MPPT significa rastrejador de punts de màxima potència, que és un sistema electrònic dissenyat per optimitzar la potència de sortida d’un mòdul de panell solar de manera que la bateria connectada exploti la màxima potència disponible del panell solar.
Introducció
NOTA: Els circuits MPPT discutits en aquesta publicació no fan servir els mètodes de control convencionals com 'Pertorbar i observar', 'Conductància incremental,' Escombrat de corrent ',' Tensió constant '...... etc, etc. concentra't i prova d'implementar un parell de coses bàsiques:
- Per assegurar-vos que la 'potència' d'entrada del panell solar sigui sempre igual a la 'potència' de sortida que arriba a la càrrega.
- La 'tensió del genoll' mai no es veu alterada per la càrrega i la zona MPPT del panell es manté de manera eficient.
Quina tensió i corrent té el genoll d'un panell:
En poques paraules, la tensió del genoll és la 'voltatge de circuit obert' nivell del tauler, mentre que la corrent del genoll és la 'corrent de curtcircuit' mesura del tauler en qualsevol instant donat.
Si es mantenen els dos anteriors el màxim possible, es podria suposar que la càrrega obté la potència MPPT durant tot el seu funcionament.
Abans d’endinsar-nos en els dissenys proposats, primer coneixem alguns dels fets bàsics relatius a càrrega solar de la bateria
Sabem que la producció d’un panell solar és directament proporcional al grau de llum solar incident i també a la temperatura ambient. Quan els rajos del sol són perpendiculars al panell solar, genera la màxima tensió i es deteriora a mesura que l’angle s’allunya dels 90 graus. La temperatura atmosfèrica al voltant del panell també afecta l’eficiència del panell, que cau amb l’augment de la temperatura. .
Per tant, podem concloure que quan els rajos del sol són a prop de 90 graus sobre el panell i quan la temperatura és d’uns 30 graus, l’eficiència del panell és màxima, la velocitat disminueix a mesura que els dos paràmetres anteriors s’allunyen dels seus valors classificats.
El voltatge anterior s’utilitza generalment per carregar una bateria, a bateria de plom àcid , que al seu torn s'utilitza per fer funcionar un inversor. No obstant això, igual que el el panell solar té els seus propis criteris de funcionament , la bateria tampoc no és menor i ofereix unes condicions estrictes per carregar-se de manera òptima.
Les condicions són que la bateria s’ha de carregar amb un corrent relativament superior inicialment, que s’ha de reduir gradualment fins a gairebé zero quan la bateria assoleixi un voltatge 15% superior a la seva capacitat normal.
Suposant que una bateria de 12V completament descarregada, amb un voltatge de 11,5V, es pugui carregar inicialment al voltant de la velocitat C / 2 (C = AH de la bateria), començarà a omplir la bateria relativament ràpidament i en pot reduir la tensió. al voltant de 13V en un parell d’hores.
En aquest moment, el corrent s’hauria de reduir automàticament per dir-ne la velocitat C / 5, això ajudarà de nou a mantenir el ritme de càrrega ràpid sense danyar la bateria i augmentar el voltatge a uns 13,5 V en la propera 1 hora.
Seguint els passos anteriors, ara es pot reduir el corrent fins a la velocitat C / 10, cosa que assegura que la taxa de càrrega i el ritme no disminueixin.
Finalment, quan la tensió de la bateria arriba als 14,3 V, el procés es pot reduir a una velocitat C / 50 que gairebé atura el procés de càrrega, tot i que restringeix la càrrega a baixar.
Tot el procés carrega una bateria descarregada profundament en un lapse de 6 hores sense afectar la vida útil de la bateria.
Un MPPT s’utilitza exactament per garantir que el procediment anterior s’extreu de manera òptima d’un panell solar concret.
Un panell solar pot no ser capaç de proporcionar sortides de corrent elevades, però definitivament és capaç de proporcionar tensions més altes.
El truc seria convertir els nivells de tensió més alts a nivells de corrent més alts mitjançant una adequada optimització de la sortida del panell solar.
Ara bé, atès que les conversions d’un voltatge més alt a un corrent més alt i viceversa només es poden implementar mitjançant convertidors Buck boost, un mètode innovador (tot i que una mica voluminós) seria utilitzar un circuit d’inductor variable en què l’inductor tingués moltes preses commutables. les aixetes poden ser commutades per un circuit de commutació en resposta a la llum solar variable, de manera que la sortida a la càrrega sempre es manté constant independentment del sol.
El concepte es pot entendre fent referència al diagrama següent:
Esquema de connexions
Utilitzant LM3915 com a IC del processador principal
El processador principal del diagrama anterior és el IC LM3915 que canvia el seu pinout de sortida seqüencialment de dalt a baix en resposta a la disminució de la llum solar
Aquestes sortides es poden veure configurades amb transistors de potència de commutació que, al seu torn, estan connectats amb les diverses aixetes d’una bobina d’inductor llarg de ferrita.
L’extrem inferior inferior de l’inductor es pot veure connectat amb un transistor de potència NPN que es commuta a una freqüència d’uns 100 kHz des d’un circuit oscil·lador configurat externament.
Els transistors de potència connectats amb les sortides del commutador IC en resposta a les sortides IC de seqüenciació, connecten les preses adequades de l’inductor amb la tensió del panell i la freqüència de 100 kHz.
Aquestes voltes de l’inductor es calculen adequadament de manera que les seves diferents preses es converteixen en compatibles amb la tensió del panell, ja que es canvien mitjançant les etapes del controlador de sortida IC.
Per tant, el procediment assegura que, mentre la intensitat del sol i la tensió cauen, es relaciona adequadament amb l’aixeta corresponent de l’inductor mantenint gairebé una tensió constant a totes les aixetes donades, segons les seves qualificacions calculades.
Comprenem el funcionament amb l'ajut del següent escenari:
Suposem que la bobina està seleccionada per ser compatible amb un panell solar de 30 V, per tant, a la màxima insolació, suposem que el transistor superior de major potència està engegat per l’IC que sotmet la oscil·lació de la bobina sencera, cosa que permet que tots els 30 V estiguin disponibles extrems extrems de la bobina.
Ara suposem que la llum del sol cau 3V i redueix la seva sortida a 27V, això ho detecta ràpidament el CI de manera que el primer transistor de la part superior ara s’APAGA i el segon transistor de la seqüència s’encén.
L'acció anterior selecciona el segon toc (27V) de l'inductor des de la part superior que executa una presa inductor coincident a la resposta de tensió, assegurant-se que la bobina oscil·la òptimament amb la tensió reduïda ... de la mateixa manera, ara a mesura que la tensió solar cau encara més els transistors respectius 'donar la mà' amb les aixetes de l'inductor corresponents que garanteixin una perfecta adaptació i commutació eficient de l'inductor, corresponent a les tensions solars disponibles.
A causa de la resposta coincident anterior entre el panell solar i l’inductor de commutació buck / boost ... es pot suposar que les tensions de l’aixeta sobre els punts rellevants mantenen una tensió constant durant tot el dia independentment de la situació de la llum solar ...
Per exemple, suposem que si l’inductor està dissenyat per produir 30V a l’aixeta superior seguit de 27V, 24V, 21V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 3V, 0V a través de les preses posteriors, es podria suposar que totes aquestes tensions són constant sobre aquestes aixetes independentment dels nivells de llum solar.
Recordeu també que aquest voltatge es pot modificar segons les especificacions de l'usuari per aconseguir voltatges superiors o inferiors al voltatge del panell.
El circuit anterior també es pot configurar a la topoogia flyback tal com es mostra a continuació:
En ambdues configuracions anteriors, se suposa que la sortida es manté constant i estable en termes de tensió i potència independentment de la sortida solar.
Utilització del mètode de seguiment I / V
El següent concepte de circuit garanteix que el nivell MPPT del panell no es pertorbi dràsticament per la càrrega.
El circuit fa un seguiment del nivell MPPT de 'genoll' del panell i s'assegura que la càrrega no permeti consumir res més que pugui provocar una caiguda en aquest nivell de genoll del panell.
Aprenem com es pot fer això mitjançant un senzill circuit de seguiment opam I / V.
Tingueu en compte que els dissenys que no tenen un convertidor de dòlar mai no podran optimitzar l’excés de tensió en corrent equivalent per a la càrrega, i poden fallar en aquest sentit, que es considera la característica crucial de qualsevol disseny MPPT.
Es pot fabricar un dispositiu de tipus MPPT molt senzill però eficaç utilitzant un IC LM338 i un opamps.
En aquest concepte dissenyat per mi, l’amplificador operatiu està configurat de manera que manté la gravació de les dades MPP instantànies del panell i les compara amb el consum de càrrega instantània. Si el consum de càrrega supera aquestes dades emmagatzemades, talla la càrrega ...
L'escenari IC 741 és la secció de seguiment solar i constitueix el cor de tot el disseny.
La tensió del panell solar s’alimenta al pin2 inversor de l’IC, mentre que el mateix s’aplica al pin3 no inversor amb una caiguda d’uns 2 V mitjançant tres díodes 1N4148 en sèrie.
La situació anterior manté constantment el pin3 del CI una ombra inferior al pin2, garantint un voltatge zero a través del pin6 de sortida del IC.
Tanmateix, en cas de sobrecàrrega ineficient, com ara una bateria que no coincideix o una bateria de gran corrent, la tensió del panell solar tendeix a disminuir per la càrrega. Quan això passa, la tensió pin2 també comença a caure, però a causa de la presència del condensador de 10uF al pin3, el seu potencial es manté sòlid i no respon a la caiguda anterior.
La situació obliga instantàniament el pin3 a ser més alt que el pin2, que al seu torn commuta el pin6 alt, engegant el BJT BC547.
El BC547 desactiva immediatament el LM338 tallant el voltatge de la bateria, el cicle continua commutant a un ritme ràpid depenent de la velocitat nominal de l'IC.
Les operacions anteriors asseguren que la tensió del panell solar mai caigui ni es retiri per la càrrega, mantenint una condició semblant al MPPT durant tot el temps.
Com que s’utilitza un IC lineal LM338, el circuit podria tornar a ser una mica ineficient ... el remei és substituir l’etapa LM338 per un convertidor de buck ... que faria que el disseny fos extremadament versàtil i comparable a un MPPT real.
A continuació es mostra un circuit MPPT que utilitza una topologia de convertidor de buck, ara el disseny té molt de sentit i sembla molt més proper a un MPPT real
Circuit MPPT de 48V
Els circuits MPPT simples anteriors també es poden modificar per implementar la càrrega de la bateria d'alta tensió, com ara el següent circuit de carregador de bateria MPPT de 48V.
Les idees les he desenvolupat exclusivament.
Anterior: Circuit de controlador i carregador de bateria automàtic de 3 passos Següent: 3 circuits senzills de commutació de panell solar / xarxa
