Domaći solarni MPPT krug - Pratioc maksimuma snage siromaha

MPPT je skraćenica od maksimalne snage točke praćenja, što je elektronički sustav dizajniran za optimizaciju različite izlazne snage modula solarne ploče tako da povezana baterija iskorištava maksimalnu raspoloživu snagu solarne ploče.

Uvod

NAPOMENA: Raspravljeni MPPT krugovi u ovom postu ne koriste konvencionalne metode upravljanja poput 'Uznemiri i opazi', 'Inkrementalna vodljivost,' Strujanje struje ',' Stalni napon '...... itd. Itd. Ovdje radije koncentrirajte se i pokušajte provesti nekoliko osnovnih stvari:

1. Kako bi bili sigurni da je ulazna 'snaga' solarne ploče uvijek jednaka izlaznoj 'snazi' koja dostiže opterećenje.
2. Opterećenje nikada ne remeti 'napon u koljenu', a MPPT zona panela se učinkovito održava.

Što su napon i struja koljena na ploči:

Jednostavno rečeno, napon u koljenu je 'napon otvorenog kruga' razina panela, dok je struja koljena 'struja kratkog spoja' mjera ploče u bilo kojem trenutku.

Ako se gore navedena dva održavaju što je više moguće, moglo bi se pretpostaviti da opterećenje dobiva MPPT snagu tijekom svog rada.

Prije nego što se pozabavimo predloženim dizajnom, upoznajmo se prvo s nekim osnovnim činjenicama u vezi s tim punjenje solarne baterije

Znamo da je izlaz solarne ploče izravno proporcionalan stupnju upada sunčeve svjetlosti, kao i temperaturi okoline. Kada su sunčeve zrake okomite na solarnu ploču, ona generira maksimalnu količinu napona i pogoršava se kad se kut odmiče od 90 stupnjeva. Atmosferska temperatura oko ploče također utječe na učinkovitost panela, koja pada s porastom temperature .

Stoga možemo zaključiti da kada su sunčeve zrake blizu 90 stupnjeva iznad panela i kada je temperatura oko 30 stupnjeva, učinkovitost panela je prema maksimumu, brzina opada kako se gornja dva parametra odmiču od svojih nazivnih vrijednosti.

Gornji napon obično se koristi za punjenje baterije, a olovna kiselina baterija , koji se pak koristi za upravljanje pretvaračem. Međutim baš kao solarna ploča ima vlastite operativne kriterije , ni baterija nije ništa manja i nudi neke stroge uvjete za optimalno punjenje.

Uvjeti su takvi da se baterija u početku mora puniti relativno jačom strujom, koja se mora postupno smanjivati ​​na gotovo nulu kada akumulator postigne napon 15% veći od svog normalnog napona.

Pod pretpostavkom da se potpuno ispražnjena 12V baterija, s naponom bilo gdje oko 11,5V, u početku može puniti oko C / 2 (C = AH baterije), to će početi relativno brzo puniti bateriju i povući će svoj napon oko 13V u roku od nekoliko sati.

U ovom trenutku struju treba automatski smanjiti na C / 5, to će opet pomoći zadržati brzi tempo punjenja bez oštećenja baterije i povećati njezin napon na oko 13,5 V u sljedećih 1 sat.

Slijedom gornjih koraka, sada se struja može dodatno smanjiti na brzinu C / 10, što osigurava da se brzina punjenja i tempo ne usporavaju.

Konačno, kada napon akumulatora dosegne oko 14,3 V, postupak se može smanjiti na C / 50 stopu koja gotovo zaustavlja postupak punjenja, ali ograničava punjenje da padne na niže razine.

Cijeli postupak puni duboko ispražnjenu bateriju u rasponu od 6 sati bez utjecaja na životni vijek baterije.

MPPT se koristi upravo za osiguravanje da se gornji postupak optimalno izvuče iz određene solarne ploče.

Solarni panel možda nije u mogućnosti pružiti velike strujne izlaze, ali definitivno može pružiti veće napone.

Trik bi bio pretvoriti višu razinu napona u višu razinu struje kroz odgovarajuću optimizaciju izlaza solarne ploče.

Budući da se pretvorbe višeg napona u veću struju i obrnuto mogu provesti samo putem pretvarača s pojačanim pojačanjem, inovativna metoda (iako pomalo glomazna) bila bi uporaba promjenjivog kruga induktora u kojem bi induktor imao mnogo preklopnih slavina, te slavine se mogu prebacivati ​​sklopnim krugom kao odgovor na promjenjivu sunčevu svjetlost, tako da izlaz na teret uvijek ostaje konstantan bez obzira na sunčevu svjetlost.

Pojam se može razumjeti pozivanjem na sljedeći dijagram:

Kružni dijagram

Korištenje LM3915 kao glavnog procesora IC

Glavni procesor u gornjem dijagramu je IC LM3915 koji prebacuje svoj izlazni pinout uzastopno od vrha prema dnu kao odgovor na sve manje sunčeve svjetlosti

Ovi se izlazi mogu vidjeti konfigurirani s preklopnim tranzistorima snage koji su zauzvrat povezani s raznim slavinama feritne jednostruke duge induktivne zavojnice.

Najdonji kraj induktora može se vidjeti priključen s NPN tranzistorom snage koji je prebačen na frekvenciju od oko 100 kHz iz vanjski konfiguriranog kruga oscilatora.

Moćni tranzistori povezani s izlazima IC prekidača kao odgovor na sekvenciranje IC izlaza, povezujući odgovarajuće slavine induktora s naponom ploče i frekvencijom od 100 kHz.

Ovi okreti prigušnice prikladno se izračunavaju tako da njegovi razni slavine postanu kompatibilni s naponom ploče, jer ih prebacuju stupnjevi izlaznog pokretačkog modula IC.

Stoga postupci osiguravaju da je, dok intenzitet sunca i napon pada, na odgovarajući način povezan s odgovarajućom slavinom induktora održavajući gotovo konstantan napon na svim danim slavinama, prema njihovim izračunatim nominalnim vrijednostima.

Razumijemo funkcioniranje uz pomoć sljedećeg scenarija:

Pretpostavimo da je zavojnica odabrana da bude kompatibilna sa solarnom pločom od 30 V, stoga pri vršnom sunčevom svjetlu pretpostavimo da je najjači tranzistor snage UKLJUČEN, što podvrgava oscilaciji cijele zavojnice, što omogućuje da cijelih 30 V bude dostupno preko krajnji krajevi zavojnice.

Sada pretpostavimo da sunčeva svjetlost padne za 3V i smanji svoj izlaz na 27V, to IC brzo prepozna, tako da se prvi tranzistor s vrha sada ISKLJUČI, a drugi tranzistor u nizu UKLJUČI.

Gornja radnja odabire drugu slavinu (27V slavinu) induktora od vrha koja izvodi odgovarajuću slavinu induktora do odziva napona, vodeći računa da zavojnica optimalno oscilira smanjenim naponom ... slično, sada kada napon sunčeve svjetlosti dodatno pada dotični tranzistori 'rukujte se' s odgovarajućim slavinama induktora osiguravajući savršeno podudaranje i učinkovito prebacivanje induktora, što odgovara raspoloživim solarnim naponima.

Zbog gore navedenog usklađenog odziva između solarne ploče i sklopnog dovodnog / poticajnog prigušnog ... naponi slavine na relevantnim točkama mogu pretpostaviti da održavaju konstantan napon tijekom dana, bez obzira na sunčevu svjetlost ....

Na primjer, pretpostavimo ako je induktor dizajniran da proizvodi 30 V na najvišem slavinu, a zatim 27 V, 24 V, 21 V, 18 V, 15 V, 12 V, 9 V, 6 V, 3 V, 0 V na sljedećim slavinama, tada bi se moglo pretpostaviti da su svi ti naponi konstantan preko ovih slavina bez obzira na razinu sunčeve svjetlosti.

Također imajte na umu da se ovaj napon može mijenjati prema korisničkim specifikacijama radi postizanja većih ili nižih napona od napona ploče.

Gornji krug također se može konfigurirati u topoogiji povratnog leta kao što je prikazano dolje:

U obje gornje konfiguracije, izlaz bi trebao ostati konstantan i stabilan u smislu napona i snage bez obzira na solarnu snagu.

Korištenje I / V metode praćenja

Sljedeći koncept sklopa osigurava da opterećenje nikad drastično ne poremeti razinu MPPT ploče.

Krug prati razinu MPPT 'koljena' panela i pazi da teret ne smije potrošiti više što bi moglo prouzročiti pad u ovoj razini koljena panela.

Naučimo kako se to može učiniti pomoću jednostavnog opcijskog sklopa za praćenje I / V opampa.

Imajte na umu da projekti koji nemaju pretvarač s naponom nikada neće moći optimizirati višak napona u ekvivalentnu struju za opterećenje i u tom pogledu mogu propasti, što se smatra ključnom značajkom bilo kojeg MPPT dizajna.

Vrlo jednostavan, ali učinkovit uređaj tipa MPPT može se izraditi korištenjem IC LM338 i opampira.

U ovom konceptu koji sam dizajnirao, opcijsko pojačalo konfigurirano je na takav način da neprestano bilježi trenutne MPP podatke ploče i uspoređuje ih s trenutnom potrošnjom opterećenja. Ako utvrdi da potrošnja tereta premašuje ove pohranjene podatke, odsječe opterećenje ...

Stupanj IC 741 dio je solarnog tragača i čini srce cjelokupnog dizajna.

Napon solarne ploče napaja se na invertirajuću iglu 2 IC-a, dok se isti primjenjuje na neinvertirajući pin 3 s padom od oko 2 V pomoću tri diode 1N4148 u seriji.

Gornja situacija dosljedno drži pin3 IC-a za nijansu nižu od pin2 osiguravajući nulti napon na izlaznom pin6 IC-a.

Međutim, u slučaju neučinkovitog preopterećenja, kao što je neusklađena baterija ili jaka struja, napon solarne ploče obično pada prema opterećenju. Kada se to dogodi, napon pin2 također počinje padati, no zbog prisutnosti kondenzatora od 10 uF na pin3, njegov potencijal ostaje čvrst i ne reagira na gornji pad.

Situacija trenutno prisiljava pin3 da ide više od pin2, što zauzvrat prebacuje pin6 visoko, UKLJUČUJUĆI BJT BC547.

BC547 sada odmah onemogućuje LM338 prekidajući napon na bateriji, ciklus se neprestano prebacuje, ovisno o nazivnoj brzini IC-a.

Gore navedeni postupci osiguravaju da napon solarne ploče nikada ne padne ili ne padne zbog opterećenja, održavajući cijelo vrijeme kao MPPT.

Budući da se koristi linearni IC LM338, sklop bi mogao opet biti pomalo neučinkovit .... lijek je zamjena stupnja LM338 s pretvaračem dolarima ... što bi dizajn učinilo izuzetno svestranim i usporedivim s istinskim MPPT-om.

Ispod je prikazan MPPT krug koji koristi topologiju buck pretvarača, sada dizajn ima puno smisla i izgleda puno bliže istinskom MPPT

48V MPPT krug

Gore navedeni jednostavni MPPT krugovi mogu se također modificirati za provođenje visokonaponskog punjenja baterija, kao što je sljedeći 48V krug MPPT punjača za bateriju.

Sve sam ideje isključivo razvio ja.