Домашна слънчева MPPT схема - Tracker за максимална мощност на бедния човек

MPPT означава тракер с максимална мощност, което е електронна система, предназначена за оптимизиране на различната изходна мощност от модула на слънчевия панел, така че свързаната батерия да използва максималната налична мощност от слънчевия панел.

Въведение

ЗАБЕЛЕЖКА: Обсъдените MPPT вериги в тази публикация не използват конвенционалните методи за управление като „Възмущавайте и наблюдавайте“, „Инкрементална проводимост,„ Размахване на тока “,„ Постоянно напрежение “... и т.н. и т.н. По-скоро тук ние концентрирайте се и опитайте да приложите няколко основни неща:

1. За да сте сигурни, че входната „мощност“ от слънчевия панел винаги е равна на изходната „мощност“, достигаща товара.
2. „Напрежението на коляното“ никога не се нарушава от товара и MPPT зоната на панела се поддържа ефективно.

Какво е напрежението и тока на коляното на панела:

Казано по-просто, напрежението в коляното е „напрежение на отворена верига“ ниво на панела, докато токът на коляното е 'ток на късо съединение' мярка на панела във всеки един момент.

Ако горните две се поддържат, доколкото е възможно, може да се приеме, че натоварването получава MPPT мощност през цялата си работа.

Преди да се задълбочим в предложените дизайни, нека първо се запознаем с някои от основните факти относно зареждане на слънчева батерия

Знаем, че изходът от слънчев панел е право пропорционален на степента на падащата слънчева светлина, както и на околната температура. Когато слънчевите лъчи са перпендикулярни на слънчевия панел, той генерира максимално напрежение и се влошава, когато ъгълът се измества от 90 градуса. Атмосферната температура около панела също влияе върху ефективността на панела, която пада с повишаване на температурата .

Следователно можем да заключим, че когато слънчевите лъчи са близо до 90 градуса над панела и когато температурата е около 30 градуса, ефективността на панела е към максимална, скоростта намалява, тъй като горните два параметъра се отдалечават от номиналните им стойности.

Горното напрежение обикновено се използва за зареждане на батерия, a оловно-киселинна батерия , който от своя страна се използва за работа с инвертор. Но точно както соларният панел има свои собствени критерии за работа , батерията също не е по-малка и предлага някои строги условия за оптимално зареждане.

Условията са, че батерията първоначално трябва да се зарежда при относително по-висок ток, който постепенно трябва да се намали до почти нула, когато батерията достигне напрежение с 15% по-високо от нормалното си ниво.

Ако приемем, че напълно разредена 12V батерия, с напрежение някъде около 11.5V, може първоначално да се зарежда с около C / 2 (C = AH на батерията), това ще започне да зарежда батерията сравнително бързо и ще издърпа напрежението й около 13V в рамките на няколко часа.

В този момент токът трябва автоматично да се намали до скорост C / 5, това отново ще помогне да се запази бързото темпо на зареждане, без да се повреди батерията и да се повиши напрежението му до около 13,5V в рамките на следващия 1 час.

Следвайки горните стъпки, сега токът може допълнително да бъде намален до скорост C / 10, което гарантира, че скоростта на зареждане и темпото не се забавят.

И накрая, когато напрежението на батерията достигне около 14.3V, процесът може да бъде намален до скорост C / 50, което почти спира процеса на зареждане, но ограничава заряда да падне до по-ниски нива.

Целият процес зарежда дълбоко разредена батерия в рамките на 6 часа без да се засяга живота на батерията.

MPPT се използва точно за да се гарантира, че горната процедура се извлича оптимално от определен слънчев панел.

Слънчевият панел може да не е в състояние да осигури високи токови изходи, но определено е в състояние да осигури по-високи напрежения.

Номерът би бил да се преобразуват по-високите нива на напрежение в по-високи нива на ток чрез подходяща оптимизация на изхода на слънчевия панел.

Сега, тъй като преобразуванията на по-високо напрежение в по-висок ток и обратно могат да бъдат реализирани само чрез преобразуватели на усилвател, иновативен метод (макар и малко обемист) би бил използването на променлива верига на индуктор, при която индукторът ще има много превключващи кранове, тези крановете могат да се превключват от превключваща верига в отговор на променящата се слънчева светлина, така че изходът към товара винаги да остава постоянен, независимо от слънчевото слънце.

Концепцията може да бъде разбрана чрез позоваване на следната диаграма:

Електрическа схема

Използване на LM3915 като основна интегрална схема на процесора

Основният процесор в горната диаграма е IC LM3915 който превключва изходния си извод последователно отгоре надолу в отговор на намаляващата слънчева светлина

Тези изходи могат да се видят конфигурирани с превключващи силови транзистори, които от своя страна са свързани с различните кранове на феритна единична дълга индуктивна намотка.

Най-долният край на индуктора може да се види прикрепен с NPN силов транзистор, който се превключва на около 100kHz честота от външно конфигурирана верига на осцилатора.

Силовите транзистори, свързани с изходите на IC превключвателя в отговор на последователните IC изходи, свързващи подходящите кранове на индуктора с напрежението на панела и честотата 100kHz.

Тези обороти на индуктора са изчислени по подходящ начин, така че различните му кранове да станат съвместими с напрежението на панела, тъй като те се превключват от етапите на изходния драйвер на IC.

По този начин процедурите се уверяват, че докато интензитетът на слънцето и напрежението спадат, той е подходящо свързан със съответния кран на индуктора, поддържащ почти постоянно напрежение във всички дадени кранове, според техните изчислени рейтинги.

Нека разберем функционирането с помощта на следния сценарий:

Да предположим, че намотката е избрана да бъде съвместима с 30V слънчев панел, следователно при върхово слънце нека приемем, че най-горният транзистор на мощността е включен от IC, който подлага на колебание цялата намотка, което позволява на всички 30V да бъдат достъпни през крайни краища на намотката.

Сега да предположим, че слънчевата светлина пада с 3V и намалява изхода си до 27V, това бързо се усеща от IC, така че първият транзистор отгоре вече се изключва, а вторият транзистор в последователността се включва.

Горното действие избира втория кран (27V кран) на индуктора от върха, изпълняващ съвпадащ кран на индуктора до отговор на напрежението, като се уверява, че бобината осцилира оптимално с намаленото напрежение ... подобно сега, когато напрежението на слънчевата светлина пада допълнително съответните транзистори „ръкувайте се“ със съответните кранове на индуктора, осигуряващи перфектно съвпадение и ефективно превключване на индуктора, съответстващо на наличните слънчеви напрежения.

Поради гореспоменатия отговор между слънчевия панел и превключващия индикатор за повдигане / усилване ... може да се приеме, че напреженията на крана в съответните точки поддържат постоянно напрежение през целия ден, независимо от ситуацията на слънчева светлина ....

Например, да предположим, че ако индукторът е проектиран да произвежда 30V в най-горния кран, последван от 27V, 24V, 21V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 3V, 0V през следващите кранове, тогава всички тези напрежения могат да се приемат за постоянно върху тези кранове, независимо от нивата на слънчева светлина.

Също така, не забравяйте, че тези напрежения могат да бъдат променяни според потребителските спецификации за постигане на по-високи или по-ниски напрежения от напрежението на панела.

Горната схема може също да бъде конфигурирана в топологията на обратния полет, както е показано по-долу:

И в двете горепосочени конфигурации изходът трябва да остане постоянен и стабилен по отношение на напрежението и мощността, независимо от слънчевата мощност.

Използване на I / V метод за проследяване

Следващата концепция на веригата гарантира, че нивото на MPPT на панела никога не се нарушава драстично от товара.

Веригата проследява нивото на MPPT „коляно“ на панела и се уверява, че натоварването няма право да консумира нищо повече, което може да доведе до падане в това ниво на коляното на панела.

Нека да научим как това може да се направи с помощта на проста единична верига за проследяване на входно-изходните усилватели.

Моля, обърнете внимание, че конструкциите, които са без преобразувател, никога няма да могат да оптимизират излишното напрежение в еквивалентен ток за товара и може да се провалят в това отношение, което се счита за ключовата характеристика на всеки MPPT дизайн.

Много просто, но ефективно устройство тип MPPT може да бъде направено чрез използване на LM338 IC и opamps.

В тази концепция, която е проектирана от мен, операционният усилвател е конфигуриран по такъв начин, че да продължава да записва моменталните MPP данни на панела и да ги сравнява с моментното потребление на натоварване. Ако установи, че консумацията на товар надвишава тези съхранени данни, тя прекъсва товара ...

Сцената IC 741 е секцията за слънчеви тракери и формира сърцето на целия дизайн.

Напрежението на слънчевия панел се подава към инвертиращия щифт2 на IC, докато същото се прилага към неинвертиращия pin3 с падане от около 2 V, като се използват три последователно диода 1N4148.

Горната ситуация постоянно поддържа pin3 на IC на нюанс по-нисък от pin2, осигурявайки нулево напрежение през изходния pin6 на IC.

Въпреки това, в случай на неефективно претоварване, като несъответстваща батерия или батерия с висок ток, напрежението на слънчевия панел има тенденция да се изтегля от товара. Когато това се случи, напрежението на pin2 също започва да пада, но поради наличието на кондензатор 10uF на pin3, потенциалът му остава стабилен и не реагира на горния спад.

Ситуацията незабавно принуждава pin3 да отиде по-високо от pin2, което от своя страна превключва pin6 високо, като включва BJT BC547.

BC547 сега незабавно деактивира LM338 като прекъсва напрежението към батерията, цикълът продължава да превключва с бързи темпове в зависимост от номиналната скорост на IC.

Горните операции гарантират, че напрежението на слънчевия панел никога няма да падне или да бъде изтеглено от товара, поддържайки състояние като MPPT като цяло.

Тъй като се използва линейна интегрална схема LM338, веригата отново може да бъде малко неефективна .... решението е да се замени степента LM338 с конвертор за долар ..., което би направило дизайна изключително гъвкав и сравним с истински MPPT.

По-долу е показана MPPT схема, използваща топология на конвертора, сега дизайнът има много смисъл и изглежда много по-близо до истинския MPPT

48V MPPT схема

Горните прости MPPT вериги също могат да бъдат модифицирани за прилагане на зареждане на батерии с високо напрежение, като например следната верига за зарядно устройство MPPT от 48V.

Всички идеи са разработени изключително от мен.