Litar MPPT Suria Buatan Sendiri - Penjejak Power Point Maksimum Orang Miskin

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





MPPT adalah singkatan dari power point tracker maksimum, yang merupakan sistem elektronik yang dirancang untuk mengoptimumkan output daya yang bervariasi dari modul panel solar sehingga bateri yang disambungkan mengeksploitasi daya maksimum yang ada dari panel surya.

Pengenalan

CATATAN: Litar MPPT yang dibincangkan dalam catatan ini tidak menggunakan kaedah kawalan konvensional seperti 'Perturb and observ', 'Incremental conductance,' Current sweep ',' Constant voltage '...... etc dll ... Sebaliknya di sini kita tumpukan perhatian dan cuba melaksanakan beberapa perkara asas:



  1. Untuk memastikan bahawa input 'watt' dari panel suria selalu sama dengan output 'watt' yang mencapai beban.
  2. 'Voltan lutut' tidak pernah terganggu oleh beban dan zon MPPT panel dijaga dengan cekap.

Apa Voltan Lutut dan Arus Panel:

Secara sederhana, voltan lutut adalah 'voltan litar terbuka' tahap panel, sementara arus lutut adalah 'arus litar pintas' ukuran panel pada waktu tertentu.

Sekiranya kedua-dua perkara di atas dijaga sejauh mungkin, beban dapat dianggap mendapatkan daya MPPT sepanjang operasinya.



Sebelum kita Mengkaji Reka Bentuk yang Dicadangkan, mari kita berkenalan dengan beberapa fakta asas mengenai pengecasan bateri solar

Kami tahu bahawa output dari panel suria berkadar langsung dengan tahap cahaya matahari yang terjadi, dan juga suhu persekitaran. Apabila sinar matahari berserenjang dengan panel suria, ia menghasilkan jumlah voltan maksimum, dan merosot ketika sudut beralih dari 90 darjah. Suhu atmosfera di sekitar panel juga mempengaruhi kecekapan panel, yang jatuh dengan kenaikan suhu .

Oleh itu, kita dapat menyimpulkan bahawa ketika sinar matahari mendekati 90 darjah di atas panel dan ketika suhu sekitar 30 darjah, kecekapan panel menuju maksimum, laju menurun ketika dua parameter di atas menjauh dari nilai pengaruhnya.

Voltan di atas biasanya digunakan untuk mengecas bateri, a bateri asid plumbum , yang seterusnya digunakan untuk mengendalikan penyongsang. Walau bagaimanapun seperti panel solar mempunyai kriteria operasi sendiri , bateri juga tidak kurang dan menawarkan beberapa syarat yang ketat untuk dicas secara optimum.

Syaratnya, bateri mesti dicas pada arus yang lebih tinggi pada mulanya yang mesti secara beransur-ansur diturunkan menjadi hampir sifar apabila bateri mencapai voltan 15% lebih tinggi daripada peringkat normalnya.

Dengan andaian bateri 12V habis sepenuhnya, dengan voltan di mana sahaja sekitar 11.5V, mungkin dicas pada kadar C / 2 pada mulanya (C = AH bateri), ini akan mula mengisi bateri dengan cepat dan akan menarik voltannya menjadi sekitar 13V dalam masa beberapa jam.

Pada ketika ini arus akan dikurangkan secara automatik menjadi kadar C / 5, ini sekali lagi akan membantu mengekalkan kadar pengecasan yang cepat tanpa merosakkan bateri dan menaikkan voltannya menjadi sekitar 13.5V dalam 1 jam berikutnya.

Mengikuti langkah-langkah di atas, sekarang arus dapat dikurangkan lagi menjadi kadar C / 10 yang memastikan kadar pengecasan dan kecepatan tidak melambat.

Akhirnya apabila voltan bateri mencapai sekitar 14.3V, prosesnya dapat dikurangkan menjadi kadar C / 50 yang hampir menghentikan proses pengecasan namun menyekat pengecasan dari jatuh ke tahap yang lebih rendah.

Seluruh proses mengecas bateri yang habis dalam jangka masa 6 jam tanpa menjejaskan jangka hayat bateri.

MPPT digunakan tepat untuk memastikan bahawa prosedur di atas diekstrak secara optimum dari panel solar tertentu.

Panel solar mungkin tidak dapat memberikan output arus yang tinggi tetapi ia pasti dapat memberikan voltan yang lebih tinggi.

Caranya adalah dengan menukar tahap voltan yang lebih tinggi ke tahap arus yang lebih tinggi melalui pengoptimuman output panel solar yang sesuai.

Sekarang kerana penukaran voltan yang lebih tinggi ke arus yang lebih tinggi dan sebaliknya hanya dapat dilaksanakan melalui penukar buck buck, kaedah inovatif (walaupun sedikit besar) adalah menggunakan litar induktor berubah-ubah di mana induktor akan mempunyai banyak paip yang boleh diubah, ini paip boleh diubah oleh rangkaian pensuisan sebagai tindak balas terhadap cahaya matahari yang berbeza-beza sehingga output ke beban selalu tetap tanpa mengira cahaya matahari.

Konsepnya dapat difahami dengan merujuk kepada rajah berikut:

Rajah Litar

litar MPPT buatan sendiri dengan pengubah yang diketuk

Menggunakan LM3915 sebagai IC Pemproses Utama

Pemproses utama dalam rajah di atas adalah IC LM3915 yang menukar pinout outputnya secara berurutan dari atas ke bawah sebagai tindak balas terhadap cahaya matahari yang semakin berkurang

Keluaran ini dapat dilihat dikonfigurasikan dengan transistor daya suis yang pada gilirannya dihubungkan dengan pelbagai ketukan gegelung induktor ferit tunggal.

Bahagian paling bawah induktor dapat dilihat terpasang dengan transistor kuasa NPN yang dihidupkan pada frekuensi sekitar 100kHz dari litar pengayun yang dikonfigurasi secara luaran.

Transistor kuasa yang dihubungkan dengan output suis IC sebagai tindak balas terhadap output IC penjujukan, menghubungkan ketuk induktor yang sesuai dengan voltan panel dan frekuensi 100kHz.

Putaran induktor ini dikira dengan tepat sehingga pelbagai ketukannya menjadi serasi dengan voltan panel kerana ini dihidupkan oleh peringkat pemacu output IC.

Oleh itu, proses memastikan bahawa semasa intensiti matahari dan voltan turun, ia dihubungkan dengan tepat dengan paip induktor yang relevan yang mengekalkan voltan tetap di semua paip yang diberikan, mengikut penilaian yang dikira.

Mari fahami fungsinya dengan bantuan senario berikut:

Katakan gegelung dipilih agar serasi dengan panel solar 30V, oleh itu pada waktu sinar matahari puncak mari kita anggap bahawa transistor kuasa paling atas dihidupkan oleh IC yang menjadikan keseluruhan gegelung berayun, ini membolehkan keseluruhan 30V tersedia di seluruh hujung gegelung yang melampau.

Sekarang andaikan cahaya matahari turun sebanyak 3V dan mengurangkan keluarannya menjadi 27V, ini dengan cepat dirasakan oleh IC sehingga transistor pertama dari atas sekarang MATI dan transistor kedua dalam urutannya AKTIF.

Tindakan di atas memilih ketuk kedua (ketuk 27V) dari induktor dari atas melaksanakan paip induktor yang sepadan dengan tindak balas voltan memastikan bahawa gegelung berayun secara optimum dengan voltan yang dikurangkan ... sama, sekarang kerana voltan cahaya matahari turun lebih jauh transistor masing-masing 'berjabat tangan' dengan paip induktor yang berkaitan memastikan padanan sempurna dan pertukaran induktor yang cekap, sesuai dengan voltan suria yang ada.

Oleh kerana tindak balas yang sesuai di antara panel suria dan induktor penukar / penguat ... voltan paip di atas titik yang berkaitan boleh dianggap mengekalkan voltan tetap sepanjang hari tanpa mengira keadaan cahaya matahari ....

Sebagai contoh andaikan jika induktor dirancang untuk menghasilkan 30V di paip paling atas diikuti oleh 27V, 24V, 21V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 3V, 0V melintasi paip seterusnya, maka semua voltan ini boleh dianggap berterusan pada paip ini tanpa mengira tahap cahaya matahari.

Ingat juga bahawa voltan ini dapat diubah mengikut spesifikasi pengguna untuk mencapai voltan yang lebih tinggi atau lebih rendah daripada voltan panel.

Litar di atas juga dapat dikonfigurasi dalam topoogi flyback seperti yang ditunjukkan di bawah:

reka bentuk MPPT flyback ringkas

Dalam kedua konfigurasi di atas, output seharusnya tetap dan stabil dari segi voltan dan watt tanpa mengira output solar.

Menggunakan Kaedah Penjejakan I / V

Konsep litar berikut memastikan bahawa tahap MPPT panel tidak akan terganggu secara drastik oleh beban.

Litar mengesan tahap 'lutut' panel MPPT dan memastikan bahawa beban tidak dibenarkan memakan lebih banyak perkara yang boleh menyebabkan penurunan tahap lutut panel ini.

Mari ketahui bagaimana ini dapat dilakukan dengan menggunakan litar penjejakan I / V opamp tunggal.

Harap maklum bahawa reka bentuk tanpa penukar buck tidak akan dapat mengoptimumkan lebihan voltan menjadi arus setara untuk beban, dan mungkin gagal dalam hal ini, yang dianggap sebagai ciri penting dari mana-mana reka bentuk MPPT.

Peranti jenis MPPT yang sangat mudah tetapi berkesan boleh dibuat dengan menggunakan IC LM338 dan opamps.

Dalam konsep ini yang saya reka, op amp dikonfigurasikan sedemikian rupa sehingga terus merekam data MPP seketika panel dan membandingkannya dengan penggunaan beban seketika. Sekiranya mendapati penggunaan beban melebihi data yang disimpan ini, ia akan mengurangkan beban ...

pengesan voltan lutut MPPT sederhana dan menyesuaikan diri


Tahap IC 741 adalah bahagian pelacak suria dan membentuk inti dari keseluruhan reka bentuk.

Voltan panel solar disalurkan ke pin2 pembalik IC, sementara yang sama berlaku pada pin3 bukan pembalik dengan penurunan sekitar 2 V menggunakan tiga dioda 1N4148 secara bersiri.

Situasi di atas secara konsisten menjadikan pin3 IC lebih rendah daripada pin2 memastikan voltan sifar merentasi pin output6 IC.

Namun jika berlaku beban yang tidak cekap, seperti bateri yang tidak sesuai atau bateri arus tinggi, voltan panel suria cenderung diturunkan oleh beban. Apabila ini berlaku voltan pin2 juga mulai menurun, namun kerana kehadiran kapasitor 10uF pada pin3, potensinya tetap padat dan tidak bertindak balas terhadap penurunan di atas.

Keadaan itu dengan serta-merta memaksa pin3 naik lebih tinggi daripada pin2, yang seterusnya bertukar pin6 tinggi, menghidupkan BJT BC547.

BC547 sekarang segera mematikan LM338 memotong voltan ke bateri, kitaran terus beralih pada kadar yang cepat bergantung pada kecepatan pengenal IC.

Operasi di atas memastikan bahawa voltan panel suria tidak pernah turun atau diturunkan oleh beban, mengekalkan keadaan seperti MPPT sepanjang masa.

Oleh kerana IC LM338 linier digunakan, rangkaian mungkin sekali lagi tidak efisien .... penyelesaiannya adalah untuk mengganti tahap LM338 dengan penukar buck ... yang akan menjadikan reka bentuknya sangat serba boleh dan setanding dengan MPPT yang sebenarnya.

Di bawah yang ditunjukkan adalah rangkaian MPPT menggunakan topologi penukar buck, kini reka bentuknya masuk akal dan kelihatan lebih dekat dengan MPPT yang sebenarnya

MPPT dengan penjejak dan bekalan kuasa buck yang mengoptimumkan sendiri

Litar MPPT 48V

Litar MPPT sederhana di atas juga dapat dimodifikasi untuk melaksanakan pengecasan bateri voltan tinggi, seperti litar pengecas MPPT bateri 48V berikut.

Reka bentuk tracker 60V hingga 24V MPPT

Idea semuanya dikembangkan secara eksklusif oleh saya.




Sebelumnya: Litar Pengecas / Pengawal Bateri Automatik 3 Langkah Seterusnya: 3 Litar Suria Sederhana Panel / Perubahan Mains