Arduino - solarni punjač PV MPPT: 6 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Na tržištu postoji mnogo kontrolora punjenja. obični jeftini kontroleri punjenja nisu efikasni u korištenju maksimalne snage solarnih panela. Oni koji su efikasni, veoma su skupi.

Stoga sam odlučio napraviti vlastiti kontroler punjenja koji je efikasan i dovoljno pametan da razumije potrebe baterije i solarne uvjete. potrebne su odgovarajuće radnje kako bi se maksimalna raspoloživa snaga iz solarne energije izvukla i stavila u bateriju vrlo učinkovito.

AKO VOLITE MOJ NASTAV, MOLIM VAS GLASAJTE OVE INSTRUKCIJE.

Korak 1: Šta je MPPT i zašto nam je potreban?

Naši solarni paneli su glupi i nisu pametni da razumiju stanje baterije. Pretpostavimo da imamo solarni panel od 12v/100 W i dat će izlaz između 18V-21V, ovisno o proizvođaču, ali baterije su ocijenjene za nazivni napon od 12V, pri punom punjenju bit će 13,6 V i 11,0 V pri punom kapacitetu. iscjedak. sada pretpostavimo da su naše baterije na 13v punjenju, ploče daju 18v, 5.5A pri 100% radnoj efikasnosti (nije moguće imati 100%, ali pretpostavimo). obični kontroleri imaju PWM regulator napona ckt koji snižava napon na 13,6, ali nema pojačanja u struji. pruža samo zaštitu od prekomjernog punjenja i curenja struje na panelima noću.

Dakle, imamo 13,6v*5,5A = 74,8 vata.

Gubimo oko 25 vati.

Da bih naišao na ovaj problem, koristio sam smps buck konverter. ove vrste konvertera imaju efikasnost iznad 90%.

Drugi problem koji imamo je nelinearni izlaz solarnih panela. moraju raditi na određenom naponu kako bi prikupili najveću raspoloživu snagu. Njihov učinak varira kroz dan.

Za rješavanje ovog problema koriste se MPPT algoritmi. MPPT (Maximum Power Point Tracking), kao što naziv sugerira, ovaj algoritam prati maksimalnu raspoloživu snagu panela i mijenja izlazne parametre kako bi održao stanje.

Korištenjem MPPT -a naši će paneli proizvoditi maksimalnu raspoloživu snagu, a pretvarač će učinkovito puniti ovo punjenje u baterije.

Korak 2: KAKO MPPT RADI?

Neću o ovome detaljno raspravljati. pa ako želite to razumjeti, pogledajte ovu vezu -Šta je MPPT?

U ovom projektu pratio sam ulazne karakteristike V-I i izlaz V-I. množenjem ulaza V-I i izlaza V-I možemo dobiti snagu u vatima.

recimo da imamo 17 V, 5 A, odnosno 17x5 = 85 vata u bilo koje doba dana. u isto vrijeme naš izlaz je 13 V, 6A tj. 13x6 = 78 Watt.

Sada će MPPT povećati ili smanjiti izlazni napon u odnosu na prethodnu ulaznu/izlaznu snagu.

ako je prethodna ulazna snaga bila velika, a izlazni napon manji od prisutnog, tada će se izlazni napon ponovo smanjiti kako bi se vratio na veliku snagu, a ako je izlazni napon bio visok, tada će se trenutni napon povećati na prethodni nivo. stoga nastavlja oscilirati oko točke maksimalne snage. ove oscilacije su umanjene efikasnim MPPT algoritmima.

Korak 3: Implementacija MPPT -a na Arduinu

Ovo je mozak ovog punjača. Ispod je Arduino kod za regulaciju izlaza i implementaciju MPPT -a u jednom bloku koda.

// Iout = izlazna struja

// Vout = izlazni napon

// Vin = ulazni napon

// Pin = ulazna snaga, Pin_previous = zadnja ulazna snaga

// Vout_last = zadnji izlazni napon, Vout_sense = prisutni izlazni napon

void regulirati (float Iout, float Vin, float Vout) {if ((Vout> Vout_max) || (Iout> Iout_max) || ((Pin> Pin_prethodni && Vout_sense <Vout_last) || (PinVout_last)))

{

if (radni ciklus> 0)

{

radni ciklus -= 1;

}

analogWrite (buck_pin, duty_cycle);

}

else if ((VoutVout_last) || (Pi

{

if (radni ciklus <240)

{radni_cikl+= 1;

}

analogWrite (buck_pin, duty_cycle);

}

Pin_previous = Pin;

Vin_last = Vin;

Vout_last = Vout;

}

Korak 4: Pretvarač dolara

Koristio sam N-kanalni MOSFET za izradu pretvarača dolara. obično ljudi odabiru P-kanalni MOSFET za visoko prebacivanje sa strane, a ako za istu namjenu odaberu N-kanalni MOSFET tada će biti potrebna IC upravljačka jedinica ili bokt strapping ckt.

ali sam izmijenio konverter dolara ckt tako da ima nisko bočno prebacivanje pomoću N-kanalnog MOSFET-a. Ja koristim N-kanal jer su to niske cijene, velike snage i manje rasipanje snage. ovaj projekt koristi IRFz44n logički nivo mosfet, tako da se može izravno pogoniti arduino PWM pinom.

za veću struju opterećenja treba koristiti tranzistor za primjenu 10V na vratima kako bi se MOSFET potpuno zasitio i minimizirao rasipanje snage, isto sam učinio isto.

kao što možete vidjeti u ckt -u iznad, postavio sam MOSFET na -ve napon, pa sam koristio +12v sa ploče kao uzemljenje. ova konfiguracija mi dozvoljava da koristim N-kanalni MOSFET za pretvarač dolara s minimalnim komponentama.

ali ima i nekih nedostataka. budući da imate obje strane -napon razdvojen, više nemate zajedničko referentno uzemljenje. tako da je mjerenje napona vrlo zeznuto.

spojio sam Arduino na solarne ulazne terminale i koristio njegovu -ve liniju kao uzemljenje za arduino. možemo lako mjeriti ulazni volateg u ovom trenutku pomoću razdjelnika napona ckt prema našim zahtjevima. ali ne možemo tako lako izmjeriti izlazni napon jer nemamo zajedničke tačke.

Sada za to postoji trik. Umjesto mjerenja napona preko izlaznog kondenzatora, izmjerio sam napon između dva -ve linija. koristeći solarni -ve kao uzemljenje za arduino i izlazni -ve kao signal/napon za mjerenje. Vrijednost koju dobijete ovim mjerenjem treba oduzeti od izmjerenog ulaznog napona i dobit ćete stvarni izlazni napon preko izlaznog kondenzatora.

Vout_sense_temp = Vout_sense_temp*0,92+float (raw_vout)*volt_factor*0,08; // mjerenje volatge na ulaznom gnd i izlaznom gnd.

Vout_sense = Vin_sense-Vout_sense_temp-dioda_volt; // promijenimo razliku napona između dva osnova na izlazni napon..

Za mjerenje struje koristio sam ACS-712 module za otkrivanje struje. Pokreće ih arduino i spojeni su na ulazni gnd.

interni tajmeri su modifikovani tako da dobiju 62,5 Khz PWM na pinu D6. koji se koristi za pokretanje MOSFET -a. bit će potrebna dioda za blokiranje izlaza kako bi se osiguralo obrnuto curenje i zaštita od obrnutog polariteta, za to se koristi schottky dioda željene jakosti struje. Vrijednost induktora ovisi o zahtjevima frekvencije i izlazne struje. možete koristiti online dostupne kalkulatore pretvarača dolara ili koristiti opterećenje od 100uH 5A-10A. nikada ne prelazite maksimalnu izlaznu struju induktora za 80%-90%.

Korak 5: Završni dodir -

svom punjaču možete dodati i dodatne funkcije. kao i moj, LCD ima i parametre i 2 prekidača za unos podataka od korisnika.

Uskoro ću ažurirati konačni kod i dovršiti ckt dijagram.

Korak 6: AŽURIRANJE:- Stvarni dijagram kola, BOM i kôd

AŽURIRAJTE:-

Učitao sam kod, bom i kolo. malo se razlikuje od mog, jer je lakše napraviti ovaj.