Kā izveidot Saules paneļa optimizētāja shēmu

Piedāvāto saules optimizētāja shēmu var izmantot, lai iegūtu maksimālu iespējamo jaudu strāvas un sprieguma izteiksmē no saules paneļa, reaģējot uz mainīgajiem saules gaismas apstākļiem.

Šajā amatā ir izskaidroti pāris vienkārši, bet efektīvi saules paneļu optimizētāja lādētāja ķēdes. Pirmo var uzbūvēt, izmantojot pāris 555 IC un dažus citus lineārus komponentus, otrais optin ir vēl vienkāršāks un izmanto ļoti parastus IC, piemēram, LM338 un op amp IC 741. Apgūsim procedūras.

Ķēdes mērķis

Kā mēs visi zinām, visaugstākās efektivitātes iegūšana no jebkura veida barošanas ir iespējama, ja procedūra nenozīmē barošanas sprieguma manevrēšanu, kas nozīmē, ka mēs vēlamies iegūt konkrēto nepieciešamo zemāko sprieguma līmeni un maksimālo strāvu slodzei, kas ir darbojas netraucējot avota sprieguma līmeni un neradot siltumu.

Īsāk sakot, attiecīgajam saules enerģijas optimizatoram vajadzētu ļaut izvadīt ar maksimāli nepieciešamo strāvu, zemāku nepieciešamā sprieguma līmeni, vienlaikus nodrošinot, ka sprieguma līmenis visā panelī netiek ietekmēts.

Viena no šeit apskatītajām metodēm ietver PWM tehniku, ko var uzskatīt par vienu no līdz šim optimālākajām metodēm.

Mums vajadzētu būt pateicīgiem šim mazajam ģēnijam ar nosaukumu IC 555, kas padara visus sarežģītos jēdzienus tik viegli izskatāmus.

IC 555 izmantošana PWM pārveidošanai

Arī šajā koncepcijā mēs iekļaujam nepieciešamo ieviešanu un esam ļoti atkarīgi no pāris IC 555.

Aplūkojot doto shēmu, mēs redzam, ka viss dizains būtībā ir sadalīts divos posmos.

Augšējā sprieguma regulatora pakāpe un apakšējā PWM ģeneratora pakāpe.

Augšējā pakāpe sastāv no p-kanāla MOSFET, kas ir novietots kā slēdzis un reaģē uz pielietoto PWM informāciju pie tā vārtiem.

Zemākā pakāpe ir PWM ģeneratora pakāpe. Piedāvātajām darbībām ir konfigurēti pāris 555 IC.

Kā darbojas ķēde

IC1 ir atbildīgs par nepieciešamo kvadrātveida viļņu radīšanu, kurus apstrādā nemainīgas strāvas trijstūra viļņu ģenerators, kas satur T1 un saistītos komponentus.

Šis trīsstūrveida vilnis tiek piemērots IC2 apstrādei nepieciešamajos PWM.

Tomēr PWM atstatums no IC2 ir atkarīgs no sprieguma līmeņa tā tapā # 5, kas iegūts no rezistīvā tīkla visā panelī, izmantojot 1K rezistoru un 10K iepriekš iestatīto.

Spriegums starp šo tīklu ir tieši proporcionāls mainīgajiem paneļa voltiem.

Pīķa sprieguma laikā PWM kļūst plašāki un otrādi.

Iepriekš minētie PWM tiek izmantoti mosfet vārtiem, kas vada pievienoto akumulatoru un nodrošina nepieciešamo spriegumu.

Kā jau tika apspriests iepriekš, saules pīķa laikā panelis rada augstāku sprieguma līmeni, augstāks spriegums nozīmē IC2, kas ģenerē plašākas PWM, kas savukārt uztur mosfe izslēgtu ilgāk vai ieslēgtu salīdzinoši īsākus periodus, kas atbilst vidējai sprieguma vērtībai akumulatora spailēm jābūt tikai aptuveni 14,4 V.

Kad saule spīd pasliktinās, PWM tiek proporcionāli šauri izvietoti, ļaujot mosfet darboties vairāk tā, ka vidējā strāva un spriegums akumulatorā mēdz palikt optimālajās vērtībās.

10K sākotnējais iestatījums ir jāpielāgo, lai spilgtā saulē spriegums būtu aptuveni 14,4 V pāri izejas spailēm.

Rezultātus var uzraudzīt dažādos saules gaismas apstākļos.

Piedāvātā saules paneļa optimizētāja ķēde nodrošina stabilu akumulatora uzlādi, neietekmējot un nevadot paneļa spriegumu, kā rezultātā samazinās siltuma veidošanās.

Piezīme: Pieslēgtajam planieru panelim jāspēj radīt par 50% vairāk sprieguma nekā pievienotajam akumulatoram pīķa saulē. Pašreizējam jābūt 1/5 no akumulatora AH vērtējuma.

Kā izveidot ķēdi

1. To var izdarīt šādā veidā:
2. Sākumā turiet S1 izslēgtu.
3. Pakļaujiet paneli maksimālajai saules gaismai un noregulējiet iepriekš iestatīto, lai iegūtu nepieciešamo optimālo uzlādes spriegumu visā mosfet drenāžas diodes izvadā un zemē.
4. Tagad ķēde ir iestatīta.
5. Kad tas ir izdarīts, ieslēdziet S1, akumulators tiks uzlādēts vislabākajā iespējamajā optimizētajā režīmā.

Pašreizējās vadības funkcijas pievienošana

Rūpīga iepriekš minētās ķēdes izpēte rāda, ka, tā kā mosfet mēģina kompensēt krītošo paneļa sprieguma līmeni, tas ļauj akumulatoram izvilkt vairāk strāvas no paneļa, kas ietekmē paneļa spriegumu, samazinot to tālāk, izraisot aizbēgšanas situāciju, var nopietni kavēt optimizācijas procesu

Pašreizējā vadības funkcija, kas parādīta šajā diagrammā, rūpējas par šo problēmu un aizliedz akumulatoram vilkt pārmērīgu strāvu, pārsniedzot norādītās robežas. Tas savukārt palīdz neietekmēt paneļa spriegumu.

RX, kas ir strāvas ierobežojošais rezistors, var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:

RX = 0,6 / I, kur I ir pievienotā akumulatora norādītā minimālā uzlādes strāva

Neapstrādāta, bet vienkāršāka iepriekš paskaidrotā dizaina versija var tikt veidota, kā to ieteica Dhyaksa kungs, izmantojot IC555 pin2 un pin6 sliekšņa noteikšanu, visu diagrammu var redzēt zemāk:

Nav optimizācijas bez Buck Converter

Iepriekš paskaidrotais dizains darbojas, izmantojot PWM pamatkoncepciju, kas automātiski pielāgo 555 bāzes ķēdes PWM, reaģējot uz mainīgo saules intensitāti.

Lai gan šīs ķēdes izeja rada pašregulējošu reakciju, lai uzturētu nemainīgu vidējo spriegumu izejā, maksimālais spriegums nekad netiek noregulēts, tāpēc tas ir ievērojami bīstams litija jonu vai Lipo tipa akumulatoru uzlādēšanai.

Turklāt iepriekš minētā shēma nav aprīkota, lai pārmērīgu spriegumu no paneļa pārveidotu proporcionālā strāvas daudzumā pievienotajai zemākā sprieguma nominālajai slodzei.

Buck Converter pievienošana

Es mēģināju izlabot šo nosacījumu, iepriekšējam dizainam pievienojot buck pārveidotāja posmu, un es varētu radīt optimizāciju, kas izskatījās ļoti līdzīga MPPT ķēdei.

Tomēr pat ar šo uzlaboto ķēdi es nevarēju būt pilnīgi pārliecināts par to, vai ķēde patiešām spēj radīt nemainīgu spriegumu ar samazinātu pīķa līmeni un pastiprinātu strāvu, reaģējot uz dažādiem saules intensitātes līmeņiem.

Lai es būtu pilnīgi pārliecināts par koncepciju un novērstu visas neskaidrības, man bija jāiziet izsmeļošs pētījums par buck pārveidotājiem un saistīto attiecību starp ieejas / izejas spriegumu, strāvu un PWM koeficientiem (darba cikls), kas iedvesmoja man izveidot šādus saistītus rakstus:

Kā darbojas Buck pārveidotāji

Sprieguma, strāvas aprēķināšana Buka induktorā

Noslēguma formulas, kas iegūtas no iepriekš minētajiem diviem rakstiem, palīdzēja noskaidrot visas šaubas, un visbeidzot es varētu būt pilnīgi pārliecināts par savu iepriekš ierosināto saules optimizētāja ķēdi, izmantojot buck pārveidotāja shēmu.

Analizējot PWM darba cikla stāvokli projektam

Pamatformula, kas lietas skaidri izteica, ir redzama zemāk:

Vout = DVin

Šeit V (in) ir ieejas spriegums, kas nāk no paneļa, Vout ir vēlamais izejas spriegums no sprieguma pārveidotāja un D ir darba cikls.

No vienādojuma kļūst skaidrs, ka Vout var vienkārši pielāgot, 'vai nu' kontrolējot buck pārveidotāja vai Vin darba ciklu .... vai citiem vārdiem sakot, Vin un darba cikla parametri ir tieši proporcionāli un ietekmē viens otru vērtības lineāri.

Faktiski šie termini ir ārkārtīgi lineāri, kas padara saules optimizētāja ķēdes izmēru noteikšanu daudz vienkāršāku, izmantojot sprieguma pārveidotāja ķēdi.

Tas nozīmē, ka tad, ja Vin ir daudz augstāks (@ maksimālā saules gaisma) nekā slodzes parametri, IC 555 procesors var padarīt PWM proporcionāli šaurāku (vai plašāku P-ierīcei) un ietekmēt Vout palikt vēlamajā līmenī un otrādi kā samazinoties saulei, procesors var atkal paplašināt (vai sašaurināt P ierīcei) PWM, lai nodrošinātu izejas sprieguma uzturēšanu noteiktajā nemainīgajā līmenī.

PWM ieviešanas novērtēšana, izmantojot praktisku piemēru

Mēs varam pierādīt iepriekš minēto, atrisinot doto formulu:

Pieņemsim, ka paneļa maksimālais spriegums V (in) ir 24V

un PWM sastāv no 0,5 sekunžu ieslēgšanas laika un 0,5 sekundes izslēgšanās laika

Darbības cikls = tranzistora ieslēgšanās laiks / impulsa ieslēgšanas + izslēgšanas laiks = T (ieslēgts) / 0,5 + 0,5 sekundes

Darba cikls = T (ieslēgts) / 1

Tāpēc, aizstājot iepriekšminēto zemāk dotajā formulā, mēs iegūstam,

V (out) = V (in) x T (ieslēgts)

14 = 24 x T (ieslēgts)

kur 14 ir pieņemtais nepieciešamais izejas spriegums,

tāpēc

T (ieslēgts) = 14/24 = 0,58 sekundes

Tas dod mums tranzistora ieslēgšanās laiku, kas jāiestata ķēdē maksimālās saules gaismas laikā, lai izvadē iegūtu nepieciešamo 14v.

Kā tas strādā

Kad iepriekšminētais ir iestatīts, pārējo varētu atstāt IC 555, lai apstrādātu paredzamos pašregulējošos T (ieslēgšanas) periodus, reaģējot uz mazinošo saules staru.

Tagad, samazinoties saules spīdam, ķēde proporcionāli palielinās (vai samazinās P-ierīcei) ON laiku, lai nodrošinātu nemainīgu 14 V, līdz paneļa spriegums patiešām samazinās līdz 14 V, kad ķēde varētu vienkārši slēgt procedūras.

Var pieņemt arī, ka pašreizējais (amp) parametrs ir pašregulējošs, tas vienmēr cenšas panākt (VxI) produkta konstanti visā optimizācijas procesā. Tas ir tāpēc, ka sprieguma pārveidotājam vienmēr paredzēts pārveidot augstsprieguma ieeju proporcionāli paaugstinātā strāvas līmenī izejā.

Tomēr, ja jūs interesē, lai jūs pilnībā apstiprinātu rezultātus, attiecīgajām formulām varat skatīt šo rakstu:

Sprieguma, strāvas aprēķināšana Buka induktorā

Tagad redzēsim, kā izskatās manis izveidotā pēdējā shēma, izmantojot šādu informāciju:

Kā redzat iepriekš redzamajā diagrammā, pamata diagramma ir identiska iepriekšējai pašoptimizējošai saules lādētāja ķēdei, izņemot IC4 iekļaušanu, kas ir konfigurēta kā sprieguma sekotājs un tiek aizstāta BC547 emitētāja sekotāja posma vietā. Tas tiek darīts, lai nodrošinātu labāku reakciju uz IC2 tapas Nr. 5 vadības tapu no paneļa.

Apkopojot Saules optimizētāja pamata darbību

Darbību var pārskatīt, kā norādīts zemāk: IC1 rada kvadrātveida viļņu frekvenci apmēram 10 kHz, ko var palielināt līdz 20 kHz, mainot C1 vērtību.

Šī frekvence tiek ievadīta IC2 tapai 2, lai ar T1 / C3 palīdzību ātri izveidotu trīsstūra viļņus pie tapas Nr. 7.

Paneļa spriegumu atbilstoši noregulē ar P2 un ievada IC4 sprieguma sekotāja pakāpē, lai padotu IC2 tapu # 5.

Šis potenciāls no paneļa IC2 tapas Nr. 5 tiek salīdzināts ar tapas Nr. 7 ātrajiem trīsstūra viļņiem, lai izveidotu attiecīgi izmērītus PWM datus IC2. Tapā # 3.

Pīķa laikā saules spīdums P2 tiek atbilstoši noregulēts tā, lai IC2 radītu pēc iespējas plašāku PWM, un, kad saules spīdums sāk mazināties, PWM proporcionāli kļūst šaurāks.

Iepriekš minētais efekts tiek ievadīts PNP BJT pamatnē, lai reakciju apvērstu pievienotā sprieguma pārveidotāja pakāpē.

Tas nozīmē, ka maksimālā saulē plašāki PWM piespiež PNP ierīci rīkoties maz (samazināts T (ieslēgts) laika periods), liekot šaurākām viļņu formām sasniegt sprieguma induktoru ... bet, tā kā paneļa spriegums ir augsts, ieejas sprieguma līmenis {V (in)}, kas sasniedz sprieguma induktoru, ir vienāds ar paneļa sprieguma līmeni.

Tādējādi šajā situācijā sprādzes pārveidotājs ar pareizi aprēķinātā T (ieslēgts) un V (in) palīdzību spēj radīt pareizo slodzei nepieciešamo izejas spriegumu, kas varētu būt daudz zemāks par paneļa spriegumu, bet pie proporcionāli paaugstināts strāvas (amp) līmenis.

Tagad, kad saule spīd, PWM arī kļūst šaurāki, ļaujot PNP T (ieslēgt) proporcionāli palielināties, kas savukārt palīdz bukses induktoram kompensēt saules samazināšanos, proporcionāli paaugstinot izejas spriegumu ... strāvu (amp ) faktors tagad tiek proporcionāli samazināts darbības laikā, pārliecinoties, ka izvades konsistence tiek perfekti uzturēta, izmantojot buck pārveidotāju.

T2 kopā ar saistītajiem komponentiem veido strāvas ierobežošanas pakāpi vai kļūdu pastiprinātāja pakāpi. Tas pārliecinās, ka izejas slodzei nekad nav atļauts patērēt kaut ko virs konstrukcijas nominālajām specifikācijām, lai sistēma nekad netiktu grabēta un saules paneļa veiktspēja nekad netiktu novirzīta no tās augstas efektivitātes zonas.

C5 tiek parādīts kā 100uF kondensators, tomēr labāka rezultāta sasniegšanai to varētu palielināt līdz 2200uF vērtībai, jo lielākas vērtības nodrošinās labāku pulsācijas strāvas kontroli un vienmērīgāku slodzes spriegumu.

P1 ir paredzēts opamp izejas nobīdes sprieguma pielāgošanai / korekcijai tā, lai tapa # 5 spētu uztvert perfektu nulles voltu, ja nav saules paneļa sprieguma vai kad saules paneļa spriegums ir zemāks par slodzes sprieguma specifikācijām.

L1 specifikāciju var aptuveni noteikt, izmantojot šajā rakstā sniegto informāciju:

Kā aprēķināt induktorus SMPS ķēdēs

Saules optimizētājs, izmantojot Op Amps

Vēl vienu ļoti vienkāršu, bet efektīvu saules optimizētāja shēmu var izveidot, izmantojot LM338 IC un dažus opampus.

Sapratīsim piedāvāto ķēdi (saules optimizētāju), izmantojot šādus punktus: Attēlā parādīta LM338 sprieguma regulatora ķēde, kurai ir strāvas vadības funkcija arī tranzistora BC547 formā, kas savienots pāri IC regulēšanas un zemējuma tapai.

Opamps, ko izmanto kā salīdzinātājus

Abi opampi ir konfigurēti kā salīdzinātāji. Faktiski daudzus šādus posmus var iekļaut, lai uzlabotu efektus.

Šajā dizainā A1 piespraudes Nr. 3 sākotnējais iestatījums ir noregulēts tā, lai A1 jauda būtu liela, kad saules spīduma intensitāte virs paneļa ir par aptuveni 20% mazāka nekā maksimālā vērtība.

Līdzīgi A2 pakāpe tiek noregulēta tā, lai tās jauda būtu augsta, kad saules gaisma ir par aptuveni 50% mazāka par maksimālo vērtību.

Kad A1 izeja ir augsta, RL # 1 iedarbina savienojumu R2 saskaņā ar ķēdi, atvienojot R1.

Sākotnēji saulē spīdot, R1, kura vērtība tiek izvēlēta daudz zemāka, ļauj akumulatoram sasniegt maksimālo strāvu.

Ķēdes shēma

Kad saule spīd, arī paneļa spriegums samazinās, un tagad mēs nevaram atļauties smagu strāvu no paneļa, jo tas pazeminātu spriegumu zem 12 V, kas varētu pilnībā apturēt uzlādes procesu.

Releja maiņa pašreizējai optimizācijai

Tāpēc, kā paskaidrots iepriekš, A1 darbojas un atvieno R1 un savieno R2. R2 tiek izvēlēts ar augstāku vērtību un ļauj akumulatoram piegādāt tikai ierobežotu strāvas daudzumu, lai saules spriegums nesamazinātos zem 15 spriegumiem - tas ir obligāti nepieciešams LM338 ieejā.

Kad saules gaisma nokrītas zem otrā iestatītā sliekšņa, A2 aktivizē RL # 2, kas savukārt pārslēdz R3, lai akumulatora strāva būtu vēl mazāka, pārliecinoties, ka spriegums LM338 ieejā nekad nenokrīt zem 15 V, tomēr uzlādes ātrums līdz akumulators vienmēr tiek uzturēts tuvākajā optimālajā līmenī.

Ja opamp pakāpieni tiek palielināti ar lielāku releju skaitu un turpmākajām pašreizējām vadības darbībām, ierīci var optimizēt ar vēl lielāku efektivitāti.

Iepriekš minētā procedūra akumulatora uzlādēšanu ātri pie lielas strāvas pīķa saules laikā un pazemina strāvu, samazinoties saules intensitātei virs paneļa, un attiecīgi piegādā akumulatoram pareizo nominālo strāvu tā, lai dienas beigās tā pilnībā uzlādētos.

Kas notiek ar akumulatoru, kuru nevar izlādēt?

Pieņemsim, ka gadījumā, ja akumulators nav optimāli izlādējies, lai nākamajā rītā veiktu iepriekš minēto procesu, situācija akumulatoram var būt letāla, jo sākotnējā lielā strāva var negatīvi ietekmēt akumulatoru, jo tā vēl nav izlādējusies līdz norādītajam vērtējumi.

Lai pārbaudītu iepriekš minēto problēmu, tiek ieviesti vēl pāris opampi, A3, A4, kas uzrauga akumulatora sprieguma līmeni un sāk tās pašas darbības, ko veic A1, A2, lai akumulatora strāva tiktu optimizēta attiecībā pret spriegums vai uzlādes līmenis, kas atrodas akumulatorā šajā laika periodā.