การเพิ่มประสิทธิภาพวงจรชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ด้วยตนเอง

โพสต์นี้กล่าวถึงวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ปรับตัวเองให้เหมาะสมโดยใช้ IC 555 พร้อมวงจรตัวแปลงบั๊กที่ตั้งค่าและปรับแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จโดยอัตโนมัติตามสภาพแสงแดดที่ซีดจางและพยายามรักษาพลังงานการชาร์จที่เหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่โดยไม่คำนึงถึงแสงแดด ความเข้มของรังสี

ใช้การออกแบบ PWM Buck Converter

ตัวแปลงบัค PWM ที่แนบมาช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแปลงที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้แผงควบคุมไม่อยู่ภายใต้สภาวะที่ตึงเครียด

ฉันได้พูดคุยเรื่องหนึ่งที่น่าสนใจแล้ว วงจรชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์แบบ MPPT ชนิด PWM พลังงานแสงอาทิตย์ การออกแบบต่อไปนี้อาจถือได้ว่าเป็นเวอร์ชันอัปเกรดเช่นเดียวกับที่มีขั้นตอนการแปลงบั๊กทำให้การออกแบบมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นกว่ารุ่นก่อน ๆ

หมายเหตุ: โปรดเชื่อมต่อตัวต้านทาน 1K กับพิน 5 และกราวด์ของ IC2 เพื่อการทำงานที่ถูกต้องของวงจร

การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยตนเองที่เสนอ วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ ด้วยวงจรแปลงบั๊กอาจเข้าใจได้ด้วยความช่วยเหลือของคำอธิบายต่อไปนี้:

วงจรประกอบด้วยสามขั้นตอนพื้นฐาน ได้แก่ ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ PWM โดยใช้ IC 555 สองสามตัวในรูปแบบของ IC1 และ IC2 แอมพลิฟายเออร์กระแส mosfet PWM และตัวแปลงบั๊กโดยใช้ L1 และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง

IC1 ถูกกำหนดให้สร้างความถี่ประมาณ 80 Hz ในขณะที่ IC2 ได้รับการกำหนดค่าเป็นเครื่องเปรียบเทียบและเครื่องกำเนิด PWM

80 Hz จาก IC 1 ถูกป้อนให้กับพิน 2 ของ IC2 ซึ่งใช้ความถี่นี้สำหรับการผลิตคลื่นสามเหลี่ยมใน C1 .... ซึ่งเปรียบเทียบเพิ่มเติมกับศักยภาพทันทีที่พิน 5 สำหรับการวัดขนาด PWM ที่ถูกต้องที่พิน 3

ศักยภาพของพิน 5 ตามที่เห็นในแผนภาพได้มาจากแผงโซลาร์เซลล์ผ่านขั้นตอนตัวแบ่งที่มีศักยภาพและสาหร่ายสะสมทั่วไปของ BJT

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าที่มีตัวแบ่งศักย์นี้จะได้รับการปรับอย่างเหมาะสมในตอนแรกเช่นที่แรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์สูงสุดเอาต์พุตจากตัวแปลงบั๊กจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมกับระดับการชาร์จของแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อ

เมื่อกำหนดส่วนที่เหลือข้างต้นจะถูกจัดการโดยอัตโนมัติโดยขั้นตอน IC1 / IC2

ในช่วงที่มีแสงแดดจัด PWM จะสั้นลงอย่างเหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่ามีความเครียดต่ำสุดบนแผงโซลาร์เซลล์ แต่ให้แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่เนื่องจากมีขั้นตอนการแปลงบั๊ก (การออกแบบประเภทบูสต์บูสต์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า โดยไม่ต้องเน้นพารามิเตอร์ต้นทาง)

ตอนนี้เมื่อแสงจากดวงอาทิตย์เริ่มลดลงแรงดันไฟฟ้าในตัวแบ่งศักย์ที่ตั้งไว้ก็เริ่มลดลงตามสัดส่วนซึ่งตรวจพบที่พิน 5 ของ IC2 .... ในการตรวจจับการเสื่อมสภาพทีละน้อยของแรงดันไฟฟ้าตัวอย่าง IC2 จะเริ่มขยาย PWM เพื่อให้เอาต์พุตบั๊ก สามารถรักษาแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ที่เหมาะสมซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่ยังคงได้รับพลังงานในปริมาณที่ถูกต้องโดยไม่คำนึงถึงความสว่างที่หน่วงของดวงอาทิตย์

ควรกำหนดขนาด L1 ให้เหมาะสมเพื่อให้เกิดระดับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมโดยประมาณสำหรับแบตเตอรี่เมื่อแผงโซลาร์เซลล์อยู่ในระดับสูงสุดหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อแสงแดดอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแผงโซลาร์เซลล์

RX ถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดและ จำกัด ขีด จำกัด กระแสการชาร์จสูงสุดสำหรับแบตเตอรี่ซึ่งอาจคำนวณด้วยความช่วยเหลือของสูตรต่อไปนี้:

Rx = 0.7 x 10 / แบตเตอรี่ AH

วิธีตั้งค่าไฟล์ ด้านบนการเพิ่มประสิทธิภาพวงจรชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ด้วยตัวแปลงบั๊ก

สมมติว่าเลือกแผงโซลาร์เซลล์สูงสุด 24 V สำหรับชาร์จแบตเตอรี่ 12 V วงจรอาจถูกตั้งค่าตามคำแนะนำด้านล่าง:

ในขั้นต้นอย่าเชื่อมต่อแบตเตอรี่ใด ๆ ที่เอาต์พุต

เชื่อมต่อ 24 V จากอะแดปเตอร์ C / DC ภายนอกข้ามจุดที่ต้องป้อนอินพุตแผงโซลาร์เซลล์

เชื่อมต่อ 12 V สำหรับวงจร IC1 / IC2 จากอะแดปเตอร์ AC / DC อื่น

ปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 10k ของตัวแบ่งที่มีศักยภาพจนกว่าจะได้ศักย์ประมาณ 11.8 V ที่พิน 5 ของ IC2

จากนั้นผ่านข้อผิดพลาดในการทดลองบางอย่างปรับแต่งและปรับจำนวนรอบของ L1 ให้เหมาะสมจนกระทั่งวัด 14.5 V ในเอาต์พุตที่ต้องเชื่อมต่อแบตเตอรี่

นั่นคือทั้งหมด! ตอนนี้วงจรได้รับการตั้งค่าและพร้อมที่จะใช้กับแผงโซลาร์เซลล์ที่ต้องการเพื่อรับขั้นตอนการชาร์จตาม PWM buck ที่มีประสิทธิภาพสูง

ในข้างต้น การเพิ่มประสิทธิภาพวงจรชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ด้วยตัวเองด้วยวงจรบัคคอนเวอร์เตอร์ฉันได้พยายามใช้และดึงเอาท์พุทแรงดันและกระแสที่แตกต่างกันออกไปจากวงจรเมื่อเทียบกับแสงแดดอย่างไรก็ตามการตรวจสอบอย่างลึกซึ้งทำให้ฉันรู้ว่าจริง ๆ แล้วมันไม่ควรตอบสนองตรงกันข้ามมากกว่า สอดคล้องกับแสงดวงอาทิตย์

เนื่องจากใน MPpT เราต้องการดึงพลังงานสูงสุดในช่วงชั่วโมงเร่งด่วนในขณะเดียวกันก็ต้องมั่นใจว่าโหลดจะไม่ทำให้แผงควบคุมและประสิทธิภาพของมันลดลง

แผนภาพที่แก้ไขต่อไปนี้มีเหตุผลที่ดีขึ้นมาลองวิเคราะห์การออกแบบอย่างรวดเร็ว:

ในการออกแบบที่อัปเดตข้างต้นฉันได้ทำการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญดังต่อไปนี้:

ฉันได้เพิ่มอินเวอร์เตอร์ NPN ที่พิน 3 ของ IC 2 ดังนั้นตอนนี้ PWM จาก IC 2 จะมีอิทธิพลต่อมอสเฟตเพื่อดึงพลังงานสูงสุดจากแผงควบคุมและลดพลังงานลงเรื่อย ๆ เมื่อแสงจากดวงอาทิตย์ลดลง

พัลส์ PWM พร้อมกับตัวแปลงบั๊กรับประกันความเข้ากันได้ที่สมบูรณ์แบบและการดึงพลังงานสูงสุดจากแผงควบคุม แต่จะลดลงเรื่อย ๆ ตามความเข้มที่ลดลงของดวงอาทิตย์

อย่างไรก็ตามการตั้งค่าข้างต้นจะทำให้แน่ใจได้ว่ามีสิ่งสำคัญอย่างหนึ่งซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าอัตราส่วนกำลังอินพุต / เอาต์พุตที่สมดุลซึ่งเป็นปัญหาสำคัญในเครื่องชาร์จ MPPT

นอกจากนี้หากในกรณีที่โหลดพยายามดึงกระแสออกในปริมาณที่มากเกินไปตัว จำกัด กระแส BC557 จะเข้ามาทำงานทันทีเพื่อป้องกันการหยุดชะงักของการทำงานที่ราบรื่นของ MPPT โดยการตัดกระแสไฟไปยังโหลดในช่วงเวลาดังกล่าว

อัปเดต

พิจารณาการออกแบบขั้นสุดท้ายของวงจร MPPT

หลังจากผ่านการประเมินเพิ่มเติมอย่างเข้มงวดในที่สุดฉันก็สามารถสรุปได้ว่าทฤษฎีที่สองที่กล่าวถึงข้างต้นไม่ถูกต้อง ทฤษฎีแรกมีเหตุผลมากขึ้นเนื่องจาก MPPT มีไว้เพื่อแยกและแปลงโวลต์พิเศษให้เป็นกระแสที่อาจมีอยู่จากแผงโซลาร์เซลล์

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าหากแผงโซลาร์เซลล์มีมากกว่าข้อกำหนดการโหลด 10V เราก็ต้องการส่งแรงดันไฟฟ้าพิเศษนี้ไปยังตัวแปลงบั๊กผ่าน PWM เพื่อให้ตัวแปลงบั๊กสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าตามจำนวนที่กำหนดให้กับโหลดได้โดยไม่ต้องโหลดใด ๆ ของพารามิเตอร์

ในการดำเนินการนี้ PWM จะต้องบางลงตามสัดส่วนในขณะที่ดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดสูงสุดและปล่อยโวลต์พิเศษ

อย่างไรก็ตามเมื่อพลังงานดวงอาทิตย์ลดลง PWM จะต้องขยายให้กว้างขึ้นเพื่อให้ตัวแปลงบั๊กถูกเปิดใช้งานอย่างต่อเนื่องด้วยกำลังไฟที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการจ่ายโหลดในอัตราที่กำหนดโดยไม่คำนึงถึงความเข้มของดวงอาทิตย์

เพื่อให้ขั้นตอนข้างต้นเกิดขึ้นอย่างราบรื่นและเหมาะสมที่สุดการออกแบบแรกดูเหมือนจะเหมาะสมที่สุดและเป็นแบบที่สามารถตอบสนองความต้องการข้างต้นได้อย่างถูกต้อง

ดังนั้นการออกแบบที่สองจึงสามารถละทิ้งไปได้และการออกแบบครั้งแรกสรุปเป็นวงจร MPT ที่ใช้ 555 ที่ถูกต้อง

ฉันไม่เห็นว่าเหมาะสมที่จะลบการออกแบบที่สองเนื่องจากมีความคิดเห็นต่าง ๆ ที่ดูเหมือนจะเชื่อมโยงกับการออกแบบที่สองและการลบออกอาจทำให้การสนทนาสับสนสำหรับผู้อ่านดังนั้นฉันจึงตัดสินใจที่จะเก็บรายละเอียดตามที่เป็นอยู่และชี้แจง ตำแหน่งพร้อมคำอธิบายนี้