Arduino - PV MPPT Solar Charger: 6 Steps (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Det er mange ladekontrollere tilgjengelig på markedet. vanlige billige ladekontrollere er ikke effektive for å bruke maksimal effekt fra solcellepaneler. De som er effektive, er svært kostbare.

Så jeg bestemte meg for å lage min egen ladekontroller som er effektiv og smart nok til å forstå batteriets behov og solforhold. det tar passende tiltak for å trekke maksimal tilgjengelig effekt fra solenergi og sette den inn i batteriet veldig effektivt.

HVIS du liker innsatsen min enn VENNLIGST STEMME DENNE INSTRUKSJONEN.

Trinn 1: Hva er MPPT og hvorfor trenger vi det?

Solcellepanelene våre er dumme og ikke smarte til å forstå batteriforholdene. Anta at vi har et 12v/100 watt solcellepanel, og det vil gi en effekt mellom 18V-21V avhengig av produsenter, men batteriene er nominelle for 12v nominell spenning, ved full ladningsforhold vil de være 13.6v og være 11.0v fullt utslipp. La oss nå anta at batteriene våre er på 13V lading, panelene gir 18V, 5,5A ved 100% arbeidseffektivitet (ikke mulig å ha 100%, men la oss anta). vanlige kontrollere har en PWM spenningsregulator ckt som senker spenningen til 13,6, men ingen gevinst i strøm. det gir bare beskyttelse mot overlading og lekkasjestrøm til paneler om nettene.

Så vi har 13,6v*5,5A = 74,8 watt.

Vi mister ca 25 watt.

For å støte på dette problemet har jeg brukt smps buck converter. denne typen konverterer har over 90% effektivitet.

Det andre problemet vi har er ikke-lineær produksjon av solcellepaneler. de må drives med viss spenning for å høste maksimal tilgjengelig effekt. Produksjonen deres varierer gjennom dagen.

For å løse dette problemet brukes MPPT -algoritmer. MPPT (Maximum Power Point Tracking) som navnet antyder denne algoritmen sporer maksimal tilgjengelig effekt fra paneler og varierer utgangsparametrene for å opprettholde tilstanden.

Så ved å bruke MPPT vil panelene våre generere maksimal tilgjengelig effekt, og buck -omformer vil sette denne ladningen effektivt inn i batterier.

Trinn 2: Hvordan fungerer MPPT?

Jeg kommer ikke til å diskutere dette i detalj. så hvis du vil forstå det, ta en titt på denne lenken -Hva er MPPT?

I dette prosjektet har jeg sporet input V-I-egenskapene og output V-I også. ved å multiplisere inngang V-I og utgang V-I kan vi ha effekten i watt.

La oss si at vi har 17 V, 5 A, dvs. 17x5 = 85 watt når som helst på dagen. samtidig er vår effekt 13 V, 6A, dvs. 13x6 = 78 Watt.

Nå vil MPPT øke eller redusere utgangsspenningen til ved å sammenligne med tidligere inngangs-/utgangseffekt.

hvis forrige inngangseffekt var høy og utgangsspenningen var lavere enn nåværende, vil utgangsspenningen være lavere ned igjen for å komme tilbake til høy effekt, og hvis utgangsspenningen var høy, vil nåværende spenning økes til forrige nivå. dermed fortsetter den å svinge rundt maksimal effektpunkt. disse svingningene minimeres av effektive MPPT -algoritmer.

Trinn 3: Implementering av MPPT på Arduino

Dette er hjernen til denne laderen. Nedenfor er Arduino -koden for å regulere utdata og implementere MPPT i en enkelt kodeblokk.

// Iout = utgangsstrøm

// Vout = utgangsspenning

// Vin = inngangsspenning

// Pin = inngangseffekt, Pin_previous = siste inngangseffekt

// Vout_last = siste utgangsspenning, Vout_sense = nåværende utgangsspenning

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

{

hvis (duty_cycle> 0)

{

duty_cycle -= 1;

}

analogWrite (buck_pin, duty_cycle);

}

annet hvis ((VoutVout_last) || (Pi

{

hvis (duty_cycle <240)

{duty_cycle+= 1;

}

analogWrite (buck_pin, duty_cycle);

}

Pin_previous = Pin;

Vin_last = Vin;

Vout_last = Vout;

}

Trinn 4: Buck Converter

Jeg har brukt N-channel mosfet til å lage buck-omformeren. vanligvis velger folk P-kanal mosfet for høy sidebryting, og hvis de velger N-kanal mosfet for samme formål enn en driver IC vil være nødvendig eller boot strapping ckt.

men jeg endret buck converter ckt for å ha en lav sidebytte ved hjelp av N-channel mosfet. Jeg bruker N-kanal fordi disse er lave kostnader, høy effekt og lavere effekttap. dette prosjektet bruker IRFz44n logic level mosfet, så det kan kjøres direkte med en arduino PWM -pin.

for høyere belastningsstrøm bør man bruke en transistor for å påføre 10V ved gate for å få mosfeten fullstendig i metning og minimere effekttapet, jeg har også gjort det samme.

som du kan se på ckt ovenfor har jeg plassert mosfet på -ve spenning, og bruker dermed +12v fra panelet som bakken. denne konfigurasjonen lar meg bruke en N-kanal mosfet for buck converter med minimumskomponenter.

men det har også noen ulemper. siden du har begge sider -ve spenning atskilt, har du ikke en felles referanse bakken lenger. så måling av spenninger er veldig vanskelig.

Jeg har koblet Arduino på Solar -inngangsterminaler og bruker sin -ve -linje som jord for arduino. vi kan enkelt måle inngangsvolategen på dette tidspunktet ved å bruke en spenningsdeler ckt i henhold til kravet vårt. men kan ikke måle utgangsspenningen så lett som vi ikke har en felles grunn.

Nå for å gjøre dette er det et triks. i stedet for å måle spenningen fra utgangskondensatoren, har jeg målt spenningen mellom toveis linjer. ved å bruke solar -ve som jord for arduino og output -ve som signal/spenning som skal måles. verdien du har fått med denne målingen, bør trekkes fra inngangsspenningen som måles, og du får den virkelige utgangsspenningen over utgangskondensatoren.

Vout_sense_temp = Vout_sense_temp*0,92+float (raw_vout)*volt_factor*0,08; // måle volatge over input gnd og output gnd.

Vout_sense = Vin_sense-Vout_sense_temp-diode_volt; // endre spenningsforskjell mellom to grunner til utgangsspenning..

For nåværende målinger har jeg brukt ACS-712 strømfølende moduler. De har blitt drevet av arduino og koblet til input gnd.

interne tidtakere er modifisert for å få 62,5 Khz PWM ved pin D6. som brukes til å kjøre mosfet. en utgangsblokkerende diode vil være nødvendig for å gi omvendt lekkasje og omvendt polaritetsbeskyttelse, bruk schottky -diode med ønsket strømstyrke for dette formålet. Verdien av induktoren avhenger av kravene til frekvens og utgangsstrøm. du kan bruke online tilgjengelige buck converter-kalkulatorer eller bruke 100uH 5A-10A belastning. aldri overskride den maksimale utgangsstrømmen til induktoren med 80%-90%.

Trinn 5: Final Touch Up -

du kan også legge til flere funksjoner i laderen. som min har LCD også vise parametere og 2 brytere for å ta input fra brukeren.

Jeg vil oppdatere den endelige koden og fullføre ckt -diagrammet veldig snart.

Trinn 6: OPPDATERING:- Faktisk kretsdiagram, BOM og kode

OPPDATER:-

Jeg har lastet opp koden, bom og krets. den er litt annerledes enn min, fordi det er lettere å lage denne.