MPPT, bir güneş paneli modülünden değişen güç çıkışını optimize etmek için tasarlanmış elektronik bir sistem olan maksimum güç noktası izleyiciyi temsil eder, böylece bağlı pil güneş panelinden mevcut maksimum gücü kullanır.

Giriş

NOT: Bu yazıda tartışılan MPPT devreleri, 'Perturb and observe', 'Artımlı iletkenlik,' Akım taraması ',' Sabit voltaj '...... vb. Gibi geleneksel kontrol yöntemlerini kullanmamaktadır. konsantre olun ve birkaç temel şeyi uygulamaya çalışın:

Güneş panelinden gelen giriş 'watt'ının her zaman yüke ulaşan çıkış' watt'ına eşit olduğundan emin olmak için.
'Diz voltajı' yükten asla etkilenmez ve panelin MPPT bölgesi verimli bir şekilde korunur.

Bir Panelin Diz Gerilimi ve Akımı Nedir:

Basitçe söylemek gerekirse, diz voltajı 'açık devre voltajı' panelin seviyesi, diz akımı ise 'kısa devre akımı' herhangi bir anda panelin ölçüsü.

Yukarıdaki ikisi mümkün olduğu kadar korunursa, yükün çalışması boyunca MPPT gücünü aldığı varsayılabilir.

Önerilen Tasarımları Derinlemesine İncelemeden önce, önce bazı temel gerçekleri öğrenelim. güneş pili şarjı

Bir güneş panelinden çıktının, gelen güneş ışığının derecesi ve ayrıca ortam sıcaklığı ile doğru orantılı olduğunu biliyoruz. Güneş ışınları güneş paneline dik olduğunda maksimum miktarda voltaj üretir ve açı 90 dereceden uzaklaştıkça bozulur.Panel etrafındaki atmosferik sıcaklık, sıcaklık artışı ile düşen panelin verimini de etkiler. .

Bu nedenle, güneş ışınları panel üzerinde 90 dereceye yakın olduğunda ve sıcaklık 30 derece civarında olduğunda, panelin verimliliğinin maksimuma doğru olduğu, yukarıdaki iki parametre nominal değerlerinden uzaklaştıkça oranın azaldığı sonucuna varabiliriz.

Yukarıdaki voltaj genellikle bir pili şarj etmek için kullanılır. kurşun asit pili , bu da bir invertörü çalıştırmak için kullanılır. Ancak tıpkı güneş panelinin kendi çalışma kriterleri vardır pil de daha az değil ve en iyi şekilde şarj edilmek için bazı katı koşullar sunuyor.

Koşullar, pilin başlangıçta nispeten daha yüksek bir akımda şarj edilmesi gerektiğidir; bu, pil normal değerinden% 15 daha yüksek bir voltaja ulaştığında kademeli olarak neredeyse sıfıra düşürülmelidir.

11,5 V civarında herhangi bir yerde voltaj ile tamamen boşalmış bir 12V akünün başlangıçta yaklaşık C / 2 oranında şarj edilebileceğini varsayarsak (C = pilin AH'si) bu, aküyü nispeten hızlı bir şekilde doldurmaya başlayacak ve voltajını 1 birkaç saat içinde 13V civarında.

Bu noktada akım, C / 5 oranı demek için otomatik olarak düşürülmelidir, bu yine aküye zarar vermeden hızlı şarj hızının korunmasına yardımcı olur ve sonraki 1 saat içinde voltajını 13,5V civarına çıkarır.

Yukarıdaki adımların ardından, şimdi akım C / 10 oranına daha da düşürülebilir, bu da şarj hızının ve hızın yavaşlamamasını sağlar.

Son olarak, pil voltajı yaklaşık 14,3V'a ulaştığında, işlem, şarj işlemini neredeyse durduran ancak şarjın daha düşük seviyelere düşmesini kısıtlayan bir C / 50 oranına düşürülebilir.

“ortam ışığı sensörü nasıl çalışır ”

Tüm süreç, tamamen boşalmış bir pili şarj eder 6 saat içinde pilin ömrünü etkilemeden.

Bir MPPT tam olarak yukarıdaki prosedürün belirli bir güneş panelinden en iyi şekilde çıkarılmasını sağlamak için kullanılır.

Bir güneş paneli, yüksek akım çıkışları sağlayamayabilir ancak kesinlikle daha yüksek voltajlar sağlayabilir.

İşin püf noktası, güneş paneli çıkışının uygun optimizasyonu yoluyla daha yüksek voltaj seviyelerini daha yüksek akım seviyelerine dönüştürmek olacaktır.

Şimdi, daha yüksek bir voltajın daha yüksek akıma dönüştürülmesi ve bunun tersi, yalnızca buck boost dönüştürücüler aracılığıyla gerçekleştirilebildiğinden, yenilikçi bir yöntem (biraz hantal olmasına rağmen), indüktörün birçok değiştirilebilir musluğa sahip olacağı değişken bir indüktör devresi kullanmak olacaktır. musluklar, değişen güneş ışığına yanıt olarak bir anahtarlama devresi ile değiştirilebilir, böylece güneş ışığına bakılmaksızın yükün çıkışı her zaman sabit kalır.

Kavram, aşağıdaki diyagrama atıfta bulunularak anlaşılabilir:

Devre şeması

LM3915'i Ana İşlemci IC olarak kullanma

Yukarıdaki şemadaki ana işlemci, IC LM3915 Azalan güneş ışığına yanıt olarak çıkış pinlerini yukarıdan aşağıya sırayla değiştiren

Bu çıkışlar, sırasıyla bir ferrit tek uzun indüktör bobininin çeşitli bağlantılarına bağlanan anahtarlamalı güç transistörleri ile yapılandırılmış olarak görülebilir.

İndüktörün en alt ucu, harici olarak yapılandırılmış bir osilatör devresinden yaklaşık 100 kHz frekansta anahtarlanan bir NPN güç transistörü ile bağlanmış olarak görülebilir.

IC anahtarının çıkışlarına bağlanan güç transistörleri, IC çıkışlarının sıralanmasına yanıt olarak, indüktörün uygun bağlantılarını panel voltajı ve 100 kHz frekansı ile bağlar.

Bu indüktör dönüşleri, IC çıkış sürücü aşamaları tarafından değiştirilirken çeşitli kademeleri panel voltajıyla uyumlu olacak şekilde uygun şekilde hesaplanır.

Bu nedenle, işlemler, güneş yoğunluğu ve voltaj düşerken, hesaplanan derecelendirmelerine göre verilen tüm musluklarda neredeyse sabit bir voltajı koruyan indüktörün ilgili musluğuyla uygun şekilde bağlantılı olduğundan emin olur.

Aşağıdaki senaryo yardımıyla işleyişi anlayalım:

Bobinin 30V'luk bir güneş paneli ile uyumlu olacak şekilde seçildiğini varsayalım, bu nedenle en yüksek güneş ışığında, en üstteki güç transistörünün tüm bobini salınıma maruz bırakan IC tarafından AÇIK konuma getirildiğini varsayalım, bu, 30V'un tamamının boyunca kullanılabilir olmasını sağlar. bobinin aşırı uçları.

“3 fazdan tek faza dönüştürücü devre ”

Şimdi güneş ışığının 3V düştüğünü ve çıkışını 27V'a düşürdüğünü varsayalım, bu IC tarafından hızlı bir şekilde algılanır, öyle ki üstten ilk transistör şimdi KAPALI ve ikinci transistör AÇIK konuma geçer.

Yukarıdaki eylem, indüktörün ikinci musluğunu (27V kademe) üstten uygun bir indüktör musluğunu gerçekleştirerek voltaj tepkisine seçer ve bobinin düşük voltajla en iyi şekilde salınmasını sağlar ... benzer şekilde, şimdi güneş ışığı voltajı ilgili transistörleri daha da düşürdükçe Mevcut güneş voltajlarına karşılık gelen indüktörün mükemmel bir şekilde eşleşmesini ve verimli bir şekilde anahtarlanmasını sağlayan ilgili indüktör muslukları ile 'el sıkışın'

Güneş paneli ile anahtarlama buck / boost indüktörü arasındaki yukarıdaki eşleşen yanıt nedeniyle ... ilgili noktalar üzerindeki kademe voltajlarının, gün ışığı durumuna bakılmaksızın gün boyunca sabit bir voltajı sürdürdüğü varsayılabilir ...

Örneğin, indüktörün en üstteki muslukta 30V üretecek şekilde tasarlandığını ve ardından sonraki kademelerde 27V, 24V, 21V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 3V, 0V olduğunu varsayalım, o zaman tüm bu voltajların olduğu varsayılabilir. Güneş ışığı seviyelerinden bağımsız olarak bu musluklar üzerinde sabit.

Ayrıca, panel voltajından daha yüksek veya daha düşük voltajlar elde etmek için bu voltajların kullanıcı özelliklerine göre değiştirilebileceğini lütfen unutmayın.

Yukarıdaki devre, aşağıda gösterildiği gibi geri dönüş topolojisinde de yapılandırılabilir:

Yukarıdaki her iki konfigürasyonda da çıkışın, güneş enerjisi çıkışından bağımsız olarak voltaj ve watt açısından sabit ve sabit kalması beklenir.

I / V İzleme Yöntemini Kullanma

Aşağıdaki devre konsepti, panelin MPPT seviyesinin yükten asla büyük ölçüde etkilenmemesini sağlar.

Devre, panelin MPPT 'diz' seviyesini izler ve yükün, panelin bu diz seviyesinde bir düşüşe neden olabilecek herhangi bir şey tüketmesine izin verilmemesini sağlar.

Basit bir tek opamp I / V izleme devresi kullanarak bunun nasıl yapılabileceğini öğrenelim.

Kova dönüştürücüsüz tasarımların hiçbir zaman aşırı gerilimi yük için eşdeğer akıma optimize edemeyeceğini ve bu bakımdan herhangi bir MPPT tasarımının en önemli özelliği olarak kabul edilen başarısız olabileceğini unutmayın.

Çok basit ama etkili bir MPPT tipi cihaz, bir LM338 IC ve bir opamp kullanılarak yapılabilir.

Tarafımdan tasarlanan bu konseptte op amp, panelin anlık MPP verilerini kaydetmeye devam edecek ve anlık yük tüketimi ile karşılaştıracak şekilde yapılandırılmıştır. Depolanan bu veriyi aşan yük tüketimini bulursa, yükü keser ...

basit MPPT diz voltaj izleyici ve kendini ayarlama

IC 741 aşaması, güneş takip bölümüdür ve tüm tasarımın kalbini oluşturur.

Güneş paneli voltajı, IC'nin ters çevirme pimine2 beslenirken, aynısı, seri olarak üç 1N4148 diyot kullanılarak yaklaşık 2 V'luk bir düşüşle ters çevirmeyen pime3 uygulanır.

Yukarıdaki durum, IC'nin pin 3'ünü pin2'den daha düşük bir gölge olarak tutar, IC'nin çıkış pini6 boyunca sıfır voltaj sağlar.

Bununla birlikte, uyumsuz bir pil veya yüksek akımlı bir pil gibi verimsiz bir aşırı yükleme durumunda, güneş paneli voltajı yük tarafından aşağı çekilme eğilimindedir. Bu olduğunda, pin2 voltajı da düşmeye başlar, ancak pin3'teki 10uF kapasitörün varlığı nedeniyle, potansiyeli katı kalır ve yukarıdaki düşüşe yanıt vermez.

Durum anında pin3'ü pin2'den yükseğe çıkmaya zorlar ve bu da pin6'yı yüksek konuma getirerek BJT BC547'yi açar.

BC547 artık LM338'i aküye giden voltajı keserek hemen devre dışı bırakır, döngü IC'nin nominal hızına bağlı olarak hızlı bir hızda geçiş yapmaya devam eder.

Yukarıdaki işlemler, güneş paneli voltajının hiçbir zaman düşmemesini veya yük tarafından aşağı çekilmemesini sağlayarak, MPPT benzeri bir durumu sürdürür.

Doğrusal bir IC LM338 kullanıldığından, devre yine biraz verimsiz olabilir ... Çözüm, LM338 aşamasını, tasarımı son derece çok yönlü ve gerçek bir MPPT ile karşılaştırılabilir hale getiren bir buck dönüştürücü ile değiştirmektir.

Aşağıda, bir buck dönüştürücü topolojisi kullanan bir MPPT devresi gösterilmektedir, şimdi tasarım çok mantıklı ve gerçek bir MPPT'ye çok daha yakın görünüyor