Hjemmelaget Solar MPPT Circuit - Poor Man’s Maximum Power Point Tracker

MPPT står for maksimal power point tracker, som er et elektronisk system designet for å optimalisere den varierende effekten fra en solcellepanelmodul slik at det tilkoblede batteriet utnytter maksimal tilgjengelig effekt fra solcellepanelet.

Introduksjon

MERKNAD: De diskuterte MPPT-kretsene i dette innlegget benytter ikke de konvensjonelle kontrollmetodene som 'Forstyrr og observer', 'Inkrementell ledningsevne,' Strømfeie ',' Konstant spenning '... osv osv ... Snarere her konsentrer deg og prøv å implementere et par grunnleggende ting:

1. For å sikre at inngangen 'watt' fra solcellepanelet alltid er lik utgangseffekten 'watt' som når belastningen.
2. Knespenningen blir aldri forstyrret av belastningen, og panelets MPPT-sone vedlikeholdes effektivt.

Hva er knespenning og strøm til et panel:

Enkelt sagt er knespenningen den 'åpen kretsspenning' nivået på panelet, mens knestrømmen er den 'kortslutning' mål på panelet til enhver tid.

Hvis de to ovennevnte opprettholdes så langt som mulig, kan belastningen antas å få MPPT-kraft gjennom hele driften.

Før vi dykker inn i de foreslåtte designene, la oss først bli kjent med noen av de grunnleggende fakta angående solbatterilading

Vi vet at produksjonen fra et solcellepanel er direkte proporsjonal med graden av innfallende sollys, og også omgivelsestemperaturen. Når solstrålene er vinkelrett på solcellepanelet, genererer det maksimal mengde spenning, og forverres ettersom vinkelen skifter fra 90 grader. Atmosfærstemperaturen rundt panelet påvirker også panelets effektivitet, som faller med økning i temperaturen .

Derfor kan vi konkludere med at når solstrålene er nær 90 grader over panelet, og når temperaturen er rundt 30 grader, er effektiviteten til panelet mot maksimum, reduseres hastigheten når de to ovennevnte parametrene glemmer fra deres nominelle verdier.

Ovennevnte spenning brukes vanligvis til lading av et batteri, a blybatteri , som igjen brukes til å betjene en inverter. Imidlertid akkurat som solcellepanel har sine egne driftskriterier , også batteriet er ikke mindre og tilbyr noen strenge betingelser for å bli optimalt ladet.

Forholdene er at batteriet må lades med relativt høyere strøm i utgangspunktet, noe som gradvis må reduseres til nesten null når batteriet oppnår en spenning 15% høyere enn normalverdien.

Forutsatt at et fullstendig utladet 12V batteri, med en spenning hvor som helst rundt 11,5V, kan bli ladet med rundt C / 2-hastighet i utgangspunktet (C = AH på batteriet), vil dette begynne å fylle batteriet relativt raskt og vil trekke spenningen til å være rundt 13V i løpet av et par timer.

På dette tidspunktet bør strømmen automatisk reduseres til å si C / 5-hastighet, dette vil igjen bidra til å holde det raske ladetempoet uten å skade batteriet og øke spenningen til rundt 13,5 V i løpet av den neste 1 timen.

Etter trinnene ovenfor kan nå strømmen reduseres ytterligere til C / 10-hastighet, noe som sørger for at ladehastigheten og tempoet ikke reduseres.

Til slutt når batterispenningen når rundt 14,3 V, kan prosessen reduseres til en C / 50-hastighet som nesten stopper ladeprosessen, men som likevel begrenser ladningen fra å falle til lavere nivåer.

Hele prosessen lader et dypt utladet batteri innen et tidsrom på 6 timer uten å påvirke batteriets levetid.

En MPPT brukes nøyaktig for å sikre at fremgangsmåten ovenfor ekstraheres optimalt fra et bestemt solcellepanel.

Et solcellepanel kan ikke gi høye strømutganger, men det er definitivt i stand til å gi høyere spenninger.

Trikset ville være å konvertere høyere spenningsnivåer til høyere strømnivåer gjennom passende optimalisering av solcellepanelets utgang.

Siden konvertering av høyere spenning til høyere strøm og omvendt bare kan implementeres gjennom buck boost-omformere, vil en nyskapende metode (selv om den er litt klumpete) være å bruke en variabel induktorkrets der induktoren vil ha mange byttbare kraner, disse kraner kan veksles av en bryterkrets som svar på det varierende sollyset, slik at utgangen til lasten alltid forblir konstant uavhengig av solskinn.

Konseptet kan forstås ved å henvise til følgende diagram:

Kretsdiagram

Bruker LM3915 som hovedprosessor IC

Hovedprosessoren i diagrammet ovenfor er IC LM3915 som bytter utgang pinout sekvensielt fra topp til bunn som svar på det avtagende sollyset

Disse utgangene kan sees konfigurert med svitsjekrafttransistorer som i sin tur er forbundet med de forskjellige kranene til en enkelt ferritt induktorspole.

Den nederste enden av induktoren kan sees festet med en NPN-effekttransistor som er slått på rundt 100 kHz frekvens fra en eksternt konfigurert oscillatorkrets.

Krafttransistorene som er koblet til utgangene til IC-bryteren som svar på sekvenserings-IC-utgangene, kobler de aktuelle kranene til induktoren med panelspenningen og 100 kHz-frekvensen.

Disse induktorsvingene er beregnet hensiktsmessig slik at dens forskjellige kraner blir kompatible med panelspenningen ettersom disse blir byttet av IC-utgangsdrivertrinnene.

Dermed sørger forhandlingene for at mens solintensiteten og spenningen synker, er den riktig koblet til den aktuelle kranen på induktoren, og holder nesten en konstant spenning over alle de gitte kranene, i henhold til deres beregnede karakterer.

La oss forstå funksjonen ved hjelp av følgende scenario:

Anta at spolen er valgt for å være kompatibel med et 30V solcellepanel, og la oss anta at den øverste kraftstransistoren er slått PÅ av IC som utsetter hele spolen for å svinge, dette gjør at hele 30V kan være tilgjengelig over hele ekstreme ender av spolen.

Anta at sollyset faller med 3V og reduserer utgangen til 27V, dette blir raskt registrert av IC slik at den første transistoren fra toppen nå slår seg AV og den andre transistoren i sekvensen slår PÅ.

Ovennevnte handling velger den andre kranen (27V-kranen) på induktoren fra toppen og utfører en matchende induktorkran til spenningsrespons, og sørger for at spolen svinger optimalt med redusert spenning ... på samme måte nå som sollysspenningen synker ytterligere de respektive transistorer 'håndhilse' med relevante induktorkraner som sikrer perfekt samsvar og effektiv innkobling av induktoren, tilsvarende de tilgjengelige solspenningene.

På grunn av den ovennevnte matchede responsen mellom solcellepanelet og koblingsbukk / boost-induktoren ... kan tappespenningene over de aktuelle punktene antas å opprettholde en konstant spenning gjennom dagen uavhengig av sollysssituasjonen ....

Anta for eksempel at hvis induktoren er konstruert for å produsere 30V på den øverste kranen etterfulgt av 27V, 24V, 21V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 3V, 0V over de påfølgende kranene, kan alle disse spenningene antas å være konstant over disse kranene uavhengig av sollysnivået.

Husk også at denne spenningen kan endres i henhold til brukerens spesifikasjoner for å oppnå høyere eller lavere spenninger enn panelspenningen.

Ovennevnte krets kan også konfigureres i flyback topoogy som vist nedenfor:

I begge de ovennevnte konfigurasjonene skal utgangen forbli konstant og stabil når det gjelder spenning og watt, uavhengig av solutgang.

Bruker I / V-sporingsmetode

Følgende kretskonsept sørger for at MPPT-nivået på panelet aldri blir forstyrret drastisk av belastningen.

Kretsen sporer MPPT 'knenivå på panelet og sørger for at lasten ikke får lov til å konsumere noe mer som kan føre til at dette kneet på panelet faller.

La oss lære hvordan dette kan gjøres ved hjelp av en enkel enkelt opamp I / V-sporingskrets.

Vær oppmerksom på at designene som ikke har en buck-omformer, aldri vil kunne optimalisere overskytende spenning til ekvivalent strøm for belastningen, og kan mislykkes i denne forbindelse, noe som betraktes som den avgjørende funksjonen i MPPT-design.

En veldig enkel, men effektiv MPPT-type enhet kan lages ved å bruke en LM338 IC og en opamps.

I dette konseptet som er designet av meg, er op-ampen konfigurert på en slik måte at den fortsetter å registrere de øyeblikkelige MPP-dataene på panelet og sammenligner det med det øyeblikkelige belastningsforbruket. Hvis den finner at lastforbruket overstiger disse lagrede dataene, kutter det lasten ...

IC 741 scenen er solsporeren og danner hjertet i hele designet.

Solcellepanelets spenning mates til den inverterende pin2 på IC, mens den samme påføres den ikke-inverterende pin3 med en dråpe på rundt 2 V ved bruk av tre 1N4148-dioder i serie.

Ovennevnte situasjon holder konsekvent PIN3 på IC en skygge lavere enn pin2 og sørger for en nullspenning over utgang pin6 på IC.

Men i tilfelle en ineffektiv overbelastning, for eksempel et batteri som ikke samsvarer eller et batteri med høy strøm, har solpanelets spenning en tendens til å bli trukket ned av lasten. Når dette skjer, begynner også pin2-spenningen å falle, men på grunn av tilstedeværelsen av 10uF-kondensatoren ved pin3, forblir potensialet solid og reagerer ikke på fallet ovenfor.

Situasjonen tvinger øyeblikkelig pin3 til å gå høyt enn pin2, som igjen slår pin6 høyt og slår på BJT BC547.

BC547 deaktiverer nå LM338 med å kutte av spenningen til batteriet, syklusen fortsetter å bytte i raskt tempo avhengig av ICs nominelle hastighet.

Ovennevnte operasjoner sørger for at solpanelets spenning aldri synker eller blir trukket ned av lasten, og opprettholder en MPPT-lignende tilstand hele tiden.

Siden det brukes en lineær IC LM338, kan kretsen nok en gang være litt ineffektiv .... botemiddelet er å erstatte LM338-scenen med en buck-omformer ... som vil gjøre designet ekstremt allsidig og sammenlignbar med en ekte MPPT.

Nedenfor er vist en MPPT-krets som bruker en buck converter-topologi, nå er designen veldig fornuftig og ser mye nærmere en ekte MPPT

48V MPPT-krets

Ovennevnte enkle MPPT-kretser kan også modifiseres for implementering av høyspenningsbatterilading, for eksempel følgende 48V batteri MPPT-laderkrets.

Ideene er alle eksklusivt utviklet av meg.