Ilość zapotrzebowania na energię elektryczną szybko rośnie wraz ze wzrostem liczby ludności i rozwojem technologii. Są na to sposoby wytwarzanie energii elektrycznej wykorzystanie odnawialnych i nieodnawialnych źródeł energii. Wiele zalet energii słonecznej są kluczowymi czynnikami wpływającymi na wykorzystanie energii słonecznej do różnych celów. Może być używany do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą paneli słonecznych oraz do magazynowania energii elektrycznej poprzez ładowanie akumulatorów lub ładowanie. Technologia Maximum Power Point Tracking (MPPT) jest najbardziej wydajną metodą spośród różnych kontrolerów ładowania słonecznego, takich jak proste sterowanie 1 lub 2 stopniowe, sterowanie PWM i kontroler ładowania MPPT.

Kontroler ładowania słonecznego

Co to jest kontroler ładowania słonecznego

Przede wszystkim rozważ kontroler ładowania słonecznego inny niż MPPT i nie daj się pomylić z panelem słonecznym śledzącym słońce i kontrolerem ładowania słonecznego. Plik panel słoneczny śledzący słońce służy do śledzenia słońca poprzez zamontowanie panelu słonecznego na płycie silnika w taki sposób, że maksymalna energia słoneczna może być wykorzystana w ciągu dnia. Korzystając z tego systemu paneli słonecznych śledzących słońce, możemy zwiększyć wydajność o 15% zimą i 35% latem. Rysunek nadmuchu przedstawia schemat blokowy panelu słonecznego śledzącego słońce, który składa się z atrapy panelu słonecznego, obwodu zasilania, mikrokontrolera do sterowania sterownikiem ULN2003A i silnika krokowego do obracania panelu słonecznego.

Schemat blokowy panelu słonecznego śledzącego słońce autorstwa Edgefxkits.com

Schemat blokowy kontroler ładowania słonecznego składa się z różnych bloków: panel słoneczny, który wytwarza energię elektryczną za pomocą energii słonecznej, ładowanie do włączania i wyłączania ładowania, przełącznik obciążenia do podłączania lub odłączania obciążenia, wskaźnik do celów sygnalizacyjnych, akumulator do magazynowania energii i komparator do porównywania i generowania sygnałów sterujących . Kontroler ładowania panelu słonecznego jest kontrolowany przez mechanizm ładowania, który chroni akumulatory przed niedostatecznym ładowaniem, nadmiernym obciążeniem i głębokim rozładowaniem. Zestaw zielonych i czerwonych diod LED służy do wskazania stanu pełnego naładowania oraz odpowiednio niedostatecznego, nadmiernego lub głębokiego rozładowania. W przypadku wskazania czerwonych diod, obwód kontrolera ładowania słonecznego składa się z tranzystora MOSFET, który jest używany jako półprzewodnikowy przełącznik mocy do wyłączania obciążenia w przypadku przeciążenia lub niskiego poziomu baterii.

Schemat blokowy kontrolera ładowania słonecznego firmy Edgefxkits.com

Dlaczego używamy technologii MPPT?

Tutaj, mimo że regulator ładowania słonecznego inny niż MPPT może ułatwić ochronę akumulatorów przed niepożądanymi warunkami ładowania, nie jest w stanie zwiększyć wydajności systemu. Generalnie panele fotowoltaiczne są zbudowane na napięcie 12 V i służą do ustawiania mocy w zakresie od 16 do 18 V. Ale rzeczywista wartość akumulatorów 12 V mieści się w zakresie od 10,5 do 12,7 V w zależności od stanu naładowania. Rozważmy panel słoneczny o mocy 130 W przy określonym napięciu i prądzie, załóżmy, że prąd znamionowy wynosi 7,39 ampera przy 17,6 wolta.

Porównanie technologii konwencjonalnej i MPPT

Jeśli podłączymy ten 130-watowy panel słoneczny do akumulatora za pomocą kontrolera ładowania słonecznego innego niż MPPT, wówczas możemy uzyskać moc, która jest równa iloczynowi prądu panelu słonecznego: 7,4 A i napięcie akumulatora: 12 V, i wynosi około 88,8 watów. W ten sposób uzyskujemy stratę 41 watów (około 130-88,8 = 41,2), jest to spowodowane słabym dopasowaniem między panelem słonecznym a baterią. Tak więc, jeśli używamy kontrolera ładowania słonecznego MPPT, możemy zwiększyć przyrost mocy o 20 do 45%, ale przede wszystkim musimy wiedzieć o technologii MPPT, która jest używana w kontrolerze ładowania panelu słonecznego.

Kontroler ładowania słonecznego MPPT

Technologia MPPT jest zwykle cyfrowym elektronicznym śledzeniem, które śledzi i porównuje napięcie akumulatora z napięciem panelu słonecznego w taki sposób, że można obliczyć najlepszą moc, z jaką można ładować akumulator za pomocą panelu słonecznego. Zwróć uwagę, że podczas ładowania akumulatora brane są pod uwagę ampery. Tak więc, aby uzyskać maksymalne natężenie prądu w akumulatorze, porównane napięcie jest konwertowane na najlepsze napięcie przy użyciu nowoczesnej technologii MPPT o sprawności konwersji od 93 do 97%.

Działanie kontrolera ładowania słonecznego MPPT

Napięcie panelu słonecznego 17,6 V przy 7,6 A jest konwertowane w dół przez MPPT, aby dopasować się do akumulatora 12 V. W ten sposób akumulator uzyskuje 12 V przy 10,8 A, co daje łączną moc prawie równą 130 W. Podczas ładowania akumulatora wysokie napięcie pomaga wymusić przepływ prądu. W rzeczywistości, praktycznie wyjściowy regulator ładowania słonecznego MPPT zmienia się w sposób ciągły, aby uzyskać maksymalne natężenie prądu w akumulatorze.

Power point tracker to konwerter prądu stałego na prąd stały o wysokiej częstotliwości, który pobiera prąd stały z paneli słonecznych, a następnie przekształca prąd stały w prąd przemienny o wysokiej częstotliwości i ponownie prąd przemienny zostanie przekształcony z powrotem w inne napięcie i prąd stały, aby dokładnie dopasować baterie i panele. Generalnie MPPT działają w zakresie częstotliwości 20-80 kHz (bardzo wysoki zakres częstotliwości audio). W związku z tym do projektowania tych obwodów wysokiej częstotliwości można zastosować transformatory o bardzo wysokiej sprawności i małe elementy.

Działanie kontrolera ładowania słonecznego MPPT

Niecyfrowe lub liniowe MPPT są łatwe i tanie w budowie w porównaniu z cyfrowymi MPPT. Jednak podczas korzystania z liniowych MPPT, chociaż wydajność nieco się poprawia, ale ogólna wydajność zmienia się w szerokim zakresie, ponieważ liniowe MPPT tracą w niektórych przypadkach śledzenie. Na przykład, jeśli chmura przechodzi przez liniowy obwód MPPT, wówczas obwód liniowy potrzebuje więcej czasu na wyszukanie następnego najlepszego punktu.

Główne cechy kontrolera ładowania słonecznego MPPT

Regulator ładowania słonecznego MPPT służy do korygowania i wykrywania zmian w charakterystyce prądowo-napięciowej panelu słonecznego, jak pokazano na powyższym rysunku.
Jest to konieczne dla wszelkich systemów energii słonecznej, które wymagają wyciągnięcia maksymalnej mocy z modułu PV, ponieważ zmusza moduł PV do pracy przy napięciu bliskim maksymalnego punktu mocy, aby pobierał maksymalną dostępną moc.
Używając kontrolera ładowania słonecznego MPPT, możemy zastosować panel słoneczny o napięciu wyjściowym większym niż napięcie robocze systemu akumulatorów.
Złożoność systemu można zmniejszyć, stosując regulator ładowania słonecznego MPPT, ponieważ ma on wysoką wydajność.
Może być stosowany do wykorzystania z wieloma źródłami energii, takimi jak turbiny wodne lub turbiny wiatrowe i tak dalej. Do sterowania wykorzystywana jest moc wyjściowa panelu słonecznego Konwerter DC-DC bezpośrednio.

Kontroler ładowania słonecznego MPPT zintegrowany ze sterownikiem LED

Najnowszy trend w oświetleniu i oświetleniu często wykorzystuje diody LED o wysokiej jasności które mają długą żywotność przy niskich kosztach utrzymania i wysokiej wydajności, ale wymagają sterownika mocy do utrzymania stałego prądu. Można to ułatwić za pomocą konwertera podwyższającego lub obniżającego napięcie DC-DC. Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy zintegrowanego kontrolera ładowania słonecznego do śledzenia maksymalnego punktu mocy i sterownika LED zbudowanego na urządzeniach Programmable System on Chip (PSoC), kontrolerach, sterownikach, analogowych i cyfrowych urządzeniach peryferyjnych służą do pomiaru, kondycjonowania i sterowania sygnałem .

Kontroler ładowania słonecznego MPPT zintegrowany ze sterownikiem LED

Technologia MPPT jest elastyczna i silna w pobieraniu napięcia i prądu z panelu słonecznego w celu wyszukiwania mocy szczytowej poprzez regulację sygnałów sterujących w celu obsługi panelu słonecznego z maksymalną mocą. Sygnał sterujący generowany z PSoC jest używany do jazdy synchroniczny konwerter buck który przekształca energię paneli słonecznych w celu ładowania baterii. System jest również przyzwyczajony do kontrolować ładowanie akumulatora diody LED procesu i napędu.

Mamy nadzieję, że ten artykuł zawiera krótkie omówienie zaawansowanego kontrolera ładowania słonecznego wykorzystującego technologię MPPT. Aby uzyskać więcej informacji na temat kontrolerów ładowarek słonecznych i ich szczegółowej pracy, możesz skontaktować się z nami, publikując swoje pytania w sekcji komentarzy poniżej.

Kredyty fotograficzne: