC2. Харчування на мікросхему подається з діода D1. Пристрій контролю напруги батареї виконано із застосуванням друкованого монтажу. Малюнок друкованої плати представлений на рис. 4. Не забудьте про те, що в списку деталей наведено адресу постачальника готової друкованої плати для цього пристрою.

Елементи схеми розміщуються згідно рис. 5. Припаюючи радіо-деталі, зверніть увагу на наступні моменти.

По-перше, на приєднання світлодіодів. Необхідно дотримуватись полярності, не завжди легко визначити, який висновок діода є анодом, а який – катодом. Якщо підключити світлодіоди в зворотній полярності, вони не будуть світитися. Необхідно також перед пайкою звернути увагу на відповідність кольору світіння світлодіодів і не вкорочувати їх висновків.

По-друге, на дотримання полярності включення мікросхеми ІС1, оскільки помилкове включення призведе до виходу її з ладу. Мікросхема – це чіп КМОП-структури, який дуже чутливий до електростатичного заряду, тому необхідно звернути увагу і на цей момент.

Автоматичні переривники розміщуються на лицьовій панелі алюмінієвого корпусу Для переривників, згаданих у списку деталей, необхідні отвори діаметром 10 мм.

Необхідно вибрати переривники для системи, які постійно пропускають необхідний струм, але спрацьовують при перевантаженні. Не можна використовувати переривники із занадто великим порогом спрацьовування. Світлодіоди розміщуються точно над переривниками. Під їх хромований корпус-тримач висвердлюють отвори діаметром 6 мм. Монтажна схема всього блоку управління потужністю наведена на рис. 6.

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Послідовно з чотирма світлодіодами включені резистори. Їх просто припаюють між катодами світлодіодів і відключає виведення переривників.

Для приєднання зовнішніх пристроїв на задній стінці корпусу розміщується перехідна колодка. До зовнішніх пристроїв відносяться сонячна батарея і комутовані прилади. Необхідно переконатися в тому, що в колах електроживлення використовується провід достатнього діаметру. Провідники, що йдуть до пристрою контролю напруги батареї, можуть бути меншого діаметру.

Пристрій контролю напруги батареї розміщується під переривником. Друкована плата кріпиться на пластмасових стійках паралельно дну корпусу.

Висновки світлодіодів згинаються так, щоб світлодіоди виступали за край плати, перебуваючи в одній площині. Потім світлодіоди висувають з щілини, прорізаної під переривниками.

Якщо є бажання, зробимо написи під вимикачами, можна використовувати для цієї мети перекладної шрифт.

Перевірити пристрій досить просто, необхідно лише приєднати до входу 12-вольтів батарею. Для перевірки підключати більше нічого не треба.

Натисніть на переривник і проконтролюйте спрацьовування по світлодіоду. Світлодіод повинен світитися при включеному переривнику і гаснути при відключеному.

Пристрій контролю напруги батареї необхідно попередньо відкалібрувати. Підключивши вольтметр до входу батареї, необхідно виміряти її напруга. Потім, обертаючи змінний резистор W? L, домагаються світіння світлодіода, відповідного измеренному напрузі. На цьому калібрування закінчується.

   Список деталей

   Резистори

R1-10 кОм

R2, R3, R4-1, 5 кОм

R5, R8-1 кОм

R6, R 7-680 Ом

R11, R12, R13, R14-470 Ом

   Конденсатор

С1-220 мкФ, 16 В

   Напівпровідники

   D1 — 1N4735

IС1-LM3914

   IC2—CD4011

СД1, 10 – червоні (Radio Shack 276-070)

ЦД2, 3 – жовті (Radio Shack 276-072)

СД4-9 – зелені (Radio Shack 276-071)

СД11-14 – Жовті СД з тримачами (Radio Shack 276-073)

   Інші елементи

Лицьова панель Корпус (Radio Shack 270-274)

СВ11-14, автоматичні вимикачі (Potter & Brumfield, Модель 112)

Пьезодінамік (Radio Shack 273-066)

VR1 – 50 кОм, змінний резистор

Література: Байєрс Т. 20 конструкцій з сонячними елементами: Пер. з англ. – М.: Мир, 1988 рік.