Circuito MPPT solare fatto in casa - Tracker del punto di massima potenza dei poveri

Prova Il Nostro Strumento Per Eliminare I Problemi





MPPT è l'acronimo di maximum power point tracker, ovvero un sistema elettronico progettato per ottimizzare la potenza variabile in uscita da un modulo pannello solare in modo tale che la batteria collegata sfrutti la massima potenza disponibile dal pannello solare.

introduzione

NOTA: I circuiti MPPT discussi in questo post non impiegano i metodi di controllo convenzionali come 'Perturb e osserva', 'Conduttanza incrementale,' Scansione corrente ',' Tensione costante '... ecc. Ecc ... Piuttosto qui noi concentrati e prova a implementare un paio di cose fondamentali:



  1. Per assicurarsi che il 'wattaggio' in ingresso dal pannello solare sia sempre uguale al 'wattaggio' in uscita che raggiunge il carico.
  2. La 'tensione del ginocchio' non viene mai disturbata dal carico e la zona MPPT del pannello viene mantenuta in modo efficiente.

Che cos'è la tensione e la corrente al ginocchio di un pannello:

In parole povere, la tensione del ginocchio è 'tensione a circuito aperto' livello del pannello, mentre la corrente al ginocchio è la 'corrente di cortocircuito' misura del pannello in un dato istante.

Se i due precedenti vengono mantenuti il ​​più possibile, si può presumere che il carico riceva la potenza MPPT durante il suo funzionamento.



Prima di approfondire i progetti proposti, familiarizziamo con alcuni dei fatti di base riguardanti ricarica della batteria solare

Sappiamo che l'uscita da un pannello solare è direttamente proporzionale al grado di luce solare incidente e anche alla temperatura ambiente. Quando i raggi del sole sono perpendicolari al pannello solare, genera la massima quantità di tensione e si deteriora quando l'angolo si allontana da 90 gradi.La temperatura atmosferica attorno al pannello influisce anche sull'efficienza del pannello, che diminuisce con l'aumento della temperatura .

Pertanto possiamo concludere che quando i raggi solari sono vicini a 90 gradi sopra il pannello e quando la temperatura è intorno a 30 gradi, l'efficienza del pannello è verso il massimo, la velocità diminuisce quando i due parametri sopra riportati si allontanano dai loro valori nominali.

La tensione di cui sopra viene generalmente utilizzata per caricare una batteria, a batteria al piombo , che a sua volta viene utilizzato per il funzionamento di un inverter. Tuttavia, proprio come il il pannello solare ha i suoi criteri di funzionamento , anche la batteria non è da meno e offre alcune condizioni rigorose per una carica ottimale.

Le condizioni sono che la batteria deve essere caricata inizialmente con una corrente relativamente più alta che deve essere gradualmente ridotta quasi a zero quando la batteria raggiunge una tensione superiore del 15% rispetto al suo valore normale.

Supponendo che una batteria da 12 V completamente scarica, con una tensione ovunque intorno a 11,5 V, possa essere caricata inizialmente a una velocità di circa C / 2 (C = AH della batteria), questo inizierà a riempire la batteria relativamente rapidamente e la sua tensione potrebbe essere circa 13 V entro un paio d'ore.

A questo punto la corrente dovrebbe essere ridotta automaticamente per dire un tasso C / 5, questo aiuterà ancora una volta a mantenere il ritmo di ricarica veloce senza danneggiare la batteria e aumenterà la sua tensione a circa 13,5 V entro la prossima ora.

Seguendo i passaggi precedenti, ora la corrente può essere ulteriormente ridotta a una velocità C / 10 che assicura che la velocità di ricarica e il ritmo non rallentino.

Infine, quando la tensione della batteria raggiunge circa 14,3 V, il processo può essere ridotto a una velocità C / 50 che quasi interrompe il processo di carica ma limita la caduta della carica a livelli inferiori.

L'intero processo carica una batteria completamente scarica entro un arco di 6 ore senza influire sulla durata della batteria.

Un MPPT viene utilizzato esattamente per garantire che la procedura di cui sopra sia estratta in modo ottimale da un particolare pannello solare.

Un pannello solare potrebbe non essere in grado di fornire elevate uscite di corrente, ma sicuramente è in grado di fornire tensioni più elevate.

Il trucco sarebbe convertire i livelli di tensione più elevati in livelli di corrente più elevati attraverso un'adeguata ottimizzazione dell'output del pannello solare.

Ora poiché le conversioni di una tensione più alta in una corrente più alta e viceversa possono essere implementate solo tramite convertitori buck boost, un metodo innovativo (anche se un po 'ingombrante) sarebbe quello di utilizzare un circuito induttore variabile in cui l'induttore avrebbe molti rubinetti commutabili, questi le prese possono essere commutate da un circuito di commutazione in risposta alla luce solare variabile in modo che l'uscita al carico rimanga sempre costante indipendentemente dalla luce solare del sole.

Il concetto può essere compreso facendo riferimento al seguente diagramma:

Schema elettrico

circuito MPPT fatto in casa con trasformatore sfruttato

Utilizzo di LM3915 come IC del processore principale

Il processore principale nel diagramma sopra è il IC LM3915 che commuta il suo pinout di uscita in sequenza dall'alto verso il basso in risposta alla diminuzione della luce solare

Queste uscite possono essere viste configurate con transistori di potenza switching che sono a loro volta collegati alle varie prese di una singola bobina di induttore lungo in ferrite.

L'estremità più bassa dell'induttore può essere vista collegata con un transistor di potenza NPN che viene commutato a una frequenza di circa 100 kHz da un circuito oscillatore configurato esternamente.

I transistor di potenza collegati alle uscite dell'IC commutano in risposta alle uscite dell'IC di sequenziamento, collegando le prese appropriate dell'induttore con la tensione del pannello e la frequenza di 100kHz.

Le spire di questo induttore sono calcolate in modo appropriato in modo tale che le sue varie prese diventino compatibili con la tensione del pannello quando queste vengono commutate dagli stadi del driver di uscita IC.

Pertanto, il procedimento assicura che mentre l'intensità del sole e la tensione diminuiscono, siano opportunamente collegate alla relativa presa dell'induttore mantenendo quasi una tensione costante su tutte le prese date, secondo le loro valutazioni calcolate.

Comprendiamo il funzionamento con l'aiuto del seguente scenario:

Supponiamo che la bobina sia selezionata per essere compatibile con un pannello solare da 30 V, quindi al picco di luce solare supponiamo che il transistor di potenza superiore sia acceso dall'IC che sottopone l'intera bobina a oscillare, questo consente a tutti i 30 V di essere disponibili attraverso estremità estreme della bobina.

Supponiamo ora che la luce solare scenda di 3 V e riduca la sua uscita a 27 V, questo viene rapidamente rilevato dall'IC in modo tale che il primo transistor dall'alto si spenga e il secondo transistor nella sequenza si accenda.

L'azione di cui sopra seleziona la seconda presa (presa 27V) dell'induttore dall'alto eseguendo una risposta corrispondente alla tensione dell'induttore assicurandosi che la bobina oscilli in modo ottimale con la tensione ridotta ... allo stesso modo, ora che la tensione della luce solare scende ulteriormente i rispettivi transistor 'stringere la mano' con i relativi rubinetti dell'induttore assicurando un perfetto abbinamento e un'efficiente commutazione dell'induttore, corrispondente alle tensioni solari disponibili.

A causa della risposta abbinata sopra tra il pannello solare e l'induttore di commutazione buck / boost ... si può presumere che le tensioni di presa sui punti rilevanti mantengano una tensione costante per tutto il giorno indipendentemente dalla situazione della luce solare ....

Ad esempio, supponiamo che se l'induttore è progettato per produrre 30 V alla presa più in alto seguito da 27 V, 24 V, 21 V, 18 V, 15 V, 12 V, 9 V, 6 V, 3 V, 0 V attraverso le prese successive, allora tutte queste tensioni potrebbero essere assunte costante su questi rubinetti indipendentemente dai livelli di luce solare.

Inoltre, ricorda che queste tensioni possono essere modificate secondo le specifiche dell'utente per ottenere tensioni superiori o inferiori rispetto alla tensione del pannello.

Il circuito sopra può anche essere configurato nella topografia flyback come mostrato di seguito:

semplice design MPPT flyback

In entrambe le configurazioni di cui sopra, l'uscita dovrebbe rimanere costante e stabile in termini di tensione e potenza indipendentemente dall'uscita solare.

Utilizzo del metodo di tracciamento I / V

Il seguente concetto di circuito garantisce che il livello MPPT del pannello non sia mai disturbato drasticamente dal carico.

Il circuito segue il livello del ginocchio MPPT del pannello e fa in modo che il carico non possa consumare altro che potrebbe causare una caduta a questo livello del ginocchio del pannello.

Impariamo come farlo utilizzando un semplice circuito di tracciamento I / V operazionale singolo.

Si noti che i progetti privi di convertitore buck non saranno mai in grado di ottimizzare la tensione in eccesso in una corrente equivalente per il carico e potrebbero non funzionare a questo proposito, che è considerata la caratteristica cruciale di qualsiasi progetto MPPT.

Un dispositivo di tipo MPPT molto semplice ma efficace può essere realizzato utilizzando un CI LM338 e un amplificatore operazionale.

In questo concetto che è stato progettato da me, l'amplificatore operazionale è configurato in modo tale da continuare a registrare i dati MPP istantanei del pannello e confrontarli con il consumo di carico istantaneo. Se rileva che il consumo di carico supera questi dati memorizzati, interrompe il carico ...

semplice tracker della tensione del ginocchio MPPT e autoregolazione


Il palco IC 741 è la sezione dell'inseguitore solare e costituisce il cuore dell'intero progetto.

La tensione del pannello solare viene alimentata al pin2 invertente dell'IC, mentre la stessa viene applicata al pin3 non invertente con una caduta di circa 2 V utilizzando tre diodi 1N4148 in serie.

La situazione di cui sopra mantiene costantemente il pin3 dell'IC di un'ombra inferiore a pin2 garantendo una tensione zero attraverso il pin di uscita6 dell'IC.

Tuttavia, in caso di sovraccarico inefficiente, come una batteria non corrispondente o una batteria ad alta corrente, la tensione del pannello solare tende a essere abbassata dal carico. Quando ciò accade, anche la tensione del pin2 inizia a calare, tuttavia a causa della presenza del condensatore da 10uF sul pin3, il suo potenziale rimane solido e non risponde alla caduta di cui sopra.

La situazione forza istantaneamente il pin3 ad andare più in alto del pin2, che a sua volta commuta il pin6 in alto, accendendo il BJT BC547.

BC547 ora disabilita immediatamente LM338 interrompendo la tensione alla batteria, il ciclo continua a cambiare a un ritmo rapido a seconda della velocità nominale dell'IC.

Le operazioni di cui sopra assicurano che la tensione del pannello solare non diminuisca o non venga mai abbassata dal carico, mantenendo una condizione simile all'MPPT.

Poiché viene utilizzato un IC lineare LM338, il circuito potrebbe essere ancora un po 'inefficiente .... il rimedio è sostituire lo stadio LM338 con un convertitore buck ... che renderebbe il design estremamente versatile e paragonabile a un vero MPPT.

Di seguito è mostrato un circuito MPPT che utilizza una topologia di convertitore buck, ora il design ha molto senso e sembra molto più vicino a un vero MPPT

MPPT con tracker e alimentatore buck autoottimizzato

Circuito MPPT da 48V

I circuiti MPPT sopra descritti possono anche essere modificati per implementare la carica della batteria ad alta tensione, come il seguente circuito di carica MPPT della batteria da 48V.

Design del tracker MPPT da 60 V a 24 V

Le idee sono tutte sviluppate esclusivamente da me.




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