Domače sončno vezje MPPT - sledilnik največje moči siromaka

MPPT pomeni sledilnik največje moči, ki je elektronski sistem, zasnovan za optimizacijo spremenljive izhodne moči modula sončne celice, tako da priključena baterija izkorišča največjo razpoložljivo moč sončne celice.

Uvod

OPOMBA: V obravnavanih MPPT vezjih v tem prispevku niso uporabljene običajne krmilne metode, kot so 'motenje in opazovanje', 'prirastna prevodnost,' trenutni prehod ',' stalna napetost '... itd itd itd. koncentrirajte se in poskusite izvesti nekaj osnovnih stvari:

1. Da zagotovite, da je vhodna 'moč' sončne celice vedno enaka izhodni 'moči', ki doseže obremenitev.
2. Obremenitev nikoli ne moti 'napetosti kolena' in območje MPPT plošče se učinkovito vzdržuje.

Kaj sta napetost in tok plošče na kolenu:

Preprosto povedano, napetost kolena je 'napetost odprtega kroga' nivo plošče, medtem ko je kolenski tok 'tok kratkega stika' merilo plošče v danem trenutku.

Če se zgornja dva vzdržujeta, kolikor je le mogoče, lahko domnevamo, da obremenitev dobiva moč MPPT ves čas svojega delovanja.

Preden se poglobimo v predlagane modele, se najprej seznanimo z nekaterimi osnovnimi dejstvi v zvezi s tem polnjenje sončne baterije

Vemo, da je izhod sončne celice neposredno sorazmeren s stopnjo padajoče sončne svetlobe in tudi temperaturo okolice. Ko so sončni žarki pravokotni na sončno ploščo, ta ustvari največjo napetost in se poslabša, ko se kot odmika od 90 stopinj. Atmosferska temperatura okoli plošče vpliva tudi na učinkovitost plošče, ki pada s povečanjem temperature .

Zato lahko sklepamo, da ko so sončni žarki blizu 90 stopinj nad ploščo in ko je temperatura okoli 30 stopinj, je učinkovitost plošče proti maksimumu, se hitrost zmanjša, ko se zgornja dva parametra oddaljujeta od svojih nazivnih vrednosti.

Zgornja napetost se običajno uporablja za polnjenje baterije, a svinčeve baterije , ki se nato uporablja za upravljanje pretvornika. Vendar tako kot sončni kolektor ima lastna merila delovanja , tudi baterija ni nič manjša in ponuja nekatere stroge pogoje za optimalno polnjenje.

Pogoji so, da je treba baterijo na začetku polniti z razmeroma višjim tokom, ki ga je treba postopoma zmanjševati na skoraj nič, ko akumulator doseže napetost, ki je 15% višja od običajne vrednosti.

Ob predpostavki, da se lahko popolnoma izpraznjena 12V baterija z napetostjo okoli 11,5V na začetku napolni s hitrostjo približno C / 2 (C = AH baterije), se bo baterija začela polniti razmeroma hitro in bo napetost morda povlekla približno 13V v nekaj urah.

Na tej točki je treba tok samodejno znižati na recimo stopnjo C / 5, kar bo spet pomagalo ohraniti hiter tempo polnjenja, ne da bi poškodoval baterijo, in v naslednjih 1 uri dvignilo napetost na približno 13,5 V.

Po zgornjih korakih se lahko tok še dodatno zniža na stopnjo C / 10, kar zagotavlja, da se hitrost polnjenja in hitrost ne upočasni.

Ko napetost akumulatorja doseže približno 14,3 V, se postopek lahko zmanjša na stopnjo C / 50, kar skoraj ustavi postopek polnjenja, vendar omeji napolnitev na nižji nivo.

Celoten postopek polni globoko izpraznjeno baterijo v razponu od 6 ur brez vpliva na življenjsko dobo baterije.

MPPT se uporablja natančno za zagotovitev, da je zgornji postopek optimalno izvlečen iz določene sončne celice.

Solarna plošča morda ne bo mogla zagotavljati visokih tokovnih izhodov, vsekakor pa lahko zagotavlja višje napetosti.

Trik bi bil pretvoriti višje napetostne ravni v višje trenutne ravni z ustrezno optimizacijo izhoda sončne celice.

Ker se pretvorbe višje napetosti v višji tok in obratno lahko izvedejo samo s pretvorniki za povečanje napetosti, bi bila inovativna metoda (čeprav nekoliko zajetna) uporaba spremenljivega vezja induktorja, pri katerem bi imel induktor veliko preklopnih pip, pipe se lahko preklapljajo s preklopnim krogom kot odziv na spreminjajočo se sončno svetlobo, tako da izhod tovora vedno ostane konstanten, ne glede na sončno svetlobo.

Koncept lahko razumemo s sklicevanjem na naslednji diagram:

Shema vezja

Uporaba LM3915 kot glavne procesorske IC

Glavni procesor v zgornjem diagramu je IC LM3915 ki izhodni izhod zaporedno preklaplja od zgoraj navzdol kot odziv na upadajočo sončno svetlobo

Ti izhodi so vidni konfigurirani s preklopnimi močnostnimi tranzistorji, ki so nato povezani z različnimi pipami feritne enojne dolge tuljave.

Spodnji konec induktorja je viden pritrjen z močnostnim tranzistorjem NPN, ki je z zunanje konfiguriranim oscilatorjskim vezjem preklopljen na frekvenco približno 100 kHz.

Močnostni tranzistorji, povezani z izhodi IC, preklopijo kot odziv na sekvenciranje IC izhodov in povežejo ustrezne pipe induktorja z napetostjo plošče in frekvenco 100 kHz.

Ti zavoji induktorja so primerno izračunani tako, da so njegovi različni pipi združljivi z napetostjo plošče, saj jih preklopijo stopnje izhodnega gonilnika IC.

Tako postopki zagotavljajo, da je, medtem ko intenziteta sonca in napetost padeta, ustrezno povezan z ustreznim pipom induktorja, ki vzdržuje skoraj konstantno napetost na vseh danih pipah, glede na njihove izračunane nazivne vrednosti.

Razumejmo delovanje s pomočjo naslednjega scenarija:

Recimo, da je tuljava izbrana za združljivo s 30V sončno ploščo, zato pri največji sončni svetlobi predpostavimo, da je vklopljen zgornji močnostni tranzistor z IC, ki celotno tuljavo oscilira, kar omogoča, da je celotnih 30V na voljo čez skrajni konci tuljave.

Zdaj predpostavimo, da sončna svetloba pade za 3V in zmanjša svojo moč na 27V, kar IC hitro zazna, tako da se prvi tranzistor od zgoraj zdaj IZKLOPI in drugi tranzistor v zaporedju vklopi.

Zgornje dejanje izbere drugo pipo (27V pipo) induktorja od zgornje strani do ustreznega pipe induktorja do napetostnega odziva, s čimer se zagotovi, da tuljava optimalno niha z zmanjšano napetostjo ... podobno zdaj, ko napetost sončne svetlobe še naprej pade na ustrezne tranzistorje 'stisnite si roko' z ustreznimi pipami induktorja, ki zagotavljajo popolno ujemanje in učinkovito preklapljanje induktorja, ki ustreza razpoložljivim sončnim napetostim.

Zaradi zgoraj omenjenega usklajenega odziva med sončno ploščo in preklopnim induktorjem / ojačevalnikom ... lahko domnevamo, da napetosti pipe na ustreznih točkah vzdržujejo konstantno napetost ves dan, ne glede na sončno svetlobo ....

Denimo, če je induktor zasnovan tako, da proizvaja 30 V na zgornjem pipu, čemur sledijo 27 V, 24 V, 21 V, 18 V, 15 V, 12 V, 9 V, 6 V, 3 V, 0 V na naslednjih pipah, potem bi lahko domnevali, da so vse te napetosti enake konstantna nad temi pipami, ne glede na raven sončne svetlobe.

Upoštevajte tudi, da se lahko ta napetost spremeni glede na uporabniške specifikacije za doseganje višjih ali nižjih napetosti od napetosti plošče.

Zgornje vezje je mogoče konfigurirati tudi v topoogiji letenja, kot je prikazano spodaj:

V obeh zgornjih konfiguracijah naj bi izhod ostal konstanten in stabilen glede na napetost in moč ne glede na izhodno sončno energijo.

Uporaba metode V / V sledenja

Naslednji koncept vezja zagotavlja, da obremenitev nikoli ne drastično moti nivoja MPPT plošče.

Vezje spremlja raven 'kolena' plošče MPPT in skrbi, da tovor ne sme porabiti ničesar več, kar bi lahko povzročilo padec tega nivoja kolena plošče.

Naučimo se, kako je to mogoče storiti s preprostim vezjem za sledenje V / I enega opampa.

Upoštevajte, da konstrukcije brez pretvornika dolarjev nikoli ne bodo mogle optimizirati presežne napetosti v ekvivalentni tok za obremenitev in v tem pogledu morda ne bodo uspele, kar velja za ključno značilnost katere koli zasnove MPPT.

Zelo preprosto, a učinkovito napravo MPPT je mogoče izdelati z uporabo LM338 IC in opampov.

V tem konceptu, ki sem ga zasnoval, je op ojačevalnik konfiguriran tako, da še naprej beleži trenutne MPP podatke plošče in jih primerja s trenutno porabo obremenitve. Če ugotovi, da poraba tovora presega te shranjene podatke, obremenitev prekine ...

Stopnja IC 741 je odsek za solarni sledilnik in tvori srce celotne zasnove.

Napetost sončne celice se napaja na invertirni zatič2 IC, medtem ko se enaka nanaša na neinvertirni zatič3 s padcem približno 2 V, pri čemer se uporabljajo tri zaporedne diode 1N4148.

Zgornja situacija stalno drži pin3 IC v senci nižji od pin2, kar zagotavlja ničelno napetost na izhodnem pin6 IC.

Vendar pa se v primeru neučinkovite preobremenitve, kot je neustrezna baterija ali visokotokovna baterija, obremenitev sončne celice ponavadi potegne navzdol. Ko se to zgodi, začne tudi napetost pin2 padati, vendar zaradi prisotnosti kondenzatorja 10uF na pin3 njegov potencial ostane trden in se ne odzove na zgornji padec.

Situacija takoj prisili pin3, da gre višje od pin2, ta pa preklopi pin6 visoko in vklopi BJT BC547.

BC547 zdaj takoj onemogoči LM338, ko prekine napetost na akumulatorju, cikel se hitro preklaplja, odvisno od nazivne hitrosti IC.

Zgornji postopki zagotavljajo, da napetost sončne celice nikoli ne pade ali obremenitev ne pade navzdol, tako da vseskozi vzdržuje stanje MPPT.

Ker se uporablja linearna IC LM338, bi lahko bilo vezje spet nekoliko neučinkovito .... rešitev je zamenjava stopnje LM338 s pretvornikom dolarjev ..., zaradi česar bi bila zasnova izjemno vsestranska in primerljiva z resničnim MPPT.

Spodaj je prikazano vezje MPPT, ki uporablja topologijo pretvornika dolarjev, zdaj je zasnova zelo smiselna in je videti precej bližje pravemu MPPT

48V MPPT vezje

Zgornja enostavna MPPT vezja je mogoče prilagoditi tudi za izvajanje visokonapetostnega polnjenja baterij, kot je naslednje 48V vezje polnilnika MPPT.

Vse ideje razvijam izključno jaz.