Mạch sạc pin năng lượng mặt trời tự tối ưu hóa

Bài đăng thảo luận về một mạch sạc pin năng lượng mặt trời tự tối ưu hóa đơn giản dựa trên IC 555 với mạch chuyển đổi buck tự động đặt và điều chỉnh điện áp sạc để đáp ứng với điều kiện ánh sáng mặt trời mờ dần và cố gắng duy trì năng lượng sạc tối ưu cho pin, bất kể mặt trời cường độ tia.

Sử dụng thiết kế bộ chuyển đổi PWM Buck

Bộ chuyển đổi Buck PWM đi kèm đảm bảo chuyển đổi hiệu quả để bảng điều khiển không bao giờ chịu các điều kiện căng thẳng.

Tôi đã thảo luận về một điều thú vị mạch sạc năng lượng mặt trời dựa trên PWM loại MPPT , thiết kế sau có thể được coi là một phiên bản nâng cấp của cùng một phiên bản vì nó bao gồm một giai đoạn chuyển đổi buck làm cho thiết kế thậm chí còn hiệu quả hơn so với bản trước đó.

Lưu ý: Hãy kết nối một điện trở 1K qua chân 5 và mặt đất của IC2 để hoạt động chính xác của mạch.

Đề xuất tự tối ưu hóa năng lượng mặt trời mạch sạc pin với mạch chuyển đổi buck có thể được hiểu với sự trợ giúp của lời giải thích sau:

Mạch bao gồm ba giai đoạn cơ bản viz: bộ tối ưu hóa điện áp mặt trời PWM sử dụng vài IC 555 ở dạng IC1 và IC2, bộ khuếch đại dòng PWM mosfet và bộ chuyển đổi buck sử dụng L1 và các thành phần liên quan.

IC1 được thiết kế để tạo ra tần số khoảng 80 Hz trong khi IC2 được cấu hình như một bộ so sánh và bộ tạo PWM.

80 Hz từ IC 1 được đưa đến chân2 của IC2 sử dụng tần số này để tạo ra sóng tam giác qua C1 .... được so sánh thêm với điện thế tức thời tại chân 5 của nó để xác định kích thước PWM chính xác tại chân 3 của nó.

Điện thế pin5 như có thể thấy trong sơ đồ, được lấy từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời thông qua một giai đoạn phân chia tiềm năng và một bộ thu chung BJT.

Giá trị đặt trước được đặt với bộ chia điện thế này ban đầu được điều chỉnh thích hợp sao cho ở điện áp cao nhất của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, đầu ra từ bộ chuyển đổi buck tạo ra cường độ điện áp tối ưu phù hợp với mức sạc của pin được kết nối.

Khi phần trên được thiết lập, phần còn lại sẽ được xử lý tự động bởi giai đoạn IC1 / IC2.

Trong thời gian ánh sáng mặt trời cao điểm, PWM được rút ngắn một cách thích hợp đảm bảo áp suất tối thiểu trên bảng điều khiển năng lượng mặt trời nhưng vẫn tạo ra điện áp tối ưu chính xác cho pin do sự hiện diện của giai đoạn chuyển đổi buck (loại thiết kế tăng cường buck là phương pháp hiệu quả nhất để giảm nguồn điện áp mà không cần nhấn mạnh các thông số nguồn)

Bây giờ, khi ánh sáng mặt trời bắt đầu giảm điện áp trên bộ chia điện thế đã đặt cũng bắt đầu giảm theo tỷ lệ được phát hiện ở chân 5 của IC2 .... khi phát hiện sự suy giảm dần dần này của điện áp mẫu, IC2 bắt đầu mở rộng các PWM để đầu ra buck có thể duy trì điện áp sạc pin tối ưu cần thiết, điều này ngụ ý rằng pin tiếp tục nhận được lượng điện chính xác bất kể ánh sáng mặt trời làm chậm lại.

L1 phải được ghi kích thước thích hợp để tạo ra mức điện áp tối ưu gần đúng cho pin khi bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở thông số kỹ thuật cao nhất hoặc nói cách khác khi ánh sáng mặt trời ở vị trí thuận lợi nhất cho tấm pin mặt trời.

RX được giới thiệu để xác định và hạn chế giới hạn dòng sạc tối đa cho pin, nó có thể được tính toán với sự trợ giúp của công thức sau:

Rx = 0,7 x 10 / Pin AH

Làm thế nào để thiết lập bên trên tự tối ưu mạch sạc pin năng lượng mặt trời với mạch chuyển đổi buck.

Giả sử một bảng điều khiển năng lượng mặt trời đỉnh 24 V được chọn để sạc pin 12 V, mạch có thể được thiết lập như hướng dẫn bên dưới:

Ban đầu không kết nối bất kỳ pin nào ở đầu ra

Kết nối 24 V từ bộ chuyển đổi C / DC bên ngoài qua các điểm mà đầu vào của bảng điều khiển năng lượng mặt trời được yêu cầu cấp nguồn.

Kết nối 12 V cho mạch IC1 / IC2 từ bộ chuyển đổi AC / DC khác.

Điều chỉnh bộ chia điện thế 10k đặt trước cho đến khi đạt được điện thế khoảng 11,8 V tại chân 5 của IC2.

Tiếp theo, thông qua một số chỉnh sửa lỗi thử nghiệm và tối ưu hóa số vòng quay của L1 cho đến khi đo được 14,5 V trên đầu ra nơi cần kết nối pin.

Đó là tất cả! mạch hiện đã được thiết lập và sẵn sàng sử dụng với bảng điều khiển năng lượng mặt trời dự kiến ​​để có được quy trình sạc dựa trên PWM hiệu quả cao được tối ưu hóa.

Ở trên tự tối ưu hóa mạch sạc pin năng lượng mặt trời với mạch chuyển đổi buck Tôi đã cố gắng triển khai và trích xuất một đầu ra điện áp và dòng điện khác nhau một cách đối lập từ mạch đối với ánh sáng mặt trời, tuy nhiên, một cuộc điều tra sâu hơn đã khiến tôi nhận ra rằng thực ra nó không nên phản ứng ngược lại. tương ứng với ánh sáng mặt trời.

Bởi vì trong MPpT, chúng tôi muốn khai thác công suất tối đa trong giờ cao điểm đồng thời đảm bảo rằng tải không ảnh hưởng đến bảng điều khiển và hiệu quả của nó.

Sơ đồ sửa đổi sau đây hiện có ý nghĩa tốt hơn, chúng ta hãy thử phân tích thiết kế một cách nhanh chóng:

Trong thiết kế cập nhật ở trên, tôi đã thực hiện thay đổi quan trọng sau:

Tôi đã thêm một biến tần NPN tại chân 3 của IC 2 để bây giờ các PWM từ IC 2 ảnh hưởng đến mosfet để trích xuất công suất tối đa từ bảng điều khiển và giảm dần công suất khi ánh sáng mặt trời giảm dần.

Xung PWM cùng với bộ chuyển đổi buck đảm bảo khả năng tương thích hoàn hảo và khai thác điện tối đa từ bảng điều khiển, nhưng giảm dần theo phản ứng với cường độ giảm dần của mặt trời.

Tuy nhiên, thiết lập ở trên đảm bảo về một khía cạnh quan trọng, nó đảm bảo tỷ lệ công suất đầu vào / đầu ra cân bằng, vốn luôn là vấn đề quan trọng trong bộ sạc MPPT.

Hơn nữa, nếu trong trường hợp tải cố gắng trích xuất một lượng dòng điện quá mức, bộ giới hạn dòng điện BC557 ngay lập tức hoạt động để ngăn chặn sự gián đoạn hoạt động trơn tru của MPPT bằng cách cắt điện cho tải trong những khoảng thời gian đó.

Cập nhật

Chiêm ngưỡng thiết kế hoàn thiện của một mạch MPPT

Sau khi trải qua những đánh giá nghiêm ngặt hơn nữa, cuối cùng tôi có thể kết luận rằng lý thuyết thứ hai được thảo luận ở trên không thể đúng. Lý thuyết đầu tiên có ý nghĩa hơn vì MPPT chỉ có nghĩa là trích xuất và chuyển đổi các vôn phụ thành dòng điện có thể có sẵn từ một tấm pin mặt trời.

Ví dụ: giả sử nếu bảng điều khiển năng lượng mặt trời có nhiều hơn 10V so với thông số kỹ thuật của tải, thì chúng tôi muốn truyền điện áp bổ sung này đến bộ chuyển đổi buck thông qua PWM để bộ chuyển đổi buck có thể tạo ra lượng điện áp được chỉ định cho tải mà không cần tải bất kỳ của các tham số.

Để thực hiện điều này, PWM sẽ cần phải mỏng hơn một cách tương ứng trong khi mặt trời ở đỉnh và giải phóng thêm vôn.

Tuy nhiên, khi năng lượng mặt trời giảm đi, các PWM sẽ được yêu cầu mở rộng để bộ chuyển đổi buck liên tục được kích hoạt với lượng công suất tối ưu để cung cấp tải ở tốc độ quy định bất kể cường độ mặt trời.

Để cho phép các quy trình trên diễn ra thuận lợi và tối ưu, thiết kế đầu tiên có vẻ là thiết kế thích hợp nhất và có thể đáp ứng yêu cầu trên một cách chính xác.

Do đó, thiết kế thứ hai có thể bị loại bỏ đơn giản và thiết kế đầu tiên được hoàn thiện là mạch MPT dựa trên 555 chính xác.

Tôi không thấy thích hợp để xóa thiết kế thứ hai vì có nhiều nhận xét khác nhau dường như được liên kết với thiết kế thứ hai và việc xóa nó có thể khiến cuộc thảo luận trở nên khó hiểu đối với độc giả, do đó tôi quyết định giữ nguyên chi tiết và làm rõ vị trí với lời giải thích này.