PARALLEL- LADEREGLER PLR-8

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1 PARALLEL- LADEREGLER PLR-8 Eigenschaften - universell einsetzbar für die Ladung von Bleibatterien mit Wasser-, Wind- und Solargeneratoren - entweder als kurzschliessender Shuntregler oder mit Überlastwiderständen verwendbar - mit Jumper einstellbar für 12V- und 24V-Batterien (andere Spannungen auf Anfrage) - maximaler Solargenerator-Nennstrom: 10A, maximaler Ableitstrom durch Überschusslast: 15A - Pulsbreitenmodulation mit typ. < 300Hz Taktfrequenz (konstante Rippelspannung) - durch langsame, gerundete Schaltflanken (du/dt < 2V/µs) praktisch keine Störstrahlung - Ladespannung direkt in V/Zelle einstellbar - keine gefährlichen Ausgangsspannungen bei Batterie-Unterbruch - mehrere Regler können zur Leistungssteigerung parallel betrieben werden - für Schrankeinbau, auf DIN-Schiene aufschnappbar, Anschluss über Feder-Printklemmen - einfache und robuste Analogtechnik Technische Daten Nennspannungen max. zul. Eingangsspannung max. Solargenerator-Nennstrom Absicherung Überschusslastwiderstand Lade-Endspannung Taktfrequenz Eigenverbrauch ab Batterie 12V / 24V DC, mit Jumper umsteckbar (andere Spannungen auf Anfrage möglich) 45V 10A (bis 16A bei extremer Einstrahlung zulässig) max. 16A gegen Batterie, dient auch als Verpolungsschutz > 1.0Ω ( 12V) bzw. > 2.0Ω (24V) Zellenspannung einstellbar von 2,1-2,5 V/Zelle mit Trimmer auf Reglerplatine variabel, typisch < 300Hz, max. ca. 400Hz (schlechte Batterie) < 0.4 ma (Batteriespannung < Ladespannung)

2 Anschlüsse Federzug-Printklemmen 2.5mm² Abmessungen Prinzipschema B x H x T = 80 x 100 x 35mm mit Montageclip für DIN 35mm Tragschiene

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4 Funktionsprinzip Der Laderegler sorgt dafür, dass die Batterie vom Generator nur soviel Strom erhält, dass diese zwar vollgeladen, aber nicht überladen wird. Ist die Batterie nur teilweise geladen, so ist der Laderegler noch nicht aktiv und der ganze Generatorstrom fliesst in die Batterie. Nähert sich die Batterie der Volladung, so steigt die Batteriespannung an, bis sie die vom Laderegler vorgegebene Grenze erreicht. Der Laderegler beginnt nun, durch Takten des Schalttransistors gerade soviel Strom von der Ladung abzuzweigen, dass exakt die gewünschte Ladespannung eingehalten wird. Eine gelbe Leuchtdiode auf dem Laderegler zeigt an, wenn der Schalttransistor eingeschaltet ist. Je heller sie leuchtet, desto mehr reduziert der Laderegler den Ladestrom. Die Schaltung des Reglers ist so ausgelegt, dass man auf zwei verschiedene Arten den Ladestrom ableiten kann (siehe Prinzipschema): Schaltung A ist geeignet für alle Generatoren, welche man problemlos kurzschliessen darf, also für Solargeneratoren und gewisse Windgeneratoren (welche dabei abgebremst werden). Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass keine Überschusslastwiderstände benötigt werden. Schaltung B ist für alle übrigen Generatoren geeignet, vor allem für Wasserturbinen. Der Generator muss dabei so beschaffen sein, dass bei anliegender Batteriespannung kein nennenswerter Rückstrom fliessen kann. Ein Alternator mit eingebautem Gleichrichter erfüllt diese Bedingung, nicht jedoch ein Gleichstromgenerator mit Bürsten. Dieser benötigt eine zusätzliche Diode, um einen Motorbetrieb zu vermeiden. Grundsätzlich können auch Solargeneratoren mit Schaltung B betrieben werden (wenn z.b. die Überschussenergie zum Heizen verwendet werden soll). Der Dunkel-Rückstrom ist dabei in der Regel so klein, dass er vernachlässigt werden kann. Dies gilt jedoch nicht für Solargeneratoren, die für längere Zeit völlig abgedeckt sind, z.b. durch Schnee. In diesem Fall muss Schaltung A verwendet werden, bei welcher durch die reglerinterne Diode der Rückstrom unterbunden wird. Alternativ kann auch eine zusätzliche Diode in den Generatorkreis eingefügt werden. Batteriekapazität Damit die Rippelspannung an der Batterie im vernünftigen Rahmen bleibt, sollte die Batteriekapazität mindestens 10Ah pro A Generator-Nennstrom betragen, also z.b. mindestens 100Ah bei einem Generator-Nennstrom von 10A. Dieses Verhältnis hat sich in grösseren Solaranlagen in Bezug auf die Batteriebelastung als wirtschaftlich herausgestellt, vorausgesetzt, der durchschnittliche Tages-Stromertrag der Solargeneratoren liegt über dem 1.5-fachen des durchschnittlichen Tagesverbrauchs. Dieser Ertragsüberschuss ist für die Batterielebensdauer sehr wichtig, da sie nur so immer wieder richtig vollgeladen wird. Für typische solare Beleuchtungsanlagen hat sich ein Verhältnis von 20Ah pro A Nenn-Ladestrom als optimal erwiesen. Eine noch grössere Batteriekapazität kann je nach Anwendung sinnvoll sein, 50Ah pro A sollten jedoch nicht überschritten werden, da sonst bei zunehmendem Alter der Batterie der Solargenerator kaum noch die Batterieverluste decken kann. Überschusslast Die Überschusslast muss so dimensioniert sein, dass sie den grösstmöglichen Generatorstrom ableiten kann, ohne dass dabei die Ladespannungsgrenze überschritten wird. Als Dimensionierungsrichtlinie gilt dabei: Bei Nennspannung (24V, 12V) muss der Widerstand den bei Ladespannung (28V, 14V) zu erwartenden Generatorstrom ableiten. Somit ist eine gewisse Sicherheitsreserve eingebaut. Mit einem PLR-8 können maximal 15A abgeleitet werden. Die Widerstände müssen leistungsmässig so dimensioniert und platziert sein, dass jederzeit die ganze Generatorleistung in ihnen vernichtet werden kann, ohne irgendwelche Überhitzungsgefahr.

5 Da die Taktfrequenz und deren Oberwellen im hörbaren Bereich sind, sollten die Widerstände so gebaut sein, dass sie möglichst keine magnetischen Geräusche machen. Frei in der Luft aufgehängte Widerstandsdrähte aus Nicrothal sind auch als gestreckte Spule kaum hörbar. Achtung: bei unterbrochener Überschusslast besteht die Gefahr, dass die Systemspannung unzulässig ansteigt! Parallelschaltung mehrer Laderegler Zur Leistungssteigerung können mehrere PLR-8 zusammengeschaltet werden: Bei Schaltung A können einfach mehrere Gruppen zu je 10A Generator-Nennstrom parallel auf die gleiche Batterie arbeiten. Die Ladespannungen werden dabei bei allen Reglern etwa gleich eingestellt. Wegen des integralen Regelverhaltens wird immer nur ein Regler am Takten sein. Jeder Ladekreis hat seine eigene Batterie-Sicherung, wodurch eine gute Redundanz entsteht. Soll mit Schaltung B eine stärkere Turbine geregelt werden, so muss der korrekten Absicherung wegen folgende Schaltung verwendet werden: Grundsätzlich sollte der Laderegler so nahe bei der Batterie wie sinnvoll möglich installiert werden. Der Widerstand aller Anschlussleitungen zur Batterie sollte total für einen Relger 20mΩ nicht überschreiten. Einstellen der Ladespannung Die Ladespannung kann sehr einfach durch den Trimmer auf der Reglerplatine eingestellt werden. Die dazugehörende Skala ist dabei direkt in V/Zelle geeicht. Für eine exaktere Einstellung kann mit

6 einem Vielfachmessgerät (Ri 10MΩ) an den bezeichneten Messpunkten die Soll-Zellenspannung direkt gemessen werden. Vom Batteriehersteller wird in der Regel die Dauer-Ladespannung für den Stand-by-Betrieb bei 20 C angegeben. Diese beträgt für die meisten Batte rien mit einer Säuredichte von 1.28g/cm³ etwa 2.27 V/Zelle. Bei Batterien mit einer reduzierter Säuredichte von 1.24g/cm³ reduziert sich diese auf etwa 2.23 V/Zelle. Da in Solaranlagen meist ein Pufferbetrieb herrscht, bei dem die Batterie immer wieder teilweise entladen wird, muss die Ladespannung etwas angehoben werden, und zwar um etwa 0.03 V/Zelle für alle Batterein mit festgelegtem Elektrolyt (AGM, Gel) bzw. 0.06V für Batterien mit flüssigem Elektrolyt (zwecks ausreichender Säuredurchmischung). In Turbinenanlagen liegt diese Erhöhung bei etwa 0.02 V/Zelle bzw V/Zelle. Bei einer wesentlichen Abweichung der mittleren Batterietemperatur von 20 C ist die Ladespannung mit einem Korrekturfaktor von -3mV/ C zu korri gieren. Dies ist vor allem bei einem dauernden Betrieb über 20 C erforderlich. Da Solaranlagen im Winter oft nicht benutzt werden, erübrigt sich eine Anpassung an die Wintertemperaturen. Zur Erhaltungsladung ist die 20 C- Ladespannung auch bei tiefen Temperaturen ausreichend. Eine Einstellung auf 2.30 V/Zelle ist somit für die meisten Fälle eine gute Wahl. Daraus resultiert eine Ladespannung von 13.8 V bzw. 27.6V. Ausgleichsladung: Speziell bei stark belasteten Batterien ist es empfehlenswert, etwa halbjährlich eine etwa 6-stündige Ausgleichsladung mit 2.45V/Zelle durchzuführen. Danach unbedingt die Ladespannung wieder zurückstellen!