Solar Panel Optimizer Devresi Nasıl Yapılır

Önerilen güneş iyileştirici devre, değişen güneş ışığı koşullarına yanıt olarak bir güneş panelinden akım ve voltaj açısından mümkün olan maksimum çıktıyı elde etmek için kullanılabilir.

Bu yazıda birkaç basit ama etkili güneş paneli optimize edici şarj devresi açıklanmıştır. İlki, birkaç 555 IC ve birkaç başka doğrusal bileşen kullanılarak oluşturulabilir, ikinci optin daha da basittir ve LM338 ve op amp IC 741 gibi çok sıradan IC'leri kullanır. Prosedürleri öğrenelim.

Devre Hedefi

Hepimizin bildiği gibi, herhangi bir güç kaynağından en yüksek verimi elde etmek, prosedür güç kaynağı voltajını şöntlemeyi içermiyorsa, yani gerekli olan belirli düşük voltaj seviyesini ve yük için maksimum akımı elde etmek istediğimiz anlamına gelir. kaynak voltaj seviyesini bozmadan ve ısı üretmeden çalıştırılması.

Kısaca, ilgili bir güneş enerjisi optimize edicisi, çıkışına maksimum gerekli akım, herhangi bir daha düşük seviyede gerekli voltaj ile izin vermeli, ancak panel boyunca voltaj seviyesinin etkilenmeden kalmasını sağlamalıdır.

Burada tartışılan bir yöntem, bugüne kadarki en uygun yöntemlerden biri olarak kabul edilebilecek PWM tekniğini içerir.

Tüm zor konseptleri bu kadar kolay gösteren IC 555 adlı bu küçük dahiye minnettar olmalıyız.

PWM Dönüşümü için IC 555'i kullanma

Bu konsepte de gerekli uygulama için birkaç IC 555'i dahil ediyoruz ve büyük ölçüde buna bağlıyız.

Verilen devre şemasına baktığımızda tüm tasarımın temelde iki aşamaya ayrıldığını görüyoruz.

Üst voltaj regülatörü aşaması ve alt PWM jeneratör aşaması.

Üst kademe, anahtar olarak konumlandırılan ve kapısında uygulanan PWM bilgisine yanıt veren bir p-kanallı mosfetten oluşur.

Alt aşama bir PWM jeneratör aşamasıdır. Önerilen eylemler için birkaç 555 IC yapılandırılmıştır.

Devre Nasıl Çalışır?

IC1, T1 ve ilgili bileşenleri içeren sabit akım üçgen dalga üreteci tarafından işlenen gerekli kare dalgaların üretilmesinden sorumludur.

Bu üçgen dalga, gerekli PWM'lere işlenmek üzere IC2'ye uygulanır.

Bununla birlikte, IC2'den gelen PWM aralığı, 1K direnç ve 10K ön ayarı aracılığıyla panel boyunca dirençli bir ağdan türetilen pim # 5'teki voltaj düzeyine bağlıdır.

Bu ağ arasındaki voltaj, değişen panel voltajlarıyla doğru orantılıdır.

Pik gerilimler sırasında PWM'ler genişler ve bunun tersi de geçerlidir.

Yukarıdaki PWM'ler, bağlı olan aküye gerekli voltajı ileten ve sağlayan mosfet geçidine uygulanır.

Daha önce tartışıldığı gibi, en yüksek güneş ışığı sırasında panel, daha yüksek seviyede voltaj üretir, daha yüksek voltaj, daha geniş PWM'ler üreten IC2 anlamına gelir, bu da mosfe'yi daha uzun süreler için KAPALI veya nispeten daha kısa süreler için AÇIK tutar, bu da olabilecek bir ortalama voltaj değerine karşılık gelir. pil terminalleri arasında yaklaşık 14,4 V olmalıdır.

Güneş ışığı kötüleştiğinde, PWM'ler orantılı olarak dar bir aralıkla yerleştirilir ve mosfet'in daha fazla işlem yapmasına izin verir, böylece bataryadaki ortalama akım ve voltaj optimum değerlerde kalma eğilimindedir.

10K ön ayarı, parlak güneş ışığı altında çıkış terminallerinde yaklaşık 14,4V olacak şekilde ayarlanmalıdır.

Sonuçlar farklı güneş ışığı koşulları altında izlenebilir.

Önerilen güneş paneli optimize edici devre, panel voltajını etkilemeden veya yönlendirmeden pilin dengeli bir şekilde şarj edilmesini sağlar ve bu da daha düşük ısı üretimiyle sonuçlanır.

Not: Bağlı yüksek panel, en yüksek güneş ışığında bağlı pilden% 50 daha fazla voltaj üretebilmelidir. Akım, pil AH derecesinin 1 / 5'i olmalıdır.

Devre Nasıl Kurulur

1. Aşağıdaki şekilde yapılabilir:
2. Başlangıçta S1'i KAPALI tutun.
3. Paneli en yüksek güneş ışığına maruz bırakın ve mosfet drenaj diyot çıkışı ve topraklama boyunca gerekli optimum şarj voltajını elde etmek için ön ayarı ayarlayın.
4. Devre şimdi ayarlandı.
5. Bu yapıldıktan sonra, S1'i AÇIN, pil mümkün olan en iyi optimize edilmiş modda şarj olmaya başlayacaktır.

Mevcut bir Kontrol Özelliği Ekleme

Yukarıdaki devrenin dikkatli bir şekilde incelenmesi, mosfet'in düşen panel voltaj seviyesini telafi etmeye çalışırken, pilin panelden daha fazla akım çekmesine izin verdiğini, bu da panel voltajını daha da düşürerek bir kaçma durumuna neden olacak şekilde etkilediğini göstermektedir. optimizasyon sürecini ciddi şekilde engelleyebilir

Aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi bir akım kontrol özelliği bu sorunu çözer ve pilin belirtilen sınırların ötesinde aşırı akım çekmesini yasaklar. Bu da panel voltajının etkilenmemesine yardımcı olur.

Akım sınırlama direnci olan RX, aşağıdaki formül yardımıyla hesaplanabilir:

RX = 0.6 / I, burada bağlı pil için belirtilen minimum şarj akımı

Yukarıda açıklanan tasarımın kaba ancak daha basit bir versiyonu, Bay Dhyaksa tarafından önerildiği gibi IC555'in pin2 ve pin6 eşik tespiti kullanılarak oluşturulabilir, tüm diyagram aşağıda görülebilir:

Buck Dönüştürücü Olmadan Optimizasyon Yok

Yukarıda açıklanan tasarım, değişen güneş yoğunluğuna yanıt olarak 555 tabanlı bir devrenin PWM'sini otomatik olarak ayarlayan temel bir PWM konseptini kullanarak çalışır.

Bu devreden gelen çıktı, çıkışta sabit bir ortalama voltajı korumak için kendi kendini ayarlayan bir yanıt oluştursa da, tepe voltajı asla ayarlanamaz ve bu da Li-ion veya Lipo tipi pillerin şarj edilmesi için oldukça tehlikeli hale gelir.

Üstelik yukarıdaki devre, panelden gelen aşırı gerilimi, bağlı düşük gerilim nominal yükü için orantılı bir akıma dönüştürmek için donatılmamıştır.

Buck Dönüştürücü Ekleme

Yukarıdaki tasarıma bir buck dönüştürücü aşaması ekleyerek bu durumu düzeltmeye çalıştım ve bir MPPT devresine çok benzeyen bir optimizasyon üretebildim.

Bununla birlikte, bu iyileştirilmiş devre ile bile, devrenin, çeşitli güneş yoğunluğu seviyelerine yanıt olarak azaltılmış tepe seviyesi ve yükseltilmiş bir akım ile sabit bir voltaj üretip üretemeyeceğine tamamen ikna olamadım.

Konsepte tamamen güvenmek ve tüm karışıklıkları ortadan kaldırmak için, kova dönüştürücüler ve ilham veren giriş / çıkış voltajları, akım ve PWM oranları (görev döngüsü) arasındaki ilgili ilişki hakkında kapsamlı bir çalışma yapmak zorunda kaldım. aşağıdaki ilgili makaleleri oluşturmam için:

Buck Dönüştürücüleri Nasıl Çalışır?

Buck Endüktöründe Gerilim, Akım Hesaplama

Yukarıdaki iki makaleden elde edilen sonuç formülleri, tüm şüpheleri açıklığa kavuşturmaya yardımcı oldu ve nihayet, bir buck dönüştürücü devresi kullanarak daha önce önerdiğim solar optimizer devresinden tamamen emin olabilirdim.

Tasarım için PWM Görev Döngüsü Koşulunun Analizi

Her şeyi açıkça ortaya koyan temel formül aşağıda görülebilir:

Vout = DVin

Burada V (in) panelden gelen giriş voltajı, Vout buck konvertörden istenen çıkış voltajı ve D görev döngüsüdür.

Denklemden, Vout'un basitçe, buck dönüştürücünün veya Vin'in görev döngüsünü kontrol ederek 'ya' uyarlanabileceği veya başka bir deyişle Vin ve görev döngüsü parametrelerinin doğrudan orantılı olduğu ve birbirlerini etkilediği açıkça görülmektedir. doğrusal değerler.

Aslında, terimler son derece doğrusaldır ve bu, bir kova dönüştürücü devresi kullanılarak bir güneş optimizasyon devresinin boyutlandırılmasını çok daha kolaylaştırır.

Vin, yük özelliklerinden çok daha yüksek olduğunda (@ en yüksek güneş ışığı), IC 555 işlemcisinin PWM'leri orantılı olarak daha dar (veya P cihazı için daha geniş) hale getirebileceğini ve Vout'u istenen seviyede kalması için etkileyebileceğini ve tersine güneş azaldığında işlemci, çıkış voltajının belirtilen sabit seviyede tutulmasını sağlamak için PWM'leri tekrar genişletebilir (veya P-cihazı için daraltabilir).

Pratik Bir Örnekle PWM Uygulamasının Değerlendirilmesi

Verilen formülü çözerek yukarıdakileri ispatlayabiliriz:

Tepe panel voltajının V (in) 24V olduğunu varsayalım.

ve PWM 0,5 sn AÇIK ve 0,5 sn KAPALI süresinden oluşacaktır

Görev döngüsü = Transistör Açık süresi / Darbe AÇIK + KAPALI süresi = T (açık) / 0,5 + 0,5 saniye

Görev döngüsü = T (açık) / 1

Bu nedenle, aşağıda verilen formülde yukarıdakileri değiştirerek,

V (çıkış) = V (giriş) x T (açık)

14 = 24 x T (açık)

14 varsayılan gerekli çıkış voltajıdır,

bu nedenle

T (açık) = 14/24 = 0,58 saniye

Bu bize, çıkışta gerekli 14v'yi üretmek için en yoğun güneş ışığı sırasında devre için ayarlanması gereken transistör AÇIK süresini verir.

Nasıl çalışır

Yukarıdakiler ayarlandıktan sonra, geri kalanı, azalan güneş ışığına yanıt olarak beklenen kendi kendini ayarlayan T (açık) dönemlerini işlemesi için IC 555'e bırakılabilir.

Şimdi, güneş ışığı azaldığında, yukarıdaki ON süresi, devre ile orantılı olarak doğrusal bir şekilde 14V sağlamak için devre ile orantılı olarak artırılacak (veya P-cihazı için azaltılacaktır), ta ki devre tam olarak mümkün olduğunda, panel voltajı gerçekten 14V'a düşene kadar. prosedürleri kapatın.

Mevcut (amp) parametresinin kendi kendini ayarladığı varsayılabilir, yani optimizasyon süreci boyunca her zaman (VxI) ürün sabitini elde etmeye çalışır. Bunun nedeni, bir buck dönüştürücünün her zaman yüksek voltaj girişini çıkışta orantılı olarak artırılmış bir akım seviyesine dönüştürmesi gerektiğidir.

Yine de sonuçlarla ilgili olarak tamamen teyit edilmekle ilgileniyorsanız, ilgili formüller için aşağıdaki makaleye başvurabilirsiniz:

Buck Endüktöründe Gerilim, Akım Hesaplama

Şimdi aşağıdaki bilgilerden benim tarafımdan tasarlanan son devrenin nasıl göründüğüne bakalım:

Yukarıdaki diyagramda görebileceğiniz gibi, temel diyagram, voltaj takipçisi olarak yapılandırılan ve BC547 verici takipçisi kademesi yerine değiştirilen IC4'ün dahil edilmesi dışında, önceki kendi kendini optimize eden solar şarj devresiyle aynıdır. Bu, panelden IC2 pin # 5 kontrol pin çıkışı için daha iyi bir yanıt sağlamak için yapılır.

Solar Optimizer'ın Temel İşleyişini Özetlemek

İşleyiş, aşağıda verildiği gibi revize edilebilir: IC1, yaklaşık 10 kHz'de, C1 değerini değiştirerek 20 kHz'ye yükseltilebilen bir kare dalga frekansı üretir.

Bu frekans, T1 / C3 yardımı ile # 7 piminde hızlı anahtarlama üçgen dalgaları üretmek için IC2'nin pim2'sine beslenir.

Panel voltajı P2 tarafından uygun şekilde ayarlanır ve IC2'nin 5 numaralı pimini beslemek için IC4 voltaj takipçisi aşamasına beslenir.

Panelden IC2'nin 5 numaralı pimindeki bu potansiyel, IC2'nin 3 numaralı piminde karşılık gelen boyutlandırılmış PWM verilerini oluşturmak için pim # 7 hızlı üçgen dalgaları ile karşılaştırılır.

En yüksek güneş parlaklığında P2, IC2'nin mümkün olan en geniş PWM'leri oluşturması ve güneş ışığı azalmaya başlamasıyla PWM'ler orantılı olarak daralması için uygun şekilde ayarlanır.

Yukarıdaki etki, ekli buck dönüştürücü kademesi boyunca tepkiyi tersine çevirmek için bir PNP BJT'nin tabanına beslenir.

En yüksek güneş ışığında, daha geniş PWM'lerin PNP cihazını yetersiz bir şekilde {azaltılmış T (açık) zaman periyodu} yürütmeye zorladığı ve daha dar dalga formlarının buck indüktöre ulaşmasına neden olduğu anlamına gelir ... ancak panel voltajı yüksek olduğundan, giriş voltajı seviyesi Buck indüktöre ulaşan {V (in)}, panel voltaj seviyesine eşittir.

Böylece bu durumda, doğru hesaplanmış T (on) ve V (in) yardımıyla kova dönüştürücü, panel voltajından çok daha düşük olabilen, ancak yük için gereken doğru çıkış voltajını üretebilir, ancak orantılı olarak yükseltilmiş akım (amper) seviyesi.

Şimdi güneş ışığı düştüğünde, PWM'ler de daralır ve PNP T'nin (açık) orantılı olarak artmasına izin verir, bu da buck indüktörünün çıkış voltajını orantılı olarak yükselterek azalan güneş ışığını telafi etmesine yardımcı olur ... akım (amper ) faktör artık eylem sırasında orantılı olarak azalır ve buck dönüştürücü tarafından çıktı tutarlılığının mükemmel şekilde korunduğundan emin olunur.

T2, ilişkili bileşenlerle birlikte, akım sınırlama aşamasını veya hata yükseltici aşamasını oluşturur. Çıkış yükünün, tasarımın nominal özelliklerinin üzerinde herhangi bir şey tüketmesine asla izin verilmemesini sağlar, böylece sistem asla tıkanmaz ve güneş paneli performansının yüksek verimlilik bölgesinden sapmasına asla izin verilmez.

C5, 100 uF kapasitör olarak gösterilir, ancak daha iyi bir sonuç için bu 2200uF değerine yükseltilebilir, çünkü daha yüksek değerler daha iyi dalgalanma akımı kontrolü ve yük için daha yumuşak voltaj sağlayacaktır.

P1, opamp çıkışının ofset voltajını ayarlamak / düzeltmek içindir, öyle ki pin # 5, bir güneş paneli voltajı olmadığında veya güneş paneli voltajı, yük voltajı spesifikasyonlarının altında olduğunda mükemmel bir sıfır volt alabilir.

L1 spesifikasyonu, aşağıdaki makalede verilen bilgilerin yardımı ile yaklaşık olarak belirlenebilir:

SMPS Devrelerinde İndüktörler Nasıl Hesaplanır

Op Amper kullanan Solar Optimizer

Bir başka çok basit ama etkili güneş optimizasyon devresi, bir LM338 IC ve birkaç opamp kullanılarak yapılabilir.

Önerilen devreyi (solar optimizer) aşağıdaki noktaların yardımıyla anlayalım: Şekil, IC'nin ayarlama ve topraklama pini boyunca bağlanan BC547 transistörü şeklinde de bir akım kontrol özelliğine sahip bir LM338 voltaj regülatör devresini göstermektedir.

Karşılaştırıcı Olarak Kullanılan Opamplar

İki opamp, karşılaştırıcılar olarak yapılandırılmıştır. Aslında, etkileri arttırmak için bu tür birçok aşama dahil edilebilir.

Mevcut tasarımda, A1'in pim # 3 ön ayarı, panel üzerindeki güneş ışığı yoğunluğu tepe değerinden yaklaşık% 20 daha az olduğunda A1'in çıktısı yüksek olacak şekilde ayarlanır.

Benzer şekilde, A2 aşaması, güneş ışığı tepe değerinden yaklaşık% 50 daha az olduğunda çıkışı yüksek olacak şekilde ayarlanır.

A1 çıkışı yükseldiğinde, RL # 1, R2'yi devreye paralel olarak bağlayarak R1'in bağlantısını keser.

Başlangıçta güneşin en yoğun olduğu zamanlarda, değeri çok daha düşük seçilen R1, maksimum akımın aküye ulaşmasını sağlar.

Devre şeması

Güneş ışığı düştüğünde, panelin voltajı da düşer ve şimdi panelden yüksek akım çekmeyi göze alamayız çünkü bu voltajı 12V'nin altına düşürerek şarj işlemini tamamen durdurabilir.

Mevcut Optimizasyon için Röle Değiştirme

Bu nedenle, yukarıda açıklandığı gibi A1 harekete geçer ve R1'i keser ve R2'yi bağlar. R2 daha yüksek bir değerde seçilmiştir ve LM338'in girişinde zorunlu olarak gerekli olan bir seviye olan güneş voltajı 15 vots'un altına düşmeyecek şekilde aküye yalnızca sınırlı miktarda akıma izin verir.

Güneş ışığı ikinci ayarlanan eşiğin altına düştüğünde, A2, LM338'in girişindeki voltajın asla 15V'nin altına düşmediğinden emin olarak bataryaya giden akımı daha da düşürmek için R3'ü değiştiren RL # 2'yi etkinleştirir. batarya her zaman en yakın optimum seviyelerde tutulur.

Opamp aşamaları daha fazla sayıda röle ve müteakip akım kontrol eylemleri ile arttırılırsa, ünite daha da iyi bir verimlilikle optimize edilebilir.

Yukarıdaki prosedür, pili yoğun güneş ışınları sırasında yüksek akımda hızlı bir şekilde şarj eder ve panel üzerindeki güneş yoğunluğu düştüğünde akımı düşürür ve buna uygun olarak pili, günün sonunda tamamen şarj olacak şekilde doğru nominal akımla besler.

Boşaltılamayan Pilde Ne Olur?

Ertesi sabah yukarıdaki işlemden geçmek için pilin en iyi şekilde boşalmaması durumunda, durum pil için ölümcül olabilir, çünkü başlangıçtaki yüksek akım pil üzerinde olumsuz etkilere sahip olabilir çünkü pil henüz belirtilen değere kadar deşarj olmamıştır. derecelendirme.

Yukarıdaki sorunu kontrol etmek için, pilin voltaj seviyesini izleyen ve A1, A2 tarafından yapılanla aynı eylemleri başlatan birkaç opamp, A3, A4 tanıtıldı, böylece aküye giden akım buna göre optimize edilir. o süre boyunca aküde mevcut olan voltaj veya şarj seviyesi.