Hjemmelavet MPPT-kredsløb - Dårlig mands maksimale powerpoint-tracker

Hjemmelavet MPPT-kredsløb - Dårlig mands maksimale powerpoint-tracker

MPPT står for maksimal power point tracker, som er et elektronisk system designet til at optimere den forskellige effekt fra et solpanelmodul, så det tilsluttede batteri udnytter den maksimale tilgængelige effekt fra solpanelet.



Introduktion

BEMÆRK: De diskuterede MPPT-kredsløb i dette indlæg anvender ikke de konventionelle styringsmetoder som 'Forstyrr og observer', 'Inkrementel ledningsevne,' Strømfejning ',' Konstant spænding '... osv osv ... I stedet her koncentrer dig og prøv at implementere et par grundlæggende ting:

  1. For at sikre, at input 'watt' fra solpanelet altid er lig med output 'watt', der når belastningen.
  2. Knæspændingen forstyrres aldrig af belastningen, og panelets MPPT-zone opretholdes effektivt.

Hvad er knæspænding og strøm for et panel:

Enkelt sagt er knæspændingen den 'åben kredsløbsspænding' panelets niveau, mens knestrømmen er 'kortslutningsstrøm' måling af panelet på et givet øjeblik.





Hvis de to ovennævnte opretholdes så vidt muligt, kan belastningen antages at få MPPT-strøm gennem hele sin drift.

Før vi dykker ned i de foreslåede design, lad os først stifte bekendtskab med nogle af de grundlæggende fakta om opladning af solbatteri



Vi ved, at produktionen fra et solpanel er direkte proportional med graden af ​​det indfaldende sollys og også den omgivende temperatur. Når solstrålene er vinkelret på solpanelet, genererer det den maksimale spændingsmængde og forringes, når vinklen skifter væk fra 90 grader. Atmosfærens temperatur omkring panelet påvirker også panelets effektivitet, som falder med stigning i temperaturen .

Derfor kan vi konkludere, at når solstrålerne er tæt på 90 grader over panelet, og når temperaturen er omkring 30 grader, er panelets effektivitet mod maksimum, sænkes hastigheden, da de ovennævnte to parametre glider væk fra deres nominelle værdier.

Ovenstående spænding bruges normalt til opladning af et batteri, a blybatteri , som igen bruges til at betjene en inverter. Dog ligesom solpanel har sine egne driftskriterier , også batteriet er ikke mindre og tilbyder nogle strenge betingelser for at blive optimalt opladet.

Betingelserne er, at batteriet oprindeligt skal oplades med relativt højere strøm, som gradvist skal sænkes til næsten nul, når batteriet når en spænding, der er 15% højere end dets normale værdi.

Hvis vi antager, at et fuldt afladet 12V batteri med en spænding hvor som helst omkring 11,5V muligvis kan oplades ved omkring C / 2-hastighed (C = AH af batteriet), vil dette begynde at fylde batteriet relativt hurtigt og trække dets spænding til kan være omkring 13V inden for et par timer.

På dette tidspunkt skal strømmen automatisk reduceres til at sige C / 5-hastighed, dette hjælper igen med at holde det hurtige opladningshastighed uden at beskadige batteriet og hæve dets spænding til omkring 13,5 V inden for den næste 1 time.

Efter ovenstående trin kan strømmen nu reduceres yderligere til C / 10-hastighed, hvilket sikrer, at opladningshastigheden og tempoet ikke sænkes.

Når batterispændingen endelig når omkring 14,3 V, kan processen reduceres til en C / 50-hastighed, som næsten stopper opladningsprocessen, men alligevel begrænser opladningen fra at falde til lavere niveauer.

Hele processen oplader et dybt afladet batteri inden for et tidsrum på 6 timer uden at påvirke batteriets levetid.

En MPPT anvendes nøjagtigt til at sikre, at ovenstående procedure ekstraheres optimalt fra et bestemt solpanel.

Et solpanel kan muligvis ikke levere høje strømudgange, men det er bestemt i stand til at give højere spændinger.

Tricket ville være at konvertere de højere spændingsniveauer til højere strømniveauer gennem passende optimering af solpanelets output.

Da konverteringerne af en højere spænding til højere strøm og omvendt kun kan implementeres gennem buck boost-konvertere, ville en innovativ metode (skønt lidt voluminøs) være at bruge et variabelt induktorkredsløb, hvor induktoren ville have mange omskiftelige vandhaner, disse vandhaner kan skiftes af et skiftekredsløb som reaktion på det varierende sollys, så output til belastningen altid forbliver konstant uanset solskin.

Konceptet kan forstås ved at henvise til følgende diagram:

Kredsløbsdiagram

hjemmelavet MPPT kredsløb med tappet transformer

Brug af LM3915 som hovedprocessor IC

Hovedprocessoren i ovenstående diagram er IC LM3915 som skifter sin output pinout sekventielt fra top til bund som reaktion på det faldende sollys

Disse udgange kan ses konfigureret med omskiftningstransistorer, som igen er forbundet med de forskellige vandhaner i en ferrit-enkelt lang induktorspole.

Induktorens nederste ende kan ses fastgjort med en NPN-effekttransistor, der skiftes med omkring 100 kHz frekvens fra et eksternt konfigureret oscillatorkredsløb.

Effekttransistorer forbundet med udgangene fra IC-kontakten som reaktion på sekvenserings-IC-udgange, der forbinder de relevante vandhaner med induktoren med panelspændingen og 100 kHz frekvensen.

Denne induktorsvingninger beregnes passende, således at dens forskellige vandhaner bliver kompatible med panelspændingen, da disse skiftes af IC-udgangsdrivertrinene.

Således sørger procedurerne for, at mens solintensiteten og spændingen falder, er den passende forbundet med det relevante tryk på induktoren, der opretholder næsten en konstant spænding på tværs af alle de givne vandhaner i henhold til deres beregnede ratings.

Lad os forstå funktionen ved hjælp af følgende scenarie:

Lad os antage, at spolen er valgt til at være kompatibel med et 30V solpanel, lad os derfor antage, at den øverste mest effektstransistor er tændt af IC, som udsætter hele spolen for at svinge, hvilket gør det muligt for hele 30V at være tilgængelig på tværs af ekstreme ender af spolen.

Antag nu, at sollyset falder med 3V og reducerer dets output til 27V, dette registreres hurtigt af IC'en, så den første transistor fra toppen nu slukker, og den anden transistor i sekvensen tænder.

Ovenstående handling vælger det andet tryk (27V-tap) på induktoren fra toppen, der udfører et matchende induktorhaner til spændingsrespons, og sørger for, at spolen oscillerer optimalt med den reducerede spænding ... på samme måde nu når sollysspændingen falder yderligere de respektive transistorer 'giv hænder' med de relevante induktorhaner, der sikrer en perfekt matchning og effektiv omskiftning af induktoren svarende til de tilgængelige solspændinger.

På grund af den ovennævnte matchede reaktion mellem solpanelet og skiftebukk / boost-induktoren ... kan hansspændingerne over de relevante punkter antages at opretholde en konstant spænding igennem dagen uanset sollysssituation ....

Antag for eksempel, at hvis induktoren er designet til at producere 30V ved den øverste vandhane efterfulgt af 27V, 24V, 21V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 3V, 0V over de efterfølgende vandhaner, så kunne alle disse spændinger antages at være konstant over disse vandhaner uanset sollysniveauer.

Husk også, at denne spænding kan ændres i henhold til brugerens specifikationer for at opnå højere eller lavere spændinger end panelspændingen.

Ovenstående kredsløb kan også konfigureres i flyback topoogy som vist nedenfor:

simpelt flyback MPPT design

I begge ovenstående konfigurationer skal output forblive konstant og stabilt med hensyn til spænding og watt, uanset soludgang.

Brug af I / V-sporingsmetode

Følgende kredsløbskoncept sikrer, at MPPT-niveauet på panelet aldrig forstyrres drastisk af belastningen.

Kredsløbet sporer MPPT 'knæ' niveau på panelet og sørger for, at belastningen ikke får lov til at forbruge noget mere, hvilket kan forårsage et fald i dette knæ niveau af panelet.

Lad os lære, hvordan dette kan gøres ved hjælp af et enkelt enkelt opamp I / V-sporingskredsløb.

Bemærk, at designene, der ikke har en buck-konverter, aldrig vil være i stand til at optimere den overskydende spænding til ækvivalent strøm til belastningen og muligvis mislykkes i denne henseende, hvilket betragtes som det afgørende træk ved ethvert MPPT-design.

En meget enkel men effektiv MPPT-type enhed kan fremstilles ved at anvende en LM338 IC og en opamps.

I dette koncept, som er designet af mig, er op-forstærkeren konfigureret på en sådan måde, at den fortsætter med at optage de øjeblikkelige MPP-data på panelet og sammenligner det med det øjeblikkelige belastningsforbrug. Hvis det finder, at lastforbruget overstiger disse lagrede data, afskærer det belastningen ...

enkel MPPT knæspændings tracker og selvjustering


IC 741-scenen er solsporingssektionen og udgør hjertet i hele designet.

Solpanelspændingen tilføres IC's inverterende pin2, mens det samme påføres den ikke-inverterende pin3 med et fald på ca. 2 V ved hjælp af tre 1N4148-dioder i serie.

Ovenstående situation holder konsekvent IC3's pin3 en skygge lavere end pin2, hvilket sikrer en nul spænding over IC's output pin6.

Men i tilfælde af en ineffektiv overbelastning, såsom et uoverensstemmende batteri eller et højt strømbatteri, har solpanelets spænding tendens til at blive trukket ned af belastningen. Når dette sker, begynder pin2-spænding også at falde, men på grund af tilstedeværelsen af ​​10uF-kondensatoren ved pin3 forbliver dens potentiale solidt og reagerer ikke på ovenstående fald.

Situationen tvinger øjeblikkeligt pin3 til at gå højt end pin2, som igen skifter pin6 højt og tænder for BJT BC547.

BC547 deaktiverer nu straks LM338, der afbryder spændingen til batteriet, cyklussen fortsætter med at skifte i et hurtigt tempo afhængigt af IC's nominelle hastighed.

Ovenstående operationer sørger for, at solpanelspændingen aldrig falder eller trækkes ned af belastningen, idet den opretholder en MPPT-lignende tilstand hele tiden.

Da der anvendes en lineær IC LM338, kan kredsløbet endnu en gang være lidt ineffektivt .... afhjælpningen er at erstatte LM338-scenen med en bukkeomformer ... der ville gøre designet ekstremt alsidig og sammenlignelig med en ægte MPPT.

Nedenfor er vist et MPPT-kredsløb ved hjælp af en topkonverteringstopologi, nu giver designet meget mening og ser meget tættere på en ægte MPPT

MPPT med tracker og selvoptimerende strømforsyning

48V MPPT kredsløb

Ovenstående enkle MPPT-kredsløb kan også modificeres til implementering af højspændingsbatteriopladning, såsom følgende 48V batteri MPPT-opladerkredsløb.

60V til 24V MPPT tracker design

Ideerne er alle udelukkende udviklet af mig.




Forrige: 3-trins automatisk batterioplader / controller-kredsløb Næste: 3 enkle solpanel / strømskifte kredsløb