Zaloguj się
Wszystkie
18 sierpnia 2023
330
W ramach artykułu opisano, w jaki sposób zbudować kontroler ładowania akumulatorów z ogniwa słonecznego, który wyposażony jest w komunikację poprzez Wi-Fi i realizuje algorytm MPPT. Kontroler ten działa z mocą do 1 kW, wyposażony jest w systemy telemetryczne rejestrujące dane dotyczące parametrów pracy urządzenia w aplikacji telefonu (kompatybilne z systemem Android oraz iOS).
Ładowarka jest kompatybilna z panelami słonecznymi w konfiguracji 80 V, 30 A i wszystkimi rodzajami akumulatorów o napięciu do 50 V. Projekt bazuje na module ESP32 oprogramowanym za pomocą Arduino IDE, w którym autor opracował otwarte oprogramowanie Fugu MPPT. Całkowity koszt projektu to około 25 dolarów (jeśli kupujemy elementy i moduły prosto z Azji, poprzez popularne portale sprzedażowe). Jest to znacznie tańsze niż kupowanie gotowych przetwornic z MPPT do ładowania akumulatorów, których ceny zaczynają się od 200 dolarów.
Celem projektu było zbudowanie ładowarki DIY z obsługą MPPT, której autor mógłby na stałe używać w swojej instalacji solarnej off-grid (niezależnej od sieci). System miał za zadanie zapewnić najlepsze parametry i najwyższą niezawodność, dlatego też, podczas procesu projektowania, układ rozbudowany został o szereg dodatkowych funkcji, czy też zwiększono parametry niektórych układów (np. zastosowano specjalny, 16-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) do precyzyjnych pomiarów z czujników). Układ korzysta z naprawdę szybkiego, dwurdzeniowego, 32-bitowego mikrokontrolera do szybkich obliczeń systemowych, implementuje wysokiej rozdzielczości sterowanie PWM oraz ma szeroki zakres wybieralnych częstotliwości PWM w celu optymalizacji przełączania kluczy w sekcji impulsowej. Realizuje również szereg opcji telemetrycznych do zastosowań w systemach IoT i oprogramowanie układowe typu open source, które będzie kompatybilne z przyszłymi kompilacjami oprogramowania MPPT tego autora.
Działający synchroniczny projekt MPPT
Społeczność DIY podjęła kilka prób zbudowania w pełni synchronicznej przetwornicy Buck zintegrowanej ze sterowaniem MPPT, ale często spotykała się z poważnymi problemami. Jak twierdzi autor, zaprezentowany projekt to układ, który jako pierwszy zaimplementował poprawki do wszystkich odwiecznych problemów, które nękały projeky układów DIY MPPT o dużej mocy. Aby udowodnić, że istotnie układ ten działa poprawnie, autor przed opublikowaniem tego projektu testował układ w wersji beta przez 6 miesięcy.
Specyfikacja techniczna
Funkcje i cechy układu są następujące:
- algorytm perturbacyjny dla MPPT z działaniem w trybie CC-CV (stałego prądu – stałego napięcia po stronie wtórnej),
- wejście do 80 V, do 30 A (ogniwa fotowoltaiczne, turbiny wiatrowe itd.),
- wyjście do 50 V, do 35 A (akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion), akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4), akumulatory kwasowo ołowiowe itp.),
- szczytowa wydajność przetwarzania równa 98%,
- telemetria aplikacji poprzez Wi-Fi i Bluetooth z użyciem Blynk,
- tryb ładowarki lub zasilacza (może działać jako programowalna przetwornica Buck),
- precyzyjne pomiary dzięki ADC o rozdzielczości 16 bitów i 12 bitów (odpowiednio ADS1115 i ADS1015),
- automatyczna kalibracja czujnika prądu ACS712-30 A,
- protokół ochrony przed odłączeniem baterii i/lub napięcia wejściowego,
- interfejs w postaci menu wyświetlanym na LCD (z ustawieniami i 4 układami wyświetlacza),
- pamięć Flash do zapisywania ustawień w sposób nieulotny,
- ustawiana rozdzielczość PWM (od 16 do 8 bitów),
- ustawiana częstotliwość przełączania PWM (w zakresie od 1,2 kHz do 312 kHz),
- opcje zasilania:
- wyjście 12 V/akumulator – 420 W przy 35 A,
- wyjście 24 V/akumulator – 840 W przy 35 A,
- wyjście 36 V/akumulator – 1000 W przy 35 A (a przy odblokowanym zabezpieczeniu 1260 W),
- wyjście 48 V/akumulator – 1000 W przy 35 W (a przy odblokowanym zabezpieczeniu 1680 W),
- wyjście 60 V/akumulator (wymagana modyfikacja układu),
- wyjście 72 V/akumulator (wymagana modyfikacja układu),
- wyjście 80 V/akumulator (wymagana modyfikacja układu).
Uwagi:
- wejście 80 V odnosi się do bezwzględnego VOC panelu słonecznego. Nawet nieznaczne przekroczenie tego napięcia może potencjalnie uszkodzić układ;
- ograniczenie prądu do 30 A wynika z tego, że projekt został przetestowany tylko na stanowisku laboratoryjnym przy wyjściu 48 V 20 A w trybie zasilacza;
- jeśli chodzi o tryby ładowania akumulatora, system został przetestowany tylko przy ciągłym napięciu 22...27 V i prądzie 23...19 A z akumulatorem 8S LiFePO4 podczas szczytowych godzin nasłonecznienia;
- oprogramowanie układowe jest zablokowane na 1 kW, niezależnie od teoretycznej mocy znamionowej elementów mocy. To zabezpieczenie zaimplementowano z uwagi na brak równoległych tranzystorów MOSFET i grubość drutu cewki w tej wersji układu. Autor zamierza przeprowadzić w przyszłości testy, mające zaowocować odblokowaniem limitu 1 kW w kolejnej wersji;
- projekt jest ograniczony maksymalnym zakresem pomiarowym prądu wejściowego do 30 A. Niezależnie od tego moc wyjściowa jest ograniczona do prądu wyjściowego 35 A ze względu na konstrukcję przetwornicy Buck, a z przyczyn bezpieczeństwa prąd wyjściowy jest ograniczony w systemie do 30 A,
- co wynika z prądu nasycenia cewki w przetwornicy. Przyjęto założenie, że prąd nasycenia musi być dwukrotnie większy niż prąd w obwodzie ze względu na charakterystykę miękkiego nasycenia rdzenia proszkowego.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
