MPPT reiškia maksimalaus galios taško stebėjimo prietaisą, kuris yra elektroninė sistema, skirta optimizuoti kintamą saulės kolektoriaus modulio galingumą, kad prijungta baterija išnaudotų maksimalią galimą saulės kolektoriaus galią.
Įvadas
PASTABA: Šiame pranešime aptartose MPPT grandinėse nenaudojami įprasti valdymo metodai, tokie kaip „Perturb ir stebėkite“, „Prieauginis laidumas,„ Srovės nušlavimas “,„ Nuolatinė įtampa “...... ir kt. ... Greičiau čia mes susikaupkite ir pabandykite įgyvendinti keletą pagrindinių dalykų:
- Norėdami įsitikinti, kad saulės kolektoriaus įvesties „galia“ visada yra lygi apkrovą pasiekiančiai išėjimo „galiai“.
- Apkrova niekada netrukdo „kelio įtampai“, o skydelio MPPT zona yra efektyviai palaikoma.
Kas yra skydo kelio įtampa ir srovė:
Paprasčiau tariant, kelio įtampa yra „atviros grandinės įtampa“ skydo lygis, o kelio srovė yra „trumpojo jungimo srovė“ skydelio matas bet kuriuo momentu.
Jei minėti du bus palaikomi kiek įmanoma, galima manyti, kad apkrova vis didina MPPT galią.
Prieš įsigilindami į siūlomus dizainus, pirmiausia susipažinkime su keliais pagrindiniais faktais saulės baterijos įkrovimas
Mes žinome, kad saulės kolektoriaus galia yra tiesiogiai proporcinga krintančios saulės laipsniui ir aplinkos temperatūrai. Kai saulės spinduliai yra statmeni saulės kolektoriui, jis sukuria didžiausią įtampą ir blogėja kampui pasislinkus nuo 90 laipsnių. Aplink plokštę esanti atmosferos temperatūra taip pat turi įtakos plokštės efektyvumui, kuris krinta didėjant temperatūrai. .
Todėl galime daryti išvadą, kad kai saulės spinduliai virš skydo yra arti 90 laipsnių ir kai temperatūra yra apie 30 laipsnių, skydo efektyvumas yra maksimalus, greitis mažėja, kai pirmiau minėti du parametrai atitolsta nuo jų vardinių verčių.
Minėta įtampa paprastai naudojama įkraunant akumuliatorių, a švino rūgšties akumuliatorius , kuris savo ruožtu naudojamas valdyti keitiklį. Tačiau kaip ir saulės kolektorius turi savo veikimo kriterijus , akumuliatorius taip pat yra ne mažesnis ir siūlo keletą griežtų sąlygų norint optimaliai įkrauti.
Esant tokioms sąlygoms, iš pradžių akumuliatorius turi būti kraunamas santykinai didesne srove, kuri turi būti palaipsniui mažinama iki beveik nulio, kai akumuliatorius pasiekia 15% didesnę įtampą nei įprasta.
Darant prielaidą, kad visiškai išsikrovusi 12 V baterija, kurios įtampa yra maždaug 11,5 V, iš pradžių gali būti įkrauta maždaug C / 2 greičiu (akumuliatoriaus C = AH), tai gana greitai pradės pildyti akumuliatorių ir įtempti gali būti apie 13 V per porą valandų.
Šiuo metu srovė turėtų būti automatiškai sumažinta iki C / 5 greičio. Tai vėl padės išlaikyti greitą įkrovimo tempą nepažeidžiant akumuliatoriaus ir pakelti jo įtampą iki maždaug 13,5 V per artimiausią valandą.
Atlikus pirmiau nurodytus veiksmus, dabar srovė gali būti dar labiau sumažinta iki C / 10 greičio, kuris užtikrina, kad įkrovimo greitis ir tempas nesumažėtų.
Galiausiai, kai akumuliatoriaus įtampa pasiekia maždaug 14,3 V, procesas gali būti sumažintas iki C / 50 greičio, kuris beveik sustabdo įkrovimo procesą, tačiau apriboja krūvio kritimą iki žemesnio lygio.
Visas procesas įkrauna giliai išsikrovusią bateriją per 6 valandas nedarant įtakos akumuliatoriaus tarnavimo laikui.
MPPT naudojamas tiksliai siekiant užtikrinti, kad aukščiau aprašyta procedūra būtų išgaunama optimaliai iš tam tikros saulės baterijos.
Saulės skydelis gali nesugebėti užtikrinti didelės srovės išėjimų, tačiau tikrai gali užtikrinti didesnę įtampą.
Apgaulė būtų konvertuoti aukštesnės įtampos lygį į aukštesnį srovės lygį, tinkamai optimizuojant saulės kolektorių išėjimą.
Kadangi didesnės įtampos konversijas į didesnę srovę ir atvirkščiai galima įgyvendinti tik naudojant „buck boost“ keitiklius, novatoriškas metodas (nors ir šiek tiek didelis) būtų naudoti kintamosios induktoriaus grandinę, kurioje induktoriuje būtų daug perjungiamų čiaupų, čiaupai gali būti perjungiami perjungimo grandine, reaguojant į besikeičiančius saulės spindulius, kad apkrova išeitų visada pastovi, nepaisant saulės spindulių.
Sąvoką galima suprasti nurodant šią schemą:
Grandinės schema
Naudojant LM3915 kaip pagrindinį procesoriaus IC
Pagrindinis procesorius aukščiau pateiktoje diagramoje yra IC LM3915 kuris perduoda savo išvesties sietinę nuosekliai iš viršaus į apačią, reaguodamas į mažėjančią saulės šviesą
Šie išėjimai gali būti matomi sukonfigūruoti perjungimo galios tranzistoriais, kurie savo ruožtu yra sujungti su įvairiais ferito vienos ilgos induktyviosios ritės kranais.
Apatinį induktoriaus galą galima pamatyti pritvirtintu NPN galios tranzistoriumi, kuris perjungiamas maždaug 100 kHz dažniu iš išorės sukonfigūruotos osciliatoriaus grandinės.
Galios tranzistoriai, prijungti prie IC jungiklio išėjimų, reaguodami į sekos IC išėjimus, sujungdami atitinkamus induktoriaus čiaupus su skydo įtampa ir 100 kHz dažniu.
Šie induktoriaus posūkiai yra tinkamai apskaičiuojami taip, kad įvairūs jo čiaupai taptų suderinami su skydelio įtampa, nes juos perjungia IC išėjimo tvarkyklės pakopos.
Taigi procedūra užtikrina, kad nors saulės intensyvumas ir įtampa krinta, ji yra tinkamai susieta su atitinkamu induktoriaus čiaupu, palaikančiu beveik pastovią įtampą visuose duotuose čiaupuose pagal jų apskaičiuotus reitingus.
Supraskime veikimą pagal šį scenarijų:
Tarkime, kad ritė yra suderinama su 30 V saulės baterija, todėl esant didžiausiai saulei tarkime, kad didžiausią galios tranzistorių įjungia IC, kuris svyruoja visą ritę, todėl visa 30 V gali būti prieinama kraštutiniai ritės galai.
Dabar tarkime, kad saulės šviesa sumažėja 3 V ir sumažina jos išėjimą iki 27 V, tai IC greitai pajunta taip, kad pirmasis tranzistorius iš viršaus dabar išsijungia, o antrasis - tranzistorius.
Aukščiau nurodytu veiksmu pasirenkamas antrasis induktoriaus čiaupas (27 V čiaupas) nuo viršaus atliekant suderinamą induktoriaus čiaupą iki įtampos atsako, užtikrinant, kad ritė optimaliai svyruotų su sumažinta įtampa ... panašiai, kai saulės įtampa toliau krenta atitinkamiems tranzistoriams „paspauskite ranką“ su atitinkamais induktoriaus čiaupais, užtikrindami tobulą induktoriaus suderinimą ir efektyvų perjungimą, atitinkantį turimas saulės įtampas.
Dėl aukščiau nurodyto suderinto atsako tarp saulės kolektoriaus ir perjungimo spynos / padidinimo induktoriaus ... galima manyti, kad čiaupo įtampa per atitinkamus taškus palaiko pastovią įtampą per dieną, nepaisant saulės spindulių.
Pvz., Tarkim, jei induktorius sukurtas taip, kad gamintų 30 V viršuje esančiame čiaupe, po kurio 27 V, 24 V, 21 V, 18 V, 15 V, 12 V, 9 V, 6 V, 3 V, 0 V per kitus čiaupus, galima manyti, kad visos šios įtampos yra pastovus virš šių čiaupų, neatsižvelgiant į saulės spindulių lygį.
Taip pat atminkite, kad ši įtampa gali būti pakeista pagal vartotojo specifikacijas, kad būtų pasiekta didesnė ar mažesnė įtampa nei skydo įtampa.
Pirmiau pateiktą grandinę taip pat galima sukonfigūruoti „flyback“ topoogijoje, kaip parodyta žemiau:
Manoma, kad abiejose aukščiau pateiktose konfigūracijose išėjimas išlieka pastovus ir stabilus įtampos ir galios atžvilgiu, neatsižvelgiant į saulės energiją.
Naudojant I / V sekimo metodą
Ši grandinės koncepcija užtikrina, kad apkrova niekada drastiškai netrikdys skydo MPPT lygio.
Grandinė stebi skydo MPPT „kelio“ lygį ir įsitikina, kad apkrovai neleidžiama sunaudoti nieko daugiau, kas gali sukelti šio skydo kelio lygio kritimą.
Sužinokime, kaip tai galima padaryti naudojant paprastą „Opamp“ I / V sekimo grandinę.
Atkreipkite dėmesį, kad projektai, kuriuose nėra keitiklio keitiklio, niekada negalės optimizuoti įtampos pertekliaus į lygiavertę apkrovos srovę ir šiuo atžvilgiu gali nepavykti, o tai laikoma svarbiausia bet kokio MPPT dizaino savybe.
Labai paprastą, bet efektyvų MPPT tipo įrenginį galima pagaminti naudojant LM338 IC ir opamps.
Šioje mano sukurtoje koncepcijoje op stiprintuvas sukonfigūruotas taip, kad jis nuolat įrašytų momentinius skydo MPP duomenis ir lygintų juos su momentinėmis apkrovos sąnaudomis. Jei nustatoma, kad apkrovos suvartojimas viršija šiuos saugomus duomenis, jis nutraukia apkrovą ...
„IC 741“ pakopa yra saulės sekimo sekcija ir sudaro viso dizaino šerdį.
Saulės skydo įtampa tiekiama į IC invertuojantį kaištį2, o tas pats taikoma ir neinvertuojančiam kaiščiui 3, kurio lašas yra maždaug 2 V, naudojant tris nuoseklius 1N4148 diodus.
Pirmiau minėta situacija nuolat palaiko IC kaištį žemiau nei PIN2, užtikrindama nulinę įtampą IC išėjimo kaištyje 6.
Tačiau esant neefektyviai perkrovai, pavyzdžiui, neatitinkančiai baterijai ar esant didelei srovei, saulės kolektoriaus įtampa yra linkusi nukristi dėl apkrovos. Kai taip atsitinka, pin2 įtampa taip pat pradeda kristi, tačiau dėl to, kad pin3 yra 10uF kondensatorius, jo potencialas išlieka tvirtas ir nereaguoja į aukščiau nurodytą kritimą.
Padėtis akimirksniu priverčia „pin3“ eiti aukščiau nei „pin2“, o tai savo ruožtu perkelia „pin6“ aukštą, įjungdamas BJT BC547.
Dabar „BC547“ išjungia „LM338“, nutraukiantį akumuliatoriaus įtampą, ciklas nuolat persijungia greitai, priklausomai nuo IC vardinio greičio.
Pirmiau minėtos operacijos užtikrina, kad saulės kolektoriaus įtampa niekada nesumažėtų ir nepatektų dėl apkrovos, išlaikant MPPT būklę.
Kadangi naudojamas linijinis IC LM338, grandinė vėl gali būti šiek tiek neefektyvi ... priemonė yra pakeisti LM338 pakopą „buck“ keitikliu ... tai padarytų dizainą itin universalų ir palyginamą su tikru MPPT.
Žemiau parodyta MPPT grandinė, naudojant „buck converter“ topologiją, dabar dizainas turi daug prasmės ir atrodo daug arčiau tikro MPPT
48 V MPPT grandinė
Aukščiau nurodytos paprastos MPPT grandinės taip pat gali būti modifikuotos, kad būtų galima įkrauti aukštos įtampos akumuliatorius, pvz., 48V akumuliatoriaus MPPT įkroviklio grandinę.
Visas idėjas kuriu tik aš.
Pora: 3 žingsnių automatinio akumuliatoriaus įkroviklio / valdiklio grandinė Kitas: 3 paprastos saulės kolektorių / tinklo keitimo grandinės
