Paano Gumawa ng isang Solar Panel Optimizer Circuit

Ang iminungkahing circuit ng solar optimizer ay maaaring magamit para sa pagkuha ng maximum na posibleng output sa mga tuntunin ng kasalukuyang at boltahe mula sa isang solar panel, bilang tugon sa iba't ibang mga kondisyon ng ilaw ng araw.

Ang isang pares ng mga simple ngunit epektibo na solar panel optimizer charger circuit ay ipinaliwanag sa post na ito. Ang una ay maaaring itayo gamit ang isang pares ng 555 ICs at ilang iba pang mga linear na bahagi, ang pangalawang optin ay mas simple at gumagamit ng napaka-ordinaryong ICs tulad ng LM338 at op amp IC 741. Alamin natin ang mga pamamaraan.

Layunin ng Circuit

Tulad ng alam nating lahat, ang pagkuha ng pinakamataas na kahusayan mula sa anumang anyo ng supply ng kuryente ay magagawa kung ang pamamaraan ay hindi kasangkot sa pag-shunting ng boltahe ng suplay ng kuryente, ibig sabihin nais naming makuha ang partikular na kinakailangang mas mababang antas ng boltahe, at maximum na kasalukuyang para sa pag-load na pinapatakbo nang hindi nakakagambala sa antas ng pinagmulan ng boltahe, at nang hindi bumubuo ng init.

Sa madaling sabi, dapat payagan ng isang nag-aalala na solar optimizer ang output nito na may maximum na kinakailangang kasalukuyang, anumang mas mababang antas ng kinakailangang boltahe ngunit tinitiyak na ang antas ng boltahe sa panel ay mananatiling hindi maaapektuhan.

Ang isang pamamaraan na tinalakay dito ay nagsasangkot ng diskarteng PWM na maaaring maituring na isa sa pinakamainam na pamamaraan hanggang ngayon.

Dapat tayong magpasalamat sa maliit na henyo na tinatawag na IC 555 na ginagawang napakadali ng lahat ng mahirap na konsepto.

Paggamit ng IC 555 para sa Conversion ng PWM

Sa konseptong ito din isinasama namin, at lubos na nakasalalay sa isang pares ng mga IC 555 para sa kinakailangang pagpapatupad.

Sa pagtingin sa ibinigay na diagram ng circuit nakikita natin na ang buong disenyo ay karaniwang nahahati sa dalawang yugto.

Ang pinakamataas na yugto ng regulator ng boltahe at ang mas mababang yugto ng generator ng PWM.

Ang itaas na yugto ay binubuo ng isang p-channel na mosfet na nakaposisyon bilang isang switch at tumutugon sa inilapat na impormasyon ng PWM sa gate nito.

Ang mas mababang yugto ay isang yugto ng generator ng PWM. Ang isang pares ng 555 ICs ay naka-configure para sa ipinanukalang mga pagkilos.

Paano Gumagana ang Circuit

Ang IC1 ay responsable para sa paggawa ng kinakailangang square waves na kung saan ay naproseso ng pare-pareho ang kasalukuyang triangle wave generator na binubuo ng T1 at mga nauugnay na bahagi.

Ang tatsulok na alon na ito ay inilalapat sa IC2 para sa pagproseso sa kinakailangang PWMs.

Gayunpaman ang PWM spacing mula sa IC2 ay nakasalalay sa antas ng boltahe sa pin # 5 nito, na nagmula sa isang resistive network sa kabuuan ng panel sa pamamagitan ng 1K resistor at 10K preset.

Ang boltahe sa pagitan ng network na ito ay direktang proporsyonal sa iba't ibang mga panel volts.

Sa panahon ng mga boltahe ng rurok ang mga PWM ay nagiging mas malawak at kabaliktaran.

Ang mga PWM sa itaas ay inilalapat sa mosfet gate na nagsasagawa at nagbibigay ng kinakailangang boltahe sa nakakonektang baterya.

Tulad ng tinalakay dati, sa tuktok ng sikat ng araw ang panel ay bumubuo ng mas mataas na antas ng boltahe, ang mas mataas na boltahe ay nangangahulugang ang IC2 na bumubuo ng mas malawak na PWMs, na pinapanatili ang mosfe na naka-OFF para sa mas matagal na panahon o nakabukas ON para sa medyo mas maikli na panahon, na tumutugma sa isang average na halaga ng boltahe na maaaring maging sa paligid ng 14.4V sa mga terminal ng baterya.

Kapag lumala ang sikat ng araw, ang mga PWM ay nakakakuha ng katimbang na puwang na pinapayagan ang mosfet na magsagawa ng higit pa upang ang average na kasalukuyang at boltahe sa buong baterya ay may gawi na manatili sa pinakamainam na mga halaga.

Ang 10K preset ay dapat na ayusin para sa pagkuha ng paligid ng 14.4V sa mga output terminal sa ilalim ng maliwanag na sikat ng araw.

Ang mga resulta ay maaaring subaybayan sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng ilaw ng araw.

Ang ipinanukalang solar panel optimizer circuit ay nagsisiguro ng isang matatag na pagsingil ng baterya, nang hindi naaapektuhan o nababago ang boltahe ng panel na nagreresulta din sa mas mababang pagbuo ng init.

Tandaan: Ang nakakonekta na soar panel ay dapat na makabuo ng 50% higit na boltahe kaysa sa nakakonektang baterya sa tuktok ng sikat ng araw. Ang kasalukuyang dapat ay 1/5 ng rating ng baterya AH.

Paano i-set up ang Circuit

1. Maaari itong gawin sa sumusunod na pamamaraan:
2. Sa una panatilihing naka-OFF ang S1.
3. Ilantad ang panel sa tuktok ng sikat ng araw, at ayusin ang preset upang makuha ang kinakailangang pinakamainam na boltahe ng singilin sa kabuuan ng mosfet drain diode output at lupa.
4. Nakatakda na ang circuit ngayon.
5. Kapag tapos na ito, lumipat SA S1, magsisimula nang masingil ang baterya sa pinakamahusay na posibleng na-optimize na mode.

Pagdaragdag ng isang Kasalukuyang Tampok ng Pagkontrol

Ang isang maingat na pagsisiyasat sa circuit sa itaas ay nagpapakita na habang sinusubukan ng mosfet na mabayaran ang bumabagsak na antas ng boltahe ng panel, pinapayagan nito ang baterya na gumuhit ng mas maraming kasalukuyang mula sa panel, na nakakaapekto sa boltahe ng panel na bumabagsak pa rito pababa sa paghimok ng isang run-away na sitwasyon, ito maaaring seryosong hadlangan ang proseso ng pag-optimize

Ang isang kasalukuyang tampok sa kontrol tulad ng ipinapakita sa sumusunod na diagram ay nangangalaga sa problemang ito at ipinagbabawal ang baterya mula sa pagguhit ng labis na kasalukuyang lampas sa tinukoy na mga limitasyon. Ito naman ay tumutulong upang mapanatili ang pag-apekto ng boltahe ng panel.

Ang RX na kasalukuyang naglilimita ng risistor ay maaaring kalkulahin sa tulong ng sumusunod na pormula:

RX = 0.6 / I, kung saan ako ang tinukoy na minimum na kasalukuyang singilin para sa nakakonektang baterya

Ang isang krudo ngunit mas simpleng bersyon ng ipinaliwanag sa itaas na disenyo ay maaaring itayo tulad ng iminungkahi ni G. Dhyaksa gamit ang pagtuklas ng pin2 at pin6 na threshold ng IC555, ang buong diagram ay maaaring masaksihan sa ibaba:

Walang Pag-optimize nang walang isang Buck Converter

Sa itaas ay ipinaliwanag ang mga disenyo ng paggana gamit ang isang pangunahing konsepto ng PWM na awtomatikong inayos ang PWM ng isang 555 batay circuit bilang tugon sa nagbabago ng lakas ng araw.

Bagaman ang output mula sa circuit na ito ay gumagawa ng isang tugon sa pagsasaayos ng sarili upang mapanatili ang isang pare-pareho ang average na boltahe sa output, ang rurok na boltahe ay hindi naayos na ginagawa itong lubhang mapanganib para sa singilin ang mga baterya ng Li-ion o Lipo.

Bukod dito ang circuit sa itaas ay hindi nilagyan upang mai-convert ang labis na boltahe mula sa panel sa isang proporsyonal na halaga ng kasalukuyang para sa konektado na mas mababang boltahe na na-rate na pagkarga.

Pagdaragdag ng isang Buck Converter

Sinubukan kong iwasto ang kundisyong ito sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang buck converter yugto sa disenyo sa itaas, at maaaring makagawa ng isang pag-optimize na mukhang katulad sa isang MPPT circuit.

Gayunpaman kahit na may pinahusay na circuit na ito ay hindi ako lubos na kumbinsido tungkol sa kung o hindi ang circuit ay tunay na may kakayahang makabuo ng isang pare-pareho na boltahe na may trimmed down na antas ng rurok at isang pinalakas na kasalukuyang bilang tugon sa iba't ibang mga antas ng intensidad ng araw.

Upang lubos na magtiwala tungkol sa konsepto at matanggal ang lahat ng mga pagkalito kinailangan kong dumaan sa isang lubusang pag-aaral tungkol sa mga converter ng buck at ang kasangkot na ugnayan sa pagitan ng mga input / output voltages, kasalukuyang, at ang mga ratio ng PWM (duty cycle), na pumukaw ako upang lumikha ng mga sumusunod na nauugnay na artikulo:

Paano Gumagana ang Mga Buck Converter

Kinakalkula ang Boltahe, Kasalukuyang sa isang Buck Inductor

Ang mga nagtapos na pormula na nakuha mula sa nabanggit na dalawang artikulo ay nakatulong upang linawin ang lahat ng mga pag-aalinlangan at sa wakas ay perpekto akong magtiwala sa dati kong iminungkahing circuit ng solar optimizer na gumagamit ng isang circuit ng buck converter.

Sinusuri ang Kundisyon ng PWM Duty Cycle para sa Disenyo

Ang pangunahing pormula na malinaw na malinaw ang mga bagay ay makikita sa ibaba:

Vout = DVin

Narito ang V (in) ay ang input boltahe na nagmula sa panel, ang Vout ay ang nais na boltahe ng output mula sa buck converter at D ang cycle ng tungkulin.

Mula sa equation nagiging maliwanag na ang Vout ay maaaring maiakma sa pamamagitan ng 'alinman' sa pagkontrol sa cycle ng tungkulin ng buck converter o ng Vin .... o sa madaling salita ang Vin at ang mga parameter ng cycle ng tungkulin ay direktang katimbang at naiimpluwensyahan ang bawat isa linear na pinahahalagahan.

Sa katunayan ang mga tuntunin ay lubos na linear na ginagawang mas madali ang dimensioning ng isang solar optimizer circuit gamit ang isang buck converter circuit.

Ipinapahiwatig nito na kapag ang Vin ay mas mataas (@ peak sunshine) kaysa sa mga spec ng pag-load, ang IC 555 na processor ay maaaring gawing proporsyonal na mas makitid (o mas malawak para sa P-aparato) ang Vout at maiimpluwensyahan ang Vout na manatili sa nais na antas, at kabaligtaran ng lumiliit ang araw, maaaring palawakin ng processor (o makitid para sa P-aparato) ang mga PWM muli upang matiyak na ang boltahe ng output ay mapanatili sa tinukoy na pare-parehong antas.

Nasusuri ang Pagpapatupad ng PWM sa pamamagitan ng isang Praktikal na Halimbawa

Maaari nating patunayan ang nasa itaas sa pamamagitan ng paglutas ng ibinigay na pormula:

Ipagpalagay natin na ang pinakamataas na boltahe ng panel V (in) ay magiging 24V

at ang PWM na binubuo ng isang 0.5 sec ON oras, at 0.5sec OFF oras

Duty cycle = Transistor On time / Pulse ON + OFF time = T (on) / 0.5 + 0.5 sec

Pag-ikot ng tungkulin = T (on) / 1

Samakatuwid pinapalitan ang nabanggit sa itaas sa ibinigay na formula na nakukuha natin,

V (out) = V (in) x T (on)

14 = 24 x T (nasa)

kung saan 14 ang ipinapalagay na kinakailangang boltahe ng output,

samakatuwid,

T (on) = 14/24 = 0.58 segundo

Nagbibigay ito sa amin ng oras ng transistor na kailangang itakda para sa circuit sa panahon ng rurok ng sikat ng araw para sa paggawa ng kinakailangang 14v sa output.

Paano ito gumagana

Kapag naitakda ang nasa itaas, ang natitira ay maaaring iwanang para sa IC 555 upang iproseso para sa inaasahang mga self-adjusting na T (sa) mga panahon bilang tugon sa lumiliit na sikat ng araw.

Ngayon habang lumiliit ang sikat ng araw, sa itaas na ON oras ay tataas (o mabawasan para sa P-aparato) nang proporsyonal ng circuit sa isang linear na paraan para masiguro ang isang pare-pareho na 14V, hanggang sa ang boltahe ng panel ay talagang bumagsak sa 14V, kung kailan maaaring ang circuit ay isara ang mga pamamaraan.

Ang kasalukuyang (amp) parameter ay maaari ring ipalagay na pag-aayos ng sarili, na palaging sinusubukan na makamit ang (VxI) na produkto na pare-pareho sa buong proseso ng pag-optimize. Ito ay sapagkat ang isang buck converter ay palaging dapat na i-convert ang input ng mataas na boltahe sa isang proporsyonadong pagtaas ng kasalukuyang antas sa output.

Pa rin kung interesado kang ganap na kumpirmahin tungkol sa mga resulta, maaari kang sumangguni sa sumusunod na artikulo para sa mga nauugnay na pormula:

Kinakalkula ang Boltahe, Kasalukuyang sa isang Buck Inductor

Ngayon tingnan natin kung paano ang panghuling circuit na dinisenyo ko, mula sa sumusunod na impormasyon:

Tulad ng nakikita mo sa diagram sa itaas, ang pangunahing diagram ay magkapareho sa naunang pag-optimize ng sarili na solar charger circuit, maliban sa pagsasama ng IC4 na na-configure bilang isang tagasunod ng boltahe at pinalitan bilang kapalit ng yugto ng tagasunod ng emitter ng BC547. Ginagawa ito upang makapagbigay ng isang mas mahusay na tugon para sa IC2 pin # 5 control pinout mula sa panel.

Pagbubuod ng Pangunahing Pagganap ng Solar Optimizer

Ang paggana ay maaaring mabago tulad ng ibinigay sa ilalim ng: Ang IC1 ay bumubuo ng isang dalas ng dalas ng alon sa halos 10kHz na maaaring tumaas sa 20kHz sa pamamagitan ng pagbabago ng halaga ng C1.

Ang dalas na ito ay pinakain sa pin2 ng IC2 para sa pagmamanupaktura ng mabilis na paglipat ng mga alon ng tatsulok sa pin # 7 sa tulong ng T1 / C3.

Ang boltahe ng panel ay angkop na nababagay ng P2 at pinakain sa yugto ng tagasunod ng boltahe ng IC4 para sa pagpapakain ng pin # 5 ng IC2.

Ang potensyal na ito sa pin # 5 ng IC2 mula sa panel ay inihambing ng pin # 7 mabilis na mga tatsulok na alon para sa paglikha ng kaukulang dimensyonadong data ng PWM sa pin # 3 ng IC2.

Sa rurok ng sikat ng araw na P2 ay naaangkop na nababagay tulad ng bumubuo ang IC2 ng pinakamalawak na posibleng PWMs at habang ang sikat ng araw ay nagsisimulang lumiliit, ang mga PWM na proporsyonal na mas makitid.

Ang epekto sa itaas ay pinakain sa base ng isang PNP BJT para sa pag-invert ng sagot sa naka-attach na yugto ng buck converter.

Ipinapahiwatig na, sa rurok ng sikat ng araw, pinipilit ng mas malawak na PWMs ang aparato ng PNP na magsagawa ng kaunti {nagbawas ng T (sa) tagal ng panahon}, na nagdudulot ng mas makitid na mga porma ng alon na maabot ang buck inductor ... ngunit dahil mataas ang boltahe ng panel, ang antas ng input ng boltahe Ang {V (in)} pag-abot sa buck inductor ay katumbas ng antas ng boltahe ng panel.

Kaya sa sitwasyong ito, ang converter ng usang tulong sa tulong ng wastong kinakalkula na T (on) at V (sa) ay nakagawa ng tamang kinakailangang output boltahe para sa pag-load, na maaaring mas mababa kaysa sa boltahe ng panel, ngunit sa isang proporsyonal na boosted kasalukuyang (amp) antas.

Ngayon habang bumabagsak ang sikat ng araw, naging mas makitid din ang PWMs, na pinapayagan ang PNP T (on) na tumaas nang proporsyonal, na tumutulong din sa buck inductor na mabayaran ang nababawas na sikat ng araw sa pamamagitan ng pagtaas ng boltahe ng output nang proporsyonal ... ang kasalukuyang (amp ) Ang kadahilanan ngayon ay nabawasan nang proporsyonal sa kurso ng pagkilos, tinitiyak na ang pagkakapare-pareho ng output ay ganap na pinananatili, ng buck converter.

Ang T2 kasama ang mga nauugnay na sangkap ay bumubuo ng kasalukuyang yugto ng paglilimita o yugto ng error amplifier. Tinitiyak nito na ang pag-load ng output ay hindi kailanman pinapayagan na ubusin ang anumang bagay sa itaas ng na-rate na mga detalye ng disenyo, upang ang system ay hindi kailanman magulong at ang pagganap ng solar panel ay hindi pinapayagan na ilihis mula sa mataas na sona ng kahusayan.

Ang C5 ay ipinapakita bilang isang 100uF capacitor, gayunpaman para sa isang pinabuting kinalabasan maaari itong tumaas sa 2200uF na halaga, dahil mas mataas ang mga halaga ay matiyak na mas mahusay na kasalukuyang ripple control at mas malinaw na boltahe para sa pag-load.

Ang P1 ay para sa pag-aayos / pagwawasto ng offset boltahe ng output ng opamp, tulad ng pin # 5 na makakatanggap ng isang perpektong zero volts sa kawalan ng isang boltahe ng solar panel o kapag ang boltahe ng solar panel ay nasa ibaba ng mga spec ng pag-load ng boltahe.

Ang pagtutukoy ng L1 ay maaaring matukoy sa tulong ng impormasyon na ibinigay sa sumusunod na artikulo:

Paano Makalkula ang Mga Inductor sa SMPS Circuits

Ang Solar Optimizer na gumagamit ng Op Amps

Ang isa pang napaka-simple ngunit mabisang circuit ng solar optimizer ay maaaring gawin sa pamamagitan ng paggamit ng isang LM338 IC at ilang mga opamp.

Unawain natin ang ipinanukalang circuit (solar optimizer) sa tulong ng mga sumusunod na puntos: Ipinapakita ng pigura ang isang LM338 boltahe regulator circuit na may kasalukuyang tampok na kontrol din sa anyo ng transistor BC547 na konektado sa kabuuan ng pag-aayos at ground pin ng IC.

Ginamit ang mga Opamp bilang Mga Maghahambing

Ang dalawang opamp ay naka-configure bilang mga paghahambing. Sa katunayan maraming mga naturang yugto ay maaaring isama para sa pagpapahusay ng mga epekto.

Sa kasalukuyang disenyo A1's pin # 3 preset ay nababagay na ang output ng A1 ay napupunta nang mataas kapag ang sikat ng araw ay sumisikat sa panel ay tungkol sa 20% na mas mababa kaysa sa rurok na halaga.

Katulad nito, A2 yugto ay nababagay tulad na ang output nito napupunta mataas kapag ang sikat ng araw ay tungkol sa 50% mas mababa kaysa sa rurok na halaga.

Kapag ang output ng A1 ay mataas, ang RL # 1 ay nagpapalitaw sa pagkonekta sa R2 na linya sa circuit, na ididiskonekta ang R1.

Una sa rurok ng sikat ng araw, R1 na ang halaga ay napili nang mas mababa, na nagbibigay-daan sa maximum na kasalukuyang maabot ang baterya.

Diagram ng Circuit

Kapag bumagsak ang sikat ng araw, bumabagsak din ang boltahe ng panel at ngayon ay hindi namin kayang gumuhit ng mabibigat na kasalukuyang mula sa panel dahil ibababa nito ang boltahe sa ibaba 12V na maaaring ganap na ihinto ang proseso ng pagsingil.

Relay Changeover para sa Kasalukuyang Pag-optimize

Samakatuwid tulad ng ipinaliwanag sa itaas A1 ay kumikilos at ididiskonekta ang R1 at kumokonekta sa R2. Ang R2 ay napili sa isang mas mataas na halaga at pinapayagan lamang ang limitadong halaga ng kasalukuyang sa baterya tulad ng ang boltahe ng solar ay hindi nag-crash sa ibaba 15 vots, isang antas na kinakailangan na kinakailangan sa pag-input ng LM338.

Kapag ang sikat ng araw ay nahuhulog sa ibaba ng pangalawang hanay ng threshold, pinapagana ng A2 ang RL # 2 na siya namang ay lumilipat ng R3 upang gawing mas mababa ang kasalukuyang baterya siguraduhin na ang boltahe sa input ng LM338 ay hindi kailanman bumaba sa ibaba 15V, ngunit ang rate ng pagsingil sa ang baterya ay laging pinapanatili sa pinakamalapit na pinakamainam na mga antas.

Kung ang mga yugto ng opamp ay nadagdagan na may higit na bilang ng mga relay at kasunod na kasalukuyang pagkilos na pagkontrol, ang unit ay maaaring ma-optimize na may mas mahusay na kahusayan.

Ang pamamaraang nasa itaas ay singilin ang baterya nang mabilis sa mataas na kasalukuyang sa panahon ng rurok ng mga sikat ng araw at pinapababa ang kasalukuyang habang ang lakas ng araw sa ibabaw ng panel ay bumaba, at naaangkop na nagbibigay ng baterya ng wastong rate ng kasalukuyang tulad na ito ay ganap na nasingil sa pagtatapos ng araw.

Ano ang Mangyayari sa isang Baterya Alin ang maaaring hindi maipalabas?

Ipagpalagay kung sakaling ang baterya ay hindi optimal na natanggal upang dumaan sa proseso sa itaas sa susunod na umaga, ang sitwasyon ay maaaring nakamamatay sa baterya, dahil ang paunang mataas na kasalukuyang maaaring may negatibong nakakaapekto sa baterya sapagkat ito ay paalisin sa tinukoy mga rating

Upang suriin ang isyu sa itaas, isang pares ng higit pang mga opamp ay ipinakilala, A3, A4, na sinusubaybayan ang antas ng boltahe ng baterya at pinasimulan ang parehong mga aksyon tulad ng ginawa ng A1, A2, upang ang kasalukuyang sa baterya ay na-optimize na patungkol sa ang boltahe o ang antas ng singil na kasama ng baterya sa tagal ng oras na iyon.