Házi Solar MPPT áramkör - Szegény ember maximális teljesítménypont-követője

Az MPPT a maximális teljesítménypont-követőt jelenti, amely egy olyan elektronikus rendszer, amelyet a napelem modul változó teljesítményének optimalizálására terveztek úgy, hogy a csatlakoztatott akkumulátor kihasználja a napelemtől elérhető maximális teljesítményt.

Bevezetés

MEGJEGYZÉS: Az ebben a bejegyzésben tárgyalt MPPT áramkörök nem alkalmazzák a hagyományos vezérlési módszereket, mint például a „Perturb és megfigyelés”, „Inkrementális vezetőképesség,„ Áramváltás ”,„ Állandó feszültség ”...... stb. Stb. koncentrálj és próbálj meg megvalósítani néhány alapvető dolgot:

1. Annak érdekében, hogy a szolárpanel bemeneti „teljesítménye” mindig megegyezzen a terhelést elérő kimeneti „teljesítmény” értékkel.
2. A „térdfeszültséget” soha nem zavarja a terhelés, és a panel MPPT zónáját hatékonyan fenntartják.

Mi a panel térdfeszültsége és -árama:

Leegyszerűsítve: a térdfeszültség az 'nyitott áramköri feszültség' a panel szintje, míg a térdáram az „rövidzárlati áram” a panel mérése az adott pillanatban.

Ha a fenti kettőt a lehető legteljesebb mértékben fenntartjuk, akkor feltételezhető, hogy a terhelés az MPPT-energiát az egész működése során megkapja.

Mielőtt elmélyednénk a javasolt tervekben, először ismerkedjünk meg néhány alapvető ténnyel kapcsolatban napelem akkumulátor töltése

Tudjuk, hogy a napelem kimenete egyenesen arányos a beeső napfény mértékével és a környezeti hőmérséklettel. Amikor a napsugarak merőlegesek a napelemre, ez a maximális feszültséget generálja, és romlik, amikor a szög 90 fokra elmozdul. A panel körüli légköri hőmérséklet szintén befolyásolja a panel hatékonyságát, amely a hőmérséklet növekedésével csökken .

Ezért arra a következtetésre juthatunk, hogy amikor a napsugarak közel 90 fokosak a panel felett, és amikor a hőmérséklet 30 fok körül van, akkor a panel hatékonysága a maximum felé halad, a sebesség csökken, mivel a fenti két paraméter eltávolodik a névleges értékektől.

A fenti feszültséget általában akkumulátor töltésére használják, a ólom-sav akkumulátor , amelyet viszont inverter működtetésére használnak. Ugyanakkor, mint a a napelemnek saját működési kritériumai vannak , az akkumulátor sem kevesebb, és szigorú feltételeket kínál az optimális töltéshez.

Ennek feltétele, hogy az akkumulátort kezdetben viszonylag nagyobb árammal kell tölteni, amelyet fokozatosan majdnem nullára kell csökkenteni, amikor az akkumulátor a szokásos névleges értékénél 15% -kal magasabb feszültséget ér el.

Ha feltételezzük, hogy egy teljesen lemerült 12 V-os akkumulátor, amelynek feszültsége 11,5 V körül van, kezdetben C / 2 körüli sebességgel tölthető fel (az akkumulátor C = AH-ja), ez viszonylag gyorsan elkezdi tölteni az akkumulátort, és feszültségét megnöveli. pár óra alatt 13 V körül.

Ezen a ponton az áramot automatikusan csökkenteni kell, mondjuk C / 5 sebességre, ez ismét segít fenntartani a gyors töltési ütemet az akkumulátor károsítása nélkül, és a következő 1 órán belül 13,5 V körüli feszültséget emel.

A fenti lépéseket követve az áram tovább csökkenthető C / 10 sebességre, ami biztosítja, hogy a töltési sebesség és az ütem ne lassuljon.

Végül, amikor az akkumulátor feszültsége eléri a 14,3 V körüli értéket, a folyamat C / 50 sebességre csökkenthető, ami majdnem leállítja a töltési folyamatot, ugyanakkor korlátozza a töltés alacsonyabb szintre esését.

Az egész folyamat mélyen lemerült akkumulátort tölt fel 6 órán belül anélkül, hogy befolyásolná az akkumulátor élettartamát.

Az MPPT-t pontosan annak biztosítására használják, hogy a fenti eljárást optimálisan vonják ki egy adott napelemből.

Lehet, hogy egy napelem nem képes nagy áram kimenetet biztosítani, de mindenképpen képes magasabb feszültséggel ellátni.

A trükk az lenne, ha a magasabb feszültségszinteket magasabb árammá konvertálnák a napelem kimenetének megfelelő optimalizálásával.

Mivel a nagyobb feszültség átalakítása nagyobb áramra és fordítva csak a buck boost konverterekkel valósítható meg, egy innovatív módszer (bár kissé terjedelmes) egy változó induktivitású áramkör használata lenne, ahol az induktornak sok kapcsolható csapja lenne, ezek A csapokat kapcsoló áramkör kapcsolhatja a változó napfényre reagálva, így a terhelés kimenete mindig állandó marad a napsütéstől függetlenül.

A koncepció a következő ábra alapján érthető meg:

Kördiagramm

Az LM3915 használata a fő processzor IC-ként

A fenti diagram fő processzora a IC LM3915 amely a kimeneti tüskét egymás után kapcsolja felülről lefelé, válaszul a csökkenő napfényre

Ezek a kimenetek láthatók konfigurálva kapcsoló teljesítmény tranzisztorokkal, amelyek viszont egy ferrit egy hosszú induktív tekercs különféle csapjaival vannak összekötve.

Az induktor alsó vége NPN teljesítménytranzisztorral látható, amelyet 100 kHz körüli frekvencián kapcsolnak be egy kívülről konfigurált oszcillátor áramkörből.

Az áramköri tranzisztorok, amelyek az IC kapcsoló kimeneteihez kapcsolódnak, válaszul a szekvenáló IC kimenetekre, összekötve az induktor megfelelő csapjait a panel feszültségével és a 100 kHz frekvenciával.

Ezt az induktív fordulatot megfelelően úgy számolják, hogy különféle csapjai kompatibilisek legyenek a panel feszültségével, mivel ezeket az IC kimeneti meghajtó fokozatai kapcsolják.

Így az eljárás megbizonyosodik arról, hogy míg a nap intenzitása és a feszültség csökken, megfelelően kapcsolódik az induktor megfelelő csapjához, és szinte állandó feszültséget tart az összes adott csapon, a számított névleges értéküknek megfelelően.

Értsük meg a működést a következő forgatókönyv segítségével:

Tegyük fel, hogy a tekercset úgy választják ki, hogy kompatibilis legyen egy 30 V-os napelemrel, ezért tegyük fel, hogy a csúcsfényes napsütésben a felső teljesítménytranzisztort bekapcsolja az IC, amely az egész tekercset rezgésnek teszi ki, ez lehetővé teszi a teljes 30 V-os rendelkezésre állását a a tekercs szélső végei.

Tegyük fel, hogy a napfény 3 V-kal csökken, és kimenetét 27 V-ra csökkenti, ezt az IC gyorsan érzékeli, így az első tranzisztor felülről most kikapcsol, a sorozat második tranzisztora pedig ON.

A fenti művelet kiválasztja az induktor második csapját (27V-os csap) az elejétől a megfelelő induktivitás-érintés végrehajtásáig a feszültség-válaszig, biztosítva, hogy a tekercs optimálisan ingadozzon a csökkentett feszültséggel ... hasonlóan, most, amikor a napfény feszültsége tovább csökken a megfelelő tranzisztorokon „fogjon kezet” a megfelelő induktív csapokkal, biztosítva az induktor tökéletes illeszkedését és hatékony kapcsolását, amely megfelel a rendelkezésre álló napfeszültségeknek.

A napelem és a kapcsoló bak / boost induktor közötti fenti kiegyenlített válasz miatt ... feltételezhetjük, hogy a releváns pontok fölötti csapfeszültségek állandó feszültséget tartanak fenn a nap folyamán, függetlenül a napfény helyzetétől.

Tegyük fel például, hogy ha az induktivitást úgy tervezték, hogy 30 V-ot állítson elő a legfelső csapon, majd 27 V, 24 V, 21 V, 18 V, 15 V, 12 V, 9 V, 6 V, 3 V, 0 V a következő csapokon keresztül, akkor feltételezhető, hogy ezek a feszültségek állandó ezeken a csapokon, a napfény szintjétől függetlenül.

Ne feledje, hogy ezek a feszültségek a felhasználói specifikációk szerint módosíthatók a panel feszültségénél magasabb vagy alacsonyabb feszültség elérése érdekében.

A fenti áramkör a flyback topoogyban is konfigurálható, az alábbiak szerint:

Mindkét fenti konfigurációban a kimenet állítólag állandó és stabil marad a feszültség és a teljesítmény tekintetében, függetlenül a szolár teljesítménytől.

I / V követési módszer használata

A következő áramköri koncepció biztosítja, hogy a panel MPPT szintjét soha ne zavarja drasztikusan a terhelés.

Az áramkör nyomon követi a panel MPPT „térd” szintjét, és biztosítja, hogy a terhelés ne fogyasszon többet, ami a panel ezen térdszintjének leesését okozhatja.

Tanuljuk meg, hogyan teheti ezt meg egy egyszerű opamp I / V nyomkövető áramkör használatával.

Felhívjuk figyelmét, hogy a buck konverter nélküli konstrukciók soha nem lesznek képesek a túlfeszültséget a terhelés egyenértékű áramára optimalizálni, és ebből a szempontból kudarcot vallhatnak, amelyet minden MPPT-konstrukció alapvető jellemzőjének tekintenek.

Nagyon egyszerű, de hatékony MPPT típusú eszköz készíthető egy LM338 IC és egy opamp alkalmazásával.

Ebben az általam tervezett koncepcióban az op erősítő úgy van konfigurálva, hogy folyamatosan rögzítse a panel pillanatnyi MPP adatait, és összehasonlítsa azokat a pillanatnyi terhelés fogyasztásával. Ha úgy találja, hogy a terhelés meghaladja ezt a tárolt adatot, akkor levágja a terhelést ...

Az IC 741 fokozat a szolárkövető szakasz, és a teljes tervezés szívét alkotja.

A szolárpanel feszültségét az IC invertáló tűjéhez táplálják, míg ugyanezt a nem invertáló 3 csapra 2 V körüli eséssel adják, három soros 1N4148 dióda segítségével.

A fenti helyzet következetesen az IC 3 érintkezõjét egy 2-nél alacsonyabb árnyalattal tartja, biztosítva a nulla feszültséget az IC 6 kimeneti érintkezõjén.

Nem hatékony túlterhelés esetén, például nem megfelelő akkumulátor vagy nagyáramú akkumulátor esetén a napelem feszültsége a terhelés hatására csökken. Amikor ez megtörténik, a pin2 feszültsége is csökkenni kezd, azonban a 10uF kondenzátor jelenléte miatt a pin3-on potenciál szilárd marad, és nem reagál a fenti esésre.

A helyzet azonnal arra kényszeríti a pin3-ot, hogy magasabbra kerüljön, mint a pin2, ami viszont a pin6-ot magasra kapcsolja, bekapcsolva a BJT BC547-et.

A BC547 most azonnal letiltja az LM338-at, levágva az akkumulátor feszültségét, a ciklus folyamatosan gyors ütemben kapcsol, az IC névleges sebességétől függően.

A fenti műveletek biztosítják, hogy a napelem feszültsége soha ne csökkenjen vagy ne húzódjon le a terhelés hatására, az MPPT-szerű állapotot mindvégig fenntartva.

Mivel lineáris IC LM338 IC-t használnak, az áramkör ismét kissé hatástalan lehet ... az orvoslás az, ha az LM338 fokozatot lecseréljük egy buck konverterre ... ami rendkívül sokoldalúvá és összehasonlíthatóvá tenné a valódi MPPT-vel.

Az alábbiakban egy MPPT áramkör látható, amely egy buck konverter topológiát használ, most a tervezésnek sok értelme van, és sokkal közelebb áll egy valódi MPPT-hez

48V MPPT áramkör

A fenti egyszerű MPPT áramkörök módosíthatók a nagyfeszültségű akkumulátorok töltésének megvalósításához is, például a következő 48V akkumulátoros MPPT töltő áramkörhöz.

Az ötleteket kizárólag én fejlesztem ki.