Увеличиваем эффективность домашней солнечной установки с помощью 10 Вт светодиодного драйвера

108 читателей · 863 топика · RSS

Цена: $ 2.18

Здравствуйте, сегодня я хочу рассказать про то как я увеличил эффективность своей домашней солнечной установки, которая используется у меня для освещения нежилых помещений.
Про различные компоненты солнечной установки, такие как солнечные панели и контроллеры заряда я неоднократно уже писал отдельные обзоры. И каждый раз меня спрашивают для чего это нужно. Вот сегодня я как раз и расскажу про реализацию, а также про использование светодиодного драйвера.
Заинтересовавшихся прошу…

Описание домашней солнечной установки:

Итак, как я указал в «шапке», моя солнечная установка используется для освещения нежилых помещений, таких как туалет, ванная, коридор. В общих чертах схема установки следующая:

Солнечные панели установлены 2 штуки (20 и 30 Вт) параллельно. Про установку и подключение панелей я подробно писал раньше. Контроллер используется самый дешёвый PWM на 10 А. Обзор тоже был.
Немного слов о том для чего нужен контроллер заряда. И действительно, достаточно просто соединить солнечную панель с аккумулятором, и при наличии хоть какого-то света, а еще лучше — солнечного, от солнечной батареи пойдет зарядный ток в аккумулятор и без использования контроллера.
Итак, что будет, если не применять его совсем? При прямом подключении солнечной панели к аккумулятору пойдет зарядный ток и напряжение на клеммах аккумулятора начнет постепенно расти. Пока оно не достигнет предельного напряжения зарядки (которое зависит от типа аккумулятора и его температуры), прямое подключение будет равнозначно присутствию контроллера моделей PWM или ON/OFF, поскольку в этом режиме эти модели просто соединяют вход и выход.
При достижении предельного напряжения (около 14 Вольт), ON/OFF контроллер, который является самым дешевым из всех типов, просто отключит солнечную батарею от аккумулятора и заряд прекратится, хотя в реальности аккумулятор заряжен еще не полностью и для полной зарядки требует поддержания на нем предельного напряжения в течение еще нескольких часов. Эту задачу решает PWM контроллер, который при помощи широтно-импульсного преобразования (ШИМ или, по английски — PWM) понижает напряжение солнечной батареи до нужного значения и поддерживает его.
Если же не использовать никакого контроллера, то необходимо постоянно следить при помощи вольтметра за зарядным напряжением и в нужный момент отключить солнечную панель. Но если забыть ее отключить, то это приведет к перезаряду, выкипанию электролита и сокращению срока службы аккумуляторов. Однако, если отключить ее не вовремя, как при использовании простого ON/OFF контроллера, аккумуляторы останутся заряженными не полностью (примерно на 90%), а регулярный недозаряд в конечном итоге приведет к значительному сокращению их срока службы.
В качестве аккумулятора у меня используется обычный автомобильный 12В аккумулятор.
Нагрузкой же являются 10Вт светодиодные прожекторы.
Управляются прожекторы PIR модулями HC-SR501, реагирующими на перемещение тепловых объектов. Обзоры модулей были неоднократно на этом ресурсе, поэтому останавливаться на них смысла не вижу.
В сами прожекторы уже встроены светодиодные драйверы, но они работают от входного переменного напряжения 220В, а здесь их нужно питать от 12В постоянного тока. Для этого я использовал 1Вт 5Ом балластный резистор, подключаемый последовательно со светодиодом.

Но при такой схеме на резисторе выделятся приличное количество мощности (несколько ватт). Мало того, что резистор перегревается, так ещё и энергия расходуется впустую. Есть и ещё один минус. Аккумулятор и контроллер заряда у меня установлены на балконе, а нагрузка подключена через кабель длиной около 10 метров. Естественно от количества одновременно включенных светодиодов зависит и напряжение на конце кабеля. Поэтому хоть и незначительно, но есть влияние количества одновременно включенных светодиодов на яркость. Чем больше светодиодов, тем яркость меньше.
Для улучшения ситуации я решил уйти от балластных резисторов и использовать специализированные светодиодные драйверы. Вот один из таких драйверов и является героем сегодняшнего обзора.

Светодиодный драйвер:

Пришел драйвер в достаточно большом стандартном пакете.

Драйвер крупным планом:

Драйвер собран на микросхеме XL3001. Для интереса я перерисовал схему:

Схема оказалась практически типовая, за исключением наличия 3 параллельновключенных резисторов вместо одного и наличием диодного моста на входе.
Для начала я решил проверить работоспособность драйвера и собрал следующую лабораторную установку:

Входные напряжение и ток контролируются вольтметром БП и левым мультиметром, выходные — правым мультиметром и осциллографом. В качестве нагрузки подключен советский проволочный переменный резистор. Вот что удалось намерить:

Драйвер четко ограничивает ток нагрузки на уровне 0,9А.
Осциллограмма импульсов на индуктивности в режиме стабилизации тока:

Частота соответствует заявленной в руководстве. Всё честно.

Пора переходить к реализации задумки:

Диодный мост на входе я убрал. Диоды хоть и Шоттки, на на них тоже падает по полвольта, т.е. вольт на двух, а в моём случае это недопустимо. В качестве корпуса я использовал губку для обуви, захваченную из одной из гостиниц будучи в командировке в солнечном Казахстане.

Вот что я установил в получившийся «корпус»:

Транзистор взял из старой «материнки».
Корпус приклеил к прожектору 2-х сторонним скотчем. Вот что получилось:

Прожектор пришлось закрыть рукой, т.к. иначе ничего не было бы видно.

Итог:

Драйвер работает, и корректно выполняет свои функции. В итоге ток потребления упал на треть, а яркость возросла. Влияние количества одновременно включенных светодиодов на яркость существенно стало меньше. Но не исчезло полностью. Видимо нужно поднимать напряжение солнечной установки до 24 вольт.

Вот такой вот обзор, желаю всем солнечного света и тепла в доме!!!