Как подключить солнечную панель к аккумулятору через контроллер

Ниже разбираем схему «панель → контроллер → аккумулятор» на конкретных цифрах. Пример — наша панель Hoshine HS-72TBN-585 S3: напряжение холостого хода 52,15 В, ток короткого замыкания 13,75 А (по наклейке и паспорту производителя). Для другой панели подставьте её паспортные значения, логика расчёта та же.

Схема подключения

Между панелью и контроллером ставят разъединитель (выключатель постоянного тока), чтобы снимать напряжение с контроллера при работе. Между контроллером и аккумулятором ставят предохранитель как можно ближе к аккумулятору: он защищает провод, если где-то случится короткое замыкание. Приборы на 220 В подключают к аккумулятору через инвертор, а не к контроллеру.

Почему нельзя напрямую

Напряжение холостого хода панели 585 Вт около 52 В, а аккумулятор на 12 В заряжается до 14–14,6 В. Подключенная напрямую панель не знает, когда остановиться: свинцовый аккумулятор она перезарядит и испортит, у литиевого LiFePO₄ сработает защита (BMS) и отключит его. Ночью без контроллера аккумулятор ещё и понемногу разряжается обратно через панель. Контроллер решает все три задачи: понижает напряжение, ведёт заряд по стадиям и не пускает ток обратно.

MPPT или PWM для большой панели

PWM-контроллер работает как ключ: соединяет панель с аккумулятором напрямую и размыкает, когда тот зарядился. Пока ключ замкнут, панель работает на напряжении аккумулятора, около 13–14 В, а ток ограничен её током короткого замыкания, 13,75 А. Получается примерно 13,6 В × 13,75 А ≈ 190 Вт из 585. Две трети мощности панели теряются.

MPPT-контроллер держит панель в точке максимальной мощности (около 44 В) и сам понижает напряжение, отдавая аккумулятору больший ток. Поэтому для панелей с напряжением 40–50 В и выше, к которым относятся почти все современные панели 400–600 Вт, на практике нужен только MPPT. PWM имеет смысл для маленьких «12-вольтовых» панелей на 100–200 Вт.

Как подобрать контроллер: три проверки

1. Напряжение на морозе

Напряжение холостого хода растёт при охлаждении. У нашей панели температурный коэффициент −0,25% на градус (по паспорту): на каждый градус ниже 25 °C напряжение прибавляет 0,25%. Самое опасное время — морозный рассвет: панель холодная, солнце уже светит, а контроллер ещё не начал заряд. Если напряжение в этот момент выше предела контроллера, он может выйти из строя.

−40 °C — нижний предел работы панели по паспорту, его берём как запас. Вывод: контроллер с максимальным входным напряжением 100 В годится только для одной такой панели, для двух последовательно нужен контроллер на 150 В, для трёх — на 250 В. Цифра в названии многих контроллеров (например, «150/45») и есть этот предел.

2. Напряжение панели выше напряжения аккумулятора

MPPT-контроллер начинает заряжать, когда напряжение панели превышает напряжение аккумулятора с запасом. Например, производитель контроллеров Victron в инструкции требует, чтобы номинальное напряжение панелей было минимум на 5 В выше напряжения аккумулятора. Одна панель с рабочим напряжением 44 В спокойно заряжает аккумулятор 12 и 24 В. Для системы на 48 В (литиевый аккумулятор заряжается примерно до 57–58 В) одной панели мало, нужны две последовательно.

3. Ток на выходе и мощность

Контроллер выдаёт аккумулятору ток, равный мощности, делённой на напряжение аккумулятора. Двусторонняя панель при хорошем отражении от земли даёт больше паспортной мощности, поэтому считаем с запасом (* — 646 Вт по наклейке панели с учётом тыльной стороны):

Проверьте ещё таблицу мощности в инструкции контроллера: там указано, сколько ватт панелей он принимает при каждом напряжении аккумулятора. Например, у Victron SmartSolar MPPT 150/35 для 12 В указано 500 Вт, у 150/45 — 650 Вт. Значит, для одной панели 585 Вт на аккумуляторе 12 В первая модель уже мала. Немного больше панелей, чем по таблице, многие MPPT принимают и просто срезают пик, но это нужно проверить в инструкции конкретной модели.

Порядок подключения и отключения

Порядок задаёт производитель конкретного контроллера, сверяйтесь с его инструкцией. Типичный, например, в инструкции Victron:

1. Подключите аккумулятор к контроллеру (через предохранитель), соблюдая полярность.
2. Подождите около 10 секунд: контроллер сам определит напряжение системы (12, 24 или 48 В).
3. Проверьте, что напряжение определилось правильно (по индикации или в приложении).
4. Подключите панели. Днём на разъёмах панели уже есть напряжение, поэтому делайте это при выключенном разъединителе или накройте панель плотной тканью.

Отключают в обратном порядке: сначала панели, потом аккумулятор. Если подключить панель к контроллеру без аккумулятора, многие контроллеры неправильно определят напряжение системы, а некоторые могут повредиться.

Провода и предохранители

От панели до контроллера. У панели выводы сечением 4 мм² с разъёмами, тип которых указан на наклейке (у нашей модели HSL01). Ответные разъёмы берите совместимые по инструкции производителя: смешивать разъёмы разных марок не рекомендуется. Удлиняют солнечным кабелем того же сечения, ток здесь небольшой: около 14 А, с тыльной стороной до 17 А.

От контроллера до аккумулятора. Здесь ток в 3–4 раза больше, и сечение считают по падению напряжения. Считаем для 12 В, тока 46 А и допустимой потери 2% (≈0,26 В), медь (0,0175 Ом·мм²/м):

Поэтому контроллер ставят как можно ближе к аккумулятору. Если в инструкции контроллера указано минимальное сечение, берите большее из двух значений.

Предохранитель у аккумулятора подбирают по инструкции контроллера: там обычно указан диапазон. Например, для Victron 150/45 — от 50 до 63 А.

Предохранители на панелях. Если параллельно соединены одна или две цепочки панелей, отдельные предохранители на них обычно не нужны. Если цепочек три и больше, по стандарту IEC 62548 на каждую ставят свой предохранитель: при повреждении одной цепочки остальные могут гнать в неё обратный ток. Номинал не больше указанного в паспорте модуля, у нашей панели это 25 А.

Частые ошибки

• Панель подключили раньше аккумулятора. Контроллер может неправильно определить напряжение системы.
• Две панели последовательно на контроллер 100 В. На морозе напряжение дойдёт до 117–121 В.
• PWM-контроллер для большой панели. Работает, но отдаёт около трети мощности.
• Тонкий провод к аккумулятору. Греется и теряет энергию, контроллер недозаряжает аккумулятор.
• Нет предохранителя у аккумулятора. При коротком замыкании аккумулятор отдаёт ток в сотни, а литиевый и в тысячи ампер, и провод может загореться.
• Перепутана полярность. Защита от переполюсовки есть не у всех контроллеров и не на всех входах. Проверяйте полярность мультиметром до подключения.

Не хотите собирать сами

Если не хочется считать сечения и выбирать контроллер, есть готовый вариант. В нашей мобильной солнечной станции MPPT-контроллер на 60 А, литиевый аккумулятор и защита уже подобраны под панель 585 Вт и собраны в щите. Остаётся поставить раму и подключить панель разъёмом. Что от неё можно запитать, разобрано в статье «Что запитает мобильная станция», а как безопасно подключить станцию к дому — здесь.