KONTROLER ŁADOWANIA SŁONECZNEGO ARDUINO (Wersja 1): 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

[Odtwórz wideo]

W moich poprzednich instrukcjach opisałem szczegóły monitorowania energii systemu słonecznego poza siecią. Wygrałem również za to konkurs obwodów 123D. Możesz zobaczyć ten MIERNIK ENERGII ARDUINO.

Na koniec zamieszczam mój nowy kontroler ładowania w wersji 3. Nowa wersja jest bardziej wydajna i działa z algorytmem MPPT.

Wszystkie moje projekty można znaleźć na:

Możesz to zobaczyć, klikając poniższy link.

KONTROLER ŁADOWANIA SŁONECZNEGO ARDUINO MPPT (wersja 3.0)

Możesz zobaczyć mój kontroler ładowania w wersji 1, klikając poniższy link.

KONTROLER ŁADOWANIA SŁONECZNEGO ARDUINO (Wersja 2.0)

W systemie zasilania energią słoneczną kontroler ładowania jest sercem systemu, który został zaprojektowany w celu ochrony akumulatora. W tej instrukcji wyjaśnię kontroler ładowania PWM.

W Indiach większość ludzi mieszka na terenach wiejskich, gdzie do tej pory sieć przesyłowa nie jest dostępna. Istniejące sieci elektryczne nie są w stanie zaspokoić potrzeb tych biednych ludzi. Tak więc odnawialne źródła energii (panele fotowoltaiczne i wiatr- generatory) są najlepszą opcją, jak sądzę. Wiem lepiej o bólu życia na wsi, ponieważ pochodzę również z tego obszaru. Zaprojektowałem więc ten DIY kontroler ładowania słonecznego, aby pomóc innym, a także mojemu domowi. Nie możesz uwierzyć, mój domowy system oświetlenia słonecznego bardzo pomaga podczas ostatniego cyklonu Phailin.

Energia słoneczna ma tę zaletę, że jest mniej wymagająca konserwacji i wolna od zanieczyszczeń, ale jej głównymi wadami są wysokie koszty produkcji, niska wydajność konwersji energii. Ponieważ panele słoneczne nadal mają stosunkowo niską wydajność konwersji, całkowity koszt systemu można zmniejszyć za pomocą wydajnego kontrolera ładowania słonecznego, który może wydobyć maksymalną możliwą moc z panelu.

Co to jest kontroler ładowania?

Kontroler ładowania słonecznego reguluje napięcie i prąd pochodzący z paneli słonecznych, które są umieszczone między panelem słonecznym a akumulatorem. Służy do utrzymania prawidłowego napięcia ładowania na akumulatorach. Wraz ze wzrostem napięcia wejściowego z panelu słonecznego kontroler ładowania reguluje ładowanie akumulatorów, zapobiegając przeładowaniu.

Rodzaje kontrolera ładowania:

1. WŁ WYŁ

2. PWM

3. MPPT

Najbardziej podstawowy kontroler ładowania (typu ON/OFF) po prostu monitoruje napięcie akumulatora i otwiera obwód, zatrzymując ładowanie, gdy napięcie akumulatora wzrośnie do określonego poziomu.

Wśród 3 kontrolerów ładowania MPPT ma najwyższą wydajność, ale jest kosztowny i wymaga złożonych obwodów i algorytmu. Jako początkujący hobbysta, taki jak ja, uważam, że kontroler ładowania PWM jest dla nas najlepszy, co jest traktowane jako pierwszy znaczący postęp w ładowaniu baterii słonecznych.

Co to jest PWM:

Modulacja szerokości impulsu (PWM) jest najskuteczniejszym sposobem osiągnięcia stałego napięcia ładowania akumulatora poprzez regulację współczynnika wypełnienia przełączników (MOSFET). W regulatorze ładowania PWM prąd z panelu słonecznego zwęża się w zależności od stanu akumulatora i potrzeb doładowania. Gdy napięcie akumulatora osiągnie nastawę regulacji, algorytm PWM powoli zmniejsza prąd ładowania, aby uniknąć nagrzewania i gazowania akumulatora, jednak ładowanie nadal zwraca maksymalną ilość energii do akumulatora w najkrótszym czasie.

Zalety kontrolera ładowania PWM:

1. Wyższa wydajność ładowania

2. Dłuższa żywotność baterii

3. Zmniejsz przegrzanie baterii

4. Minimalizuje obciążenie baterii

5. Możliwość odsiarczania baterii.

Ten kontroler ładowania może być używany do:

1. Ładowanie akumulatorów używanych w systemie solarnym

2. Latarnia słoneczna na obszarach wiejskich

3. Ładowanie telefonu komórkowego

Myślę, że dużo opisałem na temat tła kontrolera ładowania. Zaczynamy tworzyć kontroler.

Podobnie jak moje wcześniejsze instrukcje, użyłem ARDUINO jako mikrokontrolera, który obejmuje wbudowany PWM i ADC.

Krok 1: Wymagane części i narzędzia:

Części:

1. ARDUINO UNO (Amazonka)

2. 16x2 ZNAKÓW LCD (Amazonka)

3. MOSFETY (IRF9530, IRF540 lub odpowiednik)

4. TRANZYSTORY (2N3904 lub równoważne tranzystory NPN)

5. REZYSTORY (Amazonka / 10k, 4.7k, 1k, 330ohm)

6. KONDENSATOR (Amazonka / 100uF, 35v)

7. DIODA (IN4007)

8. DIODA ZENERA 11v (1N4741A)

9. Diody LED (Amazonka/czerwony i zielony)

10. BEZPIECZNIKI (5A) I UCHWYT BEZPIECZNIKA (Amazon)

11. DESKA CHLEBOWA (Amazonka)

12. DESKA PERFOROWANA (Amazonka)

13. PRZEWODY (Amazonka)

14. PUDEŁKO PROJEKTU

15.6 ZACISK ŚRUBOWY STYKOWY

16. SZKOCKIE KWADRATY MONTAŻOWE (Amazon)

Narzędzia:

1. WIERTŁO (Amazonka)

2. PISTOLET DO KLEJU (Amazonka)

3. NÓŻ HOBBY (Amazonka)

4. LUTOWNICA (Amazonka)

Krok 2: Obwód kontrolera ładowania

Dzielę cały obwód kontrolera ładowania na sekcje 6 dla lepszego zrozumienia

1. Wykrywanie napięcia

2. Generowanie sygnału PWM

3. Przełączanie i sterownik MOSFET

4. Filtr i ochrona

5. Wyświetlacz i wskazanie

6. ZAŁADUJ WŁ./WYŁ.

Krok 3: Czujniki napięcia

Głównymi czujnikami w kontrolerze ładowania są czujniki napięcia, które można łatwo zaimplementować za pomocą obwodu dzielnika napięcia. Musimy wyczuć napięcie pochodzące z panelu słonecznego i napięcie akumulatora.

Ponieważ napięcie wejściowe pinu analogowego ARDUINO jest ograniczone do 5 V, zaprojektowałem dzielnik napięcia w taki sposób, aby napięcie wyjściowe z niego było mniejsze niż 5 V. Użyłem panelu słonecznego o mocy 5 W (Voc=10 V) oraz 6 V i 5,5 Ah Bateria SLA do przechowywania energii. Muszę więc obniżyć napięcie do wartości niższej niż 5 V. Użyłem R1 = 10 k i R2 = 4,7 K do wykrywania obu napięć (napięcie panelu słonecznego i napięcie akumulatora). Wartość R1 i R2 może być mniejsza, ale problem polega na tym, że przy niskiej rezystancji przepływa przez nią większy prąd, w wyniku czego duża ilość mocy (P = I^2R) jest rozpraszana w postaci ciepła. Można więc wybrać inną wartość rezystancji, ale należy zachować ostrożność, aby zminimalizować straty mocy na rezystancji.

Zaprojektowałem ten kontroler ładowania dla moich wymagań (akumulator 6 V i panel słoneczny 5 W, 6 V), dla wyższego napięcia należy zmienić wartość rezystorów dzielnika. Aby wybrać odpowiednie rezystory, możesz również użyć kalkulatora online

W kodzie nazwałem zmienną „solar_volt” dla napięcia z panelu słonecznego i „bat_volt” dla napięcia akumulatora.

Vout=R2/(R1+R2)*V

niech napięcie panelu = 9V przy jasnym świetle słonecznym

R1=10k i R2=4,7 k

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

niech napięcie akumulatora wynosi 7 V

bat_volt = 4.7/(10+4.7)*7.0=2.238v

Oba napięcia z dzielników napięcia są niższe niż 5V i nadają się do pinu analogowego ARDUINO

Kalibracja ADC:

weźmy przykład:

rzeczywista moc wyjściowa wolt/dzielnik = 3,127 2,43 V jest równa 520 ADC

1 jest równa 0,004673V

Użyj tej metody, aby skalibrować czujnik.

KOD ARDUINO:

for(int i=0;i<150;i++) { sample1+=analogRead(A0); //odczytaj napięcie wejściowe z panelu słonecznego

sample2+=analogRead(A1); // odczytaj napięcie baterii

opóźnienie(2);

}

próbka1=próbka1/150;

próbka2=próbka2/150;

wolt_słoneczny=(próbka1*4.673*3.127)/1000;

bat_volt=(próbka2*4.673*3.127)/1000;

W przypadku kalibracji ADC zapoznaj się z moimi poprzednimi instrukcjami, w których szczegółowo wyjaśniłem.

Krok 4: Generowanie sygnału Pwm:

Drugie miejsce w konkursie Arduino

Drugie miejsce w konkursie Green Electronics Challenge