Kuinka tehdä aurinkopaneelin optimointipiiri

Ehdotettua aurinkooptimointipiiriä voidaan käyttää saamaan suurin mahdollinen virta ja jännite aurinkopaneelilta vasteena vaihteleviin auringonvalo-olosuhteisiin.

Pari viestiä selitetään pari yksinkertaista mutta tehokasta aurinkopaneelin optimoijan laturipiiriä. Ensimmäinen voidaan rakentaa käyttämällä pari 555 IC: tä ja muutama muu lineaarinen komponentti, toinen optin on vielä yksinkertaisempi ja käyttää hyvin tavallisia IC: itä, kuten LM338 ja op amp IC 741. Opitaan menettelyt.

Piirin tavoite

Kuten me kaikki tiedämme, suurimman hyötysuhteen saaminen kaikentyyppisestä virtalähteestä on mahdollista, jos menettely ei sisällä virtalähteen jännitteen vaihtamista, mikä tarkoittaa, että haluamme hankkia erityisen vaaditun alhaisemman jännitteen ja maksimivirran kuormitukselle, joka on käytetään häiritsemättä lähteen jännitetasoa ja tuottamatta lämpöä.

Lyhyesti sanottuna asianomaisen aurinkooptimoijan tulisi sallia lähdönsä suurimmalla vaaditulla virralla, kaikilla tarvittavilla jännitteillä, mutta varmistaen, että paneelin jännitetaso ei muutu.

Yksi tässä käsitelty menetelmä sisältää PWM-tekniikan, jota voidaan pitää yhtenä optimaalisimmista menetelmistä tähän mennessä.

Meidän pitäisi olla kiitollisia tälle pienelle nerolle, nimeltään IC 555, joka tekee kaikista vaikeista käsitteistä niin helpon.

IC 555: n käyttäminen PWM-muunnoksessa

Myös tähän konseptiin sisällytämme vaaditun toteutuksen ja riippumme suuresti parista IC 555: stä.

Annettua kytkentäkaaviota tarkasteltaessa havaitaan, että koko suunnittelu on periaatteessa jaettu kahteen vaiheeseen.

Yläjännitteen säätimen vaihe ja alempi PWM-generaattorin vaihe.

Ylempi vaihe koostuu p-kanavaisesta mosfetistä, joka on sijoitettu kytkimeksi ja reagoi portissaan sovellettuihin PWM-tietoihin.

Alempi vaihe on PWM-generaattorin vaihe. Pari 555 IC: tä on konfiguroitu ehdotetuille toimille.

Kuinka piiri toimii

IC1 on vastuussa vaadittujen neliöaaltojen tuottamisesta, jotka käsittelee vakiovirtainen kolmion aaltogeneraattori, joka käsittää T1: n ja siihen liittyvät komponentit.

Tämä kolmion muotoinen aalto kohdistetaan IC2: een prosessoitavaksi vaadituiksi PWM :eiksi.

PWM-etäisyys IC2: sta riippuu kuitenkin sen tapin # 5 jännitetasosta, joka johdetaan paneelin yli olevasta resistiivisestä verkosta 1K-vastuksen ja 10K-esiasetuksen kautta.

Tämän verkon välinen jännite on suoraan verrannollinen vaihteleviin paneelijännitteisiin.

Huippujännitteiden aikana PWM: t laajenevat ja päinvastoin.

Edellä mainitut PWM: t kohdistetaan mosfet-porttiin, joka johtaa ja antaa tarvittavan jännitteen kytkettyyn akkuun.

Kuten aikaisemmin keskusteltiin, ruuhkahuipun aikana paneeli tuottaa korkeampaa jännitetasoa, korkeampi jännite tarkoittaa IC2: tä, joka tuottaa laajempia PWM: itä, mikä puolestaan ​​pitää mosfe-laitteen kytkettynä pois päältä pitemmäksi aikaa tai päälle suhteellisen lyhyeksi ajaksi, mikä vastaa keskimääräistä olla vain noin 14,4 V akun napojen yli.

Kun auringon paisto heikkenee, PWM: t sijoittuvat suhteellisen kapeasti, jolloin mosfet voi toimia enemmän niin, että akun keskimääräinen virta ja jännite pyrkivät pysymään optimaalisissa arvoissa.

10K-esiasetus tulisi säätää siten, että se kiertää 14,4 V lähtöliittimien yli kirkkaassa auringonpaisteessa.

Tuloksia voidaan seurata erilaisissa auringonvalo-olosuhteissa.

Ehdotettu aurinkopaneelin optimointipiiri varmistaa akun vakaan latauksen vaikuttamatta tai vaihtamatta paneelin jännitettä, mikä johtaa myös pienempään lämmöntuotantoon.

Huomautus: Yhdistetyn huuhtelupaneelin tulisi pystyä tuottamaan 50% enemmän jännitettä kuin kytketty akku huippu auringossa. Virran tulisi olla 1/5 akun AH-luokasta.

Kuinka asettaa piiri

1. Se voidaan tehdä seuraavalla tavalla:
2. Pidä S1 ensin kytkettynä pois päältä.
3. Altista paneeli auringonpaisteelle ja säädä esiasetusta, jotta saat tarvittavan optimaalisen latausjännitteen mosfetin tyhjennysdiodin ulostulon ja maan yli.
4. Piiri on nyt asetettu.
5. Kun tämä on tehty, kytke S1 päälle, akku alkaa latautua parhaalla mahdollisella optimoidulla tavalla.

Nykyisen ohjausominaisuuden lisääminen

Edellä olevan piirin huolellinen tutkimus osoittaa, että kun mosfet yrittää kompensoida paneelin putoavan jännitetason, se antaa akun vetää enemmän virtaa paneelista, mikä vaikuttaa paneelin jännitteeseen pudottaen sen alaspäin aiheuttaen karkaamistilanteen, tämä voi vakavasti haitata optimointiprosessia

Seuraavassa kaaviossa esitetty virranohjausominaisuus hoitaa tämän ongelman ja estää akkua vetämästä liikaa virtaa määritettyjen rajojen yli. Tämä puolestaan ​​auttaa pitämään paneelin jännitteen muuttumattomana.

RX, joka on virtaa rajoittava vastus, voidaan laskea seuraavan kaavan avulla:

RX = 0,6 / I, missä I on liitetyn akun määritetty vähimmäislatausvirta

Raaka, mutta yksinkertaisempi versio yllä selitetystä mallista voidaan rakentaa herra Dhyaksan ehdottamalla käyttäen IC555: n pin2- ja pin6-kynnystunnistusta, koko kaavio voidaan nähdä alla:

Ei optimointia ilman Buck-muunninta

Edellä selitetty suunnittelu toimii PWM-peruskäsitteellä, joka säätää 555-pohjaisen piirin PWM: n automaattisesti vastauksena muuttuvaan auringon intensiteettiin.

Vaikka tämän piirin lähtö tuottaa itsesäätyvän vasteen vakion keskimääräisen jännitteen ylläpitämiseksi lähdössä, huippujännitettä ei koskaan säädetä, mikä tekee siitä huomattavan vaarallisen litiumioni- tai Lipo-tyyppisten akkujen lataamiselle.

Lisäksi yllä olevaa virtapiiriä ei ole varustettu muuntamaan paneelista tuleva ylijännite suhteelliseksi virraksi kytkettyä alemman jännitteen nimelliskuormaa varten.

Buck Converterin lisääminen

Yritin korjata tämän ehdon lisäämällä buck-muunnosvaiheen yllä olevaan suunnitteluun, ja voisin tuottaa optimoinnin, joka näytti hyvin samanlaiselta kuin MPPT-piiri.

Vaikka tälläkin parannetulla piirillä, en voinut olla täysin vakuuttunut siitä, pystyykö piiri todella tuottamaan vakiojännitteen, kun huipputaso oli leikattu alaspäin ja tehostettu virta vasteena erilaisille auringon intensiteettitasoille.

Jotta voisin olla täysin varma konseptista ja poistaa kaikki hämmennykset, jouduin käymään läpi kattavan tutkimuksen, joka koski buck-muuntimia ja tulo- / lähtöjännitteiden, virran ja PWM-suhteiden (työjakso) välistä suhdetta, joka inspiroi minun luoda seuraavat aiheeseen liittyvät artikkelit:

Kuinka Buck-muuntimet toimivat

Jännitteen, virran laskeminen Buck-induktorissa

Edellä olevista kahdesta artikkelista saadut loppukaavat auttoivat selvittämään kaikki epäilyt ja lopulta voisin olla täysin varma aiemmin ehdotetusta aurinkooptimointipiiristäni buck-muunninpiirin avulla.

Analysoidaan suunnittelun PWM-käyttöjakson tilaa

Peruskaava, joka teki asioista selvästi selvät, voidaan nähdä alla:

Vout = DVin

Tässä V (sisään) on paneelista tuleva tulojännite, Vout on haluttu lähtöjännite buck-muuntimesta ja D on käyttöjakso.

Yhtälöstä käy ilmi, että Vout voidaan yksinkertaisesti räätälöidä 'joko' säätämällä buck-muuntimen tai Vin .... tai toisin sanoen Vin- ja työjaksoparametrit ovat suoraan verrannollisia ja vaikuttavat toisiinsa arvot lineaarisesti.

Itse asiassa termit ovat erittäin lineaarisia, mikä tekee aurinkooptimointipiirin mitoituksen paljon helpommaksi käyttämällä buck-muunninpiiriä.

Se tarkoittaa, että kun Vin on paljon korkeampi (@ huippu auringonpaiste) kuin kuormitusominaisuudet, IC 555 -prosessori voi tehdä PWM: stä suhteellisesti kapeamman (tai laajemman P-laitteelle) ja vaikuttaa Voutin pysymiseen halutulla tasolla ja päinvastoin kun aurinko vähenee, prosessori voi laajentaa (tai kaventaa P-laitetta varten) PWM: itä uudelleen varmistaakseen, että lähtöjännite pidetään määritetyllä vakiotasolla.

PWM-toteutuksen arviointi käytännön esimerkin avulla

Voimme todistaa edellä mainitun kaavan ratkaisemalla:

Oletetaan, että paneelin huippujännite V (in) on 24V

ja PWM: n tulee olla 0,5 sekunnin PÄÄLLE-aika ja 0,5 sekunnin sammutusaika

Toimintajakso = Transistorin päällekytkentäaika / pulssin PÄÄLLE + POIS-aika = T (päällä) / 0,5 + 0,5 sekuntia

Toimintasuhde = T (päällä) / 1

Siksi korvaamalla yllä oleva kaava saatiin,

V (lähtö) = V (sisään) x T (päällä)

14 = 24 x T (päällä)

missä 14 on oletettu vaadittu lähtöjännite,

siksi,

T (päällä) = 14/24 = 0,58 sekuntia

Tämä antaa meille transistorin ON-ajan, joka on asetettava piirille auringonpaisteen aikana tarvittavan 14 V: n tuottamiseksi lähdössä.

Kuinka se toimii

Kun yllä oleva on asetettu, loput voidaan jättää IC 555: lle prosessoimaan odotetut itsesäätyvät T (päällä) -jaksot vasteena vähenevälle auringonpaisteelle.

Nyt kun auringonpaiste vähenee, piiri nostaisi (tai lyhentäisi P-laitetta) suhteellisesti yllä olevaa ON-aikaa lineaarisesti vakion 14 V: n varmistamiseksi, kunnes paneelin jännite todella putoaa 14 V: iin, kun piiri voisi juuri lopettaa menettelyt.

Nykyisen (amp) parametrin voidaan myös olettaa olevan itsesäätyvä, joka yrittää aina saavuttaa (VxI) tuotevakion koko optimointiprosessin ajan. Tämä johtuu siitä, että buck-muuntimen on aina tarkoitus muuntaa suurjännitetulo suhteellisesti kasvaneeksi virtatasoksi lähdössä.

Silti, jos olet kiinnostunut tulosten täydellisestä vahvistamisesta, voit katsoa seuraavat artikkelit asiaankuuluvista kaavoista:

Jännitteen, virran laskeminen Buck-induktorissa

Katsotaan nyt, kuinka minun suunnittelema viimeinen piiri näyttää seuraavista tiedoista:

Kuten yllä olevasta kaaviosta näet, peruskaavio on identtinen aikaisemman itsestään optimoivan aurinkolaturipiirin kanssa, lukuun ottamatta IC4: n sisällyttämistä, joka on määritetty jännitteen seuraajaksi ja korvataan BC547-emitterin seuraajavaiheen sijaan. Tämä tehdään paremman vastauksen saamiseksi paneelista tulevalle IC2-nastan nro 5 ohjausnastalle.

Yhteenveto aurinkooptimointityökalun perustoiminnoista

Toimintaa voidaan tarkistaa kuten kohdassa: IC1 tuottaa neliöaaltotaajuuden noin 10 kHz: llä, joka voidaan nostaa 20 kHz: iin muuttamalla C1: n arvoa.

Tämä taajuus syötetään IC2: n napaan 2, jotta voidaan tuottaa nopeasti vaihtuvia kolmioaaltoja tapissa # 7 T1 / C3: n avulla.

Paneelin jännite säädetään sopivasti P2: lla ja syötetään IC4-jännitteen seuraajavaiheeseen IC2: n tapin # 5 syöttämiseksi.

Tätä potentiaalia paneelin IC2: n tapissa # 5 verrataan tapin # 7 nopeilla kolmion aalloilla vastaavasti mitoitetun PWM-datan luomiseksi IC2: n tapissa # 3.

Huipulla auringonpaiste P2 säädetään asianmukaisesti siten, että IC2 tuottaa mahdollisimman laajan PWM: n ja kun auringon paisto alkaa heikentyä, PWM: t kapenevat suhteellisesti.

Yllä oleva vaikutus syötetään PNP BJT: n pohjaan vasteen kääntämiseksi liitteenä olevan muunnosvaiheen poikki.

Tarkoittaa, että huipulla auringonpaisteessa laajemmat PWM: t pakottavat PNP-laitteen toimimaan niukasti {lyhennetty T (päällä) aikajakso}, mikä saa kapeammat aaltomuodot saavuttamaan buck-induktorin ... mutta koska paneelin jännite on korkea, tulojännitetaso {V (in)}, joka saavuttaa buck-induktorin, on yhtä suuri kuin paneelin jännitetaso.

Täten tässä tilanteessa buck-muunnin oikein lasketun T (on) ja V (in) avulla pystyy tuottamaan kuormalle oikean tarvittavan lähtöjännitteen, joka voi olla paljon pienempi kuin paneelin jännite, mutta suhteellisesti korotettu virtataso.

Nyt kun aurinko paistaa, PWM: t myös kapenevat, jolloin PNP T (päällä) kasvaa suhteellisesti, mikä puolestaan ​​auttaa buck-induktoria kompensoimaan vähenevää auringonpaistetta nostamalla lähtöjännitettä suhteellisesti ... virta (amp ) -kerroin pienenee nyt suhteessa toimenpiteen aikana varmistaen, että lähtömuunnin ylläpitää täydellisesti tuotoksen johdonmukaisuutta.

T2 yhdessä siihen liittyvien komponenttien kanssa muodostaa virranrajoitustason tai virhevahvistusvaiheen. Se varmistaa, että lähtökuormalla ei saa koskaan kuluttaa mitään mitoitettua mallia korkeammalle, joten järjestelmää ei koskaan hätää eikä aurinkopaneelin suorituskykyä saa koskaan ohjata korkean hyötysuhteen alueelta.

C5 on esitetty 100uF-kondensaattorina, mutta paremman lopputuloksen vuoksi tämä voidaan nostaa arvoon 2200uF, koska korkeammat arvot takaavat paremman aaltoiluvirran hallinnan ja tasaisemman jännitteen kuormitukselle.

P1 on tarkoitettu säätämään / korjaamaan opamp-ulostulon siirtymäjännitettä siten, että tappi # 5 pystyy vastaanottamaan täydellisen nollavolttia aurinkopaneelin jännitteen puuttuessa tai kun aurinkopaneelin jännite on alle kuormitusjännitespesifikaation.

L1-eritelmä voidaan määrittää suunnilleen seuraavassa artikkelissa annettujen tietojen avulla:

Kuinka lasketaan induktorit SMPS-piireissä

Solar Optimizer käyttäen Op-vahvistimia

Toinen hyvin yksinkertainen mutta tehokas aurinkooptimointipiiri voidaan tehdä käyttämällä LM338 IC: tä ja muutamia opampeita.

Ymmärretään ehdotettu piiri (aurinkooptimoija) seuraavien kohtien avulla: Kuvassa on LM338-jännitteen säätöpiiri, jolla on virranohjausominaisuus myös transistorin BC547 muodossa, joka on kytketty IC: n säätö- ja maadoitustapin poikki.

Opampit, joita käytetään vertailijoina

Kaksi opampia on määritetty vertailijoiksi. Itse asiassa monia tällaisia ​​vaiheita voidaan sisällyttää vaikutusten tehostamiseen.

Esillä olevassa mallissa A1: n nastan 3 esiasetus on säädetty siten, että A1: n ulostulo nousee korkeaksi, kun auringon paistointensiteetti paneelin yli on noin 20% pienempi kuin huippuarvo.

Vastaavasti A2-porras säädetään siten, että sen teho nousee korkeaksi, kun auringonpaiste on noin 50% pienempi kuin huippuarvo.

Kun A1-ulostulo nousee korkealle, RL # 1 laukaisee R2: n liittämisen piirin kanssa katkaisemalla R1: n.

Aluksi auringonpaisteen huippuajankohtana R1, jonka arvo on valittu paljon pienemmäksi, sallii maksimivirran saavuttaa akun.

Piirikaavio

Kun auringonpaiste laskee, myös paneelin jännite laskee, ja nyt meillä ei ole varaa vetää raskasta virtaa paneelista, koska se alentaisi jännitteen alle 12 V: n, mikä saattaisi kokonaan pysäyttää latausprosessin.

Releen vaihto nykyistä optimointia varten

Siksi, kuten edellä selitettiin, A1 tulee toimintaan ja irrottaa R1: n ja yhdistää R2: n. R2 valitaan suuremmalla arvolla ja se sallii vain rajoitetun määrän virtaa akkuun siten, että aurinkojännite ei kaadu alle 15 äänen, taso, jota vaaditaan välttämättä LM338: n tulossa.

Kun auringonpaiste laskee toisen asetetun kynnyksen alle, A2 aktivoi RL # 2: n, joka puolestaan ​​kytkee R3: n tehden akun virran vielä pienemmäksi varmistaen, että LM338: n tulon jännite ei koskaan laske alle 15 V: n, mutta latausnopeus on akku pidetään aina lähimpään optimaaliseen tasoon.

Jos opamp-portaita lisätään useammalla releillä ja myöhemmillä virranhallintatoiminnoilla, yksikkö voidaan optimoida entistä tehokkaammin.

Yllä oleva toimenpide lataa akkua nopeasti suurella virralla ruuhkaisten auringonpaisteiden aikana ja laskee virtaa, kun auringon voimakkuus paneelin yli laskee, ja toimittaa akulle vastaavasti oikean nimellisvirran siten, että se latautuu täyteen päivän lopussa.

Mitä tapahtuu paristolla, jota ei voi tyhjentää?

Oletetaan, että jos akkua ei ole purettu optimaalisesti yllä olevan prosessin suorittamiseksi seuraavana aamuna, tilanne voi olla kohtalokas akulle, koska alkuvaiheen suurella virralla voi olla negatiivisia vaikutuksia akkuun, koska se ei ole vielä purkautunut määritettyyn luokitukset.

Yllä olevan ongelman tarkistamiseksi otetaan käyttöön pari muuta opampia, A3, A4, jotka seuraavat akun jännitetasoa ja aloittavat samat toiminnot kuin A1, A2, jotta akun virta optimoidaan suhteessa akun mukana oleva jännite tai lataustaso kyseisenä ajanjaksona.