Przetwornice do paneli fotowoltaicznych
| TechnikaW ostatnich latach możemy zaobserwować rosnące zainteresowanie zieloną energią. Mnożą się liczne aplikacje umożliwiające pozyskanie energii z wolno dostępnych źródeł, wśród których największą popularnością cieszą się instalacje paneli fotowoltaicznych. Ich ceny stały się na tyle przystępne, że są chętnie instalowane nawet na działkach wypoczynkowych. Budując instalacje tego typu, należy zdać sobie sprawę ze specyfiki źródła energii, którym jest panel fotowoltaiczny lub wiatrak. A także mieć na uwadze wyzwania stające przed twórcami urządzeń zasilanych z takich źródeł.
Panel fotowoltaiczny wykorzystywany jako źródło energii jest bardzo kapryśny, ponieważ moc prądu elektrycznego pozyskiwanego z panelu zależna będzie od natężenia padającego światła. Jednak nie tylko: istotnym czynnikiem pozostaje także prąd obciążenia. Jako użytkownik takiego źródła energii w większości wypadków nie jesteśmy w stanie zagwarantować ani stałego oświetlenia, ani też stałego obciążenia. Zwykle panele są zamontowane na stałe – rzadko kiedy na obrotnicach podążających za słońcem. Powoduje to, że światło słoneczne pada na powierzchnię panelu pod różnym kątem. Ponadto słońce może być przysłonięte przez chmury. Podobnie obciążenie – zwykle nie ma stałego charakteru, ale zmienia się zależnie od potrzeb użytkowników sieci elektrycznej. W takich warunkach użytkowania również napięcie dostępne na zaciskach panelu będzie zmieniało się w szerokim zakresie.
Zwykle użytkownik sieci elektrycznej oczekuje, że jest w niej dostępne stabilne napięcie i nie trzeba przejmować się jego fluktuacjami. Jeśli, na przykład, wynosi ono 12 VDC, to oczekuje się, że zmiany będą raczej niewielkie, najwyżej 2‒3% wartości nominalnej. Jak wspomniano, źródła energii wolno dostępnej rzadko kiedy są w stanie zapewnić takie warunki zasilania. Dlatego jako urządzeń pośredniczących pomiędzy nimi a użytkownikiem stosuje się odpowiednio skonstruowane przetwornice napięcia.
Inaczej niż "zwykłe" przetwornice DC/DC przeznaczone do zasilania i zależnie od aplikacji docelowej, przetwornice współpracujące z odnawialnymi źródłami energii muszą odznaczać się odpowiednimi parametrami, dopasowanymi do kaprysów źródła. Wśród nich najważniejsze to szeroki zakres napięcia wejściowego, odpowiednia rezystancja wejściowa oraz duże napięcie przebicia pomiędzy wejściem a wyjściem, zwykle wynoszące co najmniej kilkaset woltów.
Popyt na zieloną energię spowodował, że urządzenia i produkty przeznaczone do jej pozyskiwania wytwarzane są przez wiele konkurujących firm. Przeciętnego użytkownika panelu zainteresują przede wszystkim gotowe moduły typu plug & play dołączane do paneli, jednak elektroników konstruktorów mogą zainteresować przede wszystkim moduły przetwornic przeznaczone do wbudowania we własne urządzenie. Docelową aplikację mogą stanowić podświetlane znaki drogowe, urządzenia monitorujące lub układy działające w sieciach IoT. Spośród produktów do takich zastosowań warto wyróżnić wyroby kanadyjskiej firmy Aimtec, które cieszą się uznaniem konstruktorów na całym świecie.
Aimtec jest globalnym przedsiębiorstwem zajmującym się opracowywaniem i produkcją modułowych systemów zasilania AC/DC i DC/DC, włączając w to zasilacze LED. Główna siedziba przedsiębiorstwa mieści się w Montrealu, ale ma ono też liczne biura w Europie oraz Azji. Wyroby Aimteca są cenione głównie za unikatowe opcje i stosunek jakości do ceny.
PRZETWORNICE DO PANELI FOTOWOLTAICZNYCH
Przetwornice do paneli fotowoltaicznych produkowane przez Aimtec zainteresują przede wszystkim konstruktorów urządzeń zasilanych napięciem stałym z zakresu od 5 do 48 VDC. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, aby takim napięciem ładować baterię akumulatorów, z której za pomocą kolejnej przetwornicy będzie pozyskiwane napięcie 230VAC, ale stanie się to kosztem znacznej utraty sprawności źródła zasilania.
W związku z tym, że napięcie występujące na zaciskach paneli fotowoltaicznych oraz generatorów napędzanych energią wiatru ma zbliżone parametry, firma poleca serię swoich produktów do współpracy z obydwoma rodzajami źródeł energii. Mowa tu o rodzinie przetwornic AM5W…AM200W, w których liczba następująca po przedrostku "AM" określa maksymalną, ciągłą moc zasilania dostępnego na wyjściu. Następnie, zgodnie z nomenklaturą producenta, podawane są: nominalne napięcie wejściowe, napięcie wyjściowe oraz typ obudowy. I tak, dla przykładu, symbol AM15W-60015S-NZ oznacza przetwornicę o mocy 15 W, napięciu wyjściowym 15 VDC, nominalnym napięciu wejściowym do 600 VDC, w obudowie przeznaczonej do wlutowania w płytkę drukowaną. Oprócz obudów tego typu oferowane są również moduły z zaciskami śrubowymi, zewnętrznym bezpiecznikiem i filtrem EMC (-ST), do montażu na szynę TH/TS35 z bezpiecznikiem i filtrem EMC (-STD, -STS) lub bez bezpiecznika (-STF). Po szczegóły oznaczeń warto sięgnąć do kart katalogowych dostępnych na stronie internetowej producenta lub dystrybutora, firmy TME.
Największym zainteresowaniem użytkowników OEM cieszą się przetwornice o mocy z zakresu od 5 W do 40 W, w obudowie o wymiarach 70×48×23,5 mm, przeznaczonej do wlutowania w płytkę drukowaną. Co bardzo ważne, oferowane w ramach tej rodziny przetwornice są umieszczone w obudowach o takich samych wymiarach i są kompatybilne pod względem rozmieszczenia wyprowadzeń, co pozwala na łatwe rozszerzenie funkcjonalności źródła zasilania bez zmiany płytki drukowanej. Przetwornice o większej mocy, to jest 45 W i 200 W, mają obudowę typu open frame i są dołączane do współpracujących obwodów za pomocą zacisków śrubowych, co na pewno docenią montażyści i serwisanci. Warto przy tym przypomnieć, że również przetwornice o mniejszej mocy (o czym była już mowa wcześniej) są oferowane w wariancie do montażu poza płytką drukowaną, z bezpiecznikiem, z filtrem EMC, z zaciskami śrubowymi.
Nominalne napięcie wejściowe jest zależne od typu i wynosi od 200 do 1500 VDC, a jego zakres jest bardzo szeroki, bo wynosi aż 10:1. Napięcie wyjściowe jest niezmienne, ustalane przez producenta na etapie produkcji. Największy wybór wariantów występuje w ramach serii przetwornic o mocy do 40 W. Wśród nich są oferowane przetwornice o napięciu wyjściowym wynoszącym 5, 9, 12, 15 lub 24 VDC. Przetwornica o mocy 45 W ma dwa wyjścia 15-woltowe, natomiast przetwornica 200-watowa dostarcza napięcie 24 VDC lub 48 VDC. Wszystkie mogą być użytkowane w temperaturze otoczenia od –40°C do +70°C bez pogorszenia parametrów użytkowych. Największa sprawność energetyczna wynosi około 80%, co w aplikacji przekłada się na niewielkie straty mocy oraz brak konieczności stosowania wymuszonego chłodzenia.
Wszystkie omawiane produkty spełniają surowe wymagania stawiane przez normy bezpieczeństwa urządzeniom współpracującym z panelami fotowoltaicznymi. Mają dopuszczenia CSA (CSA-C22.2 No.107.1-01), UL (1741), znak CE nadany zgodnie z normami europejskimi (ich szczegółowy wykaz jest dostępny w karcie katalogowej każdej przetwornicy). Standardowe opcje zabezpieczeń obejmują ochronę przed przepięciem i zwarciem na wyjściu, przegrzaniem, przed odwrotną polaryzacją napięcia zasilającego.
Do startu przetwornicy nie jest wymagane obciążenie minimalne, a samo jej uruchomienie w warunkach bez obciążenia następuje w czasie poniżej 1 sekundy. Typowe napięcie przebicia pomiędzy wejściem a wyjściem dla większości przetwornic wynosi 4 kV.
Podstawowe parametry przetwornic z omawianej serii wymieniono w tabeli. Po szczegółowe opisy parametrów należy sięgnąć do kart katalogowych.
TME
www.tme.eu
