Circuit solaire MPPT fait maison - Tracker de point de puissance maximal de l'homme pauvre

MPPT signifie traqueur de point de puissance maximum, qui est un système électronique conçu pour optimiser la puissance de sortie variable d'un module de panneau solaire de sorte que la batterie connectée exploite la puissance maximale disponible du panneau solaire.

introduction

REMARQUE: Les circuits MPPT discutés dans cet article n'emploient pas les méthodes de contrôle conventionnelles telles que `` Perturb and observe '', `` Conductance incrémentale '', `` Current sweep '', `` Constant voltage '' ... etc etc ... Plutôt ici, nous concentrez-vous et essayez de mettre en œuvre quelques éléments de base:

1. Pour s'assurer que la «puissance» d'entrée du panneau solaire est toujours égale à la «puissance» de sortie atteignant la charge.
2. La «tension de coude» n'est jamais perturbée par la charge et la zone MPPT du panneau est efficacement maintenue.

Quelle est la tension et le courant du genou d'un panneau:

En termes simples, la tension du genou est le 'tension en circuit ouvert' niveau du panneau, tandis que le courant de genou est le 'courant de court-circuit' mesure du panneau à un instant donné.

Si les deux ci-dessus sont maintenus dans la mesure du possible, on peut supposer que la charge reçoit la puissance MPPT tout au long de son fonctionnement.

Avant de plonger dans les conceptions proposées, familiarisons-nous d'abord avec certains des faits de base concernant chargement de la batterie solaire

Nous savons que la sortie d'un panneau solaire est directement proportionnelle au degré de la lumière solaire incidente, ainsi qu'à la température ambiante. Lorsque les rayons du soleil sont perpendiculaires au panneau solaire, cela génère la quantité maximale de tension et se détériore à mesure que l'angle s'éloigne de 90 degrés La température atmosphérique autour du panneau affecte également l'efficacité du panneau, qui diminue avec l'augmentation de la température .

Par conséquent, nous pouvons conclure que lorsque les rayons du soleil sont proches de 90 degrés sur le panneau et lorsque la température est d'environ 30 degrés, l'efficacité du panneau est vers le maximum, le taux diminue à mesure que les deux paramètres ci-dessus s'éloignent de leurs valeurs nominales.

La tension ci-dessus est généralement utilisée pour charger une batterie, un batterie au plomb , qui à son tour est utilisé pour faire fonctionner un onduleur. Cependant, tout comme le le panneau solaire a ses propres critères de fonctionnement , la batterie ne l'est pas moins et offre des conditions strictes pour une charge optimale.

Les conditions sont, la batterie doit être chargée initialement à un courant relativement plus élevé qui doit être progressivement diminué jusqu'à presque zéro lorsque la batterie atteint une tension 15% supérieure à sa valeur nominale normale.

En supposant qu'une batterie 12 V complètement déchargée, avec une tension d'environ 11,5 V, peut être chargée initialement à environ C / 2 (C = AH de la batterie), cela commencera à remplir la batterie relativement rapidement et tirera sa tension à peut-être environ 13V en quelques heures.

À ce stade, le courant doit être automatiquement réduit pour dire le taux C / 5, cela aidera à nouveau à maintenir le rythme de charge rapide sans endommager la batterie et à augmenter sa tension à environ 13,5 V dans l'heure qui suit.

En suivant les étapes ci-dessus, le courant peut maintenant être encore réduit à un taux C / 10, ce qui garantit que le taux de charge et le rythme ne ralentissent pas.

Enfin, lorsque la tension de la batterie atteint environ 14,3 V, le processus peut être réduit à un taux C / 50 qui arrête presque le processus de charge tout en limitant la charge de tomber à des niveaux inférieurs.

L'ensemble du processus charge une batterie profondément déchargée dans un délai de 6 heures sans affecter la durée de vie de la batterie.

Un MPPT est utilisé exactement pour garantir que la procédure ci-dessus est extraite de manière optimale d'un panneau solaire particulier.

Un panneau solaire peut être incapable de fournir des sorties à courant élevé, mais il est certainement capable de fournir des tensions plus élevées.

L'astuce serait de convertir les niveaux de tension les plus élevés en niveaux de courant plus élevés grâce à une optimisation appropriée de la sortie du panneau solaire.

Maintenant que les conversions d'une tension plus élevée en un courant plus élevé et vice versa ne peuvent être mises en œuvre que par des convertisseurs Buck Boost, une méthode innovante (bien qu'un peu encombrante) consisterait à utiliser un circuit à inductance variable dans lequel l'inductance aurait de nombreuses prises commutables, celles-ci les prises peuvent être basculées par un circuit de commutation en réponse à la lumière solaire variable de sorte que la sortie vers la charge reste toujours constante indépendamment de l'ensoleillement.

Le concept peut être compris en se référant au schéma suivant:

Schéma

Utilisation du LM3915 comme circuit intégré du processeur principal

Le processeur principal dans le diagramme ci-dessus est le IC LM3915 qui commute son brochage de sortie séquentiellement du haut vers le bas en réponse à la diminution de la lumière du soleil

Ces sorties peuvent être vues configurées avec des transistors de puissance à découpage qui sont à leur tour connectés aux différentes prises d'une seule bobine d'inductance longue en ferrite.

L'extrémité la plus basse de l'inducteur peut être vue attachée avec un transistor de puissance NPN qui est commuté à une fréquence d'environ 100 kHz à partir d'un circuit oscillateur configuré de manière externe.

Les transistors de puissance connectés aux sorties du commutateur IC en réponse aux sorties IC de séquençage, connectant les prises appropriées de l'inductance à la tension du panneau et à la fréquence de 100 kHz.

Ces spires d'inductance sont calculées de manière appropriée de sorte que ses différentes prises deviennent compatibles avec la tension du panneau lorsque celles-ci sont commutées par les étages de commande de sortie du circuit intégré.

Ainsi, la procédure garantit que, même si l'intensité du soleil et la tension chutent, elles sont correctement liées à la prise correspondante de l'inducteur en maintenant une tension presque constante à travers toutes les prises données, selon leurs estimations calculées.

Comprenons le fonctionnement à l'aide du scénario suivant:

Supposons que la bobine soit sélectionnée pour être compatible avec un panneau solaire 30V, par conséquent, en cas d'ensoleillement maximal, supposons que le transistor le plus haut de puissance soit allumé par le circuit intégré qui soumet toute la bobine à osciller, cela permet à l'ensemble 30V d'être disponible à travers le extrémités extrêmes de la bobine.

Supposons maintenant que la lumière du soleil baisse de 3V et réduit sa sortie à 27V, cela est rapidement détecté par le circuit intégré de sorte que le premier transistor du haut s'éteint maintenant et le deuxième transistor de la séquence s'allume.

L'action ci-dessus sélectionne la deuxième prise (prise 27V) de l'inductance du haut exécutant une prise d'inductance correspondante à la réponse de tension en s'assurant que la bobine oscille de manière optimale avec la tension réduite ... de même, maintenant que la tension de la lumière du soleil diminue davantage les transistors respectifs «serrer la main» avec les robinets d'inductance correspondants assurant une adaptation parfaite et une commutation efficace de l'inductance, correspondant aux tensions solaires disponibles.

En raison de la réponse correspondante ci-dessus entre le panneau solaire et l'inductance de commutation buck / boost ... les tensions de prise sur les points pertinents peuvent être supposées maintenir une tension constante toute la journée, quelle que soit la situation d'ensoleillement ...

Par exemple, supposons que si l'inducteur est conçu pour produire 30 V à la prise la plus haute suivie de 27 V, 24 V, 21 V, 18 V, 15 V, 12 V, 9 V, 6 V, 3 V, 0 V à travers les prises suivantes, alors toutes ces tensions pourraient être supposées être constante sur ces robinets quels que soient les niveaux d'ensoleillement.

N'oubliez pas que ces tensions peuvent être modifiées selon les spécifications de l'utilisateur pour obtenir des tensions supérieures ou inférieures à la tension du panneau.

Le circuit ci-dessus peut également être configuré dans la topologie flyback comme indiqué ci-dessous:

Dans les deux configurations ci-dessus, la sortie est censée rester constante et stable en termes de tension et de puissance quelle que soit la puissance solaire.

Utilisation de la méthode de suivi I / V

Le concept de circuit suivant garantit que le niveau MPPT du panneau n'est jamais perturbé de manière drastique par la charge.

Le circuit suit le niveau «genou» MPPT du panneau et s'assure que la charge n'est pas autorisée à consommer quoi que ce soit de plus qui pourrait provoquer une chute de ce niveau genou du panneau.

Apprenons comment cela peut être fait en utilisant un simple circuit de suivi I / V opamp unique.

Veuillez noter que les conceptions sans convertisseur abaisseur ne pourront jamais optimiser la surtension en un courant équivalent pour la charge, et pourraient échouer à cet égard, ce qui est considéré comme la caractéristique cruciale de toute conception MPPT.

Un dispositif de type MPPT très simple mais efficace peut être fabriqué en utilisant un CI LM338 et un amplificateur opérationnel.

Dans ce concept qui est conçu par moi, l'ampli opérationnel est configuré de telle manière qu'il continue d'enregistrer les données MPP instantanées du panneau et de les comparer à la consommation de charge instantanée. S'il trouve que la consommation de charge dépasse ces données stockées, il coupe la charge ...

L'étage IC 741 est la section de suivi solaire et forme le cœur de toute la conception.

La tension du panneau solaire est appliquée à la broche inverseuse2 du circuit intégré, tandis que la même chose est appliquée à la broche non inverseuse3 avec une chute d'environ 2 V à l'aide de trois diodes 1N4148 en série.

La situation ci-dessus maintient systématiquement la broche3 du circuit intégré à une nuance inférieure à la broche2, garantissant une tension nulle aux bornes de la broche de sortie 6 du circuit intégré.

Cependant, en cas de surcharge inefficace, telle qu'une batterie non adaptée ou une batterie à courant élevé, la tension du panneau solaire a tendance à être abaissée par la charge. Lorsque cela se produit, la tension de la broche2 commence également à chuter, mais en raison de la présence du condensateur 10uF à la broche3, son potentiel reste solide et ne répond pas à la chute ci-dessus.

La situation oblige instantanément la broche3 à passer au niveau haut par rapport à la broche2, qui à son tour fait basculer la broche6 au niveau haut, mettant le BJT BC547 en marche.

BC547 désactive maintenant immédiatement le LM338 coupant la tension de la batterie, le cycle continue de commuter à un rythme rapide en fonction de la vitesse nominale du circuit intégré.

Les opérations ci-dessus garantissent que la tension du panneau solaire ne baisse jamais ou ne soit jamais abaissée par la charge, maintenant une condition de type MPPT tout au long.

Puisqu'un IC linéaire LM338 est utilisé, le circuit pourrait encore être un peu inefficace ... le remède est de remplacer l'étage LM338 par un convertisseur abaisseur ... qui rendrait la conception extrêmement polyvalente et comparable à un vrai MPPT.

Ci-dessous, un circuit MPPT utilisant une topologie de convertisseur abaisseur, maintenant la conception a beaucoup de sens et ressemble beaucoup plus à un vrai MPPT

Circuit MPPT 48V

Les circuits MPPT simples ci-dessus peuvent également être modifiés pour mettre en œuvre une charge de batterie haute tension, comme le circuit de chargeur MPPT de batterie 48V suivant.

Les idées sont toutes développées exclusivement par moi.