Arduino - PV MPPT Solar Charger: 6 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Maraming mga tagakontrol ng singil na magagamit sa merkado. ordinaryong murang mga tagakontrol ng singil ay hindi mabisa upang magamit ang maximum na lakas mula sa solar Panels. Ang mga mahusay, ay napakamahal.

Kaya't napagpasyahan kong gumawa ng sarili kong tagakontrol ng singil na Mahusay, at sapat na matalino upang maunawaan ang mga pangangailangan ng baterya at mga kundisyon sa araw. tumatagal ng mga naaangkop na aksyon upang gumuhit ng maximum na magagamit na lakas mula sa solar at ilagay ito sa loob ng baterya nang napakahusay.

KUNG GUSTO NYO ANG EFFORT KO HINDI PO BOTOHIN ANG INSTRUCTABLES NA ITO.

Hakbang 1: Ano ang MPPT at Bakit Kailangan Nila Ito?

Ang aming mga Solar panel ay pipi at hindi matalino upang maunawaan ang mga kondisyon ng baterya. Ipagpalagay na mayroon kaming 12v / 100 watt solar panel at magbibigay ito ng isang output sa pagitan ng 18V-21V ay nakasalalay sa mga paggawa, ngunit ang mga baterya ay na-rate para sa 12v nominal boltahe, sa buong kundisyon ng pagsingil ay magiging 13.6v at magiging ganap na 11.0v paglabas Hinahayaan ngayon na ang aming mga baterya ay nasa 13v singilin, ang mga panel ay nagbibigay ng 18v, 5.5A sa 100% na kahusayan sa pagtatrabaho (hindi posible na magkaroon ng 100% ngunit hinahayaan na ipagpalagay). ang mga ordinaryong tagakontrol ay mayroong PWM voltage regulator ckt na bumabagsak ng boltahe hanggang 13.6, ngunit walang nakuha sa kasalukuyang. nagbibigay lamang ito ng proteksyon laban sa labis na pagsingil at kasalukuyang pagtagas sa mga panel sa mga gabi.

Kaya nagkakaroon kami ng 13.6v * 5.5A = 74.8 watt.

Maluwag kaming tinatayang 25 watt.

Upang makaharap ang isyung ito nagamit ko ang smps buck converter. ang ganitong uri ng mga pag-convert ay may higit sa 90% na kahusayan.

Pangalawang problema na mayroon kami ay ang di-linear na output ng mga solar panel. kailangan nilang patakbuhin sa ilang mga boltahe upang maani ang maximum na magagamit na lakas. Ang kanilang output ay nag-iiba sa buong araw.

Upang malutas ang isyung ito ginagamit ang mga MPPT algorithm. Ang MPPT (Maximum Power Point Tracking) bilang pangalan ay nagpapahiwatig na sinusubaybayan ng algorithm na ito ang maximum na magagamit na kuryente mula sa mga panel at naiiba ang mga parameter ng output upang mapanatili ang kundisyon.

Kaya sa pamamagitan ng paggamit ng MPPT ang aming mga panel ay makakalikha ng maximum na magagamit na lakas at ang converter ng buck ay ilalagay nang mahusay ang pagsingil na ito sa mga baterya.

Hakbang 2: PAANO GUMAGAWA NG MPPT?

Hindi ko ito tatalakayin nang detalyado. kaya kung nais mong maunawaan na magkaroon ng isang pagtingin sa link na ito -Ano ang MPPT?

Sa proyektong ito nasubaybayan ko ang mga katangian ng pag-input ng V-I at ang output V-I din. sa pamamagitan ng pag-multiply ng input V-I at output V-I maaari tayong magkaroon ng lakas sa watts.

sabihin nating nagkakaroon tayo ng 17 V, 5 A ibig sabihin 17x5 = 85 wat sa anumang oras ng araw. sa parehong oras ang aming output ay 13 V, 6A ie 13x6 = 78 Watt.

Ngayon ang MPPT ay tataas o babawasan ang output boltahe sa pamamagitan ng paghahambing sa nakaraang lakas ng input / output.

kung ang dating lakas ng pag-input ay mataas at ang boltahe ng output ay mas mababa kaysa sa kasalukuyan pagkatapos ang boltahe ng output ay mas mababa muli upang makabalik sa mataas na lakas at kung ang boltahe ng output ay mataas kung gayon ang boltahe sa kasalukuyan ay tataas sa nakaraang antas. sa gayon ito ay nagpapanatili ng oscillating sa paligid ng maximum point ng kuryente. ang mga oscillation na ito ay nai-minimize ng mahusay na mga MPPT algorithm.

Hakbang 3: Pagpapatupad ng MPPT sa Arduino

Ito ang utak ng charger na ito. Nasa ibaba ang code ng Arduino upang makontrol ang output at pagpapatupad ng MPPT sa isang solong bloke ng code.

// Iout = kasalukuyang output

// Vout = output voltage

// Vin = input boltahe

// Pin = input power, Pin_previous = huling lakas ng pag-input

// Vout_last = huling output boltahe, Vout_sense = kasalukuyang output boltahe

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

{

kung (duty_cycle> 0)

{

duty_cycle - = 1;

}

analogWrite (buck_pin, duty_cycle);

}

kung hindi man ((VoutVout_last) || (Pi

{

kung (duty_cycle <240)

{duty_cycle + = 1;

}

analogWrite (buck_pin, duty_cycle);

}

Pin_previous = Pin;

Vin_last = Vin;

Vout_last = Vout;

}

Hakbang 4: Buck Converter

Gumamit ako ng N-channel mosfet upang makagawa ng buck converter. Karaniwan ang mga tao ay pumili ng P-channel mosfet para sa mataas na paglipat ng bahagi at kung pipiliin nila ang N-channel mosfet para sa parehong layunin kaysa sa isang driver na IC ay kinakailangan o boot strapping ckt.

ngunit binago ko ang buck converter ckt upang magkaroon ng isang mababang panig na paglipat gamit ang N-channel mosfet. ako, gumagamit ng N-channel dahil ang mga ito ay mababang gastos, mataas na mga rating ng kuryente at mas mababang disipasyon ng kuryente. ang proyektong ito ay gumagamit ng IRFz44n antas ng lohika ng mosfet, kaya maaari itong direktang magmaneho ng isang arduino PWM pin.

para sa mas mataas na kasalukuyang pag-load ay dapat gumamit ng isang transistor upang mag-apply ng 10V sa gate upang makuha ang mosfet sa saturation ganap at i-minimize ang pagwawaldas ng kuryente, ginawa ko rin ang pareho.

tulad ng nakikita mo sa ckt sa itaas inilagay ko ang mosfet sa -ve boltahe, sa gayon gumagamit ng + 12v mula sa panel bilang ground. Pinapayagan ako ng pagsasaayos na ito na gumamit ng isang N-channel mosfet para sa buck converter na may pinakamaliit na bahagi.

ngunit mayroon din itong ilang mga drawbacks. dahil mayroon kang magkabilang panig -ve boltahe na pinaghiwalay, wala ka nang isang karaniwang sangguniang lupa. kaya pagsukat ng voltages ay napaka-nakakalito.

nakakonekta ko ang Arduino sa mga terminal ng pag-input ng Solar at ginagamit ang linya na -ve nito bilang ground para sa arduino. madali naming masusukat ang input volateg sa puntong ito sa pamamagitan ng paggamit ng isang voltage divider ckt ayon sa aming kinakailangan. ngunit hindi masusukat ang output boltahe nang napakadali dahil wala kaming karaniwang batayan.

Ngayon upang gawin ito mayroong isang trick. sa halip na sukatin ang boltahe accros output capacitor, sinukat ko ang boltahe sa pagitan ng dalawang linya na -ve. gamit ang solar -ve bilang lupa para sa arduino at output -ve bilang signal / boltahe na susukat. ang halagang nakuha mo sa pagsukat na ito ay dapat na substract mula sa sukat ng input na sinusukat at makukuha mo ang tunay na boltahe ng output sa output capacitor.

Vout_sense_temp = Vout_sense_temp * 0.92 + float (raw_vout) * volt_factor * 0.08; // sukatin ang volatge sa buong input gnd at output gnd.

Vout_sense = Vin_sense-Vout_sense_temp-diode_volt; // baguhin ang pagkakaiba ng boltahe sa pagitan ng dalawang mga batayan sa output boltahe..

Para sa kasalukuyang mga sukat ay gumamit ako ng mga kasalukuyang module ng sensing ng ACS-712. Ang mga ito ay pinalakas ng arduino at nakakonekta sa input gnd.

ang mga panloob na timer ay binago upang makakuha ng 62.5 Khz PWM sa pin D6. na ginagamit upang himukin ang mosfet. isang output block diode ay kinakailangan upang magbigay ng reverse leakage at reverse proteksyon ng polarity gamitin schottky diode ng nais na kasalukuyang rating para sa hangaring ito. Ang halaga ng inductor ay nakasalalay sa dalas at output kasalukuyang mga kinakailangan. maaari mong gamitin ang mga magagamit na online converter ng converter ng buck o gumamit ng 100uH 5A-10A load. huwag lumampas sa maximum na kasalukuyang output ng inductor ng 80% -90%.

Hakbang 5: Final Touch Up -

maaari ka ring magdagdag ng mga karagdagang tampok sa iyong charger. tulad ng sa akin ay may LCD ding ipakita ang mga parameter at 2 switch upang kumuha ng input mula sa gumagamit.

I-update ko ang pangwakas na code at kumpletuhin ang diagram ng ckt sa lalong madaling panahon.

Hakbang 6: I-UPDATE: - Aktwal na Diagram ng Circuit, BOM at Code

I-UPDATE: -

Na-upload ko ang code, bom at circuit. ito, medyo kakaiba sa minahan, sapagkat ito, mas madaling gawin ang isang ito.