Cara Membuat Rangkaian Pengoptimal Panel Surya

Rangkaian pengoptimal surya yang diusulkan dapat digunakan untuk mendapatkan keluaran semaksimal mungkin dalam hal arus dan tegangan dari panel surya, sebagai respons terhadap kondisi cahaya matahari yang bervariasi.

Beberapa rangkaian pengisi daya pengoptimal panel surya yang sederhana namun efektif dijelaskan dalam posting ini. Yang pertama dapat dibangun dengan menggunakan sepasang IC 555 dan beberapa komponen linier lainnya, optin kedua bahkan lebih sederhana dan menggunakan IC yang sangat biasa seperti LM338 dan IC op amp 741. Mari pelajari prosedurnya.

Tujuan Sirkuit

Seperti yang kita semua tahu, memperoleh efisiensi tertinggi dari segala bentuk catu daya menjadi layak jika prosedur tersebut tidak melibatkan shunting tegangan catu daya, yang berarti kita ingin memperoleh tingkat tegangan yang lebih rendah yang diperlukan, dan arus maksimum untuk beban yang dioperasikan tanpa mengganggu level tegangan sumber, dan tanpa menghasilkan panas.

Secara singkat, pengoptimal tenaga surya yang bersangkutan harus memungkinkan keluarannya dengan arus maksimum yang dibutuhkan, tingkat tegangan yang diperlukan lebih rendah namun memastikan tingkat tegangan di seluruh panel tetap tidak terpengaruh.

Salah satu metode yang dibahas di sini melibatkan teknik PWM yang mungkin dianggap salah satu metode yang optimal hingga saat ini.

Kita harus berterima kasih kepada si jenius kecil yang disebut IC 555 ini yang membuat semua konsep sulit terlihat begitu mudah.

Menggunakan IC 555 untuk Konversi PWM

Dalam konsep ini juga kami menggabungkan, dan sangat bergantung pada beberapa IC 555 untuk implementasi yang diperlukan.

Melihat diagram sirkuit yang diberikan, kita melihat bahwa seluruh desain pada dasarnya dibagi menjadi dua tahap.

Tahap pengatur tegangan atas dan tahap generator PWM bawah.

Tahap atas terdiri dari mosfet p-channel yang diposisikan sebagai sakelar dan merespons info PWM yang diterapkan di gerbangnya.

Tahap bawah adalah tahap generator PWM. Sepasang IC 555 dikonfigurasi untuk tindakan yang diusulkan.

Bagaimana Fungsi Sirkuit

IC1 bertanggung jawab untuk menghasilkan gelombang persegi yang dibutuhkan yang diproses oleh generator gelombang segitiga arus konstan yang terdiri dari T1 dan komponen terkait.

Gelombang segitiga ini diterapkan ke IC2 untuk diproses menjadi PWM yang diperlukan.

Namun jarak PWM dari IC2 tergantung pada level tegangan pada pin # 5, yang berasal dari jaringan resistif di seluruh panel melalui resistor 1K dan preset 10K.

Tegangan antara jaringan ini berbanding lurus dengan tegangan panel yang bervariasi.

Selama tegangan puncak, PWM menjadi lebih lebar dan sebaliknya.

PWM di atas diterapkan ke gerbang mosfet yang berjalan dan memberikan tegangan yang diperlukan ke baterai yang terhubung.

Seperti dibahas sebelumnya, selama puncak sinar matahari panel menghasilkan tingkat tegangan yang lebih tinggi, tegangan yang lebih tinggi berarti IC2 menghasilkan PWM yang lebih luas, yang pada gilirannya membuat mosfe dimatikan untuk periode yang lebih lama atau dinyalakan untuk periode yang relatif lebih pendek, sesuai dengan nilai tegangan rata-rata yang mungkin menjadi sekitar 14,4V melintasi terminal baterai.

Ketika sinar matahari memburuk, PWM mendapatkan jarak yang sempit secara proporsional memungkinkan mosfet untuk melakukan lebih sehingga arus dan tegangan rata-rata di baterai cenderung tetap pada nilai optimal.

Preset 10K harus disesuaikan untuk mendapatkan sekitar 14,4V melintasi terminal output di bawah sinar matahari yang cerah.

Hasilnya dapat dipantau dalam kondisi cahaya matahari yang berbeda.

Rangkaian pengoptimal panel surya yang diusulkan memastikan pengisian daya baterai yang stabil, tanpa mempengaruhi atau mengurangi tegangan panel yang juga menghasilkan panas yang lebih rendah.

Catatan: Panel soar yang terhubung harus dapat menghasilkan tegangan 50% lebih banyak daripada baterai yang terhubung pada puncak sinar matahari. Arus harus 1/5 dari rating AH baterai.

Cara Mengatur Sirkuit

1. Itu dapat dilakukan dengan cara berikut:
2. Awalnya biarkan S1 dimatikan.
3. Paparkan panel ke puncak sinar matahari, dan sesuaikan prasetel untuk mendapatkan voltase pengisian optimal yang dibutuhkan di seluruh keluaran dioda drain dioda dan arde.
4. Sirkuit sudah siap sekarang.
5. Setelah ini selesai, aktifkan S1, baterai akan mulai diisi dalam mode optimal terbaik yang memungkinkan.

Menambahkan Fitur Kontrol Saat Ini

Investigasi yang cermat dari rangkaian di atas menunjukkan bahwa ketika mosfet mencoba untuk mengkompensasi level tegangan panel yang jatuh, ini memungkinkan baterai untuk menarik lebih banyak arus dari panel, yang mempengaruhi tegangan panel yang menjatuhkannya lebih jauh ke bawah sehingga memicu situasi pelarian, ini dapat sangat menghambat proses pengoptimalan

Fitur kontrol arus seperti yang ditunjukkan pada diagram berikut menangani masalah ini dan melarang baterai menarik arus berlebih di luar batas yang ditentukan. Ini pada gilirannya membantu menjaga tegangan panel tidak terpengaruh.

RX yang merupakan resistor pembatas arus dapat dihitung dengan bantuan rumus berikut:

RX = 0,6 / I, di mana I adalah arus pengisian minimum yang ditentukan untuk baterai yang terhubung

Versi kasar tetapi lebih sederhana dari desain yang dijelaskan di atas dapat dibuat seperti yang disarankan oleh Tn. Dhyaksa menggunakan deteksi ambang batas pin2 dan pin6 dari IC555, seluruh diagram dapat disaksikan di bawah ini:

Tidak Ada Pengoptimalan tanpa Buck Converter

Desain yang dijelaskan di atas bekerja menggunakan konsep PWM dasar yang secara otomatis menyesuaikan PWM sirkuit berbasis 555 sebagai respons terhadap intensitas matahari yang berubah.

Meskipun keluaran dari rangkaian ini menghasilkan respons penyesuaian sendiri untuk menjaga tegangan rata-rata yang konstan pada keluaran, tegangan puncak tidak pernah disetel sehingga sangat berbahaya untuk pengisian baterai jenis Li-ion atau Lipo.

Selain itu rangkaian di atas tidak dilengkapi untuk mengubah tegangan berlebih dari panel menjadi jumlah arus yang proporsional untuk beban pengenal tegangan rendah yang terhubung.

Menambahkan Buck Converter

Saya mencoba memperbaiki kondisi ini dengan menambahkan tahap konverter uang ke desain di atas, dan dapat menghasilkan pengoptimalan yang terlihat sangat mirip dengan rangkaian MPPT.

Namun, bahkan dengan rangkaian yang ditingkatkan ini saya tidak dapat sepenuhnya yakin mengenai apakah rangkaian tersebut benar-benar mampu menghasilkan tegangan konstan dengan tingkat puncak yang dipangkas dan arus yang ditingkatkan sebagai respons terhadap berbagai tingkat intensitas matahari.

Untuk benar-benar yakin tentang konsep dan untuk menghilangkan semua kebingungan, saya harus melalui studi mendalam tentang konverter buck dan hubungan yang terlibat antara tegangan input / output, arus, dan rasio PWM (siklus tugas), yang menginspirasi saya membuat artikel terkait berikut:

Bagaimana Buck Converters Bekerja

Menghitung Tegangan, Arus dalam Induktor Buck

Rumus penutup yang diperoleh dari dua artikel di atas membantu untuk memperjelas semua keraguan dan akhirnya saya bisa sangat yakin dengan rangkaian pengoptimal surya yang saya usulkan sebelumnya menggunakan rangkaian konverter uang.

Menganalisis Kondisi Siklus Tugas PWM untuk Desain

Rumus fundamental yang memperjelas semuanya dapat dilihat di bawah ini:

Vout = DVin

Di sini V (in) adalah tegangan input yang berasal dari panel, Vout adalah tegangan output yang diinginkan dari buck converter dan D adalah duty cycle.

Dari persamaan tersebut menjadi jelas bahwa Vout dapat secara sederhana disesuaikan dengan 'baik' mengendalikan duty cycle dari buck converter atau Vin .... atau dengan kata lain Vin dan parameter duty cycle berbanding lurus dan saling mempengaruhi satu sama lain. nilai secara linier.

Faktanya, istilahnya sangat linier yang membuat dimensi rangkaian pengoptimal surya lebih mudah menggunakan rangkaian konverter uang.

Ini menyiratkan bahwa ketika Vin jauh lebih tinggi (@ puncak sinar matahari) daripada spesifikasi beban, prosesor IC 555 dapat membuat PWM secara proporsional lebih sempit (atau lebih luas untuk perangkat P) dan mempengaruhi Vout agar tetap pada tingkat yang diinginkan, dan sebaliknya sebagai Matahari berkurang, prosesor dapat memperluas (atau mempersempit perangkat P) PWM lagi untuk memastikan bahwa tegangan output dipertahankan pada level konstan yang ditentukan.

Mengevaluasi Pelaksanaan PWM melalui Contoh Praktis

Kita dapat membuktikan hal di atas dengan menyelesaikan rumus yang diberikan:

Mari kita asumsikan tegangan panel puncak V (in) menjadi 24V

dan PWM terdiri dari waktu ON 0,5 detik, dan waktu OFF 0,5 detik

Siklus kerja = Waktu Transistor / Pulsa ON + OFF = T (hidup) / 0,5 + 0,5 detik

Siklus kerja = T (hidup) / 1

Oleh karena itu mengganti di atas dalam rumus yang diberikan di bawah ini yang kita dapatkan,

V (keluar) = V (masuk) x T (hidup)

14 = 24 x T (hidup)

di mana 14 adalah asumsi tegangan keluaran yang diperlukan,

karena itu,

T (hidup) = 14/24 = 0,58 detik

Ini memberi kita waktu ON transistor yang perlu diatur untuk rangkaian selama sinar matahari puncak untuk menghasilkan 14v yang diperlukan pada output.

Bagaimana itu bekerja

Setelah di atas disetel, sisanya dapat dibiarkan untuk diproses oleh IC 555 untuk periode T (hidup) yang dapat menyesuaikan sendiri sebagai respons terhadap sinar matahari yang semakin berkurang.

Sekarang ketika sinar matahari berkurang, waktu ON di atas akan ditingkatkan (atau dikurangi untuk perangkat P) secara proporsional oleh sirkuit dalam mode linier untuk memastikan 14V konstan, sampai tegangan panel benar-benar turun ke 14V, ketika rangkaian bisa saja tutup prosedurnya.

Parameter arus (amp) juga dapat diasumsikan sebagai penyesuaian diri, yang selalu berusaha mencapai konstanta produk (VxI) selama proses pengoptimalan. Ini karena konverter uang selalu seharusnya mengubah input tegangan tinggi menjadi level arus yang meningkat secara proporsional pada output.

Masih jika Anda tertarik untuk dikonfirmasi sepenuhnya mengenai hasil, Anda dapat merujuk ke artikel berikut untuk formula yang relevan:

Menghitung Tegangan, Arus dalam Induktor Buck

Sekarang mari kita lihat seperti apa rangkaian final yang saya rancang, dari info berikut:

Seperti yang Anda lihat pada diagram di atas, diagram dasarnya identik dengan rangkaian pengisi daya surya pengoptimalan mandiri sebelumnya, kecuali penyertaan IC4 yang dikonfigurasi sebagai pengikut tegangan dan diganti sebagai pengganti tahap pengikut emitor BC547. Hal ini dilakukan agar dapat memberikan respon yang lebih baik untuk pinout kontrol IC2 pin # 5 dari panel.

Meringkas Fungsi Dasar Pengoptimal Surya

Fungsi ini dapat direvisi seperti yang diberikan di bawah ini: IC1 menghasilkan frekuensi gelombang persegi sekitar 10kHz yang dapat ditingkatkan menjadi 20kHz dengan mengubah nilai C1.

Frekuensi ini diumpankan ke pin2 dari IC2 untuk membuat gelombang segitiga switching cepat pada pin # 7 dengan bantuan T1 / C3.

Tegangan panel diatur secara tepat oleh P2 dan diumpankan ke tahap pengikut tegangan IC4 untuk memberi makan pin # 5 dari IC2.

Potensi ini pada pin # 5 dari IC2 dari panel dibandingkan dengan gelombang segitiga cepat pin # 7 untuk membuat data PWM yang berdimensi sama pada pin # 3 dari IC2.

Pada puncak sinar matahari P2 disesuaikan dengan tepat sehingga IC2 menghasilkan PWM seluas mungkin dan saat sinar matahari mulai berkurang, PWM secara proporsional semakin sempit.

Efek di atas diumpankan ke basis PNP BJT untuk membalikkan respons melintasi tahap konverter buck yang terpasang.

Menyiratkan bahwa, pada puncak sinar matahari, PWM yang lebih luas memaksa perangkat PNP untuk berjalan sedikit {berkurang T (pada) periode waktu}, menyebabkan bentuk gelombang yang lebih sempit untuk mencapai induktor buck ... tetapi karena tegangan panel tinggi, level tegangan input {V (in)} mencapai induktor buck sama dengan level tegangan panel.

Jadi dalam situasi ini, konverter buck dengan bantuan T (on) dan V (in) yang dihitung dengan benar dapat menghasilkan tegangan output yang benar untuk beban, yang bisa jauh lebih rendah daripada tegangan panel, tetapi pada tingkat arus (amp) yang ditingkatkan secara proporsional.

Sekarang saat matahari bersinar turun, PWM juga menjadi lebih sempit, memungkinkan PNP T (on) meningkat secara proporsional, yang pada gilirannya membantu induktor buck untuk mengkompensasi sinar matahari yang berkurang dengan menaikkan tegangan output secara proporsional ... arus (amp ) Faktor sekarang berkurang secara proporsional selama tindakan, memastikan bahwa konsistensi keluaran dijaga dengan sempurna, oleh konverter uang.

T2 bersama dengan komponen terkait membentuk tahap pembatas arus atau tahap penguat kesalahan. Ini memastikan bahwa beban keluaran tidak pernah diizinkan untuk mengkonsumsi apapun di atas spesifikasi desain yang dinilai, sehingga sistem tidak pernah goyah dan kinerja panel surya tidak pernah diizinkan untuk mengalihkan dari zona efisiensi tinggi.

C5 ditampilkan sebagai kapasitor 100uF, namun untuk hasil yang lebih baik ini dapat ditingkatkan menjadi nilai 2200uF, karena nilai yang lebih tinggi akan memastikan kontrol arus riak yang lebih baik dan tegangan beban yang lebih halus.

P1 untuk mengatur / mengoreksi tegangan offset keluaran opamp, sehingga pin # 5 mampu menerima tegangan nol sempurna tanpa adanya tegangan panel surya atau saat tegangan panel surya berada di bawah spesifikasi tegangan beban.

Spesifikasi L1 kira-kira dapat ditentukan dengan bantuan info yang disediakan di artikel berikut ini:

Cara Menghitung Induktor di Sirkuit SMP

Pengoptimal Surya menggunakan Op Amps

Rangkaian pengoptimal surya lain yang sangat sederhana namun efektif dapat dibuat dengan menggunakan IC LM338 dan beberapa opamp.

Mari kita pahami rangkaian yang diusulkan (pengoptimal surya) dengan bantuan poin-poin berikut: Gambar tersebut menunjukkan rangkaian regulator tegangan LM338 yang memiliki fitur kontrol arus juga dalam bentuk transistor BC547 yang terhubung melintasi penyesuaian dan pin ground IC.

Opamps Digunakan sebagai Pembanding

Kedua opamp dikonfigurasi sebagai pembanding. Faktanya, banyak tahapan seperti itu dapat digabungkan untuk meningkatkan efek.

Dalam desain saat ini, pra-setel pin # 3 A1 disesuaikan sedemikian rupa sehingga keluaran A1 menjadi tinggi ketika intensitas sinar matahari di atas panel sekitar 20% lebih kecil dari nilai puncak.

Demikian pula, tingkat A2 diatur sedemikian rupa sehingga outputnya menjadi tinggi ketika sinar matahari sekitar 50% kurang dari nilai puncak.

Ketika output A1 menjadi tinggi, RL # 1 memicu menghubungkan R2 sejalan dengan sirkuit, memutuskan R1.

Awalnya saat puncak matahari bersinar, R1 yang nilainya dipilih jauh lebih rendah, memungkinkan arus maksimum mencapai baterai.

Diagram Sirkuit

Ketika sinar matahari turun, voltase panel juga turun dan sekarang kami tidak mampu menarik arus deras dari panel karena itu akan menurunkan voltase di bawah 12V yang mungkin sepenuhnya menghentikan proses pengisian.

Relay Changeover untuk Pengoptimalan Saat Ini

Oleh karena itu, seperti dijelaskan di atas, A1 beraksi dan memutuskan R1 dan menghubungkan R2. R2 dipilih pada nilai yang lebih tinggi dan hanya memungkinkan jumlah arus yang terbatas ke baterai sehingga tegangan matahari tidak jatuh di bawah 15 suara, tingkat yang sangat diperlukan pada input LM338.

Ketika sinar matahari turun di bawah ambang batas kedua, A2 mengaktifkan RL # 2 yang pada gilirannya mengubah R3 untuk membuat arus ke baterai lebih rendah lagi memastikan bahwa tegangan pada input LM338 tidak pernah turun di bawah 15V, namun laju pengisian ke baterai selalu dijaga pada tingkat optimal terdekat.

Jika tahapan opamp ditingkatkan dengan lebih banyak jumlah relai dan tindakan kontrol arus berikutnya, unit dapat dioptimalkan dengan efisiensi yang lebih baik.

Prosedur di atas mengisi baterai dengan cepat pada arus tinggi selama puncak sinar matahari dan menurunkan arus saat intensitas matahari di atas panel turun, dan dengan demikian memasok baterai dengan arus pengenal yang benar sehingga baterai terisi penuh di penghujung hari.

Apa Yang Terjadi dengan Baterai Yang Tidak Bisa Dikosongkan?

Misalkan jika baterai tidak habis secara optimal untuk melalui proses di atas keesokan paginya, situasi tersebut dapat berakibat fatal bagi baterai, karena arus tinggi awal dapat berdampak negatif pada baterai karena belum habis sesuai dengan yang ditentukan. peringkat.

Untuk memeriksa masalah di atas, beberapa opamp lainnya diperkenalkan, A3, A4, yang memantau level tegangan baterai dan memulai tindakan yang sama seperti yang dilakukan oleh A1, A2, sehingga arus ke baterai dioptimalkan sehubungan dengan tegangan atau level pengisian yang ada dengan baterai selama periode waktu tersebut.