Kako napraviti krug za optimizaciju solarne ploče

Predloženi krug solarnog optimizatora može se koristiti za dobivanje maksimalno mogućeg izlaza u smislu struje i napona sa solarne ploče, kao odgovor na različite uvjete sunčeve svjetlosti.

Nekoliko jednostavnih, ali učinkovitih krugova punjača za optimizaciju solarnih panela objašnjeno je u ovom postu. Prvi se može izraditi pomoću nekoliko 555 IC-a i nekoliko drugih linearnih komponenata, drugi optin je još jednostavniji i koristi vrlo obične IC-ove poput LM338 i op amp IC 741. Naučimo postupke.

Cilj kruga

Kao što svi znamo, postizanje najveće učinkovitosti iz bilo kojeg oblika napajanja postaje izvedivo ako postupak ne uključuje ranžiranje napona napajanja, što znači da želimo postići potrebnu nižu razinu napona i maksimalnu struju za opterećenje koje je radi bez ometanja razine napona izvora i bez stvaranja topline.

Ukratko, dotični solarni optimizator trebao bi dopustiti svoj izlaz s maksimalno potrebnom strujom, bilo kojom nižom razinom potrebnog napona, a pritom pazeći da razina napona na ploči ostane nepromijenjena.

Jedna metoda o kojoj se ovdje govori uključuje PWM tehniku ​​koja se može smatrati jednom od optimalnih metoda do danas.

Trebali bismo biti zahvalni ovom malom geniju zvanom IC 555 zbog kojeg svi teški koncepti izgledaju tako lako.

Upotreba IC 555 za PWM pretvorbu

I u ovaj koncept ugrađujemo i u velikoj mjeri ovisimo o nekoliko IC 555 za potrebnu implementaciju.

Gledajući zadati dijagram sklopa, vidimo da je cjelokupni dizajn u osnovi podijeljen u dvije faze.

Gornji stupanj regulatora napona i donji stupanj generatora PWM.

Gornji stupanj sastoji se od p-kanalnog MOSFET-a koji je pozicioniran kao prekidač i reagira na primijenjene PWM informacije na svojim vratima.

Donji stupanj je stupanj generatora PWM. Nekoliko 555 IC-a konfigurirano je za predložene radnje.

Kako krug funkcionira

IC1 je odgovoran za stvaranje potrebnih kvadratnih valova koje obrađuje generator valova konstantne struje koji sadrži T1 i pripadajuće komponente.

Ovaj se trokutasti val primjenjuje na IC2 za obradu u potrebne PWM-ove.

Međutim, razmak PWM-a od IC2 ovisi o razini napona na njegovom pinu 5, koji se dobiva iz otporne mreže preko panela putem 1K otpornika i 10K unaprijed postavljene vrijednosti.

Napon između ove mreže izravno je proporcionalan promjenjivim voltima na ploči.

Tijekom vršnih napona PWM-ovi postaju širi i obrnuto.

Gore navedeni PWM-ovi primjenjuju se na mosfet-vrata koja provode i osiguravaju potreban napon spojene baterije.

Kao što je prethodno spomenuto, tijekom vršnog sunčevog svjetla ploča generira višu razinu napona, viši napon znači da IC2 generira šire PWM-ove, što zauzvrat održava mosfe isključenim dulje vrijeme ili uključenim za relativno kraća razdoblja, što odgovara prosječnoj vrijednosti napona koja bi mogla biti oko 14,4 V preko terminala baterije.

Kad se sjaj sunca pogorša, PWM postaju proporcionalno usko raspoređeni što omogućava MOSFET-u da vodi više tako da prosječna struja i napon na bateriji nastoje ostati na optimalnim vrijednostima.

10K postavku treba prilagoditi za prolaz oko 14,4V preko izlaznih terminala pod jakim suncem.

Rezultati se mogu pratiti pod različitim uvjetima sunčeve svjetlosti.

Predloženi krug za optimizaciju solarnih ploča osigurava stabilno punjenje baterije, bez utjecaja na ili napona na ploči, što također rezultira nižim stvaranjem topline.

Napomena: Spojena vjetrobranska ploča trebala bi generirati 50% više napona od priključene baterije pri vrhuncu sunca. Struja bi trebala biti 1/5 od AH ocjene baterije.

Kako postaviti krug

1. To se može učiniti na sljedeći način:
2. U početku držite S1 isključenim.
3. Izložite ploču vrhuncu sunca i prilagodite unaprijed postavljenu vrijednost da biste dobili potreban optimalni napon punjenja na izlazu i masi odvodne mosfet odvodne diode.
4. Krug je sada sve postavljen.
5. Nakon što to učinite, UKLJUČITE S1, baterija će se početi puniti u najbolje moguće optimiziranom načinu.

Dodavanje trenutne kontrolne značajke

Pažljivo istraživanje gornjeg kruga pokazuje da dok mosfet pokušava kompenzirati pad napona napona ploče, on omogućava bateriji da izvuče više struje iz panela, što utječe na napon na ploči i dodatno je spušta dovodeći do bijega, ovo može ozbiljno ometati postupak optimizacije

Značajka upravljanja strujom, kao što je prikazano na sljedećem dijagramu, brine se za ovaj problem i zabranjuje bateriji povlačenje prekomjerne struje izvan navedenih granica. To zauzvrat pomaže da napon ploče ne utječe.

RX koji je strujni granični otpor može se izračunati pomoću sljedeće formule:

RX = 0,6 / I, gdje je I navedena minimalna struja punjenja za priključenu bateriju

Može se izraditi sirova, ali jednostavnija verzija gore objašnjenog dizajna, kako je predložio gospodin Dhyaksa, koristeći detekciju pragova pin2 i pin6 IC555, a cjelokupni dijagram može se vidjeti u nastavku:

Nema optimizacije bez Buck Convertera

Gore objašnjeni dizajn radi pomoću osnovnog koncepta PWM-a koji je automatski prilagodio PWM kruga temeljenog na 555 kao odgovor na promjenu intenziteta sunca.

Iako izlaz iz ovog kruga daje samoprilagodljivi odgovor kako bi se održao konstantan prosječni napon na izlazu, vršni napon se nikada ne podešava što ga čini znatno opasnim za punjenje Li-ion ili Lipo baterija.

Štoviše, gornji krug nije opremljen za pretvaranje viška napona s ploče u proporcionalnu količinu struje za priključeno nazivno opterećenje nižeg napona.

Dodavanje Buck Convertera

Pokušao sam ispraviti ovo stanje dodavanjem stupnja pretvarača dolje u gornji dizajn i mogao bih proizvesti optimizaciju koja je izgledala vrlo slično MPPT krugu.

Međutim, čak i s ovim poboljšanim krugom, nisam mogao biti potpuno uvjeren u vezi je li krug uistinu sposoban proizvesti konstantni napon s smanjenom vršnom razinom i pojačanom strujom kao odgovor na različite razine intenziteta sunca.

Da bih bio potpuno siguran u koncept i eliminirao sve zabune, morao sam proći iscrpnu studiju u vezi s pretvaračima donje struje i povezanim odnosom između ulaznih / izlaznih napona, struje i omjera PWM (radni ciklus), koji su nadahnuli ja da stvorim sljedeće povezane članke:

Kako rade Buck pretvarači

Izračunavanje napona, struje u Buck induktoru

Zaključne formule dobivene iz gornja dva članka pomogle su razjasniti sve sumnje i napokon bih mogao biti potpuno siguran u svoj prethodno predloženi krug solarnog optimizatora koji koristi krug pretvarača.

Analizirajući uvjete radnog ciklusa PWM za dizajn

Temeljna formula koja je stvari učinila izrazito jasnima može se vidjeti u nastavku:

Vout = DVin

Ovdje je V (u) ulazni napon koji dolazi s ploče, Vout je željeni izlazni napon iz dovodnog pretvarača, a D radni ciklus.

Iz jednadžbe postaje očito da se Vout može jednostavno prilagoditi upravljanjem radnim ciklusom pretvarača ili Vinom .... ili drugim riječima parametri Vin i radni ciklus izravno su proporcionalni i utječu jedni na druge vrijednosti linearno.

Zapravo su pojmovi krajnje linearni, što znatno olakšava dimenzioniranje solarnog kruga optimizacije pomoću kruga pretvarača.

Podrazumijeva da kada je Vin mnogo veći (@ vrhova sunca) od specifikacija opterećenja, procesor IC 555 može PWM-ove proporcionalno suziti (ili šire za P-uređaj) i utjecati da Vout ostane na željenoj razini, i obrnuto kao sunce se smanji, procesor može ponovno proširiti (ili suziti za P-uređaj) PWM-ove kako bi osigurao da se izlazni napon održava na navedenoj konstantnoj razini.

Evaluacija provedbe PWM-a kroz praktični primjer

Gore navedeno možemo dokazati rješavanjem zadane formule:

Pretpostavimo da je vršni napon ploče V (in) 24V

i da se PWM sastoji od vremena uključivanja 0,5 sec i vremena isključivanja 0,5 sec

Radni ciklus = Vrijeme uključenja tranzistora / Uključeno impuls + vrijeme isključenja = T (uključeno) / 0,5 + 0,5 sek

Radni ciklus = T (uključeno) / 1

Stoga zamjenjujući gore navedeno u dolje navedenoj formuli dobivamo,

V (van) = V (ulaz) x T (uključeno)

14 = 24 x T (uključeno)

gdje je 14 pretpostavljeni potreban izlazni napon,

stoga,

T (uključeno) = 14/24 = 0,58 sekundi

To nam daje vrijeme uključivanja tranzistora koje treba postaviti za krug tijekom vršnog sunčevog svjetla za proizvodnju potrebnih 14v na izlazu.

Kako radi

Jednom kad se postavi gore navedeno, ostatak bi IC 555 mogao ostaviti da obrađuje očekivana samopodesiva T (uključena) razdoblja kao odgovor na opadajuće sunce.

Sada kako se sunčevo svjetlo smanjuje, gore navedeno vrijeme uključivanja povećavalo bi se (ili smanjivalo za P-uređaj) proporcionalno krugom linearno osiguravajući konstantnih 14 V, sve dok napon ploče zaista ne padne na 14 V, kada bi krug mogao samo zatvoriti postupke.

Za trenutni (amp) parametar također se može pretpostaviti da se sam podešava, što uvijek pokušava postići (VxI) konstantu proizvoda tijekom postupka optimizacije. To je zato što bi pretvarač uvijek trebao pretvoriti visokonaponski ulaz u proporcionalno povećanu razinu struje na izlazu.

Ipak, ako želite biti u potpunosti potvrđeni u vezi s rezultatima, relevantne formule možete potražiti u sljedećem članku:

Izračunavanje napona, struje u Buck induktoru

Sada da vidimo kako izgleda konačni sklop koji sam dizajnirao, iz sljedećih informacija:

Kao što možete vidjeti na gornjem dijagramu, osnovni je dijagram identičan ranijem samooptimizirajućem krugu solarnog punjača, osim uključivanja IC4 koji je konfiguriran kao sljednik napona i zamijenjen umjesto stupnja sljednika BC547 odašiljača. To je učinjeno kako bi se dobio bolji odgovor za upravljački pinout IC2 pina # 5 s ploče.

Sažetak osnovnog funkcioniranja solarnog optimizatora

Funkcioniranje se može revidirati kako je navedeno u: IC1 generira kvadratnu valnu frekvenciju na oko 10kHz koja bi se mogla povećati na 20kHz mijenjanjem vrijednosti C1.

Ova se frekvencija dovodi na pin2 IC2 za proizvodnju brzih komutacijskih valova trokuta na pinu 7 uz pomoć T1 / C3.

Napon panela prikladno se podešava pomoću P2 i dovodi na stupanj sljednika napona IC4 za napajanje zatiča # 5 IC2.

Ovaj potencijal na pinu br. 5 IC2 s panela uspoređuje se s br. 7 br. Valova trokuta za stvaranje odgovarajuće dimenzioniranih PWM podataka na p. Br. 3 IC2.

U vrhuncu sjaja sunca P2 je prikladno podešen tako da IC2 generira najširi mogući PWM, a kako se sjaj sunca počinje smanjivati, PWM se proporcionalno sužava.

Gornji se efekt dovodi na bazu PNP BJT za invertiranje odziva preko priključenog stupnja pretvarača.

Podrazumijeva da, pri vrhuncu sunca, širi PWM prisiljavaju PNP uređaj da provodi oskudno {smanjeno T (vremensko razdoblje)}, uzrokujući da uži valni oblici dosegnu dovodni induktor ... ali budući da je napon na ploči visok, razina ulaznog napona {V (u)} dostizanje dovodne indukcije jednako je razini napona na ploči.

Stoga je u ovoj situaciji pretvarač dolje uz pomoć pravilno izračunatih T (uključeno) i V (ulazno) sposoban proizvesti točan potreban izlazni napon za opterećenje, koji bi mogao biti mnogo niži od napona ploče, ali pri proporcionalno pojačana razina struje (pojačala).

Sad kad sjaj sunca opada, PWM-ovi se također sužavaju, omogućujući proporcionalno povećanje PNP T (uključenog), što zauzvrat pomaže donjoj induktivnosti da kompenzira opadajuće sunčevo svjetlo proporcionalnim povišenjem izlaznog napona ... struje (pojačalo) ) faktor se sada proporcionalno smanjuje tijekom radnje, pazeći da konverter buck savršeno održava izlaznu konzistenciju.

T2 zajedno s pripadajućim komponentama čine trenutni granični stupanj ili stupanj pojačala pogreške. Osigurava da izlazno opterećenje nikada ne smije trošiti ništa iznad predviđenih specifikacija dizajna, tako da sustav nikada ne zvecka i performanse solarnih panela nikada ne smiju preusmjeriti iz svoje zone visoke učinkovitosti.

C5 je prikazan kao kondenzator od 100uF, no za poboljšani ishod to bi se moglo povećati na vrijednost od 2200uF, jer će veće vrijednosti osigurati bolju kontrolu valovite struje i glatkiji napon za opterećenje.

P1 služi za podešavanje / ispravljanje odstupanja napona izlaza opampa, tako da pin # 5 može primiti savršeni nulti volti u odsustvu napona solarne ploče ili kada je napon solarne ploče ispod specifikacija napona opterećenja.

Specifikacija L1 može se približno odrediti uz pomoć podataka navedenih u sljedećem članku:

Kako izračunati prigušnice u SMPS krugovima

Solarni optimizator pomoću opcijskih pojačala

Još jedan vrlo jednostavan, ali učinkovit krug solarnog optimizatora može se napraviti korištenjem IC LM338 i nekoliko opampa.

Razumijemo predloženi krug (solarni optimizator) uz pomoć sljedećih točaka: Na slici je prikazan krug regulatora napona LM338 koji ima značajku upravljanja strujom također u obliku tranzistora BC547 spojenog preko regulacijskog i uzemljenog pina IC-a.

Opampi koji se koriste kao komparatori

Dva opampa konfigurirana su kao usporednici. Zapravo se mnoge takve faze mogu uključiti za pojačavanje učinaka.

U sadašnjem dizajnu A1 unaprijed postavljena pin 3 podešena je tako da izlaz A1 ide visoko kada je intenzitet sjaja sunca preko panela oko 20% manji od vršne vrijednosti.

Slično tome, A2 stupanj je podešen tako da njegov izlaz ide visoko kad je sunčeva svjetlost oko 50% manja od vršne vrijednosti.

Kad A1 izlaz postane visok, RL # 1 aktivira povezivanje R2 u liniji s krugom, odvajanjem R1.

U početku u vrhuncu sunca, R1 čija je vrijednost odabrana puno niže, omogućuje maksimalnu struju da dosegne bateriju.

Kružni dijagram

Kad sunčevo svjetlo padne, napon ploče također pada i sada si ne možemo priuštiti povlačenje jake struje s panela jer bi to spustilo napon ispod 12V što bi moglo u potpunosti zaustaviti proces punjenja.

Promjena releja za trenutnu optimizaciju

Stoga, kako je gore objašnjeno, A1 stupa u akciju i prekida R1 i spaja R2. R2 je odabran na veću vrijednost i dopušta samo ograničenu količinu struje na bateriji tako da solarni napon ne padne ispod 15 glasova, što je razina koja je nužno potrebna na ulazu LM338.

Kada sunčevo svjetlo padne ispod drugog postavljenog praga, A2 aktivira RL # 2 koji zauzvrat prebacuje R3 kako bi struja na bateriji bila još niža, vodeći računa da napon na ulazu LM338 nikada ne padne ispod 15V, ali stopa punjenja na baterija se uvijek održava na najbližim optimalnim razinama.

Ako se stupnjevi opampa povećaju s većim brojem releja i naknadnim trenutnim upravljačkim radnjama, jedinica se može optimizirati s još boljom učinkovitošću.

Gornji postupak akumulator napuni brzo pri jakoj struji tijekom vršnog sunčevog svjetla, a smanjuje je s padom intenziteta sunca na ploči i opskrbljuje bateriju ispravnom nazivnom strujom tako da se na kraju dana potpuno napuni.

Što se događa s baterijom koja se možda ne prazni?

Pretpostavimo da u slučaju da se baterija ne isprazni optimalno da bi iduće jutro prošla gore navedeni postupak, situacija može biti kobna za bateriju, jer početna velika struja može negativno utjecati na bateriju jer se još treba isprazniti do navedenog ocjene.

Da bi se provjerio gornji problem, uvodi se još nekoliko opampera, A3, A4, koji nadziru razinu napona baterije i pokreću iste radnje kao i A1, A2, tako da je struja na bateriji optimizirana s obzirom na napon ili razina napunjenosti prisutni s baterijom tijekom tog razdoblja.