ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER (1-es verzió): 11 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

[Videó lejátszása]

Korábbi utasításaimban leírtam a hálózaton kívüli napelemes rendszer energiafelügyeletének részleteit. Emellett megnyertem a 123D áramkörök versenyét is. Látható ez az ARDUINO ENERGY METER.

Végül közzéteszem az új, 3-as verziójú töltésvezérlőmet. Az új verzió hatékonyabb és MPPT algoritmussal működik.

Az összes projektemet itt találod:

Az alábbi linkre kattintva megtekintheti.

ARDUINO MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER (3.0 verzió)

Az 1-es verziójú töltésvezérlőm megtekinthető az alábbi linkre kattintva.

ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER (Változat 2.0)

A napelemes rendszerben a töltésszabályozó a rendszer szíve, amelyet az újratölthető akkumulátor védelmére terveztek. Ebben az útmutatóban elmagyarázom a PWM töltésszabályozót.

Indiában a legtöbb ember vidéken él, ahol az országos hálózati átviteli vonal nem érhető el. A meglévő elektromos hálózatok nem képesek ellátni a szegény emberek villamosenergia-szükségletét. Tehát megújuló energiaforrások (fotovoltaikus panelek és szél- generátorok) a legjobb megoldás szerintem. Jobban ismerem a falusi élet fájdalmait, mivel én is onnan származom. Így terveztem ezt a DIY napelemes töltésvezérlőt, hogy segítsek másoknak és az otthonomnak is. Nem hiszi el, a házi készítésű napelemes világítási rendszerem sokat segít a közelmúltbeli Phailin ciklon idején.

A napenergia előnye, hogy kevesebb karbantartást és szennyezést nem igényel, de fő hátrányuk a magas gyártási költség, alacsony energiaátalakítási hatékonyság. Mivel a napelemek még mindig viszonylag alacsony konverziós hatékonysággal rendelkeznek, a teljes rendszerköltség csökkenthető egy hatékony napelemes töltésszabályozóval, amely a lehető legnagyobb teljesítményt tudja kihozni a panelből.

Mi az a töltésvezérlő?

A napelemes töltésvezérlő szabályozza a napelemekből érkező feszültséget és áramot, amelyet a napelem és az akkumulátor között helyeznek el. Az akkumulátorok megfelelő töltési feszültségének fenntartására szolgál. Ahogy a napelem bemeneti feszültsége emelkedik, a töltésszabályozó szabályozza az akkumulátorok töltését, megakadályozva a túltöltést.

A töltésvezérlő típusai:

1. KI

2. PWM

3. MPPT

A legalapvetőbb töltésvezérlő (ON/OFF típus) egyszerűen figyeli az akkumulátor feszültségét, és megnyitja az áramkört, leállítva a töltést, amikor az akkumulátor feszültsége egy bizonyos szintre emelkedik.

A három töltésvezérlő közül az MPPT a leghatékonyabb, de költséges, és összetett áramköröket és algoritmust igényel. Mint egy kezdő hobbi, mint én, úgy gondolom, hogy a PWM töltésvezérlő a legjobb számunkra, amelyet a napelemek töltésének első jelentős előrelépésének tekintünk.

Mi az a PWM:

Az impulzusszélesség -moduláció (PWM) a leghatékonyabb eszköz az akkumulátorok állandó feszültségű töltésének elérésére a kapcsolók (MOSFET) teljesítményarányának beállításával. A PWM töltésvezérlőben a napelemekből származó áram csökken az akkumulátor állapotának és az újratöltési igényeknek megfelelően. Amikor az akkumulátor feszültsége eléri a szabályozás alapértékét, a PWM algoritmus lassan csökkenti a töltési áramot, hogy elkerülje az akkumulátor felmelegedését és gázképződését, de a töltés továbbra is a lehető legrövidebb időn belül visszaadja a maximális energiamennyiséget.

A PWM töltésvezérlő előnyei:

1. Nagyobb töltési hatékonyság

2. Hosszabb akkumulátor -élettartam

3. Csökkentse az akkumulátor túlmelegedését

4. Minimalizálja az akkumulátor terhelését

5. Az akkumulátor deszulfatálásának képessége.

Ez a töltésszabályozó használható:

1. A napelemes otthoni rendszerben használt akkumulátorok töltése

2. Napelemes lámpa vidéken

3. Mobiltelefon töltés

Azt hiszem, sokat leírtam a töltésvezérlő hátteréről. Kezdjük el készíteni a vezérlőt.

A korábbi utasításokhoz hasonlóan az ARDUINO-t használtam mikrovezérlőként, amely tartalmazza a chipen található PWM-et és ADC-t.

1. lépés: Szükséges alkatrészek és eszközök:

Alkatrészek:

1. ARDUINO UNO (Amazon)

2. 16x2 karakteres LCD (Amazon)

3. MOSFETS (IRF9530, IRF540 vagy ezzel egyenértékű)

4. Tranzisztorok (2N3904 vagy azzal egyenértékű NPN tranzisztorok)

5. ELLENÁLLÓK (Amazon / 10k, 4.7k, 1k, 330ohm)

6. KAPACITOR (Amazon / 100uF, 35v)

7. DIÓDA (IN4007)

8. ZENER DIÓDA 11v (1N4741A)

9. LED -ek (Amazon / piros és zöld)

10. BIZTONSÁGOK (5A) ÉS BIZTOSÍTÓTARTÓ (Amazon)

11. BREAD BOARD (Amazon)

12. PERFORATED BOARD (Amazon)

13. JUMPER WIRES (Amazon)

14. PROJEKT DOBOZ

15.6 PIN -CSAVAR TERMINÁL

16. SCOTCH FELSZERELŐ TÉREK (Amazon)

Eszközök:

1. FÚRÁS (Amazon)

2. GLUE GUN (Amazon)

3. HOBBY KÉS (Amazon)

4. SOLDINGING Iron (Amazon)

2. lépés: Töltésvezérlő áramkör

A teljes töltésvezérlő áramkört 6 részre osztom a jobb megértés érdekében

1. Feszültségérzékelés

2. PWM jel generálása

3. MOSFET kapcsolás és illesztőprogram

4. Szűrő és védelem

5. Kijelző és jelzés

6. LOAD On/OFF

3. lépés: Feszültségérzékelők

A töltésszabályozó fő érzékelői feszültségérzékelők, amelyek könnyen megvalósíthatók feszültségosztó áramkör használatával. Érzékelnünk kell a napelemből származó feszültséget és az akkumulátor feszültségét.

Mivel az ARDUINO analóg tű bemeneti feszültsége 5 V -ra korlátozódik, a feszültségosztót úgy terveztem meg, hogy a kimeneti feszültség 5 V -nál kisebb legyen. 5 W (Voc = 10 V) napelemet és 6 V és 5,5 Ah -t használtam SLA akkumulátor az energia tárolásához. Tehát mind a feszültséget 5 V alá kell csökkentenem. R1 = 10k és R2 = 4,7K használtam a feszültségek (napelem feszültség és akkumulátor feszültség) érzékelésében. R1 és R2 értéke alacsonyabb is lehet, de a probléma az, hogy amikor az ellenállás alacsony, nagyobb áram folyik át rajta, ennek következtében nagy mennyiségű teljesítmény (P = I^2R) hő formájában oszlik el. Tehát különböző ellenállási értékeket lehet választani, de ügyelni kell arra, hogy minimálisra csökkentsük az ellenállás teljes energiaveszteségét.

Ezt a töltésvezérlőt az igényeimhez terveztem (6V akkumulátor és 5w, 6V napelem), nagyobb feszültség esetén meg kell változtatni az elosztó ellenállások értékét. A megfelelő ellenállások kiválasztásához online számológépet is használhat

A kódban a "solar_volt" változót neveztem el a napelemről származó feszültségre és a "bat_volt" változót az akkumulátor feszültségére.

Vout = R2/(R1+R2)*V

legyen a panel feszültsége = 9V erős napfényben

R1 = 10k és R2 = 4,7 k

szoláris_volt = 4,7/(10+4,7)*9,0 = 2,877v

legyen az akkumulátor feszültsége 7V

bat_volt = 4,7/(10+4,7)*7,0 = 2,238v

Mindkét feszültségosztóból származó feszültség alacsonyabb, mint 5 V, és alkalmas az ARDUINO analóg tűkhöz

ADC kalibrálás:

vegyünk egy példát:

tényleges volt/osztó kimenet = 3,127 2,43 V egyenérték 520 ADC

Az 1 egyenérték: 004673V

Ezzel a módszerrel kalibrálja az érzékelőt.

ARDUINO KÓD:

for (int i = 0; i <150; i ++) {minta1+= analógOlvasás (A0); // a bemeneti feszültség leolvasása a napelemről

sample2+= analogRead (A1); // az akkumulátor feszültségének leolvasása

késleltetés (2);

}

minta1 = minta1/150;

minta2 = minta2/150;

solar_volt = (minta1* 4,673* 3,127)/1000;

bat_volt = (minta2* 4,673* 3,127)/1000;

Az ADC kalibráláshoz lásd a korábbi utasításaimat, ahol részletesen kifejtettem.

4. lépés: Pwm jel generálása:

Második hely az Arduino versenyen

Második helyezett a Green Electronics Challenge -ben