Sirkuit MPPT Surya Buatan Sendiri - Pelacak Titik Daya Maksimum Orang Miskin

MPPT adalah singkatan dari maximum power point tracker, yang merupakan sistem elektronik yang dirancang untuk mengoptimalkan keluaran daya yang bervariasi dari modul panel surya sehingga baterai yang terhubung memanfaatkan daya maksimum yang tersedia dari panel surya.

pengantar

CATATAN: Sirkuit MPPT yang dibahas dalam posting ini tidak menggunakan metode kontrol konvensional seperti 'Perturb and observ', 'Incremental conductance,' Current sweep ',' Constant voltage '...... dll dll ... Di sini kita berkonsentrasi dan mencoba menerapkan beberapa hal dasar:

1. Untuk memastikan bahwa input 'watt' dari panel surya selalu sama dengan output 'watt' yang mencapai beban.
2. 'Tegangan lutut' tidak pernah terganggu oleh beban dan zona MPPT panel dipertahankan secara efisien.

Apa Tegangan Lutut dan Arus dari Panel:

Sederhananya, tegangan lutut adalah 'tegangan sirkuit terbuka' tingkat panel, sedangkan arus lutut adalah 'arus hubung singkat' mengukur panel pada saat tertentu.

Jika kedua hal di atas dipertahankan sejauh mungkin, beban dapat diasumsikan mendapatkan daya MPPT selama operasinya.

Sebelum kita Mendalami Desain yang Diusulkan, mari kita kenali dulu beberapa fakta dasar terkait pengisian baterai surya

Kita tahu bahwa keluaran dari panel surya berbanding lurus dengan tingkat kejadian sinar matahari, dan juga suhu lingkungan. Ketika sinar matahari tegak lurus dengan panel surya, itu menghasilkan jumlah tegangan maksimum, dan memburuk saat sudut bergeser dari 90 derajat Suhu atmosfer di sekitar panel juga mempengaruhi efisiensi panel, yang turun seiring dengan kenaikan suhu .

Oleh karena itu kita dapat menyimpulkan bahwa ketika sinar matahari mendekati 90 derajat di atas panel dan ketika suhu sekitar 30 derajat, efisiensi panel mendekati maksimum, laju menurun karena dua parameter di atas menjauh dari nilai pengenalnya.

Tegangan diatas umumnya digunakan untuk pengisian baterai, a baterai asam timbal , yang selanjutnya digunakan untuk mengoperasikan inverter. Namun seperti itu panel surya memiliki kriteria pengoperasiannya sendiri , baterainya juga tidak kalah dan menawarkan beberapa persyaratan ketat untuk mengisi daya secara optimal.

Syaratnya, baterai harus diisi dengan arus yang relatif lebih tinggi pada awalnya yang harus diturunkan secara bertahap hingga hampir nol ketika baterai mencapai tegangan 15% lebih tinggi dari nilai normalnya.

Dengan asumsi baterai 12V yang kosong sepenuhnya, dengan voltase sekitar 11,5V, dapat diisi sekitar C / 2 rate pada awalnya (C = AH baterai), ini akan mulai mengisi baterai dengan relatif cepat dan akan menarik voltase menjadi mungkin sekitar 13V dalam beberapa jam.

Pada titik ini arus harus dikurangi secara otomatis untuk mengatakan tingkat C / 5, ini sekali lagi akan membantu menjaga kecepatan pengisian cepat tanpa merusak baterai dan menaikkan voltase menjadi sekitar 13,5V dalam 1 jam berikutnya.

Mengikuti langkah-langkah di atas, sekarang arus dapat dikurangi lebih lanjut ke tingkat C / 10 yang memastikan tingkat pengisian dan kecepatan tidak melambat.

Akhirnya ketika voltase baterai mencapai sekitar 14,3V, proses tersebut dapat dikurangi ke tingkat C / 50 yang hampir menghentikan proses pengisian namun membatasi muatan agar tidak jatuh ke level yang lebih rendah.

Seluruh proses mengisi baterai yang sangat kosong dalam kurun waktu 6 jam tanpa mempengaruhi masa pakai baterai.

MPPT digunakan dengan tepat untuk memastikan bahwa prosedur di atas diekstraksi secara optimal dari panel surya tertentu.

Panel surya mungkin tidak dapat menghasilkan keluaran arus tinggi tetapi pasti dapat memberikan tegangan yang lebih tinggi.

Triknya adalah mengubah level tegangan yang lebih tinggi ke level arus yang lebih tinggi melalui pengoptimalan yang tepat dari keluaran panel surya.

Sekarang karena konversi tegangan yang lebih tinggi ke arus yang lebih tinggi dan sebaliknya hanya dapat diimplementasikan melalui konverter buck boost, metode inovatif (meskipun sedikit besar) akan menggunakan rangkaian induktor variabel di mana induktor akan memiliki banyak keran yang dapat dialihkan, ini keran dapat dialihkan oleh rangkaian sakelar sebagai respons terhadap sinar matahari yang bervariasi sehingga keluaran ke beban selalu tetap konstan terlepas dari sinar matahari.

Konsep tersebut dapat dipahami dengan mengacu pada diagram berikut:

Diagram Sirkuit

Menggunakan LM3915 sebagai IC Prosesor Utama

Prosesor utama pada diagram di atas adalah IC LM3915 yang mengalihkan pinout keluarannya secara berurutan dari atas ke bawah sebagai respons terhadap cahaya matahari yang semakin berkurang

Output ini dapat dilihat dikonfigurasikan dengan transistor daya switching yang pada gilirannya terhubung dengan berbagai keran dari kumparan induktor panjang tunggal ferit.

Ujung paling bawah dari induktor dapat dilihat terpasang dengan transistor daya NPN yang diaktifkan pada frekuensi sekitar 100kHz dari rangkaian osilator yang dikonfigurasi secara eksternal.

Transistor daya terhubung dengan output dari sakelar IC sebagai respons terhadap output IC pengurutan, menghubungkan keran induktor yang sesuai dengan tegangan panel dan frekuensi 100kHz.

Belitan induktor ini dihitung dengan tepat sehingga berbagai kerannya menjadi kompatibel dengan tegangan panel karena ini diaktifkan oleh tahapan driver keluaran IC.

Dengan demikian, proses memastikan bahwa sementara intensitas matahari dan tegangan turun, itu terhubung dengan tepat dengan keran induktor yang relevan yang mempertahankan tegangan hampir konstan di semua keran yang diberikan, sesuai peringkat yang dihitung.

Mari kita pahami fungsinya dengan bantuan skenario berikut:

Misalkan kumparan dipilih agar kompatibel dengan panel surya 30V, oleh karena itu pada puncak sinar matahari mari kita asumsikan bahwa transistor daya paling atas dinyalakan oleh IC yang membuat seluruh kumparan berosilasi, ini memungkinkan seluruh 30V tersedia di seluruh ujung koil yang ekstrim.

Sekarang misalkan sinar matahari turun 3V dan mengurangi outputnya menjadi 27V, ini dengan cepat dirasakan oleh IC sehingga transistor pertama dari atas sekarang OFF dan transistor kedua dalam urutan ON.

Tindakan di atas memilih tap kedua (tap 27V) dari induktor dari atas mengeksekusi tap induktor yang sesuai dengan respons tegangan memastikan bahwa kumparan berosilasi secara optimal dengan tegangan yang berkurang ... demikian pula, sekarang karena tegangan sinar matahari turun lebih jauh dari masing-masing transistor 'berjabat tangan' dengan keran induktor yang relevan memastikan pencocokan sempurna dan peralihan induktor yang efisien, sesuai dengan voltase matahari yang tersedia.

Karena respons yang cocok di atas antara panel surya dan induktor switching buck / boost ... tegangan keran di atas titik yang relevan dapat diasumsikan untuk mempertahankan tegangan konstan sepanjang hari terlepas dari situasi sinar matahari ....

Misalnya jika induktor dirancang untuk menghasilkan 30V pada keran paling atas diikuti oleh 27V, 24V, 21V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 3V, 0V di keran berikutnya, maka semua tegangan ini dapat diasumsikan menjadi konstan di atas keran ini terlepas dari tingkat sinar matahari.

Juga harap diingat bahwa tegangan ini dapat diubah sesuai spesifikasi pengguna untuk mencapai tegangan yang lebih tinggi atau lebih rendah daripada tegangan panel.

Sirkuit di atas juga dapat dikonfigurasi dalam topoogi flyback seperti gambar di bawah ini:

Dalam kedua konfigurasi di atas, output seharusnya tetap konstan dan stabil dalam hal voltase dan watt terlepas dari output matahari.

Menggunakan Metode Pelacakan I / V.

Konsep rangkaian berikut memastikan bahwa level MPPT panel tidak pernah terganggu secara drastis oleh beban.

Sirkuit ini melacak tingkat 'lutut' MPPT dari panel dan memastikan bahwa beban tidak diperbolehkan untuk mengkonsumsi apa pun lagi yang dapat menyebabkan penurunan tingkat lutut panel ini.

Mari pelajari bagaimana hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan rangkaian pelacakan I / V opamp tunggal sederhana.

Harap dicatat bahwa desain tanpa konverter uang tidak akan pernah dapat mengoptimalkan kelebihan tegangan menjadi arus yang setara untuk beban, dan mungkin gagal dalam hal ini, yang dianggap sebagai fitur penting dari desain MPPT apa pun.

Perangkat jenis MPPT yang sangat sederhana namun efektif dapat dibuat dengan menggunakan IC LM338 dan opamps.

Dalam konsep yang saya rancang, op amp dikonfigurasikan sedemikian rupa sehingga terus merekam data MPP sesaat dari panel dan membandingkannya dengan konsumsi beban sesaat. Jika menemukan konsumsi beban melebihi data yang disimpan ini, itu memotong beban ...

Tahap IC 741 adalah bagian pelacak surya dan membentuk inti dari keseluruhan desain.

Tegangan panel surya diumpankan ke pin2 pembalik dari IC, sementara yang sama diterapkan ke pin3 non-pembalik dengan penurunan sekitar 2 V menggunakan tiga dioda 1N4148 secara seri.

Situasi di atas secara konsisten membuat pin3 IC lebih rendah dari pin2 memastikan tegangan nol di pin6 output IC.

Namun jika terjadi kelebihan beban yang tidak efisien, seperti baterai yang tidak sesuai atau baterai arus tinggi, tegangan panel surya cenderung tertarik turun oleh beban. Ketika ini terjadi, tegangan pin2 juga mulai turun, namun karena adanya kapasitor 10uF pada pin3, potensinya tetap solid dan tidak merespons penurunan di atas.

Situasi ini secara instan memaksa pin3 untuk naik lebih tinggi dari pin2, yang pada gilirannya mengubah pin6 tinggi, mengaktifkan BJT BC547.

BC547 sekarang segera menonaktifkan LM338 memotong tegangan ke baterai, siklus terus beralih dengan cepat tergantung pada kecepatan IC.

Operasi di atas memastikan bahwa tegangan panel surya tidak pernah turun atau ditarik ke bawah oleh beban, dengan mempertahankan kondisi seperti MPPT.

Karena IC linier LM338 digunakan, rangkaian mungkin lagi sedikit tidak efisien .... solusinya adalah mengganti tahap LM338 dengan konverter uang ... yang akan membuat desain sangat fleksibel dan sebanding dengan MPPT sejati.

Di bawah ini ditunjukkan rangkaian MPPT menggunakan topologi konverter uang, sekarang desainnya sangat masuk akal dan terlihat lebih dekat dengan MPPT yang sebenarnya

Sirkuit MPPT 48V

Rangkaian MPPT sederhana di atas juga dapat dimodifikasi untuk menerapkan pengisian baterai tegangan tinggi, seperti rangkaian pengisi daya MPPT baterai 48V berikut.

Semua ide dikembangkan secara eksklusif oleh saya.