A megfelelő napelemes töltésvezérlő kiválasztásához mindenképpen ismernünk kell a napelemünk bizonyos műszaki paramétereit. Mindenképpen szükségünk van a napelem teljesítményére (Wmax) és a nyitott vagy a munkaponti kapocsfeszültségére (Voc vagy Vmp).
A napelem teljesítménye (watt-száma)
Egyik gyakori hiba, hogy a napelem munkaponti áramát (Imp) veszik alapul a napelemes szabályozó kiválasztásához és ez sokszor problémákhoz vezet. Például ha egy 250W-os polikristályos napelem munkaponti feszültsége (Vmp) 30,1V és a munkaponti árama 8,3A az adattáblája szerint, sokan kiválasztanak egy 8-10A-es töltésvezérlőt a 12V-os akkumulátoruk töltéséhez. Pedig ez a megadott munkaponti áram a 30,1V-os munkaponti feszültségre vonatkozik (30,1V×8,3A=250W) és nem az akkumulátor feszültségére, amelyet most az egyszerűség miatt nevezzünk ki pontosan 12V-nak (az akkumulátor töltöttségétől függően ez elmegy akár 14V környékéig is). A 250W-os tábla 12V-on akár 20A áramerősségre is képes (250W/12V=20,8A). A teljesítmény a napelemes töltésvezérlő bemeneti (30,1V×8,3A=250W) és kimeneti (20,8A×12V=250W) oldalán állandó, mínusz a kábelek és maga a szabályozó veszteségei. Szóval mindig a napelem teljesítményével számoljunk, ha méretezni szeretnénk.
24V-os akkumulátor töltése esetén a magasabb akkufeszültség kisebb áramot eredményez, tehát egy 30A-es töltésvezérlőre kétszer annyi teljesítményű napelem köthető (~720W), mintha 12V-os akkut töltenénk (~360W) vagy a fenti panellel számolva 10A körüli töltőáramot kapunk.
A napelem kapocsfeszültsége
Az általunk forgalmazott, nem munkapontkövetős töltésszabályozókhoz (sima PWM töltésvezérlőkhöz) nem javaslunk 40Voc fölötti napelemet, nem feltétlenül azért, mert fennáll a szabályozó meghibásodásának a veszélye (ami egyébként igaz), hanem mert rossz az "illesztés" a napelem és az akkumulátor között, a töltésszabályozó úgymond lehúzza a magasabb napelem feszültséget az akku szintjére és rengeteg a veszteség. Példa: egy 250W-os napelem (Voc: 37,5V, Vmp:30,8V, Imp:8,14A) 12V-os akku töltése esetén egy hagyományos PWM szabályozóval (pl. XTE30) használva 8-9A-nál nagyobb töltőáramot nem tud. Ha egy MPPT szabályozót (pl. MPPTD30) használunk, a töltőáram 20A is lehet (250W=12V×20,8A)! Egyszóval nagyon fontos, hogy a napelem által megtermelt energia 2/3-a ne vesszen el, hanem az akkumulátorba kerüljön a megfelelő töltésvezérlő kiválasztása által.
Napelem feszültség és a töltendő akkumulátor kapcsolata
Minél nagyobb a különbség a napelem feszültsége és a töltendő akkumulátor feszültsége között, annál inkább megtérül munkapontkövetős töltésszabályzót választani, mert itt dől el, hogy pl. a 360W-os 38V-os üresjárati feszültségű napelemünk a valóságban csak 137W-os napelemként funkcionál vagy a teljes teljesítményét adja. De ha van egy kis 50W-os 20V-os üresjárati feszültségű napelemünk, amivel időnként töltenénk egy 12V-os akkumulátort nyaranta, akkor nem feltétlenül szükséges külön költségekbe vernünk magunkat.
PWM vagy MPPT szabályozó legyen?
Ha már sikerült jó áron hozzájutnunk egy vagy több nagyteljesítményű napelem táblához, akkor 12V-os akku töltése esetén egy PWM szabályozóval elvesztjük a vámon, amit nyertünk a réven, a veszteség a méréseink szerint 62%-os. Hogy miért? Ebben a cikkünkben megmutatjuk.
A napelemes töltésvezérlő hatásfoka
Érdemes erre is pár gondolatot szánni, mert hasznos lehet. Egy átlagos PWM (pulzusszélesség-modulált) szabályozó hatásfoka átlagosan 85% körüli, ami azt jelenti, hogy a megtermelt energia 15%-a elvész az átalakítás alatt. A gyakorlatban például a töltésvezérlőbe a napelem felől bejövő 250W a töltésvezérlő akku kimenetén már csak 250W-15%=212,5W lesz, tehát 15% a veszteség. A mi MPPT töltésvezérlőink hatásfoka 96-97%, ami a példában azt jelenti, hogy a 4% veszteség az akku felé 240W-ot eredményez. A két szabályozási mód közötti különbség itt a példában egy napelem tábla esetén 27,5W-ot jelentett, ami a napelemek várható élettartama mellett komoly megtakarítást eredményez, a drága MPPT szabályzó gyorsan megtérül.
12V vagy 24V legyen az akkumulátor-blokk?
Ez egy fontos kérdés és nehéz úgy a témánál maradni, hogy az ember ne kalandozzon el egy másik irányba és követhető maradjon a cikk!
- 12V: Ha párhuzamosan kötjük az akkumulátorainkat (12V-ra), akkor attól nem kell annyira tartanunk, hogy a blokkban lévő akkumulátorok feszültsége jelentősen el fog térni egymástól (ami korai akkucserékhez vezetne). Ennyiben viszont ki is merült ennek a kötési módnak az előnye.
- 24V: Előnyei között említhető, hogy magasabb feszültségen egy adott vezeték vesztesége kevesebb (kisebb keresztmetszetű inverter- és töltésszabályozó összekötő vezeték is megfelelő), továbbá 24V-on például egy 30A-es szabályozóra kétszer annyi napelemet lehet kötni (24×30=720W), mint 12V-on (12×30=360W). Nagy hátránya viszont a sorbakötésnek, hogy a sorbakötött akkuk eltérő belső ellenállása miatt az egyes akkumulátorok feszültsége nem lesz egyforma, az egyik kissé alultöltött (szulfátosodás), a másik kissé túltöltött (gázképződés > folyadékvesztés) marad és így az akkublokk korai meghibásodása várható (erre nyújt megoldást egyébként az akkumulátor töltéskiegyenlítő). Mindent egybevetve mégis a 24V-os kötési módot szokták a napelemes cégek választani (költséghatékonyabb kivitelezés, versenyképesebb árajánlat: vékonyabb vezetékek, kevesebb szabályozó), de sokszor elfelejtik a tulajdonos figyelmét felhívni a sorbakötött akkumulátorokból származó várható feszültség-szimmetria problémákra.
Sok napelem, több kisteljesítményű szabályozóval
A legtöbbször nem életszerű egy darab napelemtáblával számolni, ezért vegyük sorba azt is, amikor több napelemünk van. Magyarországi viszonyokat nézve úgy tűnik, hogy a fent említett 240-250W-os táblákhoz lehet jelenleg (a cikket 2016-ban írtuk) a legjobb ár-érték arányban hozzájutni, ezért vegyünk példának belőlük mondjuk 12 db-ot. Ez a mennyiség már 3000W-ot eredményez, ami 24V-os akku töltése esetén ~125A-t jelent. Ilyen nagy áramú szabályozót egyrészről elég nehéz beszerezni, másrészről pedig arányaiban többe kerül, mint 4 db 30A-es napelemes töltésszabályozó. Az alacsonyabb ár mellett további előny a redundancia, vagyis az a megnyugtató tény, hogy az egyik töltésvezérlő kiesése esetén a rendszer csökkent teljesítménnyel, de tovább működik a javítás ideje alatt is. Egyszóval ilyen, viszonyleg nagy rendszer is kivitelezhető több, kisebb teljesítményű napelemes szabályozó használatával, amelyek ugyanazt az akkucsoportot töltik. A fenti példa esetében egy 30A-es töltésvezérlőre 3 db ilyen napelem nyugodtan ráköthető, ha 24V-os az akku-blokk, amelyet tölt. A töltésvezérlők egymás működését nem zavarják, mindegyik végzi a dolgát és le-, illetve bekapcsolja a töltést, amikor szükséges (ez az alkatrészek tűréséből adódó eltérések miatt nem egyszerre következik be, de ez teljesen normális).
FONTOS! Az MPPT10/20/30 szabályozó család tagjai tüskeimpulzusokkal (100 ms időtartamú – 60V-os tüskék) segítik elő az akkumulátor szulfátmentesítését, ezért mindenképpen külön + és - kábelekkel legyen minden egyes töltésvezérlő rákötve az akku-blokkra, lásd a fenti helyes és a lenti helytelen bekötést.
Tölt a szabályzó vagy nem tölt a szabályzó?
Sok napelemes rendszer tulajdonosának ez a kérdése, amikor az inverterük hirtelen lekapcsolja a kimenetét akku mélykisülésvédelem miatt. Vajon azért merültek le az akkumulátorok a megszokottnál korábban, mert éppen tél van és ilyenkor sokkal kevesebbet süt a nap, mint nyáron? Vajon az akkumulátorok elöregedtek vagy valamelyik meghibásodott? Esetleg a töltésvezérlő romlott el?
Ilyenkor fontos a hibakeresés sorrendje, első körben azt kell ellenőrizni, hogy tölt-e a napelemes töltésvezérlő. Ha süti a nap a napelemet és a szabályozón lévő állapotjelző LED(ek) nem világítanak úgy, ahogy a használati útmutatójuk szerint kellene, akkor az valószínűleg azt jelzi, hogy valami történt a töltésszabályzóval. Ha kétségeink vannak és ellenőrizni szeretnénk a tényleges töltést, akkor áramot kell mérnünk a napelemes töltésvezérlő akku kimenetének pozitív ágában (a szabályozó + akku kimenetét és az akku + saruját összekötő szakaszon), feszültségek méregetése erre nem ad azonnali kielégítő választ. Ennek menete:
- Fontos, hogy a szabályzóra ne legyen rákötve napelem úgy, hogy nincs rákötve akkumulátor is, erre mindenképpen figyeljünk! A napelem felől jövő terheletlen magasabb üresjárati feszültség tönkre is teheti a szabályozót, különösen magasabb Voc paraméterű napelemnél lehet kritikus ez a lépés. Napelem kiköt, árammérő beköt, napelem visszaköt!
- Ügyeljünk arra, hogy a legtöbb multiméterrel nem lehet 10A-nál nagyobb áramot mérni, ezt max. 10A-es töltésvezérlőig használjuk árammérésre, efölött marad az egyenáramú lakatfogó vagy esetleg egy nagyobb áramú árammérő műszer!
- Nyilvánvalónak hangzik, de azért van, aki figyelmen kívül hagyja: süssön a nap (legyen miből tölteni) ÉS az akku ne legyen teljesen feltöltve (egy 12,8V-os akkufeszültség már feltöltött akkut takar, ilyenkor már nem feltétlenül van töltőáram). Általában egy ~12,5V alatti akkufeszültségnél már valamilyen töltőáram megindul és mérhető.
Azonos akkucsoport töltése többfajta áramforrásról egyidőben
Mi a teendő, ha a napelemek mellett egyidőben más áramforrásról is töltenénk az akkumulátort, például szélgenerátorról, aggregátor akkutöltő kimenetéről, jármű generátoráról, hálózati akkumulátortöltőről, stb.? Nos, a válasz egyszerű: bármilyen töltőnk van is, ahhoz, hogy a többi töltővel problémamentesen együtt tudjon működni, közvetlenül az akku sarujára kell kötni. A hangsúly a közvetlenül szón van, tehát ne közösítsük töltőinket a fenti ábra szerint egy közös sínre ebben az esetben sem! Ha az akkumulátorttöltőink akku kivezetései csak az akkumulátor saruinál találkoznak, akkor az egymás méréseibe nem zavarnak be, mindegyik töltő végzi a maga dolgát és lekapcsol, amikor az akku elérte a teljes töltöttséget.
Lakókocsiknál, lakóautóknál vagy hajóknál merül fel az újra és újra, hogy hogyan lehet tölteni a telepített napelemes rendszert menet közben, amikor jár a motor és tölthetné a generátor a napelemes rendszer másodlagos akkumulátorát, például rossz idő esetén. Ha a generátor 12V-os indítóakkumulátort tölt, akkor a DUAL-80 tipusú másodlagos akkumulátortöltőt (un. akku leválasztó kapcsolót) javasoljuk az elsődleges és a másodlagos akkumulátorok biztonságos összekötésére.
