اردوينو - شاحن الطاقة الشمسية PV MPPT: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

هناك العديد من أجهزة التحكم بالشحن المتوفرة في السوق. أجهزة التحكم في الشحن العادية الرخيصة ليست فعالة في استخدام الطاقة القصوى من الألواح الشمسية. تلك التي تتسم بالكفاءة مكلفة للغاية.

لذلك قررت أن أجعل جهاز التحكم في الشحن الخاص بي فعالاً وذكيًا بما يكفي لفهم احتياجات البطارية والظروف الشمسية. يتخذ الإجراءات المناسبة لسحب أقصى قدر من الطاقة المتاحة من الطاقة الشمسية ووضعها داخل البطارية بكفاءة عالية.

إذا كنت تحب جهدي ، فيرجى التصويت على هذه الإرشادات.

الخطوة 1: ما هو MPPT ولماذا نحتاج إليه؟

تعتبر الألواح الشمسية الخاصة بنا غبية وليست ذكية لفهم ظروف البطارية. لنفترض أن لدينا لوحة شمسية بقوة 12 فولت / 100 واط وستعطي ناتجًا بين 18 فولت - 21 فولت يعتمد على المصنِّعين ، ولكن البطاريات مصنفة للجهد الاسمي 12 فولت ، وفي ظروف الشحن الكامل ستكون 13.6 فولت وستكون 11.0 فولت بالكامل إبراء الذمة. لنفترض الآن شحن بطارياتنا بجهد 13 فولت ، وتعطي الألواح 18 فولت و 5.5 أمبير بكفاءة تشغيل 100٪ (لا يمكن الحصول عليها بنسبة 100٪ ولكن لنفترض). تحتوي وحدات التحكم العادية على منظم جهد PWM ckt الذي يخفض الجهد إلى 13.6 ، ولكن لا يوجد ربح في التيار. إنه يوفر الحماية فقط ضد الشحن الزائد وتسرب التيار إلى الألواح أثناء الليل.

لذلك لدينا 13.6 فولت * 5.5 أمبير = 74.8 واط.

نفقد حوالي 25 واط.

لمواجهة هذه المشكلة لقد استخدمت محول باك smps. هذه الأنواع من المحولات لها كفاءة أعلى من 90٪.

المشكلة الثانية التي لدينا هي الإخراج غير الخطي للألواح الشمسية. يجب تشغيلها بجهد معين للحصول على أقصى قدر من الطاقة المتاحة. إنتاجهم يختلف خلال اليوم.

لحل هذه المشكلة ، يتم استخدام خوارزميات MPPT. MPPT (Maximum Power Point Tracking) حيث يشير الاسم إلى أن هذه الخوارزمية تتعقب الحد الأقصى من الطاقة المتاحة من اللوحات وتغير معلمات الإخراج للحفاظ على الحالة.

لذلك باستخدام MPPT ، ستنتج لوحاتنا أقصى قدر من الطاقة المتاحة ، وسوف يقوم محول باك بوضع هذه الشحنة بكفاءة في البطاريات.

الخطوة 2: كيف يعمل MPPT؟

لن أناقش هذا بالتفصيل. لذلك إذا كنت تريد أن تفهم أنه ألق نظرة على هذا الارتباط - ما هو MPPT؟

في هذا المشروع ، قمت بتتبع خصائص المدخلات V-I والمخرج V-I أيضًا. بضرب المدخلات V-I والإخراج V-I ، يمكننا الحصول على القوة بالواط.

لنفترض أن لدينا 17 فولت ، 5 أمبير ، أي 17 × 5 = 85 واط في أي وقت من اليوم. في الوقت نفسه ، يكون ناتجنا 13 فولت ، 6 أمبير ، أي 13 × 6 = 78 وات.

الآن ستقوم MPPT بزيادة أو تقليل جهد الخرج من خلال مقارنة طاقة الإدخال / الإخراج السابقة.

إذا كانت طاقة الإدخال السابقة عالية وكان جهد الخرج أقل من الحالي ، فسيتم خفض جهد الخرج مرة أخرى للعودة إلى الطاقة العالية ، وإذا كان جهد الخرج مرتفعًا ، فسيتم زيادة الجهد الحالي إلى المستوى السابق. وبالتالي فإنه يستمر في التأرجح حول نقطة الطاقة القصوى. يتم تقليل هذه التذبذبات بواسطة خوارزميات MPPT الفعالة.

الخطوة 3: تنفيذ MPPT على Arduino

هذا هو عقل هذا الشاحن. يوجد أدناه كود Arduino لتنظيم الإخراج وتنفيذ MPPT في كتلة كود واحدة.

// Iout = تيار الإخراج

// Vout = جهد الخرج

// فين = جهد الدخل

// Pin = طاقة الإدخال ، Pin_previous = طاقة الإدخال الأخيرة

// Vout_last = جهد الخرج الأخير ، Vout_sense = جهد الخرج الحالي

تنظيم باطل (تعويم Iout ، تعويم Vin ، تعويم Vout) {if ((Vout> Vout_max) || (Iout> Iout_max) || ((Pin> Pin_previous && Vout_sense <Vout_last)))

{

إذا (Duty_cycle> 0)

{

دورة العمل - = 1 ؛

}

analogWrite (buck_pin ، duty_cycle) ؛

}

وإلا إذا ((VoutVout_last) || (بي

{

إذا (دورة_واجب> 240)

{واجب_دورة + = 1 ؛

}

analogWrite (buck_pin ، duty_cycle) ؛

}

Pin_previous = تثبيت ؛

Vin_last = فين ؛

Vout_last = Vout ؛

}

الخطوة 4: محول باك

لقد استخدمت mosfet N-channel لعمل محول باك. عادةً ما يختار الأشخاص P-channel mosfet للتبديل الجانبي العالي وإذا اختاروا mosfet N-channel للغرض نفسه ، فسيكون مطلوبًا برنامج تشغيل IC أو ربط التمهيد ckt.

لكنني قمت بتعديل محول باك ckt للحصول على تبديل جانبي منخفض باستخدام N-channel mosfet. أنا ، م باستخدام قناة N لأن هذه منخفضة التكلفة ، ومعدلات طاقة عالية وتبديد أقل للطاقة. يستخدم هذا المشروع mosfet مستوى منطق IRFz44n ، لذلك يمكن تشغيله مباشرة بواسطة دبوس اردوينو PWM.

بالنسبة لتيار الحمل العالي ، يجب على المرء استخدام ترانزستور لتطبيق 10 فولت عند البوابة للحصول على mosfet إلى التشبع تمامًا وتقليل تبديد الطاقة ، لقد فعلت نفس الشيء أيضًا.

كما ترون في ckt أعلاه ، لقد وضعت جهد mosfet on -ve ، وبالتالي استخدم + 12v من اللوحة كأرضي. هذا التكوين يسمح لي باستخدام موسفيت N- قناة لمحول باك مع الحد الأدنى من المكونات.

ولكن لها أيضًا بعض العيوب. نظرًا لأن لديك كلا الجانبين - الجهد منفصلان ، لم يعد لديك أرضية مرجعية مشتركة بعد الآن. لذا فإن قياس الفولتية أمر صعب للغاية.

لقد قمت بتوصيل Arduino في محطات إدخال الطاقة الشمسية وباستخدام خطه الخامس كأرضي لاردوينو. يمكننا بسهولة قياس جهد الدخل في هذه المرحلة باستخدام مقسم الجهد ckt وفقًا لمتطلباتنا. ولكن لا يمكن قياس جهد الخرج بهذه السهولة حيث ليس لدينا أرضية مشتركة.

الآن للقيام بذلك هناك خدعة. بدلاً من قياس مكثف الجهد الناتج عن الجهد ، قمت بقياس الجهد بين خطين. باستخدام Solar -ve كأرضي لاردوينو والمخرج -ve كإشارة / جهد يتم قياسه. يجب استبدال القيمة التي حصلت عليها من هذا القياس من قياس جهد الدخل وستحصل على جهد الخرج الحقيقي عبر مكثف الخرج.

Vout_sense_temp = Vout_sense_temp * 0.92 + تعويم (raw_vout) * volt_factor * 0.08 ؛ // قياس volatge عبر gnd الإدخال والإخراج gnd.

Vout_sense = Vin_sense-Vout_sense_temp-diode_volt ؛ // تغيير فرق الجهد بين سببين إلى جهد الخرج..

بالنسبة للقياسات الحالية ، استخدمت وحدات استشعار التيار ACS-712. لقد تم تشغيلها بواسطة اردوينو ومتصلة بمدخلات gnd.

تم تعديل المؤقتات الداخلية للحصول على 62.5 كيلوهرتز PWM عند الطرف D6. الذي يستخدم لقيادة mosfet. ستكون هناك حاجة إلى صمام ثنائي مانع للتسرب لتوفير التسرب العكسي وحماية القطبية العكسية باستخدام الصمام الثنائي شوتكي للتصنيف الحالي المطلوب لهذا الغرض. تعتمد قيمة المحرِّض على متطلبات التردد والإخراج الحالية. يمكنك استخدام حاسبات محول باك المتاحة عبر الإنترنت أو استخدام تحميل 100uH 5A-10A. لا تتجاوز أبدًا الحد الأقصى لتيار الإخراج للمحث بنسبة 80٪ -90٪.

الخطوة 5: اللمسة النهائية -

يمكنك أيضًا إضافة ميزات إضافية إلى الشاحن الخاص بك. مثل خاصتي ، تحتوي شاشة LCD أيضًا على المعلمات ومفاتيح 2 لأخذ مدخلات من المستخدم.

سوف أقوم بتحديث الكود النهائي وإكمال مخطط ckt قريبًا جدًا.

الخطوة 6: التحديث: - مخطط الدائرة الفعلي ، قائمة المواد والرمز

تحديث:-

لقد قمت بتحميل الكود ، بوم والدائرة. إنه مختلف قليلاً عن لي ، لأنه من الأسهل صنع هذا.