Pašdarināts Saules MPPT ķēde - Poor Man’s Maximum Power Point Tracker

MPPT apzīmē maksimālās jaudas punktu izsekotāju, kas ir elektroniska sistēma, kas paredzēta saules paneļa moduļa mainīgās jaudas optimizēšanai tā, lai pievienotā baterija izmantotu maksimālo pieejamo jaudu no saules paneļa.

Ievads

PIEZĪME. Šajā ziņojumā aplūkotajās MPPT ķēdēs netiek izmantotas parastās vadības metodes, piemēram, “Perturb and novērot”, “Paaugstināta vadītspēja,“ Strāvas slaucīšana ”,“ Pastāvīgs spriegums ”...... utt. Utt. Drīzāk šeit mēs koncentrējieties un mēģiniet īstenot pāris pamata lietas:

1. Lai pārliecinātos, vai ieejas “jauda” no saules paneļa vienmēr ir vienāda ar izejas “jaudu”, kas sasniedz slodzi.
2. Slodze nekad netraucē ceļa spriegumu, un paneļa MPPT zona tiek efektīvi uzturēta.

Kas ir paneļa ceļa spriegums un strāva:

Vienkārši sakot, ceļa spriegums ir “atvērtās ķēdes spriegums” paneļa līmenī, kamēr ceļa strāva ir “īssavienojuma strāva” paneļa mērījumu jebkurā brīdī.

Ja iepriekš minētie divi tiek uzturēti, cik vien iespējams, var pieņemt, ka slodze MPPT jaudu iegūst visā tās darbības laikā.

Pirms mēs iedziļināmies piedāvātajos dizainos, vispirms iepazīsimies ar dažiem pamata faktiem saules bateriju uzlāde

Mēs zinām, ka saules paneļa izeja ir tieši proporcionāla saules gaismas pakāpei un arī apkārtējās vides temperatūrai. Kad saules stari ir perpendikulāri saules panelim, tas rada maksimālo sprieguma daudzumu un pasliktinās, leņķim nobīdoties no 90 grādiem. Atmosfēras temperatūra ap paneli ietekmē arī paneļa efektivitāti, kas krītas līdz ar temperatūras paaugstināšanos. .

Tāpēc mēs varam secināt, ka tad, kad saules stari ir tuvu 90 grādiem virs paneļa un kad temperatūra ir aptuveni 30 grādi, paneļa efektivitāte ir maksimālā, ātrums samazinās, jo iepriekš minētie divi parametri attālinās no to nominālās vērtības.

Iepriekš minēto spriegumu parasti izmanto akumulatora uzlādēšanai, a svina skābes akumulators , kas savukārt tiek izmantots invertora darbināšanai. Tomēr tāpat kā saules panelim ir savi darbības kritēriji , arī akumulators nav mazāks un piedāvā stingrus nosacījumus, lai optimāli uzlādētos.

Apstākļi ir, ka akumulators sākotnēji jāuzlādē ar salīdzinoši lielāku strāvu, kas pakāpeniski jāsamazina līdz gandrīz nullei, kad akumulators sasniedz par 15% lielāku spriegumu nekā parasti.

Pieņemot, ka pilnībā izlādēta 12 V baterija, kuras spriegums ir aptuveni 11,5 V, sākotnēji var tikt uzlādēta aptuveni C / 2 ātrumā (akumulatora C = AH), tas salīdzinoši ātri sāks akumulatoru uzpildīt un spriegumu var palielināt ap 13V pāris stundu laikā.

Šajā brīdī strāva būtu automātiski jāsamazina, lai teiktu C / 5 ātrumu, tas atkal palīdzēs uzturēt ātru uzlādes tempu, nesabojājot akumulatoru, un nākamās stundas laikā tā spriegumu paaugstina līdz aptuveni 13.5V.

Veicot iepriekš minētās darbības, tagad strāvu var vēl vairāk samazināt līdz C / 10 ātrumam, kas nodrošina uzlādes ātruma un tempa palēnināšanos.

Visbeidzot, kad akumulatora spriegums sasniedz aptuveni 14,3 V, procesu var samazināt līdz C / 50 ātrumam, kas gandrīz pārtrauc uzlādes procesu, tomēr ierobežo lādiņa krišanos līdz zemākam līmenim.

Viss process uzlādē dziļi izlādētu akumulatoru 6 stundu laikā neietekmējot akumulatora darbības laiku.

MPPT tiek izmantots tieši, lai nodrošinātu, ka iepriekšminētā procedūra tiek optimāli iegūta no konkrēta saules paneļa.

Saules panelis, iespējams, nespēj nodrošināt lielas strāvas izejas, bet tas noteikti spēj nodrošināt augstāku spriegumu.

Triks būtu pārveidot augstākus sprieguma līmeņus uz augstākiem strāvas līmeņiem, atbilstoši optimizējot saules paneļa izeju.

Tā kā augstāka sprieguma pārveidošanu par lielāku strāvu un otrādi var īstenot tikai ar spraugas pārveidotājiem, novatoriska metode (kaut arī mazliet apjomīga) būtu izmantot mainīgu induktora ķēdi, kurā induktoram būtu daudz pārslēdzamu krānu, krānus var pārslēgt ar komutācijas ķēdi, reaģējot uz mainīgajiem saules stariem, lai slodzes izvads vienmēr būtu nemainīgs neatkarīgi no saules saules.

Jēdzienu var saprast, atsaucoties uz šo diagrammu:

Ķēdes shēma

LM3915 izmantošana kā galvenā procesora IC

Galvenais procesors iepriekš redzamajā diagrammā ir IC LM3915 kas secīgi pārslēdz izejas pinout no augšas uz leju, reaģējot uz mazinošo saules gaismu

Šīs izejas var redzēt konfigurētas ar komutācijas jaudas tranzistoriem, kas savukārt ir savienoti ar dažādiem ferīta vienas garas induktīvās spoles krāniem.

Induktora apakšējo galu var redzēt piestiprinātu ar NPN jaudas tranzistoru, kas tiek ieslēgts aptuveni 100 kHz frekvencē no ārēji konfigurētas oscilatora ķēdes.

Strāvas tranzistori, kas savienoti ar IC slēdža izejām, reaģējot uz sekvencējošām IC izejām, savienojot atbilstošos induktora krānus ar paneļa spriegumu un 100 kHz frekvenci.

Šis induktora pagrieziens tiek atbilstoši aprēķināts tā, lai tā dažādie krāni kļūtu saderīgi ar paneļa spriegumu, jo tos pārslēdz IC izejas draivera pakāpieni.

Tādējādi procedūra pārliecinās, ka, kamēr saules intensitāte un spriegums pazeminās, tas ir atbilstoši saistīts ar induktora pieskārienu, saglabājot gandrīz nemainīgu spriegumu visos dotajos krānos atbilstoši viņu aprēķinātajiem vērtējumiem.

Sapratīsim darbību, izmantojot šādu scenāriju:

Pieņemsim, ka spole ir izvēlēta tā, lai tā būtu saderīga ar 30 V saules paneli, tāpēc pie maksimālās saules pieņemsim, ka lielāko jaudas tranzistoru ieslēdz IC, kas pakļauj visu spoli svārstībām, kas ļauj visai 30 V būt pieejamai visā spoles galējie gali.

Tagad pieņemsim, ka saules gaisma nokrītas par 3V un samazina tā jaudu līdz 27V, IC to ātri uztver tā, ka pirmais tranzistors no augšas tagad izslēdzas un otrais tranzistors secībā ieslēdzas.

Iepriekš minētā darbība izvēlas induktora otro pieskārienu (27 V pieskārienu) no augšas, veicot atbilstošu induktora pieskārienu līdz sprieguma reakcijai, pārliecinoties, ka spole optimāli svārstās ar pazemināto spriegumu ... līdzīgi, tagad, kad saules gaismas spriegums vēl samazinās attiecīgajiem tranzistoriem “paspiest rokas” ar attiecīgajiem induktora krāniem, nodrošinot perfektu induktora pieskaņošanu un efektīvu pārslēgšanos, kas atbilst pieejamajiem saules spriegumiem.

Sakarā ar iepriekš minēto saskaņoto reakciju starp saules paneli un komutācijas sprieguma / palielināšanas induktoru ... var uzskatīt, ka krāna spriegumi attiecīgajos punktos uztur pastāvīgu spriegumu visu dienu neatkarīgi no saules gaismas situācijas.

Piemēram, pieņemsim, ka, ja induktors ir paredzēts 30 V ražošanai augšējā pieskārienā, kam seko 27 V, 24 V, 21 V, 18 V, 15 V, 12 V, 9 V, 6 V, 3 V, 0 V nākamajos krānos, tad var uzskatīt, ka visi šie spriegumi ir pastāvīgi virs šiem krāniem neatkarīgi no saules gaismas līmeņa.

Lūdzu, atcerieties, ka šos spriegumus var mainīt atbilstoši lietotāja specifikācijām, lai sasniegtu augstāku vai zemāku spriegumu nekā paneļa spriegums.

Iepriekš minēto ķēdi var konfigurēt arī flyback topoogy, kā parādīts zemāk:

Abās iepriekšminētajās konfigurācijās tiek uzskatīts, ka izeja paliek nemainīga un stabila sprieguma un jaudas ziņā neatkarīgi no saules enerģijas.

Izmantojot I / V izsekošanas metodi

Šī ķēdes koncepcija nodrošina, ka slodze nekad paneļa MPPT līmeni netraucē krasi.

Ķēde izseko paneļa MPPT “ceļa” līmeni un pārliecinās, ka slodzei nav atļauts patērēt neko vairāk, kas varētu izraisīt šī paneļa ceļa līmeņa kritumu.

Uzzināsim, kā to var izdarīt, izmantojot vienkāršu opamp I / V izsekošanas shēmu.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka konstrukcijas, kurās nav pārveidotāja, nekad nevarēs optimizēt lieko spriegumu līdzvērtīgā strāvas slodzē un šajā ziņā var neizdoties, kas tiek uzskatīts par jebkura MPPT dizaina būtisko iezīmi.

Ļoti vienkāršu, tomēr efektīvu MPPT tipa ierīci var izgatavot, izmantojot LM338 IC un opampus.

Šajā manis izveidotajā koncepcijā op amp ir konfigurēts tā, ka tas turpina reģistrēt paneļa momentānos MPP datus un salīdzina tos ar momentāno slodzes patēriņu. Ja tiek konstatēts, ka slodzes patēriņš pārsniedz šos saglabātos datus, tas pārtrauc slodzi ...

IC 741 posms ir saules izsekotāja sekcija un veido visa dizaina sirdi.

Saules paneļa spriegums tiek ievadīts IC invertējošajā tapā2, bet tas pats tiek piemērots neinvertējošajam tapai3 ar kritumu aptuveni 2 V, izmantojot trīs 1N4148 diodes virknē.

Iepriekš minētā situācija pastāvīgi saglabā IC pin3 nokrāsu, kas ir zemāka par pin2, nodrošinot nulles spriegumu visā IC izejas pin6.

Tomēr neefektīvas pārslodzes gadījumā, piemēram, neatbilstoša akumulatora vai lielas strāvas akumulatora gadījumā, saules paneļa spriegumu mēdz nospiest slodze. Kad tas notiek, pin2 spriegums arī sāk samazināties, tomēr 10uF kondensatora klātbūtnes dēļ pin3 tā potenciāls paliek stabils un nereaģē uz iepriekš minēto kritumu.

Situācija acumirklī liek pin3 iet uz augšu nekā pin2, kas savukārt pārslēdz pin6 augstu, ieslēdzot BJT BC547.

BC547 tagad nekavējoties atspējo LM338, pārtraucot akumulatora spriegumu, cikls turpina pārslēgties ātri, atkarībā no IC nominālā ātruma.

Iepriekš minētās darbības nodrošina, ka saules paneļa spriegums nekad nenokrīt vai netiek nolaists ar slodzi, visu laiku saglabājot MPPT līdzīgu stāvokli.

Tā kā tiek izmantots lineārs IC LM338, ķēde atkal varētu būt nedaudz neefektīva ... līdzeklis ir aizstāt LM338 posmu ar buck pārveidotāju ... tas padarītu dizainu ārkārtīgi daudzpusīgu un salīdzināmu ar patiesu MPPT.

Zemāk parādīta MPPT ķēde, izmantojot buck pārveidotāja topoloģiju, tagad dizainam ir daudz jēgas un tas izskatās daudz tuvāk patiesam MPPT

48V MPPT ķēde

Iepriekš minētās vienkāršās MPPT shēmas var arī pārveidot, lai ieviestu augstsprieguma akumulatoru uzlādi, piemēram, šādu 48V akumulatora MPPT lādētāja ķēdi.

Visas idejas izstrādāju tikai es.