Hvordan lage en Solar Panel Optimizer Circuit

Den foreslåtte soloptimeringskretsen kan brukes til å få maksimalt mulig effekt når det gjelder strøm og spenning fra et solcellepanel, som svar på de forskjellige sollysforholdene.

Et par enkle, men effektive solcellepaneloptimererkretser er forklart i dette innlegget. Den første kan bygges ved hjelp av et par 555 IC-er og noen få andre lineære komponenter, den andre optin er enda enklere og bruker helt vanlige IC-er som LM338 og op amp IC 741. La oss lære prosedyrene.

Kretsmål

Som vi alle vet, blir det mulig å oppnå høyest effektivitet fra enhver form for strømforsyning hvis prosedyren ikke innebærer å skifte strømforsyningsspenningen, noe som betyr at vi ønsker å oppnå det spesielle nødvendige lavere spenningsnivået og maksimal strøm for belastningen som er drives uten å forstyrre kildens spenningsnivå, og uten å generere varme.

Kort fortalt bør en bekymret soloptimeringsapparat tillate utgang med maksimal nødvendig strøm, et hvilket som helst lavere nivå av nødvendig spenning, men likevel sørge for at spenningsnivået over panelet forblir upåvirket.

En metode som er diskutert her involverer PWM-teknikk som kan betraktes som en av de optimale metodene til dags dato.

Vi skal være takknemlige for dette lille geniet IC 555, som gjør at alle vanskelige konsepter ser så enkle ut.

Bruker IC 555 for PWM-konvertering

Også i dette konseptet innlemmer vi og er sterkt avhengige av et par IC 555-er for den nødvendige implementeringen.

Ser vi på det gitte kretsskjemaet ser vi at hele designet i utgangspunktet er delt inn i to trinn.

Det øvre spenningsregulatorstrinnet og det nedre PWM-generatorstrinnet.

Det øvre trinnet består av en p-kanal mosfet som er plassert som en bryter og reagerer på den anvendte PWM-info ved porten.

Det nedre trinnet er et PWM-generatorstadium. Et par 555 IC-er er konfigurert for de foreslåtte handlingene.

Hvordan kretsfunksjonene fungerer

IC1 er ansvarlig for å produsere de nødvendige firkantbølgene som behandles av den konstante strømtrekantbølgeneratoren som består av T1 og de tilhørende komponentene.

Denne trekantede bølgen påføres IC2 for bearbeiding til de nødvendige PWM-ene.

Imidlertid avhenger PWM-avstanden fra IC2 av spenningsnivået ved pin 5, som er avledet fra et resistivt nettverk over panelet via 1K-motstanden og 10K-forhåndsinnstillingen.

Spenningen mellom dette nettverket er direkte proporsjonal med de varierende panelet volt.

Under toppspenninger blir PWM-ene bredere og omvendt.

Ovennevnte PWM-er påføres mosfetporten som leder og gir den nødvendige spenningen til det tilkoblede batteriet.

Som diskutert tidligere, genererer panelet i topp solskinn høyere nivå av spenning, høyere spenning betyr IC2 som genererer bredere PWMer, som igjen holder mosfe slått AV i lengre perioder eller slått PÅ i relativt kortere perioder, tilsvarende en gjennomsnittlig spenningsverdi som kan være være rundt 14,4V over batteripolene.

Når solen skinner forverres, blir PWM-ene proporsjonalt trangt, slik at mosfet kan lede mer slik at gjennomsnittsstrømmen og spenningen over batteriet har en tendens til å forbli på de optimale verdiene.

10K-forhåndsinnstillingen bør justeres for å komme rundt 14,4 V over utgangsterminalene under sterkt solskinn.

Resultatene kan overvåkes under forskjellige sollysforhold.

Den foreslåtte optimeringskretsen for solcellepanelet sørger for en stabil lading av batteriet, uten å påvirke eller skifte panelspenningen, noe som også resulterer i lavere varmegenerering.

Merk: Det tilkoblede svevepanelet skal kunne generere 50% mer spenning enn det tilkoblede batteriet i topp solskinn. Strømmen skal være 1/5 av batteriets AH-klassifisering.

Hvordan sette opp kretsen

1. Det kan gjøres på følgende måte:
2. Først hold S1 slått AV.
3. Utsett panelet for maksimalt solskinn, og juster forhåndsinnstillingen for å få den nødvendige optimale ladespenningen over mosfet-avløpsdiodeeffekten og bakken.
4. Kretsen er klar nå.
5. Når dette er gjort, slå PÅ S1, batteriet begynner å lade i best mulig optimalisert modus.

Legge til en nåværende kontrollfunksjon

En nøye undersøkelse av kretsen ovenfor viser at når mosfet prøver å kompensere det fallende panelets spenningsnivå, lar det batteriet trekke mer strøm fra panelet, noe som påvirker panelspenningen og slipper det lenger ned, noe som forårsaker en avkjøringssituasjon, dette kan alvorlig hindre optimaliseringsprosessen

En strømstyringsfunksjon som vist i følgende diagram tar seg av dette problemet og forhindrer at batteriet trekker for mye strøm ut over de angitte grensene. Dette hjelper igjen til å holde panelspenningen upåvirket.

RX, som er den nåværende begrensningsmotstanden, kan beregnes ved hjelp av følgende formel:

RX = 0,6 / I, hvor jeg er spesifisert minimum ladestrøm for det tilkoblede batteriet

En rå, men enklere versjon av den ovenfor forklarte designen kan bygges som foreslått av Mr. Dhyaksa ved bruk av pin2 og pin6 terskeldeteksjon av IC555, hele diagrammet kan være vitne til nedenfor:

Ingen optimalisering uten en Buck Converter

Ovennevnte design fungerer med et grunnleggende PWM-konsept som automatisk justerer PWM til en 555-basert krets som svar på skiftende solintensitet.

Selv om utgangen fra denne kretsen gir en selvjusterende respons for å opprettholde en konstant gjennomsnittlig spenning ved utgangen, blir toppspenningen aldri justert, noe som gjør det betydelig farlig for lading av Li-ion- eller Lipo-batterier.

Dessuten er kretsen ovenfor ikke utstyrt for å konvertere overflødig spenning fra panelet til en proporsjonal mengde strøm for den tilkoblede nominelle spenningen.

Legge til en Buck Converter

Jeg prøvde å rette opp denne tilstanden ved å legge til en buck converter-trinn i ovennevnte design, og kunne produsere en optimalisering som lignet veldig på en MPPT-krets.

Men selv med denne forbedrede kretsen kunne jeg ikke være helt overbevist om kretsen virkelig var i stand til å produsere en konstant spenning med trimmet ned toppnivå og en forsterket strøm som svar på de forskjellige solintensitetsnivåene.

For å være helt trygg på konseptet og eliminere alle forvirringene måtte jeg gjennom en omfattende studie om buck-omformere og det involverte forholdet mellom inngangs- / utgangsspenning, strøm og PWM-forhold (driftssyklus), som inspirerte meg til å lage følgende relaterte artikler:

Hvordan Buck Converters fungerer

Beregning av spenning, strøm i en spenneinduktor

De avsluttende formlene hentet fra de to ovennevnte artiklene bidro til å avklare alle tvilene, og til slutt kunne jeg være helt trygg på den tidligere foreslåtte solenergioptimeringskretsen min ved hjelp av en krets omformer.

Analyserer PWM-driftssyklusforhold for designet

Den grunnleggende formelen som gjorde ting tydelig, kan sees nedenfor:

Vout = DVin

Her er V (in) inngangsspenningen som kommer fra panelet, Vout er ønsket utgangsspenning fra bukkomformeren og D er driftssyklusen.

Fra ligningen blir det tydelig at Vout ganske enkelt kan skreddersys ved å 'enten' kontrollere driftssyklusen til bukkomformeren eller Vin ... eller med andre ord Vin og driftssyklusparametrene er direkte proporsjonale og påvirker hverandre verdier lineært.

Faktisk er begrepene ekstremt lineære, noe som gjør dimensjoneringen av en soloptimeringskrets mye enklere ved hjelp av en krets omformer.

Det antyder at når Vin er mye høyere (@ peak sunshine) enn belastningsspesifikasjonene, kan IC 555-prosessoren gjøre PWM-ene proporsjonalt smalere (eller bredere for P-enheten) og påvirke Vout til å forbli på ønsket nivå, og omvendt som solen avtar, kan prosessoren utvide (eller begrense for P-enhet) PWM-ene igjen for å sikre at utgangsspenningen opprettholdes på det angitte konstante nivået.

Evaluering av PWM-implementeringen gjennom et praktisk eksempel

Vi kan bevise det ovennevnte ved å løse den gitte formelen:

La oss anta at topppanelspenningen V (in) er 24V

og PWM skal bestå av 0,5 sek PÅ-tid og 0,5 sek AV-tid

Driftssyklus = Transistor På tid / Puls PÅ + AV tid = T (på) / 0,5 + 0,5 sek

Driftssyklus = T (på) / 1

Derfor erstatter vi ovennevnte i nedenstående formel vi får,

V (ut) = V (inn) x T (på)

14 = 24 x T (på)

hvor 14 er den antatte nødvendige utgangsspenningen,

derfor,

T (på) = 14/24 = 0,58 sekunder

Dette gir oss transistor PÅ-tid som må stilles inn for kretsen under topp solskinn for å produsere den nødvendige 14V ved utgangen.

Hvordan det fungerer

Når det ovennevnte er satt, kan resten overlates til IC 555 å behandle de forventede selvjusterende T (på) periodene som svar på det avtagende solskinnet.

Når solskinnet avtar, vil ovennevnte PÅ-tid økes (eller reduseres for P-enhet) proporsjonalt av kretsen på en lineær måte for å sikre en konstant 14V, til panelspenningen virkelig faller ned til 14V, da kretsen bare kunne stenge prosedyrene.

Den nåværende (amp) -parameteren kan også antas å være selvjusterende, som alltid prøver å oppnå (VxI) produktkonstant gjennom optimaliseringsprosessen. Dette er fordi en buck-omformer alltid skal konvertere høyspenningsinngangen til et proporsjonalt økt strømnivå ved utgangen.

Likevel, hvis du er interessert i å bli fullstendig bekreftet angående resultatene, kan du referere til følgende artikkel for relevante formler:

Beregning av spenning, strøm i en spenneinduktor

La oss nå se hvordan den endelige kretsen designet av meg ser ut, fra følgende info:

Som du kan se i diagrammet ovenfor, er det grunnleggende diagrammet identisk med den tidligere selvoptimaliserende solcelleladerkretsen, bortsett fra inkluderingen av IC4 som er konfigurert som en spenningsfølger og erstattes i stedet for BC547 emitterfølgerstadiet. Dette gjøres for å gi bedre respons for IC2 pin # 5 kontroll pinout fra panelet.

Oppsummerer den grunnleggende funksjonen til Solar Optimizer

Funksjonen kan revideres som gitt under: IC1 genererer en firkantbølgefrekvens på omtrent 10 kHz som kan økes til 20 kHz ved å endre verdien av C1.

Denne frekvensen mates til pin2 på IC2 for å produsere hurtigvekslende trekantbølger på pin # 7 ved hjelp av T1 / C3.

Panelspenningen justeres hensiktsmessig av P2 og mates til IC4-spenningsfølger-trinnet for mating av pinnen nr. 5 på IC2.

Dette potensialet ved pinne nr. 5 i IC2 fra panelet sammenlignes med pinne nr. 7 raske trekantbølger for å lage de tilsvarende dimensjonerte PWM-dataene på pinne nr. 3 i IC2.

Ved høysolskinn er P2 passende justert slik at IC2 genererer bredest mulig PWM og når solskinn begynner å avta, blir PWM proporsjonalt smalere.

Ovennevnte effekt blir matet til basen av en PNP BJT for å invertere responsen over det vedlagte bukkomformertrinnet.

Impliserer at, i topp solskinn, de bredere PWM-ene tvinger PNP-enheten til å lede lite {redusert T (på) tidsperiode}, noe som får smalere bølgeformer til å nå bukspolen ... men siden panelspenningen er høy, er inngangsspenningsnivået {V (in)} å nå bukspolen er lik panelets spenningsnivå.

I denne situasjonen, er buck-omformeren ved hjelp av riktig beregnet T (on) og V (in) i stand til å produsere riktig nødvendig utgangsspenning for belastningen, som kan være mye lavere enn panelspenningen, men ved et proporsjonalt forsterket strømnivå (amp).

Nå som solskinnet synker, blir PWM-ene også smalere, slik at PNP T (på) øker proporsjonalt, noe som igjen hjelper bukspolen til å kompensere for det avtagende solskinnet ved å heve utgangsspenningen proporsjonalt ... strømmen (amp ) -faktoren blir nå redusert proporsjonalt i løpet av handlingen, og sørger for at utgangskonsistensen blir perfekt opprettholdt av buck-omformeren.

T2 sammen med de tilknyttede komponentene danner det nåværende begrensningstrinnet eller feilforsterkerstadiet. Det sørger for at utgangsbelastningen aldri får lov til å konsumere noe over de nominelle spesifikasjonene for designet, slik at systemet aldri blir skranglet og solcellepanelets ytelse aldri får avledet fra sin høye effektivitetssone.

C5 er vist som en 100uF kondensator, men for et forbedret resultat kan dette økes til 2200uF verdi, fordi høyere verdier vil sikre bedre rippelstrømstyring og jevnere spenning for lasten.

P1 er for å justere / korrigere offset-spenningen til opamp-utgangen, slik at pinne nr. 5 er i stand til å motta perfekte null volt i fravær av en solcellepanelspenning eller når solcellepanelets spenning er under belastningsspesifikasjonene.

L1-spesifikasjonen kan omtrent bestemmes ved hjelp av informasjonen gitt i følgende artikkel:

Hvordan beregne induktorer i SMPS-kretser

Solar Optimizer ved hjelp av Op Amps

En annen veldig enkel, men likevel effektiv soloptimeringskrets, kan lages ved å bruke en LM338 IC og et par opamper.

La oss forstå den foreslåtte kretsen (solar optimizer) ved hjelp av følgende punkter: Figuren viser en LM338 spenningsregulator krets som har en strømstyringsfunksjon også i form av transistoren BC547 koblet over justerings- og jordpinnen til IC.

Opamps brukes som komparatorer

De to opampene er konfigurert som komparatorer. Faktisk kan mange slike trinn inkorporeres for å forbedre effekten.

I den nåværende utformingen justeres A1-forhåndsinnstillingen nr. 3 slik at produksjonen av A1 blir høy når solskinnsintensiteten over panelet er omtrent 20% mindre enn toppverdien.

På samme måte justeres A2-trinnet slik at produksjonen blir høy når solskinnet er omtrent 50% mindre enn toppverdien.

Når A1-utgangen går høyt, utløser RL # 1 å koble R2 i tråd med kretsen, og koble fra R1.

Opprinnelig ved høysolskinn, R1 hvis verdi er valgt mye lavere, tillater maksimal strøm å nå batteriet.

Kretsdiagram

Når solskinn faller, faller også spenningen på panelet, og nå har vi ikke råd til å trekke tung strøm fra panelet, fordi det vil redusere spenningen under 12V, noe som helt kan stoppe ladeprosessen.

Reléovergang for nåværende optimalisering

Derfor, som forklart ovenfor, kommer A1 til handling og kobler fra R1 og kobler R2. R2 er valgt med en høyere verdi og tillater bare en begrenset mengde strøm til batteriet, slik at solspenningen ikke krasjer under 15 stemmer, et nivå som absolutt kreves ved inngangen til LM338.

Når solskinnet faller under den andre innstilte terskelen, aktiverer A2 RL # 2 som igjen bytter R3 for å gjøre strømmen til batteriet enda lavere, og sørg for at spenningen ved inngangen til LM338 aldri faller under 15V, men likevel lades hastigheten til batteriet holdes alltid til de nærmeste optimale nivåene.

Hvis opamp-trinnene økes med flere reléer og påfølgende strømstyringshandlinger, kan enheten optimaliseres med enda bedre effektivitet.

Fremgangsmåten ovenfor lader batteriet raskt ved høy strøm under solskinn og senker strømmen når solintensiteten over panelet faller, og forsyner tilsvarende batteriet med riktig merkestrøm slik at det blir fulladet på slutten av dagen.

Hva skjer med et batteri som kanskje ikke blir utladet?

Anta at hvis batteriet ikke er optimalt utladet for å gjennomgå ovennevnte prosess neste morgen, kan situasjonen være dødelig for batteriet, fordi den opprinnelige høye strømmen kan ha negativ innvirkning på batteriet fordi det ennå ikke er utladet til det spesifiserte rangeringer.

For å sjekke problemet ovenfor introduseres et par flere opamper, A3, A4, som overvåker batteriets spenningsnivå og initierer de samme handlingene som gjort av A1, A2, slik at strømmen til batteriet optimaliseres mht. spenningen eller ladningsnivået til batteriet i løpet av denne tidsperioden.