Cara Membuat Litar Pengoptimum Panel Suria

Litar pengoptimum solar yang dicadangkan dapat digunakan untuk mendapatkan output maksimum yang mungkin dari segi arus dan voltan dari panel suria, sebagai tindak balas terhadap keadaan cahaya matahari yang berbeza-beza.

Beberapa litar pengecas panel solar yang ringkas namun berkesan dijelaskan dalam catatan ini. Yang pertama boleh dibina dengan menggunakan beberapa 555 IC dan beberapa komponen linier yang lain, optin kedua lebih ringkas dan menggunakan IC yang sangat biasa seperti LM338 dan op amp IC 741. Mari belajar prosedurnya.

Objektif Litar

Seperti yang kita semua ketahui, memperoleh kecekapan tertinggi dari segala bentuk bekalan kuasa menjadi mungkin jika prosedur tersebut tidak melibatkan pengurangan voltan bekalan kuasa, yang bermaksud kita ingin memperoleh tahap voltan rendah yang diperlukan, dan arus maksimum untuk beban yang dikendalikan tanpa mengganggu tahap voltan sumber, dan tanpa menghasilkan haba.

Secara ringkas, pengoptimum solar yang bersangkutan harus membiarkan outputnya dengan arus maksimum yang diperlukan, tahap voltan yang diperlukan yang lebih rendah namun memastikan tahap voltan di panel tetap tidak terjejas.

Salah satu kaedah yang dibincangkan di sini melibatkan teknik PWM yang boleh dianggap sebagai salah satu kaedah optimum sehingga kini.

Kita harus berterima kasih kepada genius kecil yang disebut IC 555 yang menjadikan semua konsep sukar kelihatan begitu mudah.

Menggunakan IC 555 untuk Penukaran PWM

Dalam konsep ini juga kami menggabungkan, dan sangat bergantung pada beberapa IC 555 untuk pelaksanaan yang diperlukan.

Melihat gambarajah litar yang diberikan, kita melihat bahawa keseluruhan reka bentuk pada dasarnya terbahagi kepada dua peringkat.

Tahap pengatur voltan atas dan tahap penjana PWM bawah.

Tahap atas terdiri daripada mosfet saluran p yang diposisikan sebagai suis dan bertindak balas terhadap maklumat PWM yang digunakan di pintu gerbangnya.

Peringkat bawah adalah tahap penjana PWM. Beberapa 555 IC dikonfigurasi untuk tindakan yang dicadangkan.

Bagaimana Litar Berfungsi

IC1 bertanggungjawab untuk menghasilkan gelombang persegi yang diperlukan yang diproses oleh penjana gelombang segitiga arus tetap yang terdiri daripada T1 dan komponen yang berkaitan.

Gelombang segitiga ini digunakan pada IC2 untuk diproses menjadi PWM yang diperlukan.

Walau bagaimanapun jarak PWM dari IC2 bergantung pada tahap voltan pada pin # 5nya, yang berasal dari rangkaian resistif melintasi panel melalui perintang 1K dan pratetap 10K.

Voltan antara rangkaian ini berkadar langsung dengan voltan panel yang berbeza-beza.

Semasa voltan puncak PWM menjadi lebih luas dan sebaliknya.

PWM di atas digunakan pada pintu mosfet yang menjalankan dan memberikan voltan yang diperlukan pada bateri yang disambungkan.

Seperti yang telah dibincangkan sebelumnya, semasa sinar matahari puncak panel menghasilkan tahap voltan yang lebih tinggi, voltan yang lebih tinggi bermaksud IC2 menghasilkan PWM yang lebih luas, yang seterusnya menjadikan mosfe dimatikan untuk jangka masa yang lebih lama atau dihidupkan untuk jangka masa yang lebih pendek, sepadan dengan nilai voltan purata yang mungkin hanya sekitar 14.4V di seluruh terminal bateri.

Apabila cahaya matahari semakin merosot, PWMs jaraknya berkurang secara sempit sehingga memungkinkan mosfet melakukan lebih banyak sehingga arus dan voltan rata-rata bateri cenderung tetap pada nilai optimum.

Pratetap 10K harus disesuaikan untuk mendapatkan sekitar 14.4V di terminal output di bawah cahaya matahari yang terang.

Hasilnya dapat dipantau dalam keadaan cahaya matahari yang berbeza.

Litar pengoptimalan panel suria yang dicadangkan memastikan pengisian bateri yang stabil, tanpa mempengaruhi atau mengecilkan voltan panel yang juga menghasilkan penjanaan haba yang lebih rendah.

Catatan: Panel lonjakan yang disambungkan seharusnya dapat menghasilkan voltan 50% lebih banyak daripada bateri yang disambungkan pada waktu puncak cahaya matahari. Arus mestilah 1/5 dari penilaian AH bateri.

Cara Menyiapkan Litar

1. Ia boleh dilakukan dengan cara berikut:
2. Mula-mula terus matikan S1.
3. Paparkan panel ke puncak sinar matahari, dan atur pratetap untuk mendapatkan voltan pengisian optimum yang diperlukan di seluruh output dan pembumian diod saliran mosfet.
4. Litar sudah siap sekarang.
5. Setelah ini selesai, hidupkan S1, bateri akan mula dicas dalam mod yang dioptimumkan dengan sebaik mungkin.

Menambah Ciri Kawalan Semasa

Penyelidikan yang teliti terhadap litar di atas menunjukkan bahawa ketika mosfet berusaha mengimbangi tahap voltan panel yang jatuh, ia membolehkan bateri menarik lebih banyak arus dari panel, yang mempengaruhi voltan panel menjatuhkannya lebih jauh sehingga menyebabkan keadaan lari, ini secara serius boleh menghalang proses pengoptimuman

Ciri kawalan semasa seperti yang ditunjukkan dalam rajah berikut menangani masalah ini dan melarang bateri mengeluarkan arus berlebihan melebihi had yang ditentukan. Ini seterusnya menjadikan voltan panel tidak terjejas.

RX yang merupakan perintang had semasa dapat dikira dengan bantuan formula berikut:

RX = 0.6 / I, di mana saya adalah arus pengecasan minimum yang ditentukan untuk bateri yang disambungkan

Versi kasar tetapi lebih ringkas dari reka bentuk yang dijelaskan di atas mungkin dibina seperti yang disarankan oleh Mr. Dhyaksa menggunakan pengesanan ambang pin2 dan pin6 IC555, keseluruhan rajah dapat disaksikan di bawah:

Tiada Pengoptimuman tanpa Buck Converter

Reka bentuk yang dijelaskan di atas berfungsi menggunakan konsep PWM asas yang secara automatik menyesuaikan PWM litar berasaskan 555 sebagai tindak balas terhadap intensiti matahari yang berubah.

Walaupun output dari litar ini menghasilkan tindak balas penyesuaian diri untuk mengekalkan voltan purata tetap pada output, voltan puncak tidak pernah disesuaikan menjadikannya sangat berbahaya untuk mengecas bateri jenis Li-ion atau Lipo.

Lebih-lebih lagi litar di atas tidak dilengkapi untuk menukar lebihan voltan dari panel menjadi jumlah arus berkadar untuk beban undian voltan rendah yang disambungkan.

Menambah Buck Converter

Saya cuba membetulkan keadaan ini dengan menambahkan tahap penukar wang pada reka bentuk di atas, dan dapat menghasilkan pengoptimuman yang kelihatan sangat serupa dengan litar MPPT.

Tetapi walaupun dengan litar yang diperbaiki ini, saya tidak dapat yakin sepenuhnya mengenai apakah litar ini benar-benar mampu menghasilkan voltan tetap dengan tahap puncak yang dipotong dan arus yang meningkat sebagai tindak balas terhadap pelbagai tahap intensiti matahari.

Untuk yakin sepenuhnya mengenai konsep dan untuk menghilangkan semua kekeliruan saya harus melalui kajian menyeluruh mengenai penukar buck dan hubungan yang terlibat antara nisbah voltan input / output, arus, dan PWM (kitaran tugas), yang mengilhami saya membuat artikel berkaitan berikut:

Bagaimana Penukar Buck Berfungsi

Mengira Voltan, Arus dalam Induktor Buck

Rumusan kesimpulan yang diperoleh dari dua artikel di atas membantu menjelaskan semua keraguan dan akhirnya saya dapat yakin sepenuhnya dengan litar pengoptimum solar yang saya cadangkan sebelum ini menggunakan litar penukar buck.

Menganalisis Keadaan Kitaran Tugas PWM untuk Reka Bentuk

Rumus asas yang membuat perkara jelas dapat dilihat di bawah:

Vout = DVin

Di sini V (in) adalah voltan input yang berasal dari panel, Vout adalah voltan keluaran yang diinginkan dari penukar buck dan D adalah kitaran tugas.

Dari persamaan itu menjadi jelas bahawa Vout hanya dapat disesuaikan dengan 'sama ada' mengendalikan kitaran tugas penukar wang atau Vin .... atau dengan kata lain parameter Vin dan kitaran tugas secara langsung berkadar dan saling mempengaruhi satu sama lain nilai secara linear.

Sebenarnya istilahnya sangat linear yang menjadikan dimensi litar pengoptimum solar lebih mudah menggunakan litar penukar buck.

Ini menyiratkan bahawa ketika Vin jauh lebih tinggi (@ puncak sinar matahari) daripada spesifikasi beban, pemproses IC 555 dapat membuat PWM secara proporsional lebih sempit (atau lebih luas untuk peranti P) dan mempengaruhi Vout agar tetap berada pada tahap yang diinginkan, dan sebaliknya matahari berkurang, pemproses dapat memperluas (atau menyempitkan untuk peranti P) PWM sekali lagi untuk memastikan voltan keluaran dikekalkan pada tahap tetap yang ditentukan.

Menilai Pelaksanaan PWM melalui Contoh Praktikal

Kita dapat membuktikan perkara di atas dengan menyelesaikan formula yang diberikan:

Mari kita anggap voltan panel puncak V (dalam) ialah 24V

dan PWM terdiri dari waktu ON 0.5 saat, dan waktu OFF 0.5 saat

Duty cycle = Transistor On time / Pulse ON + OFF time = T (on) / 0.5 + 0.5 saat

Kitaran tugas = T (dihidupkan) / 1

Oleh itu menggantikan formula di bawah dengan formula yang kita dapat,

V (keluar) = V (dalam) x T (aktif)

14 = 24 x T (dihidupkan)

di mana 14 adalah voltan keluaran yang diperlukan,

Oleh itu,

T (hidup) = 14/24 = 0.58 saat

Ini memberi kita masa ON transistor yang perlu ditetapkan untuk litar semasa cahaya matahari puncak untuk menghasilkan 14v yang diperlukan pada output.

Bagaimana ia berfungsi

Setelah perkara di atas ditetapkan, selebihnya dapat ditinggalkan untuk IC 555 untuk memproses jangkaan T (on) penyesuaian diri yang diharapkan sebagai tindak balas terhadap sinar matahari yang semakin berkurang.

Sekarang ketika cahaya matahari berkurang, waktu ON di atas akan meningkat (atau menurun untuk P-device) secara proporsional oleh litar secara linear untuk memastikan 14V tetap, sehingga voltan panel benar-benar turun ke 14V, ketika litar hanya dapat tutup prosedur.

Parameter semasa (amp) juga dapat dianggap sebagai penyesuaian diri, yang selalu berusaha untuk mencapai pemalar produk (VxI) sepanjang proses pengoptimuman. Ini kerana penukar buck selalu boleh menukar input voltan tinggi ke tahap arus yang meningkat secara berkadar pada output.

Masih sekiranya anda berminat untuk disahkan sepenuhnya mengenai hasilnya, anda boleh merujuk artikel berikut untuk formula yang berkaitan:

Mengira Voltan, Arus dalam Induktor Buck

Sekarang mari kita lihat bagaimana litar akhir yang dirancang oleh saya, dari maklumat berikut:

Seperti yang anda lihat dalam rajah di atas, rajah asasnya sama dengan litar pengecas solar yang mengoptimumkan sendiri sebelumnya, kecuali kemasukan IC4 yang dikonfigurasi sebagai pengikut voltan dan diganti sebagai pengganti tahap pengikut pemancar BC547. Ini dilakukan untuk memberi tindak balas yang lebih baik untuk pin kawalan pin IC2 # 5 dari panel.

Meringkaskan Fungsi Asas Pengoptimum Suria

Fungsinya dapat direvisi seperti yang diberikan di bawah: IC1 menghasilkan frekuensi gelombang persegi pada sekitar 10kHz yang dapat ditingkatkan menjadi 20kHz dengan mengubah nilai C1.

Frekuensi ini diumpankan ke pin2 dari IC2 untuk pembuatan gelombang segitiga berpindah pantas di pin # 7 dengan bantuan T1 / C3.

Voltan panel disesuaikan dengan tepat oleh P2 dan dimasukkan ke tahap pengikut voltan IC4 untuk memberi makan pin # 5 dari IC2.

Potensi ini pada pin # 5 IC2 dari panel dibandingkan dengan gelombang segitiga cepat pin # 7 untuk membuat data PWM dimensi yang sesuai di pin # 3 IC2.

Pada puncak sinar matahari P2 disesuaikan dengan tepat sehingga IC2 menghasilkan PWM seluas mungkin dan ketika sinar matahari mulai berkurang, PWM secara proporsional semakin sempit.

Kesan di atas dimasukkan ke pangkal PNP BJT untuk membalikkan tindak balas di seluruh tahap penukar buck yang dilampirkan.

Menyiratkan bahawa, pada waktu puncak sinar matahari, PWM yang lebih luas memaksa peranti PNP untuk melakukan dengan sedikit {kurangkan jangka waktu T (on)}, menyebabkan bentuk gelombang yang lebih sempit mencapai induktor buck ... tetapi kerana voltan panel tinggi, tahap voltan input {V (in)} mencapai induktor buck sama dengan tahap voltan panel.

Oleh itu, dalam keadaan ini, penukar buck dengan bantuan T (on) dan V (in) yang dikira dengan betul dapat menghasilkan voltan output yang diperlukan yang betul untuk beban, yang mungkin jauh lebih rendah daripada voltan panel, tetapi pada tahap arus (amp) yang meningkat secara berkadar.

Sekarang ketika sinar matahari turun, PWM juga menjadi lebih sempit, memungkinkan PNP T (on) meningkat secara berkadar, yang seterusnya membantu induktor buck untuk mengimbangi sinar matahari yang semakin berkurang dengan menaikkan voltan output secara berkadar ... arus (amp ) faktor kini dikurangkan secara berkadar semasa tindakan, memastikan bahawa konsistensi output dijaga dengan sempurna, oleh penukar buck.

T2 bersama dengan komponen yang berkaitan membentuk tahap pengehadan semasa atau tahap penguat kesalahan. Ia memastikan bahawa beban output tidak pernah dibenarkan untuk memakan apa pun di atas spesifikasi reka bentuk yang dinilai, sehingga sistem ini tidak pernah tergoyahkan dan prestasi panel solar tidak pernah dibenarkan mengalihkan dari zon kecekapan tinggi.

C5 ditunjukkan sebagai kapasitor 100uF, namun untuk hasil yang lebih baik ini dapat ditingkatkan menjadi nilai 2200uF, kerana nilai yang lebih tinggi akan memastikan kawalan arus riak yang lebih baik dan voltan yang lebih lancar untuk beban.

P1 adalah untuk menyesuaikan / membetulkan voltan offset output opamp, sehingga pin # 5 dapat menerima voltan sifar yang sempurna jika tidak ada voltan panel suria atau ketika voltan panel suria berada di bawah spesifikasi voltan beban.

Spesifikasi L1 mungkin ditentukan dengan bantuan maklumat yang diberikan dalam artikel berikut:

Cara Mengira Induktor dalam Litar SMPS

Solar Optimizer menggunakan Op Amps

Litar pengoptimum solar lain yang sangat mudah tetapi berkesan boleh dibuat dengan menggunakan IC LM338 dan beberapa opamps.

Mari kita fahami litar yang dicadangkan (pengoptimum solar) dengan bantuan perkara berikut: Gambar menunjukkan litar pengatur voltan LM338 yang mempunyai ciri kawalan semasa juga dalam bentuk transistor BC547 yang disambungkan melintang dan pin ground IC.

Opamps Digunakan sebagai Pembanding

Kedua-dua opamps dikonfigurasi sebagai pembanding. Sebenarnya banyak peringkat seperti itu dapat digabungkan untuk meningkatkan kesannya.

Dalam reka bentuk ini preset pin # 3 A1 diselaraskan sedemikian rupa sehingga output A1 naik tinggi apabila intensiti cahaya matahari di atas panel kira-kira 20% lebih rendah daripada nilai puncak.

Begitu juga, tahap A2 disesuaikan sehingga outputnya naik tinggi ketika sinar matahari sekitar 50% kurang dari nilai puncak.

Apabila output A1 naik tinggi, RL # 1 mencetuskan menghubungkan R2 selaras dengan litar, memutuskan R1.

Pada mulanya pada puncak sinar matahari, R1 yang nilainya dipilih jauh lebih rendah, memungkinkan arus maksimum mencapai bateri.

Rajah Litar

Apabila cahaya matahari turun, voltan panel juga turun dan sekarang kita tidak mampu mengeluarkan arus berat dari panel kerana itu akan menurunkan voltan di bawah 12V yang mungkin sepenuhnya menghentikan proses pengisian.

Relay Changeover untuk Pengoptimuman Semasa

Oleh itu seperti yang dijelaskan di atas A1 bertindak dan memutuskan R1 dan menghubungkan R2. R2 dipilih dengan nilai yang lebih tinggi dan hanya membenarkan jumlah arus terhad pada bateri sehingga voltan solar tidak jatuh di bawah 15 vot, tahap yang sangat diperlukan pada input LM338.

Apabila cahaya matahari jatuh di bawah ambang set kedua, A2 mengaktifkan RL # 2 yang seterusnya menukar R3 untuk menjadikan arus ke bateri lebih rendah memastikan bahawa voltan pada input LM338 tidak pernah turun di bawah 15V, namun kadar pengecasan menjadi bateri sentiasa dikekalkan ke tahap optimum terdekat.

Sekiranya tahap opamp meningkat dengan lebih banyak bilangan geganti dan tindakan kawalan semasa berikutnya, unit dapat dioptimumkan dengan kecekapan yang lebih baik.

Prosedur di atas mengecas bateri dengan cepat pada arus tinggi semasa sinar matahari terik dan menurunkan arus ketika intensiti cahaya matahari di atas panel turun, dan juga membekalkan bateri dengan arus pengenal yang betul sehingga bateri dapat dicas sepenuhnya pada penghujung hari.

Apa yang Berlaku dengan Bateri Yang Mungkin Tidak Buang?

Andaikan sekiranya bateri tidak habis secara optimum untuk menjalani proses di atas pada keesokan harinya, keadaannya mungkin membawa maut kepada bateri, kerana arus tinggi awal mungkin memberi kesan negatif terhadap bateri kerana masih belum habis dengan yang ditentukan penilaian.

Untuk memeriksa masalah di atas, beberapa opamps diperkenalkan, A3, A4, yang memantau tahap voltan bateri dan melakukan tindakan yang sama seperti yang dilakukan oleh A1, A2, sehingga arus ke bateri dioptimumkan sehubungan dengan voltan atau tahap pengecasan yang terdapat pada bateri dalam jangka masa tersebut.