Блог

Контролер сонячного заряду Arduino MPPT потужністю 1 кВт (ESP32 Wi-Fi). Mpp solar 12v

Вступ: Контролер сонячної зарядки Arduino MPPT потужністю 1 кВт (ESP32 Wi-Fi)

Створіть контролер сонячного заряду Wi-Fi MPPT потужністю 1 кВт, оснащений телеметрією для телефонного додатку з реєстрацією даних! (Android iOS) Він сумісний з сонячними панелями 80В 30А та всіма хімічними речовинами для акумуляторів до 50В. Проект базується на Arduino ESP32 і працює на моїй прошивці Fugu MPPT з відкритим вихідним кодом! Загальна вартість проекту становить приблизно 25 (за даними азіатського ринку). Це значно дешевше, ніж купувати готові 200 MPPT

ПЕРЕГЛЯНЬТЕ ПОВНИЙ ВІДЕОУРОК:

Посилання на придбання друкованої плати: Натисніть мене

Що таке MPPT і чому він важливий для сонячних панелей?

Відстеження точки максимальної потужності (MPPT). це метод, який використовується з джерелами енергії зі змінною потужністю, такими як сонячні панелі, для максимального збору енергії! Контролер заряду сонячної батареї MPPT. важливий пристрій для сонячних установок. MPPT. це інтелектуальні DC-DC перетворювачі. Вони регулюють струм і напругу, щоб безпечно заряджати батареї та інвертори. Окрім регулювання, MPPT використовує розумний алгоритм, який відстежує точку максимальної потужності сонячної панелі. Належне пояснення стає технічним, але найпростіший спосіб пояснити це

“Використання MPPT для сонячної енергії допоможе вам зібрати максимум енергії, яку можуть забезпечити ваші сонячні панелі”

Високоефективний синхронний дизайн бак

Синхронні фотоелектричні перетворювачі на основі батареї є одними з найбільш щільних та енергоефективних конструкцій. Преміум MPPT комерційного класу використовують ту ж саму топологію схеми. Виходить, що ви платите не за матеріали, а скоріше за витрати компанії на проектування. Побудувати сонячну електростанцію дешево, але розробка правильного проекту вимагає багато роботи.

Один з перших підручників, який розкриває робочий синхронний дизайн MPPT

Протягом багатьох років спільнота “зроби сам” робила кілька спроб побудувати справжній синхронний MPPT, але часто стикалася з серйозними проблемами. Цей підручник розповість вам про те, як я впровадив виправлення давніх проблем, які переслідували більшість спроб DIY MPPT на побудові потужного MPPT. Тут ви також дізнаєтесь, як побудувати мою 6-місячну бета-версію MPPT, яку я тестував протягом 6 місяців.

ОНОВЛЕНА ФОРМУЛА:

  • (09/11/21) Підтримка 80В акумуляторних батарей. MPPT можна модифікувати для підтримки батарей до 80В (12В/ 24В/ 36В/ 48В/ 60В/ 72В/ 80В), за допомогою модифікації. Будь ласка, відвідайте “крок #38” в інструкції за посиланням. Прочитайте це уважно!
  • (09/11/21) Підтримка сонячних панелей вище 80В. MPPT можна модифікувати для підтримки напруги сонячних панелей вище 80 В. Крок #39 підкаже вам, як цього досягти. Цей мод не для всіх, я настійно не рекомендую цей мод!
  • (09/11/21) Оновлений посібник з калібрування. Ваша збірка дає трохи неточні значення? Я додав процес калібрування на етапі програмування в цій інструкції.
  • (09/12/21) Виправлення QR-коду. QR-код у відео неправильний. QR-код у цій інструкції було оновлено для виправлення. Будь ласка, зверніться до QR-коду в цій інструкції.
  • (12/04/21) Виправлено помилку регулювання постійної напруги (CV). Файли коду на GitHub та Gdrive були оновлені для виправлення помилки в коді Arduino для регулювання CV.

Крок 1: Специфікація проекту

Моєю метою було побудувати DIY MPPT, який я б постійно використовував для своєї автономної сонячної електростанції. Це повинно було бути добре, тому я посилила його під час проектування. Це включає використання 16-бітного АЦП для точних вимірювань датчика, дійсно швидкого двоядерного 32-бітного мікроконтролера для швидких системних обчислень, реалізацію більш високої роздільної здатності ШІМ і додавання широкого діапазону частот ШІМ для оптимізації перемикання. Існує також безліч варіантів телеметрії для IoT і прошивка з відкритим вихідним кодом, яка буде крос-сумісна з моїми майбутніми збірками MPPT.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

  • Алгоритм MPPT зі збуренням з CC-CV
  • Вхід 80В, 30А (сонячні, вітрові турбіни, БЖ)
  • 50В, 35А вихід (Li-ion, LifePO4, свинцева кислота тощо).)
  • 98% пікова ефективність перетворення (синхронний бак)
  • Телеметрія Wi-Fi Bluetooth Blynk Phone App
  • Режим зарядного пристрою / БЖ (може працювати як програмований перетворювач)
  • 16біт/12біт прецизійні вимірювання АЦП (ADS1115/ADS1015)
  • Автоматичне калібрування датчика струму ACS712-30A
  • Протокол захисту відновлення при відключенні входу акумулятора
  • Інтеейс РК-меню (з налаштуваннями 4 макетів дисплея)
  • Флеш-пам’ять (енергонезалежна функція збереження налаштувань)
  • Налаштовувана роздільна здатність ШІМ (16 біт-8 біт)
  • Настроювана частота перемикання ШІМ (1).2 кГц. 312 кГц)

ПОТУЖНІСТЬ:

  • 12В ВИХІД / БАТАРЕЯ. 420 ВТ @ 35А
  • 24В ВИХІД / БАТАРЕЯ. 840W @35A
  • 36В ВИХІД/БАТАРЕЯ. 1000W @35A (при розблокованому захисті 1260W)
  • 48В ВИХІД / БАТАРЕЯ. 1000W @ 35A (коли безпека розблокована 1680W)
  • 60В ВИХІД/БАТАРЕЯ. (потрібен мод)
  • 72V ВИХІД / БАТАРЕЯ. (потрібен мод)
  • 80V ВИХІД / БАТАРЕЯ. (потрібна модифікація)
  • Вхід 80В відноситься до абсолютної напруги вашої сонячної панелі. Вихід трохи за межі цього може потенційно пошкодити ваш MPPT. Зверніть увагу, що Voc і Vmp. це дві дуже різні речі.
  • Будь ласка, обмежте налаштування струму до 30А на даний момент, конструкція була протестована лише на виході 48В 20А в режимі БЖ.
  • Наскільки це можливо, режим зарядки був протестований тільки при 22В-27В 23А-19А безперервного струму з 8S LiFePO4 акумулятором під час пікових годин сонячного світла минулого літа.
  • Відгуки про дизайн дуже вдячні, оскільки я новачок у комутаційній електроніці. Буду радий виправити помилки, допущені в підручнику.
  • Прошивка заблокована на 1 кВт незалежно від теоретичної номінальної потужності. Цей захід безпеки був зроблений через відсутність паралельних MOSFET і товщини дроту котушки індуктивності в цій збірці. Незважаючи на це, я б провів майбутні тести в майбутньому, перш ніж розблокувати обмеження в 1 кВт на цій конкретній збірці.
  • Проект обмежений максимальним діапазоном вимірювання вхідного струму 30А. Незважаючи на це, вихід буде обмежений абсолютним вихідним струмом 35А через конструкцію ядра MPPT.
  • Як можна виміряти більший вихідний струм, якщо у нас є лише один датчик струму на 30А на вході? Через особливості топології “бак”, якщо припустити, що вхідна напруга вища за вихідну, вхідний струм буде нижчим на вході, ніж на виході. Проста формула була використана для апроксимації струму на виході за допомогою одного датчика струму. Це буде додатково пояснено в підручнику.
  • Чому на відео написано, що вихідний струм 30А? Випробувана конструкція індуктора на 35А повинна була бути знижена з міркувань безпеки. MPPT може видавати 35А, але для цього конкретного проекту прошивка за замовчуванням налаштована на 30А. Я знаю, що струм насичення котушки індуктивності відрізняється від середньоквадратичного струму бакса. Були зроблені припущення, що найгірший струм насичення індуктора вдвічі перевищує випробуваний струм через м’які характеристики насичення порошкового сердечника. Ви можете прочитати більше про це в міру написання статті, деякі частини ще будуть оновлюватися, оскільки я перебуваю в процесі документування частини 2 відеоуроку.

Крок 2: Що нового? (Fugu MPPT V1.0)

Моя перша справді стабільна збірка

Це моя 6-та конструкція MPPT SCC, до цього я зробив 5 прототипів. Збірка пройшла 6 місяців тестування. Мій проект MPPT все ще підключений до моєї сонячної установки потужністю 640 Вт, яка живить мою робочу зону поза мережею з моменту її встановлення. Я чекав кілька місяців, щоб переконатися, що конструкція не має проблем, перш ніж випустити її для відкритого коду. Сьогодні той самий день!

Натхнення для проекту

Коли я купив кілька сонячних панелей кілька місяців тому, я шукав контролери сонячного заряду MPPT, але виявив, що вони дорогі! Будучи майстром, яким я є, я вирішив побудувати його самостійно. Я знав, що матеріали будуть дешевими, але процес проектування вимагатиме багато роботи. Я шукав у різних журналах та підручниках. Одним з них, який дійсно виділявся, був покроковий посібник з проектування від Open Green Energy! (ARDUINO MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER) Я прочитав весь підручник, це було вражаюче! Він згадав про проблеми, з якими він зіткнувся під час побудови, і про те, чому проект ніколи не вважався завершеним. Я намагався придумати способи вирішення цих проблем, і таким чином шість різних ревізій плат привели мене до моєї остаточної безпроблемної збірки.

Крок 3: Мої попередні прототипи

Мої старі проекти були засновані на саморобному Arduino Nano з використанням мікроконтролера ATmega328P-AU, подібного до того, що використовує відкрита зелена енергія. Я виявив, що Arduino Nano має безліч обмежень з тих пір, як я почав проектувати більш потужні MPPT. З іншого боку, вони були достатніми для дизайну MPPT з меншою потужністю.

Деякі з моїх прототипів мали нижчі характеристики, а інші. вищі, ніж ті, що я використовував у своїй стабільній збірці. Я грався з різними компромісами, намагаючись знайти правильний баланс між вартістю та продуктивністю.

Чому я перестав використовувати Arduino Nano для потужних MPPT:

  • Arduino Nano. це 8-бітний мікроконтролер, він відносно повільно виконує математичні операції. Пам’ятайте, що MPPT. це розумний і прославлений перетворювач SMPS (у нашому випадку. баксовий перетворювач). Він повинен мати можливість обробляти велику кількість чисел під час запуску безлічі процесів. Ці процеси включають в себе регулювання, відстеження MPPT, захист безпеки, телеметрію, вимірювання та багато іншого. Хоча я вважаю Arduino Nano достатнім за швидкістю обробки, він погано справляється зі швидким регулюванням, якщо ви збільшуєте вхідну напругу, вихід має відносно повільну реакцію на граничну напругу або струм. Я знайшов спосіб обійти це на своїх ранніх прототипах. Щоразу, коли Arduino Nano не встигає і перевищує межі параметрів, зарядка MPPT зупиняється, коли він намагається відновитися. Це продовжувало часто спрацьовувати і порушує мій урожай енергії. На наступному кроці я покажу вам дешевшу і швидшу альтернативу.
  • ATmega328P, що використовується в Arduino Nano та uno, має 10-бітний АЦП. Це відомі більшості як аналогові виводи. 10 біт означає, що є 1024 значення, які він може представляти від 0В до 5В (5В є еталонною напругою за замовчуванням). Коли виводи АЦП використовуються з датчиками напруги і струму, розрахованими на широкий діапазон напруги (наприклад: 80В 30А), у вас є тільки 1024 значення для представлення 0В-80В і 0А-30А. Це дає нам роздільну здатність 78 мВ для напруги і 29 мА для струму. Це означає, що у вас є дуже грубий спосіб виявлення напруги і струму.
  • Arduino UNO / Nano також обмежений 8-бітною роздільною здатністю ШІМ і максимальною частотою 62.5 кГц. Частота непогана, але 8-бітної роздільної здатності ШІМ просто недостатньо, якщо ви хочете отримати хорошу продуктивність. 8-бітовий дозвіл ШІМ дає вам 256 унікальних значень на шкалі робочого циклу. Коли ви застосовуєте це до потужних MPPT або бак конструкцій, одна зміна значення призведе до великих стрибків напруги. Це можна компенсувати, використовуючи більші конденсатори в якості буфера і прискорюючи час обробки циклу в схемі SMPS на основі MCU.
  • Зрештою, є дешевша альтернатива, яка називається ESP32. На наступних кількох кроках я поясню, чому я вдався до його використання.

Версія з подвійним датчиком струму:

  • Один з моїх ранніх прототипів використовував подвійну конфігурацію датчика струму, один на виході і один на вході. Це було важливо, оскільки перетворювач баксів має різний струм від входу до виходу. У MPPT типу “бак” струм на виході зазвичай вищий, ніж на вході. Це означало, що мені потрібні два різні датчики струму, оптимальні для двох різних діапазонів. Я спробував ACS712-30A, ACS758-100A, LEM DLSR50-50A тощо. Всі вони працювали добре, але вони також робили збірки дорожчими.
  • Одного датчика струму на вході було більш ніж достатньо. Ви можете просто отримати та наблизити вихідний струм, отримавши вхідний струм та вхідну напругу та прирівняти їх до вихідної напруги та вихідного струму, одночасно вирішуючи вихідний струм. (Три заданих значення, одне невідоме). Це випливає з припущення Power In = Power Out. Це має один єдиний недолік. Всі баксові перетворювачі мають втрати потужності. Струм на виході, отриманий від датчика вхідного струму, не буде точним, оскільки втрати потужності не враховуються. Але пам’ятайте в кінці дня, що ви використовуєте вихідний струм тільки для обмеження струму зарядки і для підрахунку кулонів. Потужність на виході завжди буде нижчою, ніж потужність на вході в баксовому перетворювачі. Це означає, що я встановив свій зарядний струм, скажімо, 30А, фактичний струм, який ви отримаєте, буде менше 30А (можливо, близько 29).Скажімо, 5А). Само собою зрозуміло, що ви не будете страждати від невеликої розбіжності струму на виході.

Кращий датчик струму:

  • ACS712 був одним з найпопулярніших датчиків струму, що використовуються майстрами. Просто тому, що він дешевий, ефективний, може відчувати струм в обох напрямках, має ізоляцію і простий у використанні. Але це не ідеально. По-перше, це шумно! Існує так багато шуму, що навіть коли ви вимірюєте чисто плоский ланцюг постійного струму (батарея і резистор навантаження), значення можуть бути трохи смиканими. Якщо ви використовуєте модулі, ви можете зменшити шум, замінивши конденсатор фільтра на більший, як зазначено в специфікації Allegro, щоб обмежити смугу пропускання. Мод буде пояснено пізніше. Інша проблема полягає в тому, що він використовує вивід 5В Vcc як опорну напругу, тому якщо ваша 5В регульована лінія живлення змінює напругу, аналоговий вихід датчика струму також змінюється. Це було велике відключення і вимагає уваги під час проектування. Оскільки він заснований на ефекті Холла, будь-який вид електромагнітних перешкод навколо мікросхеми призведе до смикання значень, при проектуванні MPPT з ACS712 поблизу котушки індуктивності потрібен певний вид магнітного екранування, щоб підтримувати його стабільність.
  • ОНОВЛЕННЯ! В одному з моїх недавніх прототипів я використовував датчик струму промислового класу під назвою LEM HLSR50! Це був один з найкращих, які я спробував на MPPT. Він мав усі переваги ACS712 і не мав жодних недоліків. Він може вимірювати двонаправлені струми 50А (пік 125А), він був ізольований, а також простий у використанні. Але цього разу він мав дуже мало шуму! Аналоговий вихід ледве смикався при тесті на чистий постійний струм. Він має внутрішнє джерело напруги, тому аналоговий вихід не залежить від лінії 5В Vcc. Він також мав окремий вивід для опорної напруги. Це означає, що можна використовувати диференціальний АЦП, диференціальний АЦП усуває необхідність обчислення нульової точки в двонаправленому датчику струму. Це також означало, що HSLR50 майже не потребував калібрування датчика. Він також був магнітно екранований! Електромагнітні перешкоди не були проблемою, навіть розміщення його близько до неодимового магніту майже не впливало на продуктивність, на відміну від ACS712. Був лише один недолік. ціна. Там, де я живу, він коштує лише 6 доларів на e-gizmo, але в США чи інших західних країнах він коштує близько 16 доларів від DigiKey. Це було основною причиною, чому я не використовував його в моїй поточній збірці. Можливо, колись ви побачите його на моїх майбутніх збірках.

Якщо вам цікаво подивитися мій щоденник збірки, я випадково публікую поротипи проектів на своєму особистому акаунті. Сюди входять всі інші проекти, для яких я не робив або ніколи не робив навчальних посібників або відеоуроків.

Крок 4: ПОПЕРЕДЖЕННЯ

ПОПЕРЕДУ НУДНЕ ПОЯСНЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ! ПЕРЕХОДЬТЕ ДО КРОКУ #11, ЯКЩО ВАС ЦІКАВИТЬ ЛИШЕ СТВОРЕННЯ ПРОЕКТУ MPPT.

  • Наступні кроки пояснять багато речей, охоплених процесом проектування остаточної схеми.
  • Вибачте, якщо я перекладу купу технічних термінів на мову неспеціалістів. У цьому підручнику я хотів би говорити невимушено, щоб полегшити розуміння для інших. (Приклад: Я буду використовувати слово MPPT для позначення контролера сонячного заряду з відстеженням точки максимальної потужності або MPPT SCC). Так, деякі люди отримують сплеск від неправильного використання таких термінів, як ці).

ПЕРЕДУМОВИ ДО УРОКУ ПРОЕКТУ:

У цьому посібнику ми розглянемо ці концепції, необхідні для проектування контролера сонячного заряду MPPT. Якщо у вас виникли проблеми з розумінням деяких з цих понять з цього підручника, ви можете погуглити ці теми, щоб знайти набагато більш детальне пояснення, щоб повністю зрозуміти концепції, що стосуються цього проекту.

  • Основи мікроконтролера ESP32
  • Роздільна здатність і частота ШІМ ESP32 MCU
  • Концепція алгоритму MPPT
  • Крива IV фотоелемента
  • Основи зовнішнього АЦП
  • RC-фільтри та смуга пропускання
  • Методи придушення шумів
  • Вимірювання напруги за допомогою дільників напруги
  • Вимірювання струму за допомогою датчиків на основі ефекту Холла
  • Синхронний перетворювач 101
  • Синхронний контроль зворотного потоку
  • Основи напівмостових MOSFET-драйверів
  • Робота і характеристики N-канального MOSFET
  • Переваги N-канальних МОП-транзисторів з низьким вхідним опором
  • МОП-транзистори зі зворотним затвором
  • Концепція емуляції ORing діодів за допомогою N-канальних MOSFET
  • Основи котушок індуктивності
  • Конструкція індуктора з тороїдальним осердям
  • Методи оптимізації ефективності в SMPS

Крок 5: Спрощена робота MPPT (для інженерів-дурнів, як я)

Цей крок заслуговує на окрему інструкцію і буде включений до частини 2 мого відео. Наразі я дам коротке пояснення фотоелектричної кривої IV.

Як працюють MPPT:

Коли я починав будувати свій перший MPPT, я не міг зрозуміти, як поводиться крива IV фотоелемента та її взаємозв’язок з доларом. Підручники дадуть вам купу термінів, які відштовхнуть багатьох людей. Я розумів деякі з них, оскільки їх вивчали на наших інженерних курсах, але деякі все ще були для мене новими. Поки частина 2 відео ще не вийшла, ось цікавий експеримент, який я провів, і який включений у відео, що розповідає історію, яку я планую зробити на основі реального досвіду експерименту.

Я зрозумів, як це працює, лише коли побудував експериментальний і необроблений перетворювач з сонячною батареєю на вході, змінним потенціометром для керування робочим циклом (без зворотного зв’язку за напругою) і використовував ніхром як навантаження на виході. Я підключив рідкокристалічний ватметр між сонячною панеллю та входом експериментальної батареї. Коли я повернув ручку вгору (збільшуючи робочий цикл акумулятора), показання потужності на РК-ватметрі почали збільшуватися з 0 Вт до 20 Вт Я продовжував повертати ручку, щоб ще більше збільшити робочий цикл, показання потужності продовжували швидко збільшуватися до 305 Вт, саме тоді потужність почала повільно зменшуватися, коли я продовжував повертати ручку, щоб ще більше збільшити робочий цикл. Оскільки я продовжував досягати кінця моєї ручки (досяг 100%). максимальний робочий цикл) я отримав 0 Вт потужності, майже 0 вольт і 9 А струму на вході. Дивно, так? Високий струм, але майже ніякої потужності! Гаразд, тепер, коли ми маємо 0 Вт потужності, коли ручка повернута до кінця, я почав зменшувати робочий цикл, повертаючи ручку назад, ватметр знову показав збільшення потужності з 0 Вт до 305 Вт, коли я продовжував зменшувати ручку, потужність знову почала зменшуватися з 305 Вт до 300 Вт. Тож я знову підняв його (назад і четвертий), щоб підтримувати 305 Вт. Коли сонце піднімається вище, потужність почала змінюватися, тому мені довелося перемістити ручку назад і на четверту позицію, щоб отримати максимальну потужність, яку я міг отримати від панелі. Це було схоже на гру в гойдалки. Коли інтенсивність сонячного світла змінювалася, мені доводилося повертатися назад і вперед, щоб отримати максимальну потужність, яку я міг отримати від своєї панелі.

Ось як працюють MPPT! Я повертаю ручку, щоб контролювати робочий цикл мого регулятора, порівнюючи показання, щоб отримати максимальну потужність від панелей. це найпростіше пояснення того, як працює MPPT. Ручка представляє собою регулятор робочого циклу перетворювача частоти MPPT. Ватметр і я представляємо зворотний зв’язок системи MPPT. MPPT працюють дуже схожим чином, але замінюють людину, яка обертає ручку за годинниковою стрілкою і проти годинникової стрілки, машиною, наприклад, мікроконтролером. Таким чином, людині не потрібно постійно налаштовувати цю ручку, щоб отримати максимальну потужність.

У MPPT цей тип відстеження Power Point називається алгоритмом збурення, також відомим як алгоритм підйому на пагорб. Пристрій MPPT (прославлений інтелектуальний перетворювач) зміщує робочий цикл назад і вперед, порівнюючи зібрану потужність, зберігаючи її близькою до найвищої можливої потужності, яку можна зібрати з сонячних панелей.

Я буду оновлювати це пояснення, коли знайду правильні слова для нього. Тим часом, ця стаття допоможе вам краще зрозуміти технічні особливості графіка кривої IV. (Прочитайте цю статтю)

Крок 6: Високоефективна технологія синхронного бакперетворювача

Багато людей не знайомі з цим, але існує набагато ефективніша топологія бак-акумулятора. Це називається синхронними перетворювачами бак і широко використовується у високоякісних MPPT комерційного класу. Це звучить вигадливо і складно, але з точки зору дизайну та вартості він насправді простий і дешевий (хоча його важко запустити). На щастя, цей посібник покаже вам, як змусити його працювати, оскільки ми будемо впроваджувати його на нашому MPPT.

Дві конструкції регулятора Buck:

  • Асинхронний перетворювач
  • Широко використовується
  • Типова ефективність (75-87%)
  • Не найбільш енергоефективний
  • Помітні втрати потужності через наявність діода
  • Дуже легко реалізувати
  • Синхронний баковий перетворювач
  • Менш поширений
  • Типова ефективність (88-98%)
  • Надзвичайно енергоефективний
  • Втрати потужності зменшено шляхом заміни діода на MOSFET
  • Кошмар для реалізації без попередніх знань

Передумови:

На цьому кроці ми пояснимо роботу двох різних перетворювачів з припущенням, що ви вже вивчили основи роботи перетворювачів та N-канальних MOSFET. Якщо ви цього не зробили, будь ласка, погугліть, як працюють перетворювачі бак і як працюють N-канальні MOSFET. Цей крок матиме більше сенсу, коли ви прочитаєте їх обидва.

Перетворювачі бак в цілому

Буст-перетворювачі. це регулятори, які перетворюють вхідну напругу вищої напруги у вхідну напругу нижчої напруги. Це не навпаки, оскільки це називається буст-перетворювачем. На відміну від лінійних регуляторів, таких як сумнозвісна мікросхема 7805, стабілізатор не скидає напругу і струм для регулювання через тепло. Незалежно від того, чи є це Buck, Boost або Buck-Boost, ці регулятори роблять все можливе, щоб зберегти потужність (Power In. Втрати потужності = відключення живлення). Зверніть увагу на мінус втрат потужності, незважаючи на свою ефективність, стабілізатор ніколи не досягне 100% ефективності і все одно матиме втрати, якщо тільки ви не живете в утопічному світі. Крім того, стабілізатор створює ефект посилення струму (типу того), оскільки напруга на виході стабілізатора зменшується, струм, який він може забезпечити на виході, може бути більшим, ніж струм на вході. Перетворювач напруги. це різновид імпульсного регулятора, де для регулювання напруги та струму використовується ШІМ-сигнал, деякі транзистори, конденсатор, котушка індуктивності та зворотний зв’язок.

Асинхронний перетворювач частоти. Приклад

Перше, що спадає людям на думку, коли вони чують слово “перетворювач”. це дешеві модулі LM2596 на синій платі. Ці модулі, з якими більшість з вас знайомі, засновані на менш ефективній топології асинхронного перетворювача. Він використовує діод і MOSFET або BJT (який знаходиться всередині мікросхеми LM2596 з драйвером зворотного зв’язку ШІМ). Ці речі зазвичай досягають середньої ефективності 75-85%. Окрім того, що вони мають нижчий коефіцієнт корисної дії, ви також помітите, що ці модулі легко нагріваються, навіть коли використовуються з заявленим номінальним струмом. Це нагрівання спричинене тепловим розсіюванням, спричиненим недостатньою ефективністю (втрати на перемикання, втрати провідності тощо). ).

Асинхронний перетворювач частоти. Чому це неефективно?

Не зрозумійте мене неправильно, асинхронні перетворювачі все ще ефективні порівняно з лінійними регуляторами. Але його ефективність могла б бути кращою! Причина, по якій ці асинхронні перетворювачі не здатні досягти ККД, близького до 98%, полягає у втратах, спричинених наявністю діода. Діод має важливе значення для перетворювача, оскільки він запобігає зворотному потоку струму. Існує так зване пряме падіння напруги (Vf), більшість кремнієвих діодів мають пряме падіння напруги в діапазоні від 0.4V-1.2V. Це все? Звучить не дуже, але коли ви наближаєтесь до території потужної електроніки, згадане падіння напруги призводить до величезних втрат потужності. Падіння напруги на діоді. це не просто падіння напруги, воно призводить до виділення тепла, а тепло є марною формою енергії в електроніці. Подумайте про це, як про витік у ваших водопровідних трубах вдома, ви не отримаєте ту саму кількість води, яку виміряв ваш лічильник, в результаті ви втрачаєте воду і платите більші рахунки за воду. Подібно до сонячних установок, ви втрачаєте енергію, і ви не зможете отримати максимум з того, що можуть виробляти ваші сонячні панелі.

Синхронний перетворювач Бак

Відповіддю на недостатню ефективність асинхронного баку є невелика модифікація асинхронного баку. Просто замінивши діод на MOSFET, падіння напруги, спричинене діодом, майже усувається. Чому MOSFET? На відміну від BJT-транзисторів, MOSFET не має діодного падіння напруги, коли він активований. Коли MOSFET проводить, подаючи напругу на виводи затвора та джерела, MOSFET проводить. Ви можете думати про MOSFET як про механічний перемикач. Вони також дуже швидкі! Уявіть собі, як Флеш з Marvel’s Flash вмикає і вимикає світло за наносекунди. Тепер, коли ми вирішили проблему падіння напруги на діоді, що далі? Загальноприйнятою практикою є використання N-канальних MOSFET, а не P-канальних MOSFET. MOSFET мають щось, що називається Rds(on), також відоме як опір увімкнення. Коли MOSFET проводить струм, він поводиться як резистор, а резистори також викликають падіння напруги. N-ch MOSFET мають надзвичайно низький опір увімкнення порівняно з P-ch MOSFET. В результаті N-ch MOSFET має ЗНАЧНО менший ефект падіння напруги в порівнянні з використанням діода (більшу частину часу). Тепер ми маємо менші втрати потужності, що розсіюються у вигляді тепла. Принцип роботи простий, коли Q2 вмикається, Q3 вимикається, а коли Q3 вмикається, Q2 вимикається. Звичайно, необхідно передбачити час очікування, щоб запобігти одночасному ввімкненню Q2 і Q3, що може призвести до швидкого короткого замикання (перехресна провідність). Легко? Ні, це не все!

Синхронний перетворювач. Виклик!

Тепер є дві основні проблеми в синхронному баку. Тепер, коли ми замінили діод на другий MOSFET, потрібно вирішити нову проблему, головним чином щодо їх правильного перемикання. Причина, по якій асинхронні перетворювачі легко реалізувати, полягає в тому, що діод, без будь-якої хитромудрої схеми або коду, автоматично блокує зворотний потік струму. З іншого боку, MOSFET на синхронному баку потрібно перемикати синхронно один з одним, інакше він згорить, отже, назва синхронний.

Перша проблема може бути пов’язана з правильним спрацьовуванням N-ch MOSFET. Q3 не є проблемою, оскільки дренаж прив’язаний безпосередньо до землі. Для перемикання затвора достатньо простого драйвера з тотемним полюсом, який подає напругу між затвором і виводом джерела Q3. Q2, з іншого боку, знаходиться зверху, і його вивід з’єднаний з виводом Q3. Ця конфігурація називається напівмостом. Для правильного перемикання Q2 необхідно використовувати драйвер MOSFET, зокрема той, який має зарядний насос. Це може не мати сенсу для тих, хто ще не знайомий з важливістю наявності заземлення. Зарядний насос використовує конденсатор для зарядки через певні проміжки часу, в той час як драйвер тотемного полюса знаходиться на високій стороні MOSFET Q2 для перемикання. Це гарантує, що MOSFET отримує напругу, необхідну для повного ввімкнення. Хоча ми знаємо, що MOSFET можуть поводитися як перемикачі, MOSFET також можуть поводитися як змінні резистори (працюючи в активній області). Це відбувається, коли на MOSFET подається менша напруга на затворі та виводі джерела від заданої Vth (порогова напруга). Драйвер зарядного насоса MOSFET гарантує, що MOSFET насичується і отримує напругу, необхідну для повного проведення і має найнижчий можливий опір увімкнення для менших втрат потужності в бак (Vgs зазвичай номіновані на 10В).

Друга проблема. це сумнозвісний MOSFET, що горить на низькій стороні, присутній майже у всіх саморобних синхронних баксових MPPT. Це відбувається, коли MOSFET Q3 з нижньої сторони не може емулювати діод, який він замінив з асинхронного джерела. Ви можете прочитати більше про це на наступному кроці, я виділив для цього окремий крок, оскільки він заслуговує на увагу.

Синхронний перетворювач бак. Як асинхронний

Колеги-інженери, можливо, піднімуть брови, прочитавши те, що я написав кілька речень тому, оскільки я не згадав, що MOSFET насправді мають діоди всередині. Зверніть увагу, що паралельно виводам стоку і витоку MOSFET є діод. Це називається діод тіла. Це пов’язано з фізичною конструкцією MOSFET та вмістом матеріалу. Коли MOSFET Q3 вимкнений на невизначений час, він поводиться як асинхронний. Але коли ви перемикаєте його синхронно, MOSFET Q3 проводить і забезпечує шлях з меншим опором, таким чином, він поводиться як синхронний стабілізатор (тепер ви отримуєте ефект меншого падіння напруги). Ви можете постійно вимикати Q3 і перетворювати синхронний акумулятор на асинхронний, але в цьому немає сенсу.

Отже, все просто, так??

Так і ні, хахаха! Реалізація досить проста, але правильний процес роботи (без переходу на кабум!) не так просто, як ви думаєте. На мій подив, це те, що ви не знайдете в підручниках коледжу, а скоріше знайдете в академічних журналах, інструкціях по застосуванню напівпровідників та посібниках з проектування. Відкрита зелена енергія була єдиним користувачем, який надав інструкцію, дружню до DIY, але навіть у нього виникли деякі проблеми з тим, щоб змусити його працювати без проблем. Протягом багатьох років синхронні перетворювачі були комерційною таємницею в галузі, оскільки дуже мало ентузіастів електроніки діляться детальними посібниками про те, як правильно змусити ці речі працювати. На щастя, наша робота як інженерів-електронників і майстрів пролити світло на цю конструкцію, не закидаючи ентузіастів важкими інженерними жаргонами. На наступних кроках я покажу вам, як ми виправили поширені проблеми з саморобними синхронними МДН-транзисторами за допомогою співпраці з моїми колегами та Open Green Energy.

Крок 7: Вирішення проблеми горіння нижньої сторони MOSFET

Open green energy написав один з найбільш докладних підручників з MPPT, згадуючи не тільки те, що пішло правильно, але і згадуючи проблеми зі своєю спробою, як це зробив би будь-який хороший і чесний інженер. Безумовно! Це дійсно допомогло нам усім співпрацювати один з одним, щоб виправити і поділитися дизайном. Я також стикався з цією проблемою з моїми попередніми збірками, показаними на одному з попередніх кроків. Мені знадобилися місяці, щоб з’ясувати винуватця, який переслідує нас усіх роками.

Другою проблемою, зазначеною в попередньому кроці, є сумнозвісне горіння MOSFET з низькою стороною, яке присутнє майже у всіх саморобних синхронних MPPT-транзисторах. Ця конкретна проблема відкритої зеленої енергії та моя абсолютно однакові і була вирішена за допомогою коду. Це те, про що я ще ніде не читав, але відкрив для себе в результаті лабораторних тестів і аналізу на своєму робочому місці. Існує кілька статей, які пояснюють це, але вони або наповнені купою жаргонізмів, або не визначають це питання безпосередньо. Написання нижче все пояснить.

Давайте спочатку пояснимо драйвер MOSFET

Перш ніж перейти до вирішення проблеми, мені потрібно пояснити, як працюють драйвери MOSFET, щоб не заплутати вас усіх. Добре відомі драйвери IR2101 та IR2110. це те, що я називаю сировинними логічними драйверами MOSFET. У вас є два логічних входи HIN і LIN для керування перемиканням на високій і низькій стороні MOSFET (Q2 і Q3). Коли HIN високий, Q2 увімкнений, а коли HIN низький, Q2 низький. Коли LIN високий, Q3 ввімкнений, а коли LIN низький, Q3 низький. Це вимагає двох ШІМ-сигналів, що доповнюють один одного, для роботи в режимі “бак. Ця мікросхема дає вам більше контролю над перемиканням, оскільки ви також маєте контроль над тривалістю мертвого часу. Мені сподобалась ця мікросхема тим, що я маю прямий незалежний контроль над Q2 і Q3. Я використовував цю схему у своїй першій версії прототипу і припинив її використання, оскільки боявся, що це зробить пояснення у цьому навчальному посібнику набагато складнішим, оскільки вам доведеться мати справу з таймерами MCU, які не є дружніми до коду для користувачів Arduino.

Найпростішим драйвером MOSFET у використанні є мікросхема IR2104, яка також використовує відкриту зелену енергію. Давайте зараз більше зосередимося на цьому, оскільки це те, що я використовую в своїй останній збірці. IR2104 має вбудовану функцію мертвого часу, що значно полегшує процес кодування. IR2104 має логічні вхідні виводи з назвами IN і SD. IN. це вхідна логіка для сигналу ШІМ для перемикання, а SD. це вивід дозволу. SD. це просто штифт, який перевизначає все. Коли SD є LOW; Q2 і Q3 вимикаються незалежно від того, чи є ШІМ-сигнал на вході IN. Коли SD є високим, вмикається або Q2, або Q3, в залежності від логічного стану виводу IN. Коли IN є високим; Q2 є високим і Q3 є низьким. Коли IN є низьким; Q2 є низьким і Q3 є високим. Що це означає? Отже, тепер нам потрібен лише 1 ШІМ-сигнал для інвертування Q2 і Q3, таким чином зменшуючи потребу в двох додаткових ШІМ-сигналах. Це означає, що чим вищий % робочого циклу ШІМ, тим довше вмикається Q2 і коротше вмикається Q3. З іншого боку, чим нижчий робочий цикл ШІМ %; тим довше вмикається Q3 і коротше вмикається Q2. На цьому етапі деякі з вас, ймовірно, отримують більш чітке уявлення про те, в чому може бути проблема.

Проблема:

Як виявляється, це відбувається, коли низькочастотний MOSFET Q3 не може емітувати діод, який він замінив з асинхронного стабілізатора. Керуючи нашою конструкцією Buck MPPT, ми надаємо IR2104 робочий цикл ШІМ від 0 до 100%. Пам’ятаєте, коли я говорив, що чим нижчий робочий цикл ШІМ, тим довше вмикається Q3 і коротше вмикається Q2, в якийсь момент Q3 (MOSFET з низькою стороною) діє як короткий і більше не діє як діод, який він прагне імітувати з асинхронного лічильника баксів. Існує певне мінімальне значення робочого циклу ШІМ, нижче якого не можна опускатися, інакше Q3 почне нагріватися. (більше пояснень згодом)

Рішення:

Існує два варіанти вирішення цієї проблеми (апаратний і програмний). програмне забезпечення), або реалізувати спеціальну мікросхему драйвера MOSFET для синхронних перетворювачів, оснащених контролем зворотного струму (Analog Devices пропонує безліч таких мікросхем), або просто використати стару конструкцію IR2104 і виправити її за допомогою коду. Очевидно, що я використав дизайн IR2104 і виправив його кодом, оскільки IR2104 дуже дешевий і ніде не коштує 10 доларів за спеціалізовану мікросхему для синхронних драйверів баксів.

Я виявив, що існує певне мінімальне значення для робочого циклу ШІМ %, і воно ніколи не повинно бути 0% або нижче цього мінімального значення ШІМ, коли на виході підключена батарея. Отже, що таке значення підлоги ШІМ, на яке я посилаюся? Я придумав просту формулу, яку я реалізував у прошивці з відкритим вихідним кодом, яку я також написав.

Це означає, що мінімально можливий робочий цикл ШІМ ніколи не повинен бути нижчим за мінімальний робочий цикл ШІМ. Формула використовує співвідношення вихідної та вхідної напруги для обчислення ідеального робочого циклу ШІМ без навантаження, необхідного для виходу напруги, що відповідає напрузі акумулятора, підключеного на виході. Коли ШІМ-сигнал має менший робочий цикл, ніж розраховане мінімальне значення ШІМ, струм протікає у зворотному напрямку і змушує Q3 проводити струм, коли він не повинен проводити. Таким чином, замість того, щоб заряджати батареї, ви фактично розряджаєте їх. Коли ви відхиляєтесь до нижчого сигналу ШІМ від обчисленої нижньої межі ШІМ, зворотний струм Q3 стає все вищим і вищим, що призводить до його згоряння. У коді вивід SD IR2104 перемикається на низький рівень, коли ШІМ опускається нижче розрахованої нижньої межі, щоб гарантувати, що Q2 і Q3 ніколи не вмикаються в цьому стані. Ви можете помітити, що мінімальний робочий цикл ШІМ названо ШІМ і додано PPWM_marginpwmMax, це було зроблено для обмеження максимально допустимого робочого циклу ШІМ, оскільки драйвер MOSFET зарядного насоса, такий як IR2104, не може працювати зі 100% робочим циклом через конструкцію своєї мікросхеми. Це також перетворює робочий цикл % на ціле значення, яке приймає функція anlogWrite або ledcWrite.

  • PPWM =(PPWM_marginpwmMaxvoltageOutput)/(100.00voltageInput);
  • PPWM = constrain(PPWM,0,pwmMaxLimited);
  • PWM = constrain(PWM,PPWM,pwmMaxLimited);
  • ledcWrite(pwmChannel,PWM);
  • buck_Enable;

Функція constrain в Arduino обмежує ШІМ-сигнал від виходу вище верхньої межі, а також від виходу нижче нижньої межі. Функція ledcWrite(pwmChannel,PWM) є ESP32 еквівалентом analogWrite Arduino Uno/Nano, функція використовується для встановлення ШІМ сигналу на виводі GPIOx. Між рядками вище є багато кодів, я просто написав найважливіші з них, щоб виділити рішення для виправлення.

Крок 8: Вирішення проблеми зворотного струму фотоелектричного перетворювача

Проблема:

Існує так званий витік струму на діоді в синхронних і асинхронних перетворювачах як в синхронній, так і в асинхронній топології. Ця проблема була присутня в більшості саморобних синхронних баксових MPPT, про які я читав, до цього часу. Були спроби виправити MOSFET, що блокує зворотний потік з високого боку, але це часто закінчувалося неправильним перемиканням Q1. Зверніть увагу, незалежно від того, ввімкнено чи вимкнено Q2, наявність діода всередині MOSFET Q2 змушує струм від батарей текти назад до сонячних панелей, коли вхідна напруга менша за вихідну (напруга сонячної панелі. напруга батареї). Це відбувається, коли сонячні панелі виробляють нижчу напругу в сутінках, на світанку і в нічний час. Ми прагнемо до максимально можливої ефективності, додавання діодів на вході. це останнє, чого ми хочемо. Нам потрібне рішення!

Дороге рішення:

Цю проблему можна легко вирішити за допомогою драйвера N-канального MOSFET з високим коефіцієнтом підсилення або чогось на зразок драйвера MPSFET ORing. Я відхилився від цього варіанту, оскільки мікросхеми драйверів, необхідні для цього рішення, є рідкісними і дорогими.

Дешевше рішення:

Це можна вирішити, додавши діод на вході (перед Q2), щоб запобігти зворотному струму, це можна застосувати до всіх топологій бак. Але, пам’ятайте з попередніх кроків, про які я згадував? Діоди спричиняють падіння напруги, що призводить до втрат потужності! Отже, нам знову потрібно замінити вхідний діод на інший N-канальний MOSFET, на цей раз підключений навпаки Q2. Це називається конфігурацією зворотного блокування MOSFET. Коли Q1 і Q2 мають корпусні діоди, що протистоять один одному, струм більше не може протікати в обидва боки, якщо ми не ввімкнемо обидва MOSFET Q1 і Q2. Тепер завдання полягає в тому, щоб правильно вмикати і вимикати цей доданий Q1. Очевидно, що ми не можемо просто подати напругу на вивід затвора Q1, оскільки він розташований на високій стороні і далеко від землі. Щоб вирішити цю проблему, ми виділяємо ізольований DC-DC перетворювач для його перемикання.

Ізольований DC-DC перетворювач, який я вибрав. це компонент B1212S від EVsun. При вартості 2 за штуку, це дешевше, ніж купувати спеціальний драйвер MOSFET з високою стороною (наприклад: Analog Devices, TI Maxim Chips). Хоча можна використовувати інший IR2104/IR2101, ізольований DC-DC перетворювач MOSFET має невелику перевагу в тому, що він здатний працювати при 100% робочому циклі.

Ізольований DC-DC перетворювач створює ізольовану різницю потенціалів між виводом джерела і затвором Q1. R37. це підтягуючий резистор, який випускає заряд затвора Q1, коли на вході U2 відсутнє живлення. Блок запобігання зворотному потоку фотоелектричних перетворювачів в цілому перемикається за допомогою Q4. Коли GPIO27 випускає сигнал HIGH, Q4 проводить і забезпечує шлях для струму для живлення U2 (ізольований DC-DC перетворювач). Коли на вхід U2 подається напруга, на виході U2 виділяється ізольована напруга 12 В, яка подається на затвор і вивід Q1, таким чином живлячи Q1 і закриваючи шлях від виводу Vin і виводу стоку Q2. Включення GPIO27 на низький рівень призводить до протилежних результатів і вимикає Q1.

Моя реалізація була простою, але варварською. Час реакції на поворот Q1 не вимірювався кількісно, але я можу запевнити вас, що він досить швидкий. Незалежно від витоку струму назад від панелей, він не такий вже й великий. Це була просто функція, необхідна для запобігання розряду батарей вночі. Я розумію, що кращою реалізацією було б залишити U2 постійно увімкненим, маючи ізольовану мікросхему драйвера MOSFET з тотемним полюсом для перемикання Q1. Але це працює!

Але сонячні панелі мають діоди всередині? Правильно? Так.

Хоча сонячні панелі можуть перетворювати сонячне світло в електричну енергію, вони також можуть поглинати енергію назад, коли напруга сонячної панелі нижча за напругу акумулятора. Батареї, що подають струм назад на сонячні панелі? Так, це може статися! Існує два типи діодів, розташованих всередині сонячної панелі. Одним з них є обхідні діоди, які усувають явище гарячих точок, які можуть пошкодити фотоелементи (нас це не стосується), а іншим. блокуючий діод, діод, який запобігає зворотному струму від зарядних пристроїв та батарей. Перевіривши задню коробку монокристалічної сонячної панелі, я на свій подив виявив, що в ній не встановлені блокувальні діоди. Я трохи покопався і з’ясував, що сучасні сонячні панелі не містять блокуючих діодів, оскільки це призводить до втрат потужності. Натомість, це якимось чином стало сучасним стандартом, що діоди повинні бути встановлені в контролері сонячного заряду.

Крок 9: Чому я використовую зовнішній прецизійний АЦП (ADS1115). Texas Instruments)

АЦП в Arduino Nano

ATmega328P, що використовується в Arduino Nano та uno, має 10-бітний АЦП. Вони відомі більшості як аналогові штифти. 10 біт означає, що є 1024 значення, які він може представляти від 0В до 5В (5В є еталонною напругою за замовчуванням). Коли виводи АЦП використовуються з датчиками напруги та струму, розрахованими на широкий діапазон напруги (наприклад: 80В 30А), у вас є лише 1024 значення для представлення 0В-80В та 0А-30А. Це дає нам роздільну здатність 78 мВ для напруги і 29 мА для струму. Це означає, що у вас дуже грубий спосіб виявлення напруги і струму, і ваші напруги і струми можуть стрибати з інтервалами 78 мВ і 29 мА.

АЦП в ESP32

ESP32 має вбудований АЦП на 12 біт, це дає вам 4096 значень для представлення ваших напруг і струмів. Це в чотири рази більше, ніж у Arduino Uno / Nano! Для установки 80В 30А ми отримуємо роздільну здатність вимірювання напруги 19.5 мВ і роздільна здатність вимірювання струму 7.32mA. Це набагато краща роздільна здатність вимірювання напруги і струму в порівнянні з Arduino Uno і Nano! ESP32 також має швидший процесор! Що стосується регулювання, він також зможе швидше опитуватись, що зробить його більш чуйним. Але є один мінус! ESP32 відомий тим, що має поганий АЦП! Він має нелінійну реакцію АЦП. Це означає, що АЦП не настільки точний для представлення напруг між 0В та Vref. Цього буде достатньо, але я не хотів задовольнятися цим. Рішення?

Зовнішній прецизійний АЦП

Рішення полягає у використанні зовнішнього прецизійного АЦП I2C! Я вибрав ADS1115 або ADS1015 від Texas Instruments. Навіщо використовувати зовнішній АЦП? Ці зовнішні АЦП були розроблені для конкретної мети, а саме, щоб служити тільки як АЦП і нічого більше, і він виконує свою роботу надзвичайно добре! Зверніть увагу, як несподівано смикаються значення датчиків, коли ви підключаєте їх до Arduino Uno? Спробуйте використовувати зовнішній АЦП, і ви помітите, що значення майже ніколи не смикаються несподівано.

АЦП ADS1x15 має вбудоване внутрішнє посилання на напругу. Це означає, що ваші показання аналогових значень не залежать від Vcc вашого АЦП. Це робить її менш чутливою до шуму лінії живлення системи. Він має вбудований програмований операційний підсилювач, що означає, що ви можете вибрати різні коефіцієнти підсилення. І найголовніше, ADS1115 має 16-бітну роздільну здатність АЦП! 16 біт для 860 вибірок в секунду! 16 біт дасть вам 65,5536 для представлення ваших напруг і струмів! Це в 64 рази краще, ніж АЦП Arduino Uno. Для налаштування MPPT на 80В 30А тепер ми маємо роздільну здатність вимірювання напруги 1.22 мВ та роздільна здатність вимірювання струму 0.457 мА! Це божевілля!

Чи варто використовувати ADS1115 або ADS1015?

Велике питання, який саме мені потрібен? Незважаючи на те, що обидві мікросхеми мають дещо різні технічні характеристики, вони крос-сумісні з бібліотекою Arduino ADS1x15 від Adafruit. Чи отримаю я ADS1115 з 16-бітною роздільною здатністю і швидкістю 860 проц/с або ADS1015 з 12-бітною роздільною здатністю і швидкістю 3300 проц/с? Як згадувалося у відео, я спробував їх обидва. ADS1115 був непотрібний для цієї збірки, він має роздільну здатність, якої мені ледве вистачало для 80В 30А. Я використовував ADS1015 для тестування та документування всього проекту.

Чому 12-розрядний ADS1015?

ADS1015 має 12-бітну роздільну здатність АЦП, так само як і 12-бітну роздільну здатність АЦП ESP32, чому все ж таки вибирати ADS1015? Відповідь. стабільність. Пам’ятаєте, як я робив різні ревізії плати. Я спробував Arduino Nano, Arduino Uno і ESP32; всі їхні АЦП були не такими стабільними, як спеціальний зовнішній АЦП, такий як ADS1x15. Навіть при розблокуванні внутрішнього АЦП Vref ATmega328P і ESP32 (модифікація для стабільності), він не йшов ні в яке порівняння із зовнішнім АЦП. Пам’ятайте, що тепер ми використовуємо більш високу роздільну здатність ШІМ, тепер нам потрібно відчувати найдрібніші зміни напруг і струмів для бездоганної роботи алгоритму MPPT зі збуренням. Невеликі шуми і посмикування в показаннях датчика сильно впливають на відстеження MPP. Зовнішній АЦП. це правильний вибір!

Крок 10: Вибір мікроконтролера (чому я обрав ESP32 замість Arduino Nano)

Деякі з вас, ймовірно, знайомі з ESP32. Існує дві основні версії, ESP32 Dev Board і WROOM32 ESP32 Module. З точки зору штифтів і специфікацій, вони абсолютно однакові. З іншого боку, плата розробника має USB-порт для програмування, в той час як WROOM32. це автономний мікроконтролер без USB-порту. Для програмування WROOM32 через USB вам потрібен зовнішній USB-TTL UART інтеейс, такий як CH340C. ESP32 Dev Board має один, вбудований в плату. Чому ви пішли на WROOM32? В основному через сировинну вартість та простір. Зверніть увагу, як я купив котушку WROOM32 на відео, я купив 50 штук за 1.80 за штуку! Вони дешевші, ніж 5-10 ESP32 Dev Boards. По-друге, це простір, WROOM32 крихітний! Не розширюючи ці колодки SMD до штифтів THT, ви можете створити менший проект за допомогою нього.

Я пояснював це в попередніх кроках, але якщо ви пропустили, ось короткий підсумок:

  • Модуль WROOM32. лише 1.80 з того місця, де я живу.
  • Він сумісний з Arduino, ви можете використовувати його як будь-який інший Arduino!
  • ESP32. це дуже швидкий і потужний двоядерний 32-бітний мікроконтролер з частотою 240 МГц
  • Він має вбудований Wi-Fi та Bluetooth BLE, тому вам не доведеться купувати дорогі модулі
  • Має максимальну 16-бітну роздільну здатність ШІМ
  • Він має 12-бітний внутрішній АЦП (ми не будемо використовувати)
  • Має малопотужне ядро для обробки з низьким енергоспоживанням
  • Ємнісні сенсорні контакти
  • Має вбудований ЦАП
  • Список можна продовжувати і продовжувати!

ESP32. Чому я вибрав саме його:

  • За 1.80, він був дешевшим за Arduino Nano і оснащений специфікаціями, які перевершують його в усіх відношеннях!
  • Найважливішою частиною для мене була 16-бітна роздільна здатність ШІМ. Більш висока роздільна здатність ШІМ є набагато кращою для MPPT на основі перетворювача баксів. Чим вища роздільна здатність, тим дрібнішими будуть кроки напруги та струму. Він регулюється, чим нижча розрядність ШІМ, тим вища частота ШІМ може бути досягнута! (докладніше про це буде пояснено пізніше).
  • Коли я сказав, що він має два ядра, так, ви можете запускати два незалежних процеси, використовуючи одні і ті ж записані змінні в двох незалежно працюючих кодах. MPPT має безліч алгоритмів, які ніколи не слід турбувати. Це включає регулювання напруги та струму, відстеження MPP та протоколи захисту. Наприклад, телеметрія Wi-Fi займає 500 мс часу обробки для надсилання. Поєднання Wi-Fi телеметрії на одному ядрі з основними системними процесами зробить MPPT небезпечним і менш чутливим. Виділивши окреме ядро для Wi-Fi, я зміг отримати 9 мс на цикл для ядра MPPT.
  • Wi-Fi та Bluetooth також є великим бонусом за ціну
  • Швидкість обробки: Ця річ надзвичайно швидка! Повірте мені на слово

ESP32. Частота роздільної здатності ШІМ:

  • Плати на базі AVR MCU, такі як Uno та Nano, були складними у налаштуванні ШІМ-таймерів.
  • ESP32 має бібліотеку, яка просто запитує розрядність ШІМ і частоту ШІМ, яка вам потрібна, а решта. це магія, оскільки ви можете використовувати майже будь-які виводи для цих конкретних налаштувань ШІМ.
  • Не беріть до уваги, що це обмеження
  • Для 16-бітної роздільної здатності ШІМ максимум 1.22Khz ШІМ може бути досягнуто
  • .
  • Для роздільної здатності ШІМ 12 біт, максимум 19.Можна досягти ШІМ 5 кГц
  • Для роздільної здатності ШІМ 11 біт, максимум 39.Можна досягти ШІМ 06Khz
  • Для роздільної здатності ШІМ 10 біт, максимум 78.12Khz ШІМ може бути досягнуто
  • Для 9-бітної роздільної здатності ШІМ максимум 156.Можна досягти ШІМ 25 кГц
  • Для 8-бітної роздільної здатності ШІМ максимум 312.Можна досягти ШІМ 5 кГц

Важливість частоти роздільної здатності ШІМ:

  • Чим вища роздільна здатність ШІМ, тим дрібніші кроки напруги та струму будуть на виході ШІМ-регулятора MPPT. Більш низька роздільна здатність ШІМ дасть вам більш грубі кроки в напругах і струмах.
  • Чим вища частота ШІМ, тим більшу потужність може витримати ваш MPPT і тим менші пульсації напруги на виході.
  • Ви можете збільшити частоту ШІМ до певної міри, але пам’ятайте, що електроніка. це гра компромісів. Хоча ваш MPPT-бак може обробляти більшу потужність з вищою частотою ШІМ, втрати на перемикання також збільшаться до певного моменту.
  • Також існує обмеження між PWM Reso Freq, що задається формулою
  • Максимальна частота ШІМ = Тактова частота мікроконтролера / Роздільна здатність ШІМ
  • Тактова частота мікроконтролера ESP32. 80 МГц
  • Ви можете встановити або PWM Freq або Reso як задану або необхідну змінну
  • Приклад:
  • Виберемо роздільну здатність ШІМ 11 біт і знайдемо для неї максимальну частоту ШІМ
  • Максимальна частота ШІМ = 80 000 000 Гц / 11 біт
  • Максимальна частота ШІМ = 39,062.5 Гц
  • Це означає, що для 11-бітного ШІМ ми можемо вибрати лише максимальну частоту ШІМ 39.0625Khz

Крок 11: Калькулятор формули проектування MPPT в Excel

Завантажити файл Excel: Натисніть тут

Знаходження необхідного струму насичення індуктивності індуктора

В даний час я перебуваю в процесі зйомки частини 2 навчального відео. Частина 2 пояснить формули, що використовуються для проектування синхронного перетворювача, який використовується в MPPT. Наразі я надав калькулятор Excel у файловому пакеті. Вам просто потрібно ввести специфікації вашої позамережевої установки в файл Excel, і він розрахує необхідну індуктивність індуктора, струм насичення індуктора і об’ємні конденсатори.

  • Вам потрібно лише ввести необхідні поля з розділу “Необхідні параметри
  • Vmp. Введіть загальне значення Vmp (максимальна напруга в точці) вашої сонячної панелі
  • Imp. Введіть загальний струм вашої сонячної панелі (максимальний струм в точці)
  • Vbatt. Введіть максимальну напругу батареї вашої сонячної установки
  • fsw. Залиште 39 кГц, оскільки це частота перемикання ШІМ за замовчуванням, яку я встановив у коді прошивки MPPT. Ви можете змінити це, якщо плануєте встановити іншу частоту перемикання ШІМ.
  • Залиште значення розділу “Припустимі параметри” за замовчуванням.
  • У виділених жовтих полях розділу “Розв’язані параметри” буде показано наступне:
  • Ipk. Необхідний номінальний струм котушки індуктивності
  • L. Необхідна індуктивність котушки індуктивності
  • Cout. Рекомендовані конденсатори для C7 і C8 зі схеми. Це лише рекомендоване значення, я вважаю достатнім конденсатор на 470 мкФ

Загальні значення конденсатора індуктивності

Загальна індуктивність індуктора: 64 мкФ

Загальний номінальний струм котушки індуктивності: Понад 30А

Загальні ємності C7 C8: 470 мкФ

Коли ви купуєте готові комерційні MPPT, вони виготовляються із заздалегідь визначеними значеннями компонентів. Ці значення були обрані для того, щоб MPPT можна було використовувати для широкого діапазону напруг і струмів. Ви можете використовувати загальні значення вище для котушки індуктивності та об’ємних конденсаторів.

Крок 12: Остаточна схема

Ось остаточна схема остаточної і повністю функціональної плати. Я зроблю окремий підручник для налаштування цієї конструкції для ваших потреб. Але якщо ваша автономна установка відповідає моїм специфікаціям, показаним на попередніх кроках, немає необхідності щось змінювати. Ось коротке пояснення схеми:

MOSFETS:

  • Однією з ключових причин, чому цей проект має надзвичайно малий форм-фактор і високу ефективність перетворення енергії, був ретельний вибір N-канальних MOSFET. CSD19505 був одним з найкращих недорогих MOSFET, які я міг знайти! З опором увімкнення 2.6mΩ і Vds 80V це був звір! Це означає менші втрати провідності.
  • Один CSD19505 еквівалентний трьом IRF3205, з’єднаним паралельно, і може витримувати більш високу напругу 80В. Якби ми використовували щось на кшталт IRF3205, нам довелося б використовувати дев’ять таких мікросхем замість трьох CSD19505. CSD19505 також має значно менший заряд затвора, що також допомагає зменшити втрати на перемикання.
  • При пошуку альтернатив MOSFET, знайдіть MOSFET з Vgs 80В або вище. Ідентифікатор повинен бути вище 90А. Rds(on) повинен бути якомога нижчим (я б не піднімався вище 4 мОм при виборі окремих MOSFET без використання паралельної конфігурації для цього MPPT). Менша добротність завжди буде кращою.

МІКРОКОНТРОЛЕР:

  • U8. це ESP32, який виконує роль мікроконтролера для системи
  • R25-R28. підтягуючі резистори для кнопок, щоб запобігти плаванню контактів
  • R29 R39. підтягуючі резистори для порту I2C
  • C19. конденсатор для вирішення сумнозвісної проблеми автопрограмування в програмуванні ESP32
  • C23. простий шунтуючий конденсатор для зменшення пульсацій на 3 виводах ESP32.лінія 3В
  • R21 R24. підтягуючий резистор для виводу EN ESP32 (необхідний і для UART)
  • LED1 і R36. простий світлодіодний індикатор, підключений до стандартного виводу світлодіодного індикатора ESP32

USB-TTL UART:

  • U9. мікросхема CH340C USB-TTL UART для послідовного USB-порту і програмування ESP32 через USB
  • U4. це 3.3V регулятор для 5V входу USB порту. Це необхідно, оскільки наш ESP32 використовує 3.3В логіка
  • C21 і C22. стандартні об’ємні резистори для регулятора U4
  • D7. діод Шотткі з низьким Vf для запобігання зворотного струму в USB-порт, коли система живиться від сонячних панелей або батарей. 1N4007 можна використовувати як альтернативу.

ЗОВНІШНІЙ АЦП:

  • U10. це зовнішній 12-розрядний АЦП ADS1015 (на попередніх кроках згадувалися деталі про нього)
  • C20. стандартний шунтувальний конденсатор для зменшення лінійних шумів до U10
  • R31. підтягуючий резистор для виводу оповіщення U10. Пін оповіщення є програмованим компаратором, який я планую використовувати в майбутньому в оновленні прошивки, оскільки на даний момент він не використовується.
  • A0-A3. аналогові входи зовнішнього АЦП U10.
  • U10 має встановлену опорну напругу (Vref), еквівалентну 2.048 В, це було універсально встановлено, щоб відповідати діапазону аналогових виходів U1 (датчик струму ACS712-30A).
  • U10. це високостабільний, точний і акуратний зовнішній АЦП, який дає чистіші значення датчика порівняно з використанням внутрішнього АЦП мікроконтролера.

ДАТЧИКИ НАПРУГИ:

  • Вимірювання напруги можна легко досягти за допомогою дільників напруги.
  • R1 і R2 утворюють дільник напруги для вхідного діапазону 0-80В на вихідний дільник напруги 0-1.989V. Це напруга нижче, ніж 2.048В опорна напруга зовнішнього АЦП U10. Він близький до Vref для максимізації роздільної здатності АЦП, але не надто близький, щоб викликати відсікання.
  • C1. шунтуючий конденсатор для фільтрації вихідної напруги дільника вхідної напруги від шумів.
  • R32, R33 і R34 спочатку мали однакове значення з R1 і R1 для вихідного діапазону 0-80В. І так, MPPT, спочатку може заряджати хімічні акумулятори до 80В, а не до 50В. Однак я зменшив його до 50 В, щоб збільшити роздільну здатність АЦП на дільнику вихідної напруги. Люди майже не використовують батареї вище 48В в першу чергу.
  • R32, R33 і R34 утворюють дільник напруги для вхідного діапазону 0-50В на вихідний дільник напруги 0-2.04V. Це напруга нижче, ніж 2.048В опорна напруга зовнішнього АЦП U10. Це близько до Vref для максимізації роздільної здатності АЦП, але не надто близько, щоб викликати відсікання.
  • С13. шунтуючий конденсатор для фільтрації вихідної напруги дільника напруги від шумів.

ДАТЧИК СТРУМУ:

  • U1. це двонаправлений, ізольований датчик струму ACS712-30A з номінальним струмом 30A.
  • U1 є двонаправленим, але нас цікавить лише використання його як однонаправленого датчика струму для максимізації роздільної здатності АЦП при вимірюванні струму. Причиною цього є те, що U1.Виводи IP і IP з’єднані в зворотному порядку через негативну реакцію на струм. За відсутності струму Vout = Vcc/2. Це означає, що коли струм не проходить через контакти датчика струму.IP і IP, аналоговий вихід датчика струму становить половину від 5В Vcc, що приблизно дорівнює 2.5V. Коли тече струм.IP до IP; Vout = 2.5. (Current Sensed 0.066). Тепер ми знаємо, що при.30А, Vout = 2.5В; при 0А, Vout = 0.52V. Тепер у нас є підлога, близька до землі, і стеля 2.5В, які ми можемо зменшити до опорної напруги АЦП. Таким чином, нам не потрібно зміщувати рівень, і в той же час ми усунули половину невикористаного діапазону датчика.
  • R3 і R4 є дільником напруги, який зменшує 2.5В стелі ми отримуємо з аналогового виходу U1 до напруги трохи нижчої, ніж на 2 U10.048В опорна напруга. Це запобігає обрізанню показань датчика.
  • C2. конденсатор фільтра, згаданий у специфікації U1 (ACS712). Збільшення C2 призводить до зменшення смуги пропускання U1 при вимірюванні струму. Оскільки ми маємо справу з постійним струмом, нам потрібна лише низька смуга пропускання, щоб відкинути шуми, які можуть заважати вимірюванню струму. 10 мкФ було запропоновано для максимальної фільтрації для застосувань постійного струму, але в специфікації також зазначено, що 10 мкФ дасть повільніший підйом і час відгуку. Врешті-решт я зупинився на 2.2 мкФ.
  • R5 і C9. це RC-фільтр для подальшого зниження шумів, що вловлюються аналоговим виходом U1.
  • Зверніть увагу, що я приділив особливу увагу датчику струму. З моїх минулих прототипів MPPT, використовуючи модулі ACS712 зі стандартними значеннями, які вважаються більш шумними, ніж ця модифікована версія. Після впровадження цього простого виправлення продуктивність відстеження MPP значно зросла.

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРИ:

  • R35. NTC-термістор на 10 кОм, що працює як датчик температури
  • R12. підтягуючий резистор, який утворює дільник напруги з R35 для створення простого датчика температури
  • C12. обвідний конденсатор для фільтрації аналогового виходу датчика температури.
  • Аналоговий вихід датчика температури підключений до GPIO35 (використовуючи внутрішній АЦП ESP32). Я не підключав датчик температури до зовнішнього I2C АЦП, оскільки він не потребував великої точності. ESP32 також має швидший АЦП для цього датчика, який не потребує великого пріоритету.

БЛОК УПРАВЛІННЯ ЗВОРОТНИМ СТРУМОМ (BCCU):

  • Блок управління зворотним струмом був детально згаданий у попередніх кроках
  • Q1. це N-канальний MOSFET зі зворотним блокуванням, який забезпечує контрольований ефект блокування від витоку струму діода Q2.
  • R37. підтягуючий резистор для відведення заряду затвора Q1, коли BCCU вимкнено.
  • B1212. ізольований 12В DC-DC перетворювач. Це використовується для забезпечення окремого потенціалу заземлення для перемикання виводів джерела та затвора Q1.
  • Коли GPIO27 знаходиться в стані HIGH, Q4 проводить, а U2 отримує живлення від лінії 12В. Потім ізольоване джерело живлення 12 В подається на Q1 для включення і проведення.
  • Коли рівень GPIO27 низький, живлення відключається від U2 і Q1, R37 стравлює залишковий заряд на виводах затвора і джерела Q1, що призводить до його вимкнення.
  • C4 і C3. рекомендовані в даташиті шунтуючі конденсатори для U2.
  • R6 і LED3. простий світлодіодний індикатор для індикації, коли BCCU активний.

ЛІНІЙНІ РЕГУЛЯТОРИ:

  • U5 і U6. 80V 0.4А стабілізатори для подачі регульованої напруги на всі інші компоненти системи MPPT.
  • U6 має фіксований вихід, встановлений на 3.3В через R17,R18 R19. Це забезпечує всі 3.3В компоненти
  • U5 має фіксований вихід, встановлений на 10.625В через R14,R15 R16. Це забезпечує 10.625 В на порт вентилятора охолодження, BCCU і вивід живлення затвора драйвера MOSFET. Спочатку було встановлено напругу 12 В, але мені довелося зменшити її, щоб зменшити втрати на перемикання, а також зменшити споживання вентилятора охолодження. Тим не менш, всі компоненти все одно будуть працювати з 10.625V
  • U3 є лінійним регулятором, підключеним на 10.625В вихід U5. Це забезпечує 5 В, необхідних для роботи U1. Я знаю про втрати, пов’язані з цим, але вони незначні, оскільки U1 вимагає дуже малого струму. Велика різниця напруги між U5 і U1 також може бути корисною, оскільки вона зможе краще регулювати лінію 5В, оскільки стабільність аналогового виходу U1 сильно залежить від регулювання лінії 5В.

ОСНОВНИЙ СИНХРОННИЙ СТАБІЛІЗАТОР:

  • Ця частина також була детально пояснена з попередніх кроків (тим не менш, ось короткий підсумок)
  • Q2 і Q3. це N-канальні MOSFET з високим і низьким рівнем витоку, що утворюють напівміст для перемикання.
  • L1. котушка індуктивності для синхронізатора MPPT, дуже швидкого накопичувача енергії.
  • C7 і C8. об’ємні або шунтуючі конденсатори, що використовуються для фільтрації вхідних і вихідних напруг від пульсацій, спричинених швидким перемиканням SMPS-транзистора.
  • U7. напівмостовий драйвер MOSFET IR2104, оснащений зарядним насосом
  • R8 R11. це підтягуючі резистори для запобігання плавання Q2 перед запуском
  • R9 R10. затворні резистори для обмеження перехідних струмів, які U7 забезпечує для спрацьовування виводів затворів Q2 і Q3.
  • D1 і D2. діоди Шотткі, які забезпечують швидкий зворотний шлях для зливу зарядів затворів Q2 і Q3, коли будь-який з них вимикається.
  • D3. діод Шотткі, який гарантує, що струм ніколи не потече назад по лінії живлення 12В для зарядки C10
  • C10. це бутстрап-конденсатор, який використовується зарядним насосом U7 для забезпечення належного живлення високовольтного N-канального MOSFET Q2.
  • C11. рекомендований в специфікації обхідний конденсатор для U7
  • R13 і R20 є важливими витяжними резисторами, які запобігають плаванню логічних виводів U7. Це ще одне важливе виправлення давно існуючої проблеми в саморобних конструкціях MPPT. Без цього, коли ваш MPPT працює, підключення USB-кабелю до комп’ютера призводить до того, що контакти MCU плавають під час роботи. В результаті частина баксів MPPT час від часу виходить з ладу і випадково вмикає Q2 або Q3, викликаючи чарівний дим. Обов’язково додайте ці резистори, це гарантує, що MPPT вимикається, коли штифти GPIO плавають.

Крок 13: Друковані плати

Ви можете придбати мої виготовлені плати за посиланнями PCBway нижче. Це швидкі посилання, тому вам не доведеться завантажувати gerber-файли на сайт. Якщо вас цікавить гербер. Ви можете знайти його у файловому пакеті Google Drive за посиланням. Ви можете придбати 10 штук плати за 5 (обов’язково введіть 10шт). (оскільки 5шт встановлено за замовчуванням). Я дуже вдячний, коли ви купуєте за моїм посиланням на PCBway, я використовую комісію для фінансування інших моїх проектів та навчальних посібників, ваша підтримка буде дуже вдячна.

ПОСИЛАННЯ НА ДРУКОВАНІ ПЛАТИ PCBWAY:

GOOGLE DRIVE ALL FILES: (Схеми, друкована плата, список деталей, прошивка)

Я зробив все можливе, щоб зробити надзвичайно компактну плату, не збільшуючи проміжки між лініями та ширину. Я не буду надавати PDF-файли для друку для саморобних друкованих плат для цієї конкретної конструкції, оскільки вона використовує багато отворів, і було б майже неможливо виготовити саморобну друковану плату без використання гальваніки.

Проект включає багато компонентів для поверхневого монтажу. Це мій перший підручник, який містить дизайн SMD. Це не перша моя плата, яка використовує SMD, я почав робити її ще в 2017 році. Я зробив сотні плат з використанням SMD, але я не використовую його в своїх підручниках, побоюючись, що інші ентузіасти побояться його збирати. Для тих, хто не знайомий з проектами плат SMD, виходячи з досвіду, їх насправді легше збирати, ніж наскрізні конструкції з отворами (THT).

Крок 14: Необхідні матеріали

Я купую деталі оптом, загальна вартість компонентів проекту MPPT за індивідуальною ціною становить близько 20 на азіатському ринку. може відрізнятися залежно від того, звідки ви купуєте компоненти.

Повний список компонентів з посиланнями: (натисніть, щоб переглянути список деталей Excel)

Основні компоненти:

  • Модуль мікроконтролера ESP32 WROOM32
  • ADS1115/ADS1015 I2C ADC
  • CSD19505 2.6mΩ N-ch MOSFETS (3x)
  • ІС датчика струму ACS712-30A
  • Драйвер MOSFET IR2104
  • B1212 DC-DC ізольований перетворювач
  • XL7005A 80V 0.4А стабілізатор напруги (2х)
  • CH340C USB TO UARTIC
  • 16X2 I2C символьний РК-дисплей
  • AMS1117-3.3 Лінійний регулятор LDO
  • AMS1117-5.0 LDO лінійний регулятор
  • Діоди SS310 M7 (див. таблицю в Excel)
  • Кришки резисторів SMD (див. таблицю Excel). Сердечник індуктора MISC. (див. таблицю Excel)

Необхідні інструменти:

  • Паяльник
  • Паяльний свинець
  • Пінцет
  • Насос для пайки
  • Станція оплавлення гарячим повітрям (необов’язково)
  • Паяльна паста (необов’язково)

ДЖЕРЕЛО ДЕТАЛЕЙ (ГЛОБАЛЬНА АЛЬТЕРНАТИВА): https://lcsc.com/

Крок 15: Альтернативи компонентів

Якщо ви новачок у поверхневому монтажі (SMD), ви можете придбати такі плати для виведення модулів. Використовуйте пінцет на компоненті, який потрібно відпаяти, замість того, щоб нагрівати контактні площадки гарячим повітрям. У деяких випадках це дешевший спосіб отримати мікросхеми, не купуючи їх великими партіями або оптом.

SMD резистори маркуються. Наприклад, резистор 10 кОм. 103, а 2. 2.Резистор 2k. 222. З іншого боку, конденсатори SMD не мають маркування. Ви повинні використовувати функцію тестування ємності вашого мультиметра, щоб дізнатися ємність конденсаторів MSD, коли ви переробляєте їх з плат.

Крок 16: Збирання плати (метод пайки паяльником)

Як показано на відео, існують різні методи пайки SMD-компонентів без використання паяльної пасти та гарячого повітряного фена. Ось як я паяв SMD-компоненти, коли почав займатися SMD в 2017 році.

Загальна техніка:

  • Припаяйте одну колодку
  • Візьміть компонент пінцетом
  • Вирівняйте його з колодками
  • Розплавте луджену прокладку, яку ви припаяли раніше. Це діє як якір для ваших компонентів
  • Припаяйте всі інші ніжки ваших компонентів до колодок
  • Трохи, якщо флюс на поверхні допомагає при пайці
  • Якщо флюс і припій створюють вугілля або обгорілі залишки, використовуйте зубну щітку і очистіть плату спиртом

Крок 17: Збірка плати (метод гарячого повітря)

Моя наступна улюблена техніка. це ручна техніка пайки SMD припоєм з оплавленням. Що моє перше? PID-піч, якщо моя перша, але я не буду показувати це сьогодні. Давайте перейдемо до найпростішої техніки пайки SMD.

Техніка ручної пайки для оплавлення припою:

  • Візьміть шприц з паяльною пастою
  • Введіть краплю паяльної пасти на колодки вашої друкованої плати
  • Вирівняйте компонент до колодок
  • Нагріваємо контактні площадки гарячим повітрям
  • Паста почне плавитися, і ніжки компонента чарівним чином вирівняються з прокладками, коли паяльна паста розплавиться і стане паяним з’єднанням.
  • Якщо ваші компоненти не суміщені з контактними площадками, використовуйте пінцет, щоб вирівняти їх, одночасно використовуючи гарячий повітряний пістолет, щоб знову розплавити припій.
  • Це все! Легко!

Крок 18: Порт USB (зверніть увагу)

Зверніть увагу, що міні-порт USB постачається з направляючими для погризків. Вони призначені для правильного вирівнювання USB-порту на платі під час автоматизованої заводської збірки. Я не робив отворів на друкованій платі, оскільки використовував область знизу для трасування ліній. Щоб ви могли припаяти цю площину на дошці та колодках, вам доведеться відрізати ці шматочки.

Крок 19: Мікросхема CH340x UART (зверніть увагу)

Якщо ви використовуєте варіант CH340C мікросхеми CH340 USB-TTL UART, будь ласка, не звертайте уваги на колодку X1, залишивши її незаповненою. Якщо ви використовуєте CH340G, ви повинні припаяти кристалічний резонатор SMD 12 МГц на колодці, оскільки варіант CH340G не має внутрішнього кристала, вбудованого в мікросхему. Підсумок: придбайте CH340C, він коштує стільки ж і має такі ж характеристики.

Крок 20: Правильна установка радіатора (необхідна ізоляція)

Якщо ви новачок у роботі з транзисторами в корпусі TO-220, будь ласка, прочитайте цю статтю і зверніть на неї особливу увагу. MOSFET, що використовують пакет TO-220, завжди мають свої зливні штифти, прив’язані до вкладки MOSFET, так, вони електрично з’єднані. Якщо прикрутити МОП-транзистори безпосередньо, радіатор буде проводити струм через усі виводи МОП-транзисторів.

Тепер давайте зробимо відкликання зі схеми. MOSFETs Q1 і Q2 мають зливні виводи, які підключені в першу чергу, немає необхідності в ізоляції між двома MOSFET. MOSFET Q3, з іншого боку, має зливний вивід, який не повинен бути провідним зі зливними виводами Q1 і Q2. Q3. це MOSFET, який нам потрібно ізолювати від радіатора.

Кроки для складання радіатора:

  • Спочатку припаяйте MOSFET до плати.
  • Візьміть радіатор і покладіть поряд з MOSFET
  • За допомогою маркера позначте отвори, які потрібно просвердлити
  • Я використовую 3.Болти 2 мм, тому використовуйте свердло трохи менше, ніж розмір болта
  • Просвердлите алюмінієвий радіатор.
  • Перед тим, як перейти до кроків ізоляції, прикрутіть болти до радіатора, щоб створити різьбу на радіаторі. Це простий, варварський і ефективний спосіб отримати різьбу або канавки на радіаторі без використання різьбонарізного інструменту.

Кроки для ізоляції:

  • Вставте пластикову ізоляційну втулку в отвір MOSFET або надіньте її на болт.
  • Додайте ізоляційну прокладку зі скловолокна або слюди між MOSFET і радіатором.
  • Вкрутіть болт з пластиковою ізоляційною втулкою між MOSFET і радіатором

Якщо Q3. єдиний MOSFET, який потрібно ізолювати від Q1 і Q2, чому ви ізолювали їх усі на відео?

Я ізолював їх усіх, бо не хотів, щоб радіатор був десь підключений до схеми. Це було важливо для мене, особливо в той час, коли плата перебувала в стадії розробки і проходила тести. Якщо я залишу Q1 і Q2 підключеними до радіатора, радіатор може провести 80 В від панелі, це був ризик, який я не хотів брати на себе, коли я промацував різні контакти для тестування лабораторного обладнання. Один легкий дотик блукаючого дроту міг би потенційно пошкодити мою збірку, це багато деталей для заміни. З іншого боку, ізоляція тільки Q3, залишаючи Q1 і Q2, що проводять через радіатор, має невелику перевагу, це забезпечує менший опір шляху між Q1 і Q2, хоча він незначний. Я б рекомендував ізолювати їх усіх один від одного.

Крок 21: Терморезисторний датчик температури NTC

Термістори NTC поставляються в різних упаковках. Я купив кільцевий NTC-термістор, оскільки все, що мені потрібно було зробити, це прикрутити його до радіатора. Він ізольований, тому немає необхідності в гальванічній розв’язці. Якщо ви використовуєте термістор, який виглядає як конденсатор, просто приклейте його на радіатор. Висновки термістора йдуть до R35 плати. Ці речі неполяризовані, ви можете підключити два контакти в обох напрямках.

Крок 22: Виберіть плавкий запобіжник для своїх потреб

Ви помітите, що я використовував зелені мініатюрні автомобільні запобіжники 20A, а не 35A, які я рекомендував на схемі. Причиною, чому я це зробив, було захистити свою схему від того, з чим працює моя сонячна установка. Хоча MPPT працює з безліччю протоколів захисту безпеки, ці протоколи та функції безпеки залежать від мікроконтролера та коду. Якщо мікроконтролер вийде з ладу і перейде в стан блокування (що малоймовірно, виходячи з мого польового тесту), запобіжники можуть врятувати багато вашого обладнання від смаження. У мене не було належних паяних роз’ємів для запобіжників на той час, коли я документував цей проект, тому я просто припаяв їх до плати безпосередньо.

Як вибрати запобіжники:

Крок 23: Припій або гвинт?

Я зробив отвори для сонячної батареї та акумулятора досить великими для проводів. Ви можете припаяти дроти безпосередньо, якщо плануєте встановити роз’єми зовні. Я хотів зробити свою сонячну батарею гвинтовою, тому взяв для неї гвинтову клему на 50А. Якщо ви плануєте зробити те саме і використовувати мій 3D-друкований корпус, зніміть кришку гвинтової клеми.

Крок 24: Припаяйте решту компонентів

Якщо ви дивилися відео, я показав конкретну послідовність того, які частини паяти в першу чергу. Це було зроблено тому, що компоненти для поверхневого монтажу набагато складніше паяти, коли компоненти THT паяються першими (високі компоненти THT блокують ділянки поруч із компонентами SMD).

Спочатку припаяйте всі компоненти SMD, а потім THT.

Крок 25: Проектування індуктора

Якщо ви плануєте слідувати моєму точному загальному дизайну, ви можете пропустити цей крок, але якщо ви плануєте використовувати індуктивність котушки індуктивності, відмінну від вашої конструкції, або, можливо, використовувати інше тороїдальне осердя, ніж модель осердя 0077071A7, яку я використовував, цей крок допоможе вам у розробці необхідного тороїдального осердя для цього проекту.

Індуктор, який я використовував:

  • Модель: 0077071A7
  • Виробник: Magnetics Inc.
  • Основний матеріал: Kool Mμ (Sendust. FeSiAl)
  • Відносна магнітна проникність: 60 мк
  • Розміри OD = 33.5 мм. H = 11 мм
  • Al = 61 nH/T^2
  • Ae = 65.6 мм ^ 2
  • Bsat = 1.0T
  • Індивідуальна ціна: 0.50 USD (25 PHP)
  • Посилання на роздрібного постачальника: Натисніть мене
  • Посилання на таблицю даних: Натисніть мене

Етапи створення тороїдального індуктора:

  • Знайдіть відповідний тороїдальний сердечник (T-130 або більше)
  • Жовтий #26 залізний порошковий матеріал сердечника є загальним вибором для тороїдальних сердечників, що використовуються в регуляторах (ви можете використовувати їх). Хоча я пішов із сендустом (Kool Mμ від Magnetics Inc.), оскільки відомо, що він має на 40-50% менші втрати в осерді, ніж звичайний матеріал осердя із залізного порошку.
  • Відвідайте онлайн-калькулятор Coil32 (Натисніть мене)
  • Прокрутіть вниз і знайдіть калькулятор феритових тороїдів.
  • Ми будемо використовувати магнітний дріт калібру 16, у верхньому правому куті є випадаюче вікно і виберіть AWG 16
  • У текстовому полі L введіть індуктивність, яку ви хочете, щоб ваш індуктор мав. Для моєї конструкції MPPT потрібна індуктивність 64 мкГн, тому я ввів 64 у поле. (насправді це було 48 мкГн, на попередніх кроках обговорювалося, чому це стало 64 мкГн).
  • OD відноситься до зовнішнього діаметру вашого тороїда, виміряйте його в мм і введіть його в текстове поле.
  • ID відноситься до внутрішнього діаметру вашого тороїда, виміряйте свій в мм і введіть його в текстове поле.
  • H відноситься до висоти або товщини вашого тороїда, виміряйте свій в мм і введіть його в текстове поле.
  • Ви можете залишити фаску 0 мм, якщо це не вказано в технічному паспорті вашого тороїдального сердечника.
  • μr відноситься до відносної магнітної проникності. Цей крок є складним і часто зустрічається в технічному паспорті вашого тороїдального сердечника. На щастя, 0077071A7 має специфікацію, в якій вказано, що він має 60μ, тому я ввів 60 в текстовому полі. Якщо ви маєте справу з невідомим тороїдальним осердям без етикетки, подивіться, чи воно було пофарбоване фарбою, деякі тороїдальні котушки індуктивності мають кольори, що вказують на матеріал осердя. Жовті тороїди часто мають розмір 75μ. (стаття з кольоровим кодом індуктора)
  • Не чіпайте інші текстові поля, залиште їх без змін!
  • Натисніть кнопку Обчислити.
  • Ви отримаєте результати нижче
  • N. це кількість витків магнітопроводу калібру 16, яку вам доведеться намотати навколо тороїдального сердечника, щоб отримати індуктивність, яку ви вказали в L
  • Lw. є простим наближенням довжини дроту, який вам знадобиться для того, щоб отримати N витків навколо тороїдальної котушки індуктивності.

Номінальний струм індуктора

Номінальний струм котушки індуктивності, який ви часто зустрічаєте в готових котушках індуктивності, відноситься до чогось, що називається струмом насичення котушки індуктивності. Це стосується прикладеного постійного струму, при якому значення індуктивності падає на задану величину нижче його виміряного значення без постійного струму. Деякі виробники оцінюють свої деталі за 30% падіння індуктивності. Пам’ятайте, що котушки індуктивності є дійсно швидкими накопичувачами енергії. Енергія зберігається завдяки магнітному полю, що генерується струмом, який протікає через котушку індуктивності. Матеріали можуть зберігати лише певну кількість енергії, яку може прийняти індуктор. Коли котушка індуктивності більше не може поглинати енергію, вона насичується, оскільки індуктивність також зменшується. Побудувати котушку індуктивності та отримати необхідну кількість витків для отримання необхідної індуктивності легко! Але визначення струму індуктора з вашої конструкції тороїдального індуктора. це те, що переслідувало мене місяцями! Це також не те, що ви можете легко знайти в Google! Існує два способи визначити струм індуктора; один. за допомогою технічних паспортів та формул, а інший. шляхом проведення імпульсного тесту індуктора за допомогою осцилографа, підключеного до саморобної установки (яку я продемонструю пізніше).

Формула / метод калькулятора:

  • Відвідайте калькулятор Pigeon’s Nest (Натисніть мене)
  • Якщо ви хочете навчитися, ви також можете знайти формули звідти!
  • Вам буде запропоновано заповнити деякі параметри.
  • Ці параметри можна знайти лише в технічному паспорті вашого тороїдального осердя
  • Ось чому я сказав, що це було складно. Дуже мало виробників вказують ці поля в своїх специфікаціях.
  • Параметри Al. індуктивність на виток. Це те, що ви можете знайти в технічному паспорті тороїдального сердечника. Якщо у вас немає специфікацій для вашого тороїдального сердечника, ви можете відвідати (це посилання), щоб знайти значення Al для загальних тороїдів із залізним порошковим сердечником.
  • Ae. це просто ефективна площа поперечного перерізу тороїда. Це також можна знайти в технічному паспорті. Якщо у вас немає такої формули, скористайтеся формулою з вашого предмету геометрії для обчислення площі поперечного перерізу тороїда.
  • L. це просто індуктивність, яку має спроектований вами індуктор.
  • Bsat. це щільність потоку магнітного насичення, і це одна з найскладніших величин. Я навіть не зміг знайти його в даташиті, я не хотів погоджуватися на 0 від Pigeon’s Nest.Припущення 4T, оскільки я маю справу з іншим матеріалом сердечника. На щастя, я знайшов (цю статтю), що показує різну щільність магнітного потоку (Bsat) загальних основних матеріалів, що використовуються в тороїдах. (Сердечники Sendust Kool Mu, як у мене, мають Bsat = 1.0T). Але, якщо ви маєте справу із загальним сердечником із залізного порошку, Bsat можна знайти за цим посиланням.
  • Тепер, коли у нас є все необхідне. Натисніть кнопку “Розрахувати” у вікні Isat.
  • Isat тепер є номінальним струмом насичення вашого індуктора!

Статті, які ви можете прочитати:

Крок 26: Створіть котушку індуктивності

Ви використовуєте тороїдальний сердечник 0077071A7? Слідуйте моєму прикладу!

Етапи створення індуктора:

  • Візьміть рулетку і відріжте 1.3 метри магнітного дроту Gauge #16.
  • Обмотайте його навколо тороїдального сердечника 30 разів. За годинниковою стрілкою або проти годинникової стрілки, це не має значення.
  • Після 30 витків буде невеликий надлишок дроту. Відріжте надлишок, але залиште трохи для ніг індуктора.
  • Магнітні дроти на кінцях повинні бути відшліфовані або подані! Магнітний дріт ізольований емаллю. Щоб припаяти котушку індуктивності до друкованої плати, потрібно зішкребти шар емалі.
  • Тепер у вас є індуктор 64uH 33A! У нас тут потужний матеріал!

Крок 27: Перевірка індуктивності котушки індуктивності (необов’язково)

Хорошою практикою є перевірка індуктивності новозбудованої котушки індуктивності. Отримання неправильної індуктивності від початкового проекту можливе, особливо якщо деякі з вас покладаються на загальні тороїдальні сердечники. Я був впевнений у своєму, оскільки побудував його на фірмовому тороїдальному сердечнику, який постачався з технічним паспортом. Тим не менш, я провів тест на індуктивність. Я використовував свій лабораторний LCR-метр Agilent 4263B Lab Grade для перевірки. Після підключення моєї котушки індуктивності до кельвінів LCR-метра, LCR-метр показав 63.790uH! Це дуже близько до моєї мети 64 мкФ, це було ідеально!

Вам не потрібне таке складне обладнання, як LCR-метр Agilent. Ви можете взяти собі 7 LCR-метр для перевірки індуктивності індуктора. Дешевий LCR-метр виміряв 0.05mH (50uH). Це була погана роздільна здатність, але, принаймні, ви отримуєте хорошу оцінку, якщо ваш саморобний індуктор був близький до цільової індуктивності. Тільки не очікуйте, що він буде таким же точним і акуратним, як лабораторні LCR-метри.

Крок 28: Вимірювання струму насичення котушки індуктивності (необов’язково)

Тепер ми можемо перевірити струм насичення індуктора. Як згадувалося в попередньому кроці, струм насичення індуктора є одним з факторів, які визначають, який струм може витримати наш MPPT. Тож мені потрібно було переконатися, чи справді мій новозбудований індуктор може витримати 33А з того, що я розрахував. Тож я побудував цей індукторний випробувальний стенд, який працює з осцилографом. У нас є великий конденсаторний банк з низьким ESR для зберігання енергії, MOSFET для перемикання ланцюга, 0.1 Ом шунтуючий резистор для вимірювання струму, Arduino ESP32 MCU для надсилання імпульсів для сигналізації MOSFET і поворотний енкодер для встановлення тривалості імпульсу MCU.

Періодична частота випробувального стенду індуктора, який я побудував, становить 20 Гц, він розроблений таким чином, щоб бути повільним для того, щоб банк конденсаторів заряджався. Увімкнений стан тривалості імпульсу можна встановити від 1 наносекунди до 30 мілісекунд. Додавши BNC-роз’єм до мого осцилографа і підключивши цей BNC-роз’єм до шунтуючого резистора, ми можемо виміряти напругу на шунтуючому резисторі, щоб виміряти струм. Крива, яку ви бачите на дисплеї осцилографа. це струм, що протікає через індуктор.

Як і очікувалося, індуктор має м’який струм насичення. Це характерно для порошкових індукторних матеріалів з порошковим сердечником. Точка струму насичення може бути знайдена в точці, коли струм перестає вести себе лінійно (знаходиться в кінці прямої лінії). Важко сказати, але близько 1.8 поділок від нульової точки до точки насичення. Використовуючи закон Ома, напругу, виміряну на шунтуючому резисторі, і опір шунтуючого резистора, ми можемо отримати Isat або струм насичення.

Виявляється, у нас є індуктор з номінальним струмом 36А, що на 3А вище, ніж конструкція індуктора 33А, яку ми прогнозували. Наш MPPT зрештою зможе впоратися з 36А!

Крок 29: Припаяйте індуктор та об’ємні конденсатори

Після того, як ви закінчили монтаж MOSFET і створення індуктора, тепер ви можете припаяти індуктор і об’ємні конденсатори до друкованої плати.

Крок 30: 3D-друкований корпус

Я надаю два 3D-друковані завантажувані конструкції корпусів на вибір. У вас є тонкий корпус для збірки тільки для Wi-Fi і повнорозмірний корпус, побудований для Wi-Fi MPPT з РК-дисплеєм 16×2 і чотирма кнопками навігації.

Завантаження STL-файлу для 3D-друку: Натисніть мене

Крок 31: Додавання вентилятора охолодження (2-контактна плата для виведення вентилятора)

Ви можете не використовувати вентилятор, якщо вибрали великий радіатор. Оригінальна конструкція плати MPPT призначена для роботи з 3-контактними ШІМ-вентиляторами охолодження. Якщо ви плануєте використовувати 2-контактний 12-вольтовий вентилятор охолодження, для правильної роботи MPPT з 2-контактним вентилятором необхідно побудувати адаптер для розняття плати. Зверніть увагу, що якщо ви замінюєте MOSFET з наведеної вище схеми, обов’язково обирайте MOSFET з логічним рівнем, наприклад, IRLZ44.

Крок 32: Встановіть основну плату MPPT в корпус

Встановіть і закріпіть основну плату MPPT на корпусі за допомогою гвинтів. 3D-друкований корпус постачається з друкованими стійками, немає необхідності купувати ці латунні стійки, щоб тримати плату піднятою над підлогою корпусу.

Крок 33: Додавання РК-дисплея з кнопками

Я використовував найдешевший РК-дисплей, який зміг знайти, оскільки в першу чергу я збираюся використовувати телефонний додаток Wi-Fi набагато частіше. Для РК-дисплея я вибрав Arduino-сумісний 16×2 символьний РК-дисплей з I2C-драйвером. Я також побудував просту проривну плату для кнопок такту, яка також діє як розширювач порту I2C. Я забув надіслати дизайн на PCBway, тому я зробив швидку саморобну плату для прориву.

Підключіть чотири дроти РК-дисплея до одного з портів розширення I2C плати розняття кнопок. Потім підключіть 8 проводів від плати розняття кнопок до інтеейсного порту основної плати MPPT.

Крок 34: Збірка передньої панелі

3D-друкований корпус також постачається з надрукованими на 3D-принтері кришками кнопок. Ви можете додати трохи стрічки для додаткової прокладки між кнопками і перемикачами такту, щоб усунути пластиковий деренчливий звук. За допомогою пінцета вставте кришки кнопок на задню частину передньої панелі та прикрутіть плату розняття кнопок та РК-дисплей на місце.

Крок 35: Остаточна збірка

Тепер ви можете закрутити і закрити корпус. Я також прикрутив пару дротів калібру 12 до портів сонячної батареї та акумулятора, а потім припаяв кілька знімних роз’ємів XT60 і кінці кожної пари для зручності.

Крок 36: Підключення до USB-блоку живлення

Підключіть кабель Mini USB від MPPT до USB-порту комп’ютера та подайте живлення на порт сонячної батареї або батареї MPPT, використовуючи будь-яке джерело живлення. MPPT все ще можна програмувати навіть без зовнішнього живлення, але РК-дисплей буде нечитабельним без зовнішнього живлення.

Крок 37: Програмування Arduino ESP32 MPPT

Проект MPPT базується на Arduino. Ви можете поводитися з нею так само, як і з будь-якою іншою платою для розробки Arduino ESP32. Я написав код прошивки загального призначення для всіх моїх майбутніх збірок MPPT, я називаю його Fugu Firmware. Існують тисячі рядків коду, ці коди розділені на 9 різних вкладок скетчів для організації. Вам не потрібно нічого змінювати! Єдине, що вам потрібно додати. це ваш Wi-Fi SSID, Wi-Fi пароль і токен аутентифікації Blynk, якщо ви хочете, щоб телеметрія Wi-Fi додатку для телефону працювала. Решту можна налаштувати через LCD інтеейс. Ваш пріоритет. просто мати можливість завантажити ці скетчі Arduino (прошивки Fugu) на ваш MPPT.

  • Цей код було протестовано на ADS1015. Якщо ви використовуєте ADS1115, будь ласка, прочитайте крок вибору АЦП нижче

1.) Встановіть останню версію Arduino IDE:

  • Посилання на останню версію програмного забезпечення Arduino IDE
  • Проект базується на ESP32 на базі Arduino, вам потрібно буде завантажити Arduino IDE, щоб завантажити прошивку або програму в ESP32 MCU.

2.) Завантажити прошивку Fugu MPPT:

  • Завантажте останню версію з GitHub (V1).1 вище)
  • Завантажте початковий випуск з gDrive (V1.0)
  • Посилання на GitHub містить майбутні оновлення для прошивки Fugu
  • Посилання на гугл-диск містить початковий стабільний реліз, описаний у навчальному посібнику
  • Наразі їх існує дев’ять.ino-файли для прошивки, вам потрібно буде розмістити їх у одній теці. Назвіть основну папку після основної.ino-файл (приклад назви папки: ARDUINO_MPPT_FIRMWARE_V1.1). Якщо ви не зробите цього, скетч/прошивка Arduino не відкриється належним чином.
  • Клацніть на будь-який з ескізів з відповідною назвою папки, щоб відкрити програму.
  • Якщо ви бачите всі.ino при відкритті Arduino IDE, це означає, що ви відкрили код правильно.
  • Я використовував функцію вкладки Arduino, щоб розділити тисячі рядків коду для організації. Ви можете натискати на вкладки для перегляду різних розділів прошивки.
  • Ви можете залишити всі ініціалізації параметрів за замовчуванням, оскільки вони можуть бути встановлені через РК-інтеейс MPPT пізніше.
  • Коментарі та думки власників мого коду допоможуть вам зрозуміти коди, якщо ви хочете дізнатися, як працює прошивка.

3.) Бібліотеки Arduino, які потрібно встановити:

  • Бібліотека Blynk ESP32
  • Бібліотека рідкокристалічних I2C LCD дисплеїв (By: Robojax)
  • Бібліотека Adafruit ADS1x15
  • Решта бібліотек постачаються з Arduino IDE за замовчуванням
  • Код/прошивка не буде працювати без компіляції цих бібліотек
  • Якщо ви не знайомі з бібліотеками Arduino, будь ласка, пошукайте, як встановити бібліотеки Arduino
  • Якщо у вас виникли проблеми з пошуком цих бібліотек, ви можете просто скопіювати мою особисту папку з бібліотеками Arduino і вставити її в вашу IDE! (Посилання на мою особисту папку з бібліотеками Arduino)

4.) Додайте облікові дані Wi-Fi IoT до коду:

  • Плануєте використовувати MPPT Wi-Fi телеметричний додаток для телефону? Виконайте наступні кроки!
  • Для того, щоб MPPT ESP32 підключився до вашого Wi-Fi роутера, вам потрібно буде ввести свої облікові дані Wi-Fi
  • Знайти ssid[] =. потім введіть свій Wi-Fi SSID у поле
  • Find pass[] =. потім введіть свій пароль до Wi-Fi у вікні
  • Додаток для телефону blynk має функцію конфіденційності та безпеки. Blynk (Legacy) надсилає унікальний токен аутентифікації всім користувачам при реєстрації. Цей токен є унікальним серед усіх інших токенів і гарантує, що тільки ви маєте повний контроль і доступ до вашого проекту.
  • Скопіюйте токен автентифікації, надісланий Blynk з вашої електронної пошти.
  • Знайти auth[] =. у коді та вставте свій токен у

5.) Вибір правильної бібліотеки АЦП для ADS1015 / ADS1115

  • АЦП ADS1015 та ADS1115 є крос-сумісними. Але ви повинні вказати, яку модель мікросхеми ви використовуєте в коді.
  • Якщо ви використовуєте ADS1015, залиште все за замовчуванням! Не змінюйте нічого.
  • Якщо ви використовуєте ADS1115, будь ласка, виконайте наступні кроки:
  • Видаліть рядок оголошень Adafruit_ADS1015;
  • Закоментуйте //Adafruit_ADS1115 оголошення; видаливши // з початку рядка.

6.) Встановлення ціни на електроенергію

  • Додаток Blynk MPPT може відстежувати, скільки грошей ви заощадили, збираючи енергію в кВт-год.
  • Для налаштування валюти енергозбереження необхідно вказати місцевий курс електричної валюти (ex: 0).5 USD / кВт-год)
  • Це можна знайти в основному ескізі коду, у розділі USER PARAMETERS
  • Змініть значення в електричній ціні на electricPrice = 9.5000; на будь-яку ціну електроенергії у вашій країні. Приклад, 1 кВт-год в нашій країні коштує 9.5 PHP. Отже, вхід 9.5000 до електрикиPrice = ;

7.) Налаштування інструментів Arduino:

  • Наведіть курсор на вкладку інструментів
  • Просто дотримуйтесь налаштувань, які я використовую для завантаження скетчів в ESP32
  • Дошка: ESP32 Dev Module
  • Швидкість завантаження: 921600
  • Частота процесора: 240Mhz (Wi-Fi/BT)
  • Частота спалаху: 80МГц
  • Режим спалаху: QIO
  • Розмір флеш-пам’яті: 4MB(32Mb)
  • Схема розділу: За замовчуванням 4MB зі спіфами (1.2MB APP/1.5MB SPIF-ФАЙЛИ)
  • Рівень налагодження ядра: Ні
  • PSRAM: Відключено
  • Порт: Виберіть ваш порт зв’язку
  • Програматор: AVRISP mkII

8.) Завантаження кодів/прошивки

  • У верхньому правому куті вашої Arduino IDE натисніть на іконку галочки для компіляції.
  • Зачекайте кілька секунд, поки програма скомпілюється.
  • Якщо ваша програма скомпілюється без помилок, це означає, що ви готові завантажити програму.
  • Натисніть на кнопку зі стрілкою вправо, щоб завантажити програму в Arduino ESP32 вашого MPPT.
  • Після успішного завантаження всіх кодів та ескізів з’явиться повідомлення про завершення завантаження.
  • Вітаємо! Тепер у вас є прошивка для вашого проекту MPPT!
  • Калібрування датчика струму не потрібне, оскільки прошивка Fugu MPPT постачається з автоматичним калібруванням датчика струму
  • Калібрування датчика температури можна зробити, змінивши ntcResistance = 9000.00. Це номінальне значення опору NTC резистора. Я використовую NTC з опором 9 кОм, що пояснює цифру 9000.00.
  • З іншого боку, калібрування напруги можна зробити методом проб і помилок. Виконайте наступні кроки:
  • Увійдіть в меню налаштувань і залишайте його відкритим після кожного випробування. Увійшовши в меню налаштувань, ви зупините всі процеси заряджання. Ви повинні робити це кожного разу, коли ви завантажуєте код в MPPT, оскільки MPPT буде повертатися до головного меню кожного разу, коли ви завантажуєте код.
  • Підключіть вхід сонячної панелі MPPT до блоку живлення (налаштуйте його на 60 В)
  • Підключіть акумуляторний вихід MPPT до акумуляторної батареї
  • Підключіть MPPT до USB-порту
  • Відкрийте Arduino IDE на вашому ПК
  • Натисніть CTRLSHIFTM, щоб відкрити послідовний монітор
  • Знайдіть VI у послідовному каналі.
  • Виміряйте напругу на вході за допомогою вольтметра
  • Якщо ваш послідовний канал зчитує вищу або нижчу напругу з вашого вольтметра, необхідно виконати калібрування датчика вхідної напруги.
  • Знайдіть inVoltageDivRatio = 40.2156 з розділу параметрів калібрування основного коду. Збільшуйте або зменшуйте його
  • Завантажте код до MPPT
  • Знову виміряйте вхідну напругу вольтметром і порівняйте виміряну напругу послідовного живлення. Повторюйте цей крок знову і знову, доки ваш вольтметр не вимірюватиме ту саму напругу, що і VI вашого послідовного каналу
  • Те ж саме стосується і датчика вихідної напруги. Виконайте ці самі дії для outVoltageDivRatio = 24.5000
  • inVoltageDivRatio та outVoltageDivRatio. це попередньо розраховані значення коефіцієнта дільника напруги для вхідного та вихідного дільників напруги. Запис значень резисторів окремо забирає обчислювальну потужність, це було зроблено для зменшення часу обробки. Формула зворотна формулі дільника напруги:
  • Коефіцієнт дільника напруги = ((верхній резистор нижній резистор) / нижній резистор)
  • Сподіваюся, це пояснює, чому ви не бачите значень резисторів у коді.

ДОДАТКОВІ ПРИМІТКИ:

  • Ці примітки призначені для тих, хто планує модифікувати прошивку. Якщо ви просто хочете використовувати MPPT за призначенням, ви можете пропустити цей розділ приміток.
  • ADS1015 і ADS1115 сумісні на одному коді, бібліотека працює для обох! Будь ласка, нічого не змінюйте!
  • Інтеейс РК-меню використовує енергонезалежну флеш-пам’ять для збереження всіх ваших налаштувань. Ці налаштування попередньо завантажені під час запуску. Якщо ви плануєте використовувати MPPT без РК-дисплея та кнопок, ви можете замінити функцію автозавантаження, змінивши disableFlashAutoLoad = 0 на disableFlashAutoLoad = 1. Це заборонить MPPT перехоплювати збережені налаштування з інтеейсу LCD і використовувати налаштування за замовчуванням у скетчі Arduino. Ви можете вручну встановити напругу, струм акумулятора тощо. через розділ параметрів коду. Звідси ви також можете отримати доступ до багатьох прихованих функцій, які ви не можете знайти на РК-інтеейсі.
  • Відключення Wi-Fi економить 0.3-0.Споживана потужність 5 Вт.
  • serialTelemMode надає вам різні формати послідовної подачі.
  • pwmResolution та pwmFrequency можна налаштувати на власну частоту перемикання для баксів та роздільної здатності ШІМ (для цього є обмеження, я зробив крок з поясненням формули для обмеження).
  • avgCountVS та avgCountCS. кількість значень напруги та струмів, взятих з датчиків для усереднення. Встановлення обох параметрів на 1 вимкне вибірку і значно пришвидшить роботу вашого коду та пришвидшить відслідковування. Я рекомендую 2 і 4, збільшення кількості відліків дає чистіші дані датчика за рахунок додавання деякого часу обробки.
  • Є набагато більше! Для цього потрібно зробити окрему інструкцію (частина 3 відео)

Крок 38: ОНОВЛЕННЯ МОДИФІКАЦІЇ 1: Підтримка акумуляторів до 80 В

Я отримав запити на підтримку батарей вище 80В (12В/ 24В/ 36В/ 48В/ 60В/ 72В/ 80В). Якщо ви хочете заряджати батарею напругою від 0-80В, виконайте наступні кроки.

1.) ЗМІНА РЕЗИСТОРІВ ДІЛЬНИКА НАПРУГИ

  • Змініть R32 на 200k Ом
  • Змініть R34 на 5.1k Ом
  • Залиште R33 не підключеним або незаповненим

2.) МОДИФІКАЦІЯ КОДУ (НАЛАШТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ)

  • Ви повинні змінити встановлені значення параметрів в основному скетчі в розділі параметрів калібрування
  • Change outVoltageDivRatio = 24.5000 до outVoltageDivRatio = 40.2156
  • Змініть vOutSystemMax = 50.0000 до vOutSystemMax = 80.0000
  • Немає ніяких проблем, якщо ви використовуєте законний 16-розрядний АЦП ADS1115. Але якщо ви використовуєте 12-розрядний АЦП ADS1015, роздільна здатність вимірювання напруги на виході зменшиться, як зазначено у попередніх кроках. Я настійно не рекомендую модифікувати систему ADS1015. Будь ласка, не намагайтеся використовувати цей мод, якщо ви не знаєте, що робите! Я не несу відповідальності за нещасні випадки, які можуть виникнути в результаті спроби зробити цей мод.

Крок 39: ОНОВЛЕННЯ МОДИФІКАЦІЇ 2: Підтримка вищих напруг сонячних панелей (100В-150В)

Це V1.0 збірка дійсно може підтримувати напругу сонячної панелі вище 80В. Зверніть увагу, що цей мод також вкрай не рекомендується, оскільки він не був врахований у початковому процесі проектування. Виконання цієї модифікації відключить режим PSU, ви більше не зможете використовувати MPPT в режимі стендового живлення. Я не буду наводити змінені значення вхідних резисторів і запропоновані MOSFET для цієї модифікації. Це тест на те, чи дійсно ви знаєте, як зробити цей мод правильно. Але для тих ентузіастів та інженерів, які мають знання та досвід, я дам кілька підказок та порад щодо цього кроку. Спробуйте це зробити, тільки якщо ви знаєте, що робите! Повторюю, я не несу відповідальності за будь-які нещасні випадки, спричинені спробою використання цієї модифікації.

1.) ВИБІР ПРАВИЛЬНОГО КОЕФІЦІЄНТА ДІЛЬНИКА НАПРУГИ

  • Оскільки ми маємо справу з модом, який збільшує вхідну напругу MPPT. Вам потрібно правильно вибрати відповідні резистори дільника напруги, щоб створити співвідношення для 2.048V Опорна напруга АЦП для правильного масштабування та врахування нової встановленої шкали вхідної напруги.

2.) ДОЗВОЛЯЮЧИ XL7005A ОБРОБЛЯТИ НАПРУГУ ВИЩЕ 80V

  • XL7005A може працювати лише з максимальною напругою 80 В! Він не може впоратися ні з чим вище цього! Для того, щоб цей мод працював, вам потрібно видалити D8, щоб система MPPT не отримувала напругу від вхідного джерела, яким є ваша сонячна батарея.
  • Видалення D8 і залишення D4 призводить до того, що MPPT отримує живлення лише від батарейок.
  • На цьому етапі ви, мабуть, знаєте, чому я не рекомендую цей мод. Якщо ваш синхронний стабілізатор несправний з точки зору регулювання напруги, він потенційно може видавати напругу вище 80В. Один короткий стрибок напруги вище 80 В може миттєво пошкодити мікросхеми стабілізатора XL7005A.

3.) МОДИФІКАЦІЯ КОДУ (ПІДСТРОЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ)

4.) ПІДБИРАТИ МОСФЕТИ, ЯКІ МОЖУТЬ З ЦИМ ВПОРАТИСЯ

  • Ваші MOSFETs потрібно замінити на ті, які можуть впоратися з максимальною вхідною напругою. Це позначається Vds в специфікації. Якщо ви розробляєте MPPT на 150 В, вам потрібно знайти MOSFET з Vds трохи вище 150 В!
  • ID та Rds(on) також потрібно взяти до уваги

5.) ЗМІНА ВХІДНОГО КОНДЕНСАТОРА (C7)

  • Є один конденсатор, який необхідно замінити! C7! Він повинен бути розрахований трохи вище вашої нової вхідної напруги джерела живлення. Якщо ваш мод буде мати вхід 150В, то C7 також повинен бути трохи вище 150В, інакше він вибухне!

Крок 40: Послідовна телеметрія USB

Проект також постачається з послідовним телеметричним каналом USB! У вас є можливість увімкнути або вимкнути цю функцію за допомогою коду. Ця функція може бути використана для діагностики, усунення несправностей, налаштування дизайну, оптимізації коду або, можливо, для експериментів зі створення власного алгоритму MPPT. Доступ до цього можна отримати через Arduino IDE, натиснувши CTRLSHIFTM для відображення послідовного монітора.

Змінні в телеметричному каналі USB

  • ERR. Кількість наявних помилок
  • FLV. Фатально низька напруга в системі (неможливість відновити роботу)
  • BNC. Індикатор не підключеного акумулятора
  • IUV. Індикатор зниженої напруги на вході
  • IOV. Індикатор перенапруги на вході
  • OOV. Індикатор перенапруги на виході
  • OOC. Індикатор перевантаження по струму на виході
  • OTE. Індикатор перегріву
  • REC. Індикатор відновлення після несправності
  • MPPTA. Індикатор увімкнення алгоритму MPPT
  • CM. Режим виходу (1 = режим зарядного пристрою, 0 = режим БЖ)
  • BYP. Індикатор MOSFET блоку керування зворотним струмом
  • EN. Індикатор увімкнення баку (1 = бак MPPT працює, 0 = не працює)
  • FAN. Індикатор роботи вентилятора
  • Wi-Fi. Індикатор увімкнення Wi-Fi
  • PI. Вхідна потужність (потужність, отримана від сонячної батареї у ватах)
  • ШІМ. ШІМ, що подається на IR2104 (десятковий еквівалент)
  • ШІМ. Допустима нижня межа ШІМ
  • VI. Вхідна напруга (напруга сонячної панелі у вольтах)
  • VO. Вихідна напруга (напруга акумулятора у вольтах)
  • CI. Вхідний струм (струм сонячної панелі в амперах)
  • CO. Вихідний струм (струм заряду акумулятора в амперах)
  • Wh. Зібрана енергія (у ват-годинах)
  • Temp. Температура радіатора (в градусах Цельсія)
  • CSMPV. Нульова точка струму відкаліброваного датчика струму
  • CSV. Аналоговий вихід напруги датчика миттєвого струму
  • VO%Dev. Відсоток відхилення VO від встановленої максимальної вихідної напруги акумулятора (у %)
  • SOC. Стан заряду, рівень заряду батареї (у %)
  • LoopT. Час циклу, час, необхідний для завершення одного циклу коду (в мілісекундах)

Крок 41: Додаток Wi-Fi Telemetry

Проект має телеметрію Wi-Fi та безкоштовний телефонний додаток для реєстрації даних на основі Sever. Телефонний додаток MPPT базується на платформі Blynk Legacy. Він доступний як для Android, так і для iOS.

Кроки встановлення додатку для телефону:

  • Завантажте його з магазину додатків та зареєструйтесь як новий користувач.
  • Відкрийте сканер QR-коду в додатку Blynk Legacy App
  • Відскануйте QR-код із зображення вище
  • Ви миттєво отримуєте копію додатку MPPT для телефону!
  • Просто натисніть кнопку відтворення, щоб запустити його
  • Ви можете додати ярлик головного меню, щоб відкривати програму MPPT безпосередньо, не переходячи весь час через миготливе меню.

Особливості програми MPPT Blynk:

  • Відображає в реальному часі енергію, зібрану з сонячних панелей
  • Відображає потужність сонячної панелі (Вт)
  • Відображає напругу та струм сонячної панелі.
  • Відображає заряд батареї у відсотках
  • Відображає напругу та струм заряду акумулятора
  • Відображає зібрану енергію в кВт-год
  • Відображає збережену енергію у валюті (долари США, євро, песо тощо). )
  • Відображення температури
  • Три різні графіки в реальному часі всіх даних, що відображаються.
  • Дані реєструються у безкоштовній базі даних Blynk та оновлюються щороку.

Подивіться навчальний відеоролик про Blynk (Пропустити: 13:01)

Крок 42: Налаштування MPPT (через РК-меню)

Як і будь-який інший готовий комерційний MPPT, я додав до проекту РК-інтеейс. Ці дані використовуються не тільки для відображення, але й для налаштування параметрів MPPT без використання кодів. Інтеейс дуже простий і зручний для навігації. Ось макет РК-меню:

Кнопки навігації (1, 2, 3, 4):

ГОЛОВНА СТОРІНКА #1

  • Рядок 1: Сонячна енергія, зібрана енергія, кількість днів
  • Рядок 2: % заряду акумулятора, напруга акумулятора, струм заряду акумулятора

ГОЛОВНА СТОРІНКА #2

  • Рядок 1: Сонячна потужність, сонячна напруга, сонячний струм
  • Рядок 2: % заряду акумулятора, напруга акумулятора, струм заряду акумулятора

ГОЛОВНА СТОРІНКА #3

  • Рядок 1: Сонячна енергія, зібрана енергія, заряд акумулятора
  • Рядок 2: Енергетична шкала з 16 блоками, що відображають час роботи акумулятора від 0 до 100%

ГОЛОВНА СТОРІНКА #4

Головна сторінка #5 (підказка меню налаштувань)

  • Натисніть select для входу в меню налаштувань
  • Увійшовши в меню налаштувань, ви зупините процес заряджання з метою безпеки.

МЕНЮ НАЛАШТУВАННЯ

  • Алгоритм живлення
  • MPPT CC-CV. Використовуйте це, якщо ви використовуєте сонячні панелі або вітрогенератори для живлення MPPT. Алгоритм MPPT необхідний для отримання максимальної потужності від ваших сонячних панелей та вітрогенераторів.
  • Тільки CC-CV. Використовуйте, якщо плануєте підключити вхід MPPT до блоку живлення.
  • Режим зарядного пристрою / блоку живлення
  • Режим зарядного пристрою. ЗАВЖДИ ВИКОРИСТОВУЙТЕ ЙОГО ПІД ЧАС ЗАРЯДЖАННЯ АКУМУЛЯТОРІВ! Під час заряджання акумуляторів потрібно вибирати режим Charge Mode, оскільки він містить усі протоколи безпеки, необхідні для зарядного пристрою. Включає функцію відключення та підключення акумулятора! Без цього ваш MPPT обов’язково буде пошкоджений при підключенні до акумулятора.
  • Режим БЖ. можна використовувати, якщо ви плануєте підключити клеми акумулятора MPPT безпосередньо до навантаження постійного струму, наприклад, інвертора, без використання акумуляторів. Так, MPPT може працювати без акумуляторів. Це експериментальна функція, яка може бути корисною для майстрів. Ви також можете використовувати MPPT як програмований інвертор або стендове джерело живлення.
  • Max Battery V
  • Введіть максимальну зарядну напругу, яку може витримати ваш акумулятор
  • Вибирається з 0-50В
  • Min Battery V
  • Введіть мінімальну напругу батареї, яку має ваш акумуляторний блок
  • На вибір від 0-50В
  • Це важливо для стану заряду
  • Зарядний струм
  • Введіть зарядний струм, який можуть витримати ваші акумулятори
  • Вибирається з 0-50А (будь ласка, не перевищуйте 35А для цього пристрою)
  • Увімкнення вентилятора
  • Увімкнути. Вентилятор охолодження буде працювати, коли буде досягнута температура вентилятора
  • Вимкнути. Примушує вентилятор вимикатися 24/7.
  • Температура вентилятора
  • Температура, при якій вмикається вентилятор охолодження
  • Можна вибрати в діапазоні 0-120 градусів C (за замовчуванням 60 градусів C)
  • Температура вимкнення
  • Температура, при якій MPPT припиняє заряджання, щоб запобігти перегріванню
  • Можна вибрати в діапазоні 0-120 градусів C (за замовчуванням 90 градусів C)
  • Функція Wi-Fi
  • Увімкнути. Вмикає функцію Wi-Fi (споживає 0.3 Вт потужності)
  • Вимкнути. Вимикає функцію Wi-Fi для енергозбереження.
  • Функція автозавантаження
  • Увімкнути. Автозавантаження збережених налаштувань з флеш-пам’яті при запуску
  • Вимкнути. Вимкнув автозавантаження і замість цього використовую налаштування змінних за замовчуванням Arduino.
  • Підсвічування Сон
  • Вимикає підсвічування, коли протягом заданого часу не натискається жодна кнопка
  • Тривалість: Ніколи, Секунди, Хвилини, Дні, Тижні та Місяці
  • Скидання до заводських налаштувань
  • Скидає всі налаштування MPPT до значень за замовчуванням
  • Натисніть select, а потім виберіть yes для скидання
  • Сторінка версії прошивки
  • Відображає версію прошивки Fugu MPPT, яка встановлена на пристрої.

Крок 43: Налаштування сонячних панелей

У мене є дві сонячні панелі потужністю 320 Вт, з’єднані послідовно. Філіппіни все ще на карантині через пандемію. У нас немає робочої сили, щоб встановити ці сонячні панелі на даху, тому я пішов на тимчасове рішення. Я проклав довгий плоский дріт (калібр #14) від нашого двору до свого робочого місця. Я усвідомлюю втрати, які несе це рішення. Ось чому я пішов з серією, щоб збільшити напругу і зменшити струм, зменшивши втрати в порівнянні з використанням паралельної установки.

Крок 44: Налаштування моєї робочої області поза мережею

Ось фотографія першого дня встановлення моєї MPPT 6 місяців тому. Я все ще використовую його до цього часу, і він залишається без проблем протягом останніх 6 місяців і підрахунку. З моменту першого встановлення вона зібрала понад 334 кВт-год енергії від моєї сонячної установки. Це небагато, оскільки я не споживаю багато енергії в робочому просторі. Він підключений до мого інвертора чистої синусоїди 1кВА 220В та до мого 8S 2.56kWh LiFePO4 акумуляторна батарея (зараз вона знаходиться у вогнетривкій коробці).

Крок 45: 98% пікової ефективності

Якщо ви подивилися відео, ви знайдете різні версії дошки, які я зробив. Я зробив саморобну версію друкованої плати моєї фінальної збірки, яка є урізаною версією (працює на одному ядрі ESP32, Wi-Fi відключений, без РК-дисплея).

З урізаної версії я провів тест кривої ефективності, підключивши вольтметри і амперметри до вхідних і вихідних портів MPPT. Потім я підключив регулятор змінного навантаження з ніхромовою водяною банею як потужне навантаження. Коли я збільшував навантаження, я записував відповідні напруги та струми, щоб обчислити час увімкнення та вимкнення для кожного ряду. Після використання формули ефективності, я наніс точки на графік, щоб знайти криву ефективності.

На мій подив, він зафіксував рейтинг ефективності перетворення 98.6% на 270 Вт при вході 61.4В і вихідна потужність 27.00V. Я не зміг знайти кінець графіка, оскільки амперметри мого DMM були обмежені до 10А. Це звучало занадто добре, щоб бути правдою, і я залишаюся скептично налаштованим щодо того, чи є мої 9999 відліків DMM достатньо точними. З позитивних моментів, навіть без активного охолодження MOSFET майже не нагрілися, це хороший знак, що ми маємо мінімальні втрати на провідність від MOSFET. Частина 4 відео буде присвячена таким тестам. Для кращої точності мені доведеться повернутися до цього і зробити це за допомогою лабораторного цифрового мультиметра Agilent 34401A TTi 1604 Lab DMM.

Тестова таблиця Excel для визначення кривої ефективності в лабораторії:

Крок 46: Плани на майбутнє

Я буду тримати вас в курсі оновлень. Сподіваюся, вам сподобається цей підручник!

МОЖЛИВІ МОДИ:

  • Ви можете модифікувати його для роботи на 150В постійного струму. Все просто, замініть MOSFET з Vds 150В, змініть вхідний дільник напруги на відповідне співвідношення, щоб вхід міг виявляти до 120В/150В і, нарешті, видаліть D8, щоб MPPT міг просто отримувати живлення від батарейок і не перевищувати ліміт 80В, встановлений в регуляторах. Частина 4 відео пояснить це.
  • MPPT може заряджати хімічні акумулятори до 80В, а не до 50В! Це було встановлено в моєму оригінальному дизайні, але я змінив дільник напруги на виході на меншу шкалу, щоб збільшити роздільну здатність вимірювання напруги на виході. Змінюючи резистори дільника напруги на виході з тими ж значеннями резисторів на вході, ви можете заряджати акумулятори до 80В. Вам просто потрібно змінити значення коефіцієнта дільника напруги з коду, а також.
  • Ви можете використовувати РК-дисплей з роздільною здатністю 20х4 символів або I2C AMOLED-дисплей для кращого відображення. Я не став цим перейматися, оскільки більшість даних я переглядаю з програми для телефону через Wi-Fi.
  • Індуктор може бути встановлений зовні, якщо ви плануєте побудувати більший!
  • Паралельне з’єднання 4 MOSFET для зменшення опору увімкнення та зменшення втрат провідності. Це робить можливим варіант MPPT з більш високим струмом! Для цього також потрібен більший індуктор.
  • Мій план для версії 2.0. використовувати IGBT для розміщення сонячних панелей на 150В або 300В і спробувати дати йому струм 50А або 100А. Існує так звана конфігурація з чергуванням синхронних ключів, яка може легко збільшити потужність MPPT.
  • Підрахунок кулонів для розрахунку заряду знаходиться на стадії тестування моєї особистої прошивки Fugu MPPT.
  • У другій частині відео буде показано повний процес проектування MPPT
  • Частина 3 відео буде присвячена поглибленому поясненню прошивки Fugu MPPT та алгоритмів, що в ній використовуються
  • Частина 4 відео буде монтажним епізодом тестів, які ми будемо проводити на пристрої MPPT.

людей зробили цей проект!

Ви зробили цей проект? Поділіться з нами!

Зробіть міст

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Конкурс магнітів

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Студентська олімпіада з 3D-друку

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

8 Коментарі та думки власників

Я ніде не можу знайти CSD19505. Будь-які альтернативи йому?

Після покупки великої кількості підроблених CSD19505, я зупинив свій вибір на мосфеті hy4008, він має ті ж самі характеристики

привіт, чи можете ви зробити версію без esp32? Я маю на увазі, що вся необхідна мені інформація, така як напруга акумулятора, сонячна напруга та сила струму, може відображатися на РК-екрані (дорогий сонячний зарядний пристрій, який може показувати, скільки кіловат генерується по днях та часу життя), і мені не потрібно відстежувати по телефону Я знаю, що було б простіше купити дешевий сонячний зарядний пристрій, але я хочу зробити його сам

ESP32 в основному дешевше, ніж спеціалізоване апаратне рішення. Якщо вам не потрібні функції Wi-Fi або Bluetooth, просто видаліть їх з коду. Або не використовуйте їх.

Будь-який шанс на mqtt версію прошивки замість blynk, щоб її можна було використовувати безпосередньо в домашньому помічнику, наприклад?

Я інтегрував його в HA, і він працює бездоганно.

Це дуже, дуже крута робота. Я ніколи не бачив нічого кращого і ретельнішого в Інтернеті. І я вже почав роботу над повторенням контролера. Але я подумав, що можу піти далі і на основі цієї схеми також зробити DC-AC перетворювач. замість індуктивності поставити трансформатор і все готово. Але моя проблема в тому, що у мене немає трансформатора середньої точки. Тоді я подумав, чи можна реалізувати схему на 4 мосфетах? Я намалював схему, але сумніваюся, що вона буде працювати.Моїх знань недостатньо. Чи може хтось припустити, чи буде це працювати? А якщо ні, то що потрібно змінити, щоб запрацювало. P.S. Програмний код не є проблемою. Він готовий зараз.

Я також побудував гібридний інвертор, з цього контролера заряду, він вийшов дуже добре.але я хотів використовувати цей дисплей, щоб отримати кращий огляд

Ого. Прохолода. Щойно замовив такий самий. Я просто не розумію, як ним користуватися. коли прийде, я розберуся, відпишуся.

ось що я хочу знати

ДОДАТКОВІ ФУНКЦІЇ:

Безпека платежів

Ваша платіжна інформація обробляється безпечно. Ми не зберігаємо дані кредитних карток і не маємо доступу до інформації про вашу кредитну картку.

Оцініть вартість доставки

Політика повернення коштів

Повернення Наша політика триває 30 днів. Якщо з моменту покупки минуло 30 днів, на жаль, ми не можемо запропонувати вам відшкодування або обмін.

Щоб отримати право на повернення, ваш товар повинен бути невикористаним і в тому ж стані, в якому ви його отримали. Він також повинен бути в оригінальній упаковці.

Деякі види товарів не підлягають поверненню. Швидкопсувні товари, такі як їжа, квіти, газети та журнали, поверненню не підлягають. Ми також не приймаємо продукти, які є інтимними або санітарно-гігієнічними товарами, небезпечними матеріалами або легкозаймистими рідинами або газами.

Додаткові товари, що не підлягають поверненню:. Подарункові картки. Завантажувані програмні продукти. Деякі товари для здоров’я та особистої гігієни

Для завершення повернення нам потрібна квитанція або підтвердження покупки. Будь ласка, не надсилайте покупку назад виробнику.

Існують певні ситуації, коли надається лише часткове відшкодування (якщо це можливо). Книга з явними ознаками використання. CD, DVD, VHS касета, програмне забезпечення, відеогра, касета або вінілова платівка, яка була відкрита. Будь-який товар не в оригінальному стані, пошкоджений або некомплектний з причин, не пов’язаних з нашою помилкою. Будь-який товар, який повертається більш ніж через 30 днів після доставки

Повернення коштів (якщо це можливо) Після того, як ваше повернення буде отримано та перевірено, ми надішлемо вам електронний лист, щоб повідомити вас про те, що ми отримали ваш повернутий товар. Ми також повідомимо вас про схвалення або відхилення вашого відшкодування. Якщо ви отримали схвалення, то ваше повернення буде оброблено, і кредит буде автоматично застосований до вашої кредитної картки або початкового способу оплати, протягом певної кількості днів.

Запізнілі або відсутні відшкодування (якщо такі є) Якщо ви ще не отримали відшкодування, спочатку перевірте свій банківський рахунок ще раз. Потім зв’яжіться з компанією, що випустила вашу кредитну картку, це може зайняти деякий час, перш ніж ваше відшкодування буде офіційно опубліковане. Далі зверніться до свого банку. Часто існує певний час обробки, перш ніж відшкодування буде відправлено. Якщо ви зробили все це, але досі не отримали відшкодування, будь ласка, зв’яжіться з нами за адресою info8@ampinvt.com.

Розпродажні товари (якщо це можливо) Поверненню підлягають лише товари за звичайними цінами, на жаль, розпродажні товари поверненню не підлягають.

Обмін (якщо це можливо) Ми замінюємо товари, тільки якщо вони несправні або пошкоджені. Якщо вам потрібно обміняти його на такий самий товар, надішліть нам електронного листа на 494034705@qq.com і надішліть ваш товар на адресу: 佛山市金广源电源科技有限公司, 佛山市禅城区张槎一路125号6座4层 佛山市, 528000 广东, 中国.

Подарунки Якщо товар був позначений як подарунок під час купівлі та відправлений безпосередньо вам, ви отримаєте подарунковий кредит на суму вашого повернення. Після отримання повернутого товару вам буде надіслано подарунковий сертифікат.

Якщо товар не був позначений як подарунок при покупці, або дарувальник відправив замовлення собі, щоб подарувати вам пізніше, ми надішлемо відшкодування дарувальнику, і він дізнається про ваше повернення.

Доставка Щоб повернути товар, ви повинні надіслати його поштою на адресу: 佛山市金广源电源科技有限公司, 佛山市禅城区张槎一路125号6号4层 佛山市, 528000 广东, 中国

Ви несете відповідальність за оплату власних витрат на доставку при поверненні товару. Вартість доставки не повертається. Якщо ви отримаєте відшкодування, вартість зворотної доставки буде вирахувана з вашого відшкодування.

Залежно від того, де ви живете, час, який може знадобитися для того, щоб ваш обміняний товар дійшов до вас, може відрізнятися.

Якщо ви відправляєте товар старше 75 років, вам слід розглянути можливість використання служби відстеження доставки або придбання страхування доставки. Ми не гарантуємо, що отримаємо ваш повернутий товар.

Вибір правильного контролера/регулятора сонячного заряду

Контролер сонячного заряду (який часто називають регулятором) схожий на звичайний зарядний пристрій, тобто.e. він регулює струм, що протікає від сонячної панелі до акумуляторної батареї, щоб уникнути перезарядки акумуляторів. (Якщо вам не потрібно розуміти, чому, прокрутіть до кінця, щоб побачити просту блок-схему). Як і у випадку із звичайним якісним зарядним пристроєм, для нього підходять різні типи акумуляторів, можна вибрати напругу поглинання, плаваючу напругу, а іноді також можна вибрати періоди часу та / або хвостовий струм. Вони особливо підходять для літій-залізо-фосфатних акумуляторів, оскільки після повного заряду контролер залишається на встановленій плаваючій або утримуючій напрузі близько 13.6V (3.4V на елемент) до кінця дня.

Найпоширеніший профіль заряду. це та ж основна послідовність, що використовується на якісному мережевому зарядному пристрої, тобто.e. режим об’ємного поглинання режим плаваючого поглинання. Вхід в режим об’ємного заряду відбувається при:

  • схід сонця вранці
  • якщо напруга акумулятора падає нижче певної напруги протягом більш ніж встановленого періоду часу, наприклад.g. 5 секунд (повторний вхід)

Цей повторний вхід в об’ємний режим добре працює зі свинцево-кислотними акумуляторами, оскільки падіння напруги гірше, ніж у літієвих акумуляторів, які підтримують більш високу і стабільну напругу протягом більшої частини циклу розряду.

Літієві батареї

Літієві батареї (LiFePO4) не виграють від повторного входу в об’ємний режим протягом дня, оскільки внутрішній опір літієвих батарей збільшується при високих (і низьких) станах заряду, як показано помаранчевими вертикальними лініями на графіку нижче, і необхідно лише час від часу балансувати елементи, що може бути зроблено тільки навколо напруги поглинання. Пов’язана з цим причина полягає в тому, щоб уникнути швидких і великих коливань напруги, які відбуватимуться в цих регіонах при вмиканні та вимиканні великих навантажень.

Літієві батареї не мають визначеної “плаваючої напруги”, і тому “плаваюча напруга” контролера повинна бути встановлена на рівні або трохи нижче “напруги коліна заряду” (як показано на графіку нижче) профілю заряду LiFePO4, i.e. 3.4В на елемент або 13.6В для 12В батареї. Контролер повинен утримувати цю напругу до кінця дня після масової зарядки акумулятора.

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Різниця між ШІМ та MPPT контролерами сонячного заряду

Суть різниці полягає в наступному:

  • За допомогою ШІМ-контролера струм з панелі відбирається при напрузі трохи вище напруги акумулятора, тоді як
  • За допомогою MPPT-контролера сонячного заряду струм відбирається з панелі при “напрузі максимальної потужності” (уявіть собі MPPT-контролер як “розумний DC-DC перетворювач”)

Ви часто бачите слогани на кшталт “ви отримаєте 20% або більше енергії, зібраної з MPPT-контролера”. Ця додаткова потужність насправді значно варіюється, і нижче наведено порівняння, припускаючи, що панель знаходиться на повному сонці, а контролер працює в режимі об’ємного заряду. Ігнорування падіння напруги та використання простої панелі і простої математики як прикладу:

Напруга акумулятора = 13 В (напруга акумулятора може варіюватися в межах, скажімо, 10.8В повністю розряджений і 14.4В в режимі абсорбційного заряду). При 13В сила струму панелі буде трохи вищою, ніж максимальна сила струму, скажімо, на 5.2A

З ШІМ-контролером потужність, що споживається з панелі, становить 5.2А 13В = 67.6 Вт. Ця кількість енергії буде споживатися незалежно від температури панелі, за умови, що напруга панелі залишається вище напруги акумулятора.

З контролером MPPT потужність від панелі становить 5.0А 18В = 90 Вт, i.e. на 25% більше. Однак це занадто оптимістично, оскільки напруга падає з підвищенням температури; так, якщо припустити, що температура панелі підвищується, скажімо, до 30°C вище температури стандартних умов випробувань (STC) 25°C, а напруга падає на 4% на кожні 10°C, тобто.e. загалом на 12%, тоді потужність, яку споживає MPPT, становитиме 5А 15.84V = 79.2 Вт i.e. 17.На 2% більше потужності, ніж ШІМ-контролер.

Підсумовуючи, можна сказати, що з контролерами MPPT спостерігається збільшення збору енергії, але відсоток збільшення збору значно варіюється протягом дня.

ШІМ:

ШІМ-контролер (широтно-імпульсна модуляція) можна розглядати як (електронний) перемикач між сонячними панелями та акумулятором:

  • Перемикач увімкнений, коли зарядний пристрій знаходиться в режимі масового заряду
  • Перемикач “клацає” увімкненим і вимкненим у міру необхідності (широтно-імпульсна модуляція), щоб утримувати напругу акумулятора на рівні напруги поглинання
  • Вимикач вимикається в кінці поглинання, коли напруга акумулятора падає до плаваючої напруги
  • Перемикач знову “клацає” ON і OFF за необхідності (широтно-імпульсна модуляція), щоб утримувати напругу батареї на рівні плаваючої напруги

Зверніть увагу, що коли перемикач вимкнений, напруга на панелі буде дорівнювати напрузі холостого ходу (Voc), а коли перемикач увімкнений, напруга на панелі буде дорівнювати падінню напруги акумулятора між панеллю та контролером.

Найкраще панель підходить для ШІМ-контролера:

Найкращою панеллю для ШІМ-контролера є панель з напругою, яка лише трохи перевищує напругу, необхідну для заряджання батареї з урахуванням температури, як правило, панель з Vmp (максимальною напругою живлення) близько 18 В заряджає батарею 12 В. Їх часто називають панелями на 12 В, хоча вони мають напругу близько 18 В.

MPPT:

MPPT-контролер можна вважати “розумним DC-DC перетворювачем”, тобто.e. знижує напругу панелі (отже, можна використовувати “домашні панелі”) до напруги, необхідної для заряджання акумулятора. Струм збільшується в тому ж співвідношенні, в якому падає напруга (без урахування втрат на нагрівання в електроніці), так само, як і в звичайному понижувальному DC-DC перетворювачі.

“Розумним” елементом в DC-DC перетворювачі є моніторинг точки максимальної потужності панелі, яка буде змінюватися протягом дня в залежності від сили і кута нахилу сонця, температури панелі, затінення і стану панелі (панелей). Потім “розумні” пристрої регулюють вхідну напругу DC-DC перетворювача. на “інженерній мові” це забезпечує відповідне навантаження на панель.

Найкраще підходить для MPPT контролерів:

  • Напруга холостого ходу панелі (Voc) повинна бути нижче допустимої напруги.
  • VOC має бути вище “пускової напруги”, щоб контролер “спрацював”
  • Максимальний струм короткого замикання панелі (Isc) повинен бути в межах зазначеного діапазону
  • Максимальна потужність масиву. деякі контролери дозволяють це “перебільшити”, e.g До Redarc Manager 30 дозволяється підключати до 520 Вт

Вибір правильного сонячного контролера/регулятора

ШІМ є хорошим недорогим варіантом:

f або сонячні панелі з максимальною напругою живлення (Vmp) до 18В для зарядки 12В батареї (36В для 24В батареї і т.д.).

Коли напруга сонячної батареї значно вища за напругу акумулятора e.g. з використанням домашніх панелей, для зарядки акумуляторів 12В

MPPT-контролер буде давати вищу віддачу порівняно з ШІМ-контролером, оскільки напруга на панелі зростає. I.e. Панель потужністю 160 Вт, що використовує 36 звичайних монокристалічних елементів з максимальним підсилювачем потужності 8.4А забезпечить близько 8.6А при 12В; в той час як панель потужністю 180Вт з 4-ма додатковими елементами забезпечить таку ж силу струму, але 4 додаткові елементи збільшують напругу панелі на 2В. ШІМ-контролер не збирає ніякої додаткової енергії, але MPPT-контролер збирає додатково 11.1% (4 / 36) від панелі 180 Вт.

За тим же принципом всі панелі, що використовують елементи SunPower з більш ніж 32 елементами, потребують контролера заряду MPPT, інакше ШІМ-контролер буде збирати таку ж енергію з панелей з 36, 40, 44 елементами, як і з панелі з 32 елементами.

Функції та опції контролера сонячного заряду

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Підвищувальні MPPT-контролери

“Boost” контролери заряду MPPT дозволяють заряджати батареї, які мають вищу напругу, ніж панель.

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю
контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Комбіновані зарядні пристрої MPPT і DC-DC

Функція MPPT є природним доповненням до функції зарядного пристрою DC-DC, і є кілька якісних брендів, які надають це, і ще більше в стадії розробки. Один пристрій можна використовувати самостійно, оскільки він автоматично перемикається між зарядкою від генератора та сонячною зарядкою. Для великих систем ми рекомендуємо використовувати окремий MPPT-контролер для стаціонарних панелей, встановлених на даху, і комбінований MPPT/DC-DC для портативних панелей. У цьому випадку роз’єм Андерсона розміщується на зовнішній стороні автофургона, який потім підключається до сонячного входу блоку MPPT/DC-DC.

Зверніть увагу, що ємність акумулятора повинна бути достатньою, щоб сумарний зарядний струм від одночасної зарядки від генератора і дахових сонячних панелей не перевищував рекомендований виробником максимальний зарядний струм.

Дешевші варіанти

Дешеві контролери можуть бути позначені як MPPT, але тестування показало, що деякі з них насправді є ШІМ-контролерами. Дешеві контролери можуть не мати захисту акумулятора від перенапруги, що може призвести до перезарядки акумулятора з потенційним пошкодженням акумулятора; рекомендується бути обережним. Зазвичай, через збільшену схему, MPPT контролери сонячного заряду будуть фізично більшими, ніж PWM контролери сонячного заряду.

Кілька сонячних зарядних пристроїв

При правильному підключенні можна додати кілька сонячних зарядних пристроїв (будь-якої комбінації типу і потужності) для зарядки акумулятора. Правильне підключення означає, що кожен сонячний зарядний пристрій підключається окремо і безпосередньо до клем акумулятора. В ідеальному випадку кожен контролер буде “бачити” напругу батареї і не залежатиме від потоку струму, що надходить від інших контролерів заряду. Ця ситуація нічим не відрізняється від заряджання акумулятора від електромережі/генератора одночасно із заряджанням від сонячної енергії. З сучасними контролерами струм не буде текти в зворотному напрямку від батареї до контролера (за винятком дуже малого струму спокою).

Що таке гібридний сонячний інвертор?

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Гібридний сонячний інвертор (іноді його називають багаторежимним інвертором). це інвертор, який може одночасно керувати входами як від сонячних панелей, так і від акумуляторної батареї, заряджаючи батареї або від сонячних панелей, або від електромережі (залежно від того, що є більш економічним або кращим). Однак їхні можливості можуть виходити за рамки цього. деякі пристрої також обробляють вхідні дані від вітрогенераторів, генераторів та інших джерел енергії.

“Гібрид” поєднує в собі функції двох подібних пристроїв в одному. Наприклад, гібридні автомобілі мають можливість спалювати бензин і використовувати акумулятори для руху. Гібридний сонячний інвертор поєднує в собі функції стандартного сонячного інвертора та акумуляторного інвертора в одному доступному та розумному пристрої для маршрутизації електроенергії для зарядки.

Стандартний, або стрінговий, інвертор є основним компонентом вашої сонячної електростанції. Він перетворює електроенергію постійного струму, що надходить від ваших сонячних панелей, в придатний для використання змінний струм, який використовується вашими побутовими приладами.

Інвертори на сонячних батареях є двонаправленими і можуть використовуватися як в мережі, так і поза нею. Вони перетворюють електроенергію постійного струму в змінний і можуть перетворювати змінний струм назад в постійний.

Їх основна перевага. забезпечення безперебійної, надійної подачі електроенергії від акумуляторних систем для живлення критичних навантажень. Під час відключення електроенергії резервне живлення, яке вони надають, забезпечує багато душевного спокою.

Якщо ви плануєте перейти на сонячну енергію і одночасно додати акумуляторну батарею, комбіновані функції стандартних інверторів з акумуляторними інверторами в гібридному блоці можуть бути привабливим варіантом установки.

Гібридний сонячний інвертор має більше входів і виходів, ніж традиційний мережевий інвертор. Вони спрощують передачу електроенергії до і від вашого блоку запобіжників, електромережі та накопичувача енергії.

У гібридних інверторів є кілька переваг і кілька недоліків, про які слід знати. Ми розглянемо їх нижче, щоб ви були добре поінформовані про ці важливі міркування і могли впевнено продовжувати проектування вашої сонячної системи.

Як завжди, якщо ви заплуталися або шукаєте більше роз’яснень, ми рекомендуємо зв’язатися з нашою мережею сонячних інсталяторів, щоб запропонувати рекомендації та надати вам індивідуальну оцінку економії.

Переваги гібридного сонячного інвертора

Гібридний сонячний інвертор має кілька помітних переваг перед іншими мережевими сонячними інверторними системами, такими як мікроінвертори. Ось деякі з них, які слід врахувати:

Обтічний дизайн

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Якщо ви хочете додати систему резервного живлення до вашої існуючої сонячної фотоелектричної системи, вам потрібно буде придбати не тільки сам банк акумуляторів і, можливо, новий інвертор, але також контролер зарядного пристрою і, можливо, систему моніторингу продуктивності.

Це додаткове обладнання, яке займає багато місця, а витрати на нього зростають.

Багато гібридних інверторних систем інтегрують моніторинг продуктивності, контроль заряду та функцію двонаправленого інвертора змінного та постійного струму в одному компактному корпусі за більш доступною ціною.

Розумні функції інвертора/зарядного пристрою

Гібридні сонячні інвертори оснащені вбудованим контролером сонячного заряду, який визначає, коли найкраще надсилати електроенергію до акумулятора з мережі (або сонячних панелей).

Це означає, що ви можете використовувати батарею в той час, коли електроенергія з мережі коштує найбільше, і заряджати батарею, коли електроенергія з мережі коштує найменше. тим самим заощаджуючи багато грошей в процесі.

Мобільний додаток для хмарного моніторингу та керування

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Ми живемо в цифрову епоху, а це означає, що ми можемо робити багато крутих речей за допомогою наших телефонів замість того, щоб просто розмовляти.

Багато гібридних інверторів мають можливість надсилати дані про продуктивність вашої системи на фірмовий портал у хмарі. Опинившись на місці, ви можете увійти в додаток, щоб переглянути продуктивність вашої системи та отримати сповіщення, коли і якщо ваша система працює не так добре, як повинно бути.

Гібридні сонячні інвертори також зазвичай мають настроювані режими, щоб перевести вашу систему у режим відпустки або очікування через додаток. Це гарантує, що ви оптимально використовуєте енергію, яку виробляєте за допомогою сонячних панелей, навіть коли ви не знаходитесь на місці.

Варіанти з підключенням до мережі постійного струму

Деякі гібридні інвертори мають більшу ефективність. Кожного разу, коли вам доводиться перетворювати електроенергію змінного струму в постійний або назад, ви втрачаєте певну потужність через втрати при перетворенні.

Існує багато гібридних сонячних інверторів, які мають зв’язок з постійним струмом, що означає, що вони беруть постійний струм від ваших сонячних панелей і подають його безпосередньо на вашу батарею, не перетворюючи його в змінний струм і назад в процесі роботи.

Це гарантує, що ви отримаєте максимальну віддачу від електроенергії, яку виробляють ваші сонячні панелі, в системі резервного живлення від акумулятора.

Перевищення розмірів системи

Деякі гібридні інвертори дозволяють підключати до інвертора сонячну батарею набагато більшого розміру або поєднувати інвертор меншого розміру з сонячною батареєю.

Перевагою цього є максимальна продуктивність частіше протягом дня. Це досягається за рахунок збільшення вихідної потужності в умовах низької освітленості, таких як схід і захід сонця. Збільшення врожаю на заході сонця може бути вагомим фінансовим міркуванням, особливо якщо ваша компанія працює на структурі оплати за часом використання, коли вечірня електроенергія є найбільш цінною.

Інвертори виводять змінний струм на рівень. Якщо ви генеруєте цілу купу постійного струму за допомогою панелей, ваш інвертор буде обмежувати виробництво панелей до кількості змінного струму, з яким він дійсно може впоратися.

занадто велика потужність, що надходить на ваш інвертор, може зменшити термін служби вашого обладнання. Оскільки інвертор є найдорожчим обладнанням у вашій сонячній системі і найбільш схильний до виходу з ладу, ви не хочете, щоб ця частина була неправильно підібрана.

Переконайтеся, що ви працюєте з авторитетним інсталятором, який може гарантувати, що ви отримуєте максимальну віддачу від вашого сонячного обладнання, не піддаючи його ризику.

Що таке сонячний інвертор MPPT

Функція відстеження точки максимальної потужності (MPPT). це функція в сонячних інверторах, що підключаються до електромережі. MPPT гарантує, що ваш сонячний інвертор завжди працює з максимальною ефективністю в найпростіших умовах. Якщо ви зацікавлені в тому, як працює mppt сонячний інвертор і хочете оцінити їх розумність, читайте далі!

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Що таке функція MPPT в сонячному інверторі?

MPPT. це електронні перетворювачі постійного струму, які оптимізують узгодження між сонячними батареями (фотоелектричними панелями) та акумуляторами. Коротше кажучи, сонячний інвертор mppt перетворює високу напругу постійного струму на виході сонячної панелі в низьку напругу, необхідну для зарядки акумулятора.Сонячний інвертор mppt розрахує оптимальну кількість енергії, яку панель може забезпечити для зарядки акумулятора. Він приймає його і перетворює в оптимальну напругу, щоб витягти з акумулятора максимальну силу струму. Ефективність перетворення більшості сучасних сонячних інверторів mppt коливається в межах 93. 98%.Взимку можна очікувати збільшення потужності на 20-45%. а влітку ви можете розраховувати на приріст у 10-15%. Фактичний коефіцієнт корисної дії сонячного інвертора mppt може значно відрізнятися в залежності від погоди, температури, стану заряду акумулятора та інших змінних.

Як сонячний інвертор mppt виробляє більше енергії від?

Сонячні панелі виробляють різну напругу в залежності від умов, яким вони піддаються. Отже, як ми можемо змусити наші сонячні панелі генерувати найбільшу потужність за різних умов?Нижче наведені деякі з факторів, які впливають на напругу сонячних панелей.

  • кількість світла, що падає на панель.
  • навантаження, на яке сонячна панель спрямовує свою потужність.
  • температура панелі.

Як ви можете бачити, напруга, що виробляється сонячною панеллю, змінюється протягом дня в залежності від зміни погоди.Сонячна панель тепер буде виробляти струм для будь-якої заданої напруги (ампер). Графік кривої IV визначає величину сили струму, що генерується при будь-якій заданій напрузі. Ви можете знайти її в специфікації будь-якої сонячної панелі.

Крива IV зазвичай показана нижче:

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

При будь-якій заданій напрузі цей графік зображує струм, що протікає через сонячну панель.Синя лінія на прикладі нижче представляє напругу сонячної панелі 30 В, що відповідає силі струму приблизно 6.2 A. Зелена лінія позначає напругу 35 В, що відповідає струму 5А.

контролер, сонячного, заряд, arduino, mppt, потужністю

Ви можете пам’ятати зі шкільного курсу фізики, що потужність електричного пристрою дорівнює напрузі, помноженій на силу струму.V x A = ПотужністьАле, коли ви рухаєтеся вздовж червоної кривої вище. Ви помітите, що точка, де напруга помножена на відповідний струм, вище, ніж будь-яка інша точка на кривій.Це дійсно відноситься до точки максимальної потужності сонячної панелі (MPPT).

Пошук точки максимальної потужності

У попередньому прикладі MPPT знаходиться між тим місцем, де синя лінія перетинає червону лінію, і тим, де перетинає зелену лінію. Насправді, MPPT завжди знаходиться в “найбільш вигнутій” точці кривої. В результаті, завдання трекера точки максимальної потужності. завжди запускати інвертор на цій точці MPPT. У попередньому прикладі це буде приблизно 33В і 6А.MPPT змушує сонячний інвертор працювати при 33В, змінюючи опір входу інвертора через силову електроніку. Чим більший опір, тим вища напруга на сонячній панелі.

Підтримка точки максимальної потужності сонячного інвертора mppt

З іншого боку, сонячний інвертор Mppt надзвичайно складний.Майте на увазі, що напруга, при якій сонячна панель бажає працювати, змінюється в залежності від температури та сонячного випромінювання. Як результат, сонячний інвертор mppt повинен постійно коригувати свої налаштування, щоб підтримувати MPP сонячної панелі.Щоб ще більше ускладнити роботу сонячного інвертора mppt, форма кривої IV весь час змінюється. Це означає, що правила гри “пошук MPP” постійно змінюються!

Робота зарядного пристрою для сонячного інвертора з MPPT

Не існує єдиної батареї, яка живить всі сонячні електростанції. Для фотоелектричних систем, підключених до мережі, акумулятори не потрібні. З іншого боку, автономні фотоелектричні системи вимагають придбання та встановлення акумуляторів відповідного розміру, щоб забезпечити безперебійне електропостачання. Тут ми бачимо, як зарядний пристрій сонячного інвертора mppt взаємодіє з акумуляторами і чи пов’язаний він з акумуляторною системою.Так, гібридний сонячний інвертор mppt може допомогти у вирішенні проблеми недозарядженого акумулятора. Коли батарея в автономній фотоелектричній системі повністю заряджена, напруга залишається близькою до максимальної напруги точки живлення. Коли батарея заряджена лише частково (низький заряд), напруга падає. Найкращий сонячний інвертор mppt регулює опір навантаження або опір інвертора для підтримки максимального піку потужності.Сонячний інвертор mppt не може підтримувати пікову потужність, коли акумулятор повністю заряджений і виробляє більше, ніж навантаження. Через відсутність у 24-вольтового сонячного інвертора mppt навантаження для поглинання надлишкової потужності. Сонячний інвертор mppt зміщує пікові значення струму-напруги до рівня, необхідного для вирівнювання виробництва.У системі, підключеній до електромережі, все набагато простіше. Надлишок виробленої електроенергії повертається в мережу, що дозволяє сонячному інвертору mppt підтримувати постійну точку максимальної потужності.

Мульти MPPT сонячний інвертор

Якщо ваші сонячні панелі встановлені на багатьох дахах, кожен з яких має різний азимут і кут нахилу сонця. Тоді сонячний інвертор з декількома MPPT. ваш найкращий варіант.Оскільки ваші панелі не будуть отримувати однакову кількість сонячної енергії в цьому випадку, властивості IV кожної панелі будуть відрізнятися. Ви все ще хочете отримати максимальну віддачу від свого комп’ютера. Не хвилюйтеся! Для кожного масиву панелей сонячні інвертори multi mppt використовують трекер точки максимальної потужності.Виробники цих продуктів постійно думають про ваші інтереси. Ви можете продовжувати отримувати максимальну потужність і пожинати плоди за допомогою сонячного інвертора mppt.

MPPT VS PWM

Існує два основних типи контролерів сонячної ефективності: PWM та MPPT.Широтно-імпульсна модуляція, або ШІМ. це контролер заряду, який безпосередньо підключає сонячну батарею до акумулятора. Заряд батареї регулюється за допомогою швидкого “перемикача” (транзистора) в цьому гаджеті. Може контролювати струм, як тільки батарея досягає напруги заряду абсорбції. Це дозволяє підтримувати постійну напругу акумулятора.

Основна проблема пристроїв з ШІМ полягає в тому, що напруга на сонячних панелях знижується, коли напруга акумулятора зростає. В результаті напруга на панелі може відрізнятися від оптимальної робочої напруги (Vmp), знижуючи виробництво електроенергії та ефективність сонячної панелі.ШІМ-контролери заряду сонячних батарей доступні для скромних 12-вольтових систем з однією або двома панелями. Прості функції, такі як зарядка USB, кемпінг або сонячне освітлення, можуть виконуватися за допомогою цього типу системи.

Найкращий сонячний інвертор MPPT. це передова технологія, яка дозволяє сонячним панелям працювати на повну потужність. Підтримує напругу на панелі на заданому рівні для забезпечення максимальної потужності. MPPT може допомогти вам підвищити ефективність приблизно на 30% в залежності від напруги елемента сонячної панелі та робочої напруги (Vmp).

Ця проста, але революційна технологія дозволяє сонячним панелям працювати при більш ефективній комбінації напруги та струму. Незалежно від кількості сонячного світла, для забезпечення максимальної потужності.

Позначки: , , , , ,

Залишити відповідь