MPT-7210A MPPT контроллер заряда для солнечной установки

Здравствуйте. Продолжаю тему солнечной энергетики. Солнечные панели я уже обозревал (вот и вот). Также писал обзор и на простейший PWM контроллер заряда. Настала очередь познакомиться с более «продвинутым» контроллером, так называемым MPPT контроллером.
Что это, для чего, чем лучше PWM, а также распаковка, разборка, тестирование, всё это будет в обзоре.
Заинтересовавшихся прошу.

Теория:

Сначала немного 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.
Тут я думаю с необходимостью контроллера заряда можно закончить и перейти к описанию типов контроллеров заряда. Хотя про 2 типа (ON/OFF и PWM) уже было сказано выше. В общем существует третий тип контроллеров, так называемые MPPT контроллеры заряда. Для чего они нужны продемонстрирую на следующем графике:На этом графике приводится нагрузочная характеристика стандартной 12 вольтовой солнечной панели с напряжением холостого хода около 20 вольт. Если подключить эту панель к 12 вольтовой свинцово-кислотной аккумуляторной батарее через PWM контроллер, можно получить рабочие точки в диапазоне 10-14,5В. Однако точка максимальной мощности солнечной панели находится выше (на этом графике это 17 вольт). И если снимать с панели эту мощность именно в этой точке, КПД всей солнечной установки будет выше. Вот для этого и применяются MPPT контроллеры. MPPT это Maximum Power Point Tracking, т.е. отслеживание точки максимальной мощности. Само отслеживание этой точки может осуществляться по разным алгоритмам и в разных MPPT контроллерах оно реализовано по разному. В самом простейшем случае эту точку можно задавать вручную.
Таким образом, главное отличие MPPT контроллера от PWM это наличие у первого преобразователя напряжения, из-за которого напряжение на солнечной панели не будет равно напряжению на аккумуляторной батарее.
Ну вот, надеюсь не сильно заумно написал.
MPPT контроллеры штука не из дешевых. Их стоимость начинается от 300 долларов. Описываемый же контроллер стоит существенно дешевле. Посмотрим чем он хорош или плох, как получится…

Упаковка и комплектация:

Контроллер был упакован в обычную картонную коробку, дополнительно обмотан «пупыркой». В комплекте кроме контроллера был еще лист А4 с описанием меню. Больше ничего. Т.е. никаких параметров, характеристик, руководств, ни-че-го. Фотографировать коробку, упаковку и горе-инструкцию я не стал, но на видео в конце обзора это всё есть.

Контроллер:

Инструкция по эксплуатации в электронном виде была найдена тут. Вот параметры контроллера, взятые из этой инструкции:
— Входное напряжение (от солнечной панели) 12-60 В;
— Выходное напряжение 15-90 В;
— Выходной ток 0-10А;
— Максимальная выходная мощность 600 Вт.
Габаритные размеры и вес:Небольшое описание словами: На передней панели расположен цветной дисплей и 4 кнопки:SET — выбор поля;
Стрелки вверх/вниз — увеличение/уменьшение величины в выбранном поле;
OK — подтверждение выбора или включение/выключение работы контроллера.
На левой стороне расположен вентилятор, на правой клеммы подключения солнечной панели и аккумулятора.
Подключение:Очерёдность подключения следующая: сначала солнечную панель, затем аккумуляторную батарею. В большинстве контроллеров заряда делать нужно наоборот, т.е. сначала батарею, потом панель, т.к. контроллер питается от батареи. Здесь же контроллер питается от солнечной панели. Вот такая особенность.
Идем дальше, рассмотрим экран:Экран разбит на 4 области: 3 горизонтальных и одну вертикальную. Перечисляю поля сверху вниз:
1. Напряжение на солнечной панели;
2. Напряжение на аккумуляторной батарее;
3. Ток заряда;
4. Мощность заряда;
5. Суммированная энергия заряда;
6. Время заряда
С помощью кнопок можно задать: напряжение точки максимальной мощности, максимальное напряжение аккумуляторной батареи, максимальный ток заряда, время свечения экрана, ёмкость аккумуляторной батареи, время зарядки аккумуляторной батареи, яркость экрана, скорость работы вентилятора. Как это делать, описано в инструкции, а также я это продемонстрировал в видеоролике в конце обзора. Все эти настройки можно записать в 1 из 20 ячеек памяти.

Разборка:

Чтобы разобрать корпус, необходимо открутить с одной из сторон 4 винта, лучше это делать со стороны вентилятора. И далее вытащить и плату и переднюю панель.К качеству сборки и пайки претензий нет, всё аккуратно и чисто. Есть претензии к компоновке. Я не понимаю, зачем применять алюминиевый корпус, если не использовать его в качестве радиатора, а ставить внутрь маленький радиатор и обдувать его вентилятором. Мне кажется это верхом конструкторской глупости. В общем рекомендую транзисторы снять с радиатора и посадить на корпус. Вентилятор демонтировать. Тем более, что он ужасно шумный и потребляет лишнюю энергию.

Тестирование:

Сначала я планировал к этому контроллеру подключить мою 20-ти ваттную солнечную панель и автомобильный аккумулятор. Т.е. заменить свой PWM контроллер на этот и рассказать какой это классный контроллер и насколько он лучше контроллера PWM. Но не тут-то было. Сделав так я пришёл к выводу, что контроллер неработоспособен, т.к. ток и напряжение на аккумулятор не ограничивается и вся энергия из солнечной панели прямиком «шуруется» в аккумулятор. Чтобы изучить работу контроллера я подключил вместо солнечной панели блок питания с напряжением холостого хода около 16 вольт, а к клеммам подключения аккумуляторной батареи подключил 0,5 Вт нагрузочный резистор 2 кОм. Параллельно блоку питания и резистору подключил по мультиметру.Сразу скажу, контроллер с приемлемой точностью измеряет напряжения на солнечной панели и на аккумуляторной батарее.
Далее, в меню контроллера, я выставил напряжение солнечной панели 10 вольт, напряжение на аккумуляторе 11,15 вольта. При включении, увидел что на входе, что на выходе напряжение около 15 вольт.Что и требовалось доказать, контроллер работает некорректно.
Однако я пошёл дальше и задал 14В на входе и 20В на выходе, получил 16В и 20В соответственно.Уже лучше.
Следующая точка тестирования: 14В и 40В. Получил: 15,5В и 40В.
Идём дальше. Задал 13 вольт на входе, и 90В на выходе. Получил 13В и 76В соответственно.Вот это нормальный режим работы MPPT контроллера. Т.е. контроллер поддерживает на входе напряжение заданное ранее как «напряжение максимальной мощности панели». На выходе контроллер работает в режиме контролирования тока заряда. Просто входной мощности недостаточно, чтобы поднять напряжение до максимальнодопустимого, также выставленного ранее. Как только напряжение на аккумуляторной батарее достигнет максимального, контроллер перейдёт в режим поддержания напряжения и не даст подняться ему выше.

Видеообзор:

В видеообзоре распаковка, разборка и тестирование прибора. Также я подробно показал как работать с меню.

Итог:

В результате всего вышесказанного могу ответственно заявить, что данный контроллер работоспособен и является MPPT контроллером с несколькими оговорками:
1. Контроллер не способен автоматически находить точку максимальной мощности солнечной панели, напряжение этой точки необходимо задавать вручную (конструктивная особенность);
2. Контроллер может быть применим при условии, что напряжение на аккумуляторной батарее выше напряжения холостого хода солнечной панели, иначе ограничений по напряжению и току заряда нет (конструктивная особенность);
3. Контроллер при включении автоматически не считывает из памяти все параметры, поэтому ежедневно требует ручной начальной инициализации (программная недоработка, можно выйти из ситуации применив дополнительный контроллер, например, Ардуино, для начальной инициализации сабжа).
Также к «минусам» можно отнести шумность вентилятора и странную конструктивную особенность прибора: алюминиевый корпус не используется в качестве радиатора. Но здесь достаточно просто произвести необходимые доработки, убрав внутренний маленький радиатор и вентилятор, «посадить» силовые транзисторы на корпус.

Ну вот как-то так получилось. На первый взгляд «минусов» больше, чем «плюсов». Так это или нет не знаю.
При написании данной статьи я перерыл некоторое количество информации по поводу имеющихся в наличии MPPT контроллеров и суммируя могу заявить, что далеко не все продаваемые недорогие MPPT контроллеры являются таковыми. Т.е. производители часто пишут эту аббревиатуру, обманывая покупателей. Это утверждение не относится к сабжу.
Повторю, что обозреваемый контроллер это MPPT контроллер, хоть и самого начального уровня.

Надеюсь информация найдёт своего читателя и будет ему полезна. Удачи!