آردوینو - شارژر خورشیدی PV MPPT: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

بسیاری از کنترل کننده های شارژ در بازار موجود است. کنترلرهای معمولی شارژ ارزان برای استفاده از حداکثر توان پنل های خورشیدی کارآمد نیستند. مواردی که کارآمد هستند ، بسیار پرهزینه هستند.

بنابراین تصمیم گرفتم یک کنترل کننده شارژ خودم که کارآمد و به اندازه کافی هوشمند است تا نیازهای باتری و شرایط خورشیدی را درک کند ، تهیه کنم. اقدامات مناسب را انجام می دهد تا حداکثر توان موجود را از انرژی خورشیدی بگیرد و آن را در داخل باتری بسیار کارآمد قرار دهد.

اگر تلاش من را بیشتر دوست دارید لطفا این دستورالعمل ها را رأی دهید.

مرحله 1: MPPT چیست و چرا به آن نیاز داریم؟

پنل های خورشیدی ما گنگ هستند و برای درک شرایط باتری هوشمند نیستند. فرض کنید یک پنل خورشیدی 12 ولت/100 وات داریم و خروجی آن بین 18 ولت تا 21 ولت بستگی به تولیدکنندگان دارد ، اما باتری ها دارای ولتاژ اسمی 12 ولت هستند ، در شرایط شارژ کامل آنها 13.6 ولت و 11.0 ولت به طور کامل خواهد بود. تخلیه در حال حاضر فرض کنید باتری های ما در حال شارژ 13 ولت هستند ، پانل ها 18 ولت ، 5.5 آمپر را در 100 efficiency راندمان کار می کنند (ممکن نیست 100 have داشته باشیم ، اما فرض می کنیم). کنترل کننده های معمولی دارای یک تنظیم کننده ولتاژ PWM هستند که ولتاژ را به 13.6 کاهش می دهد ، اما هیچ افزایشی در جریان ندارد. این فقط در برابر شارژ بیش از حد و جریان نشتی به پنل ها در طول شب محافظت می کند.

بنابراین ما 13.6v*5.5A = 74.8 وات داریم.

تقریبا 25 وات از دست می دهیم.

برای برخورد با این مشکل از مبدل smps buck استفاده کرده ام. این نوع مبدلها دارای راندمان بالای 90 درصد هستند.

مشکل دوم خروجی غیر خطی صفحات خورشیدی است. آنها باید با ولتاژ خاصی کار کنند تا حداکثر توان موجود را بدست آورند. خروجی آنها در طول روز متفاوت است.

برای حل این مسئله از الگوریتم های MPPT استفاده می شود. MPPT (Maximum Power Point Tracking) همانطور که از نامش پیداست ، این الگوریتم حداکثر توان موجود از پنل ها را ردیابی می کند و پارامترهای خروجی را برای حفظ شرایط تغییر می دهد.

بنابراین با استفاده از MPPT ، پانل های ما حداکثر توان موجود را تولید می کند و مبدل باک این شارژ را به طور موثر در باتری ها قرار می دهد.

مرحله 2: MPPT چگونه کار می کند؟

من در این مورد به تفصیل بحث نمی کنم بنابراین اگر می خواهید آن را درک کنید به این پیوند نگاه کنید. MPPT چیست؟

در این پروژه من ویژگی های ورودی V-I و خروجی V-I را نیز ردیابی کرده ام. با ضرب ورودی V-I و خروجی V-I می توانیم قدرت را برحسب وات داشته باشیم.

بگذارید بگوییم که ما 17 ولت ، 5 آمپر یعنی 17x5 = 85 وات در هر زمان از روز داریم. در همان زمان خروجی ما 13 ولت ، 6A یعنی 13x6 = 78 وات است.

اکنون MPPT ولتاژ خروجی را در مقایسه با توان ورودی/خروجی قبلی افزایش یا کاهش می دهد.

اگر قدرت ورودی قبلی زیاد بود و ولتاژ خروجی کمتر از حال حاضر بود ، ولتاژ خروجی دوباره پایین می آید تا به توان بالا بازگردد و اگر ولتاژ خروجی بالا بود ، ولتاژ فعلی به سطح قبلی افزایش می یابد. بنابراین در اطراف حداکثر نقطه قدرت در حال نوسان است. این نوسانات توسط الگوریتم های MPPT کارآمد به حداقل می رسد.

مرحله 3: پیاده سازی MPPT در Arduino

این مغز این شارژر است. در زیر کد Arduino برای تنظیم خروجی و پیاده سازی MPPT در یک بلوک کد واحد آمده است.

// Iout = جریان خروجی

// Vout = ولتاژ خروجی

// Vin = ولتاژ ورودی

// پین = قدرت ورودی ، Pin_previous = آخرین توان ورودی

// Vout_last = آخرین ولتاژ خروجی ، Vout_sense = ولتاژ خروجی فعلی

void regulate (float Iout ، float Vin ، float Vout) {if ((Vout> Vout_max) || (Iout> Iout_max) || ((پین> Pin_precious && Vout_sense <Vout_last) || (PinVout_last)))

{

if (duty_cycle> 0)

{

duty_cycle -= 1؛

}

analogWrite (buck_pin ، duty_cycle) ؛

}

else if ((VoutVout_last) || (پی

{

if (duty_cycle <240)

{duty_cycle+= 1؛

}

analogWrite (buck_pin ، duty_cycle) ؛

}

Pin_previous = پین؛

Vin_last = Vin؛

Vout_last = Vout؛

}

مرحله 4: تبدیل باک

من از مبدل N کانال برای ساخت مبدل باک استفاده کرده ام. معمولاً مردم mosfet کانال P را برای تعویض سمت بالا انتخاب می کنند و اگر mosfet کانال N را برای همان منظور انتخاب کنند ، IC IC درایور لازم است یا تسمه بوت ckt.

اما من ckt مبدل باک را تغییر دادم تا با استفاده از mosfet کانال N سوئیچینگ سمت پایین داشته باشد. من از کانال N استفاده می کنم زیرا اینها هزینه کم ، قدرت بالا و اتلاف توان کمتر هستند. این پروژه از mosfet سطح منطقی IRFz44n استفاده می کند ، بنابراین می تواند مستقیماً توسط پین arduino PWM رانده شود.

برای جریان بیشتر بار باید از ترانزیستور برای اعمال ولتاژ 10 ولت در دروازه استفاده کرد تا mosfet به طور کامل اشباع شود و اتلاف توان به حداقل برسد ، من نیز همین کار را کرده ام.

همانطور که در ckt بالا مشاهده می کنید ، من mosfet را روی ولتاژ -ve قرار داده ام ، بنابراین از +12v از پانل به عنوان زمین استفاده می کنم. این پیکربندی به من امکان می دهد از mosfet کانال N برای مبدل باک با حداقل قطعات استفاده کنم.

اما معایبی نیز دارد از آنجا که ولتاژ دو طرف را جدا کرده اید ، دیگر یک نقطه مرجع مشترک ندارید. بنابراین اندازه گیری ولتاژ بسیار مشکل است.

من آردوینو را در پایانه های ورودی خورشیدی متصل کرده و از خط -ve آن به عنوان پایه ای برای آردوینو استفاده کرده ام. ما می توانیم به راحتی volateg ورودی را در این مرحله با استفاده از تقسیم ولتاژ ckt اندازه گیری کنیم. اما نمی توان ولتاژ خروجی را به راحتی اندازه گیری کرد زیرا زمینه مشترکی نداریم.

در حال حاضر برای انجام این کار یک ترفند وجود دارد. به جای اندازه گیری ولتاژ خازن خروجی ، ولتاژ را بین دو خط دو اندازه گیری کرده ام. استفاده از -ve خورشیدی به عنوان زمین برای آردوینو و خروجی -ve به عنوان سیگنال/ولتاژ مورد اندازه گیری. مقداری که با این اندازه گیری بدست آورده اید باید از ولتاژ ورودی اندازه گیری شده کم شده و ولتاژ خروجی واقعی را در خازن خروجی بدست آورید.

Vout_sense_temp = Vout_sense_temp*0.92+float (raw_vout)*volt_factor*0.08؛ // اندازه گیری نوسان در gnd ورودی و خروجی gnd.

Vout_sense = Vin_sense-Vout_sense_temp-diode_volt؛ // تغییر اختلاف ولتاژ بین دو پایه به ولتاژ خروجی..

برای اندازه گیری های کنونی از ماژول های سنجش جریان ACS-712 استفاده کرده ام. آنها توسط آردوینو تغذیه شده و به gnd ورودی متصل شده اند.

تایمرهای داخلی برای افزایش 62.5 کیلوهرتز PWM در پین D6 اصلاح شده اند. که برای رانندگی mosfet استفاده می شود. یک دیود مسدود کننده خروجی برای ارائه نشت معکوس و حفاظت از قطبیت معکوس از دیود schottky با درجه جریان مورد نظر برای این منظور استفاده می شود. مقدار سلف بستگی به فرکانس و نیازهای جریان خروجی دارد. می توانید از ماشین حساب های مبدل باک موجود در اینترنت استفاده کنید یا از بار 100uH 5A-10A استفاده کنید. هرگز از حداکثر جریان خروجی سلف 80 تا 90 درصد تجاوز نکنید.

مرحله 5: تماس نهایی -

همچنین می توانید ویژگی های اضافی را به شارژر خود اضافه کنید. مانند من ، LCD نیز پارامترها و 2 سوئیچ را برای دریافت ورودی از کاربر نمایش می دهد.

من به زودی کد نهایی را به روز می کنم و نمودار ckt را تکمیل می کنم.

مرحله 6: به روز رسانی:- نمودار مدار واقعی ، BOM و کد

به روز رسانی:-

من کد ، bom و circuit را بارگذاری کرده ام. کمی با من متفاوت است ، زیرا تهیه این یکی آسان تر است.