ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER (Έκδοση-1): 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

[Παίξε το βίντεο]

Στις προηγούμενες οδηγίες μου περιέγραψα τις λεπτομέρειες της ενεργειακής παρακολούθησης ενός ηλιακού συστήματος εκτός δικτύου. Έχω κερδίσει επίσης τον διαγωνισμό κυκλωμάτων 123D γι 'αυτό. Μπορείτε να δείτε αυτό το ARDUINO ENERGY METER.

Τέλος, δημοσιεύω τον νέο μου ελεγκτή φόρτισης έκδοσης 3. Η νέα έκδοση είναι πιο αποτελεσματική και λειτουργεί με αλγόριθμο MPPT.

Μπορείτε να βρείτε όλα τα έργα μου στη διεύθυνση:

Μπορείτε να το δείτε κάνοντας κλικ στον παρακάτω σύνδεσμο.

ARDUINO MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER (έκδοση-3.0)

Μπορείτε να δείτε τον ελεγκτή φόρτισης έκδοσης-1 κάνοντας κλικ στον ακόλουθο σύνδεσμο.

ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER (Έκδοση 2.0)

Στο σύστημα ηλιακής ενέργειας, ο ελεγκτής φόρτισης είναι η καρδιά του συστήματος που έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει την επαναφορτιζόμενη μπαταρία. Σε αυτές τις οδηγίες θα εξηγήσω τον ελεγκτή φόρτισης PWM.

Στην Ινδία, οι περισσότεροι άνθρωποι ζουν σε αγροτικές περιοχές όπου η εθνική γραμμή μεταφοράς δικτύου δεν έχει φτάσει μέχρι τώρα. Τα υπάρχοντα ηλεκτρικά δίκτυα δεν είναι σε θέση να παρέχουν την ανάγκη ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτούς τους φτωχούς. Έτσι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (φωτοβολταϊκά πάνελ και αιολικοί γεννήτριες) είναι η καλύτερη επιλογή νομίζω. Γνωρίζω καλύτερα για τον πόνο της ζωής στο χωριό καθώς είμαι κι εγώ από εκείνη την περιοχή. Έτσι σχεδίασα αυτόν τον DIY ηλιακό ελεγκτή φόρτισης για να βοηθήσω τους άλλους καθώς και για το σπίτι μου. Δεν μπορείτε να πιστέψετε, ότι το σπιτικό μου σύστημα ηλιακού φωτισμού βοηθά πολύ κατά τη διάρκεια του πρόσφατου κυκλώνα Phailin.

Η ηλιακή ενέργεια έχει το πλεονέκτημα ότι είναι λιγότερο συντηρητική και χωρίς ρύπανση, αλλά τα κύρια μειονεκτήματά τους είναι το υψηλό κόστος κατασκευής, η χαμηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας. Δεδομένου ότι τα ηλιακά πάνελ εξακολουθούν να έχουν σχετικά χαμηλή απόδοση μετατροπής, το συνολικό κόστος του συστήματος μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας έναν αποτελεσματικό ηλιακό ελεγκτή φόρτισης ο οποίος μπορεί να εξάγει τη μέγιστη δυνατή ισχύ από τον πίνακα.

Τι είναι το Charge Controller;

Ένας ηλιακός ελεγκτής φόρτισης ρυθμίζει την τάση και το ρεύμα που προέρχεται από τους ηλιακούς συλλέκτες σας και τοποθετείται μεταξύ ενός ηλιακού συλλέκτη και μιας μπαταρίας. Χρησιμοποιείται για τη διατήρηση της κατάλληλης τάσης φόρτισης των μπαταριών. Καθώς η τάση εισόδου από τον ηλιακό πίνακα αυξάνεται, ο ελεγκτής φόρτισης ρυθμίζει τη φόρτιση των μπαταριών αποτρέποντας τυχόν υπερφόρτιση.

Τύποι ελεγκτή φόρτισης:

1. OFF

2. PWM

3. MPPT

Ο πιο βασικός ελεγκτής φόρτισης (τύπου ON/OFF) απλώς παρακολουθεί την τάση της μπαταρίας και ανοίγει το κύκλωμα, σταματώντας τη φόρτιση, όταν η τάση της μπαταρίας ανεβαίνει σε ένα ορισμένο επίπεδο.

Μεταξύ των 3 ελεγκτών φόρτισης το MPPT έχει την υψηλότερη απόδοση, αλλά είναι δαπανηρό και χρειάζεται πολύπλοκα κυκλώματα και αλγόριθμο. Ως αρχάριος χομπίστας όπως εγώ, πιστεύω ότι ο ελεγκτής φόρτισης PWM είναι ο καλύτερος για εμάς, ο οποίος αντιμετωπίζεται ως η πρώτη σημαντική πρόοδος στη φόρτιση ηλιακής μπαταρίας.

Τι είναι το PWM:

Η διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM) είναι το πιο αποτελεσματικό μέσο για την επίτευξη φόρτισης της μπαταρίας σταθερής τάσης προσαρμόζοντας την αναλογία λειτουργίας των διακοπτών (MOSFET). Στον ελεγκτή φόρτισης PWM, το ρεύμα από τον ηλιακό πίνακα μειώνεται ανάλογα με την κατάσταση της μπαταρίας και τις ανάγκες φόρτισης. Όταν η τάση της μπαταρίας φτάσει στο σημείο ρύθμισης, ο αλγόριθμος PWM μειώνει αργά το ρεύμα φόρτισης για να αποφύγει τη θέρμανση και την εκπομπή αερίων της μπαταρίας, ωστόσο η φόρτιση συνεχίζει να επιστρέφει τη μέγιστη ποσότητα ενέργειας στην μπαταρία στο συντομότερο χρόνο.

Πλεονεκτήματα του ελεγκτή φόρτισης PWM:

1. Υψηλότερη απόδοση φόρτισης

2. Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας

3. Μειώστε τη θέρμανση της μπαταρίας

4. Ελαχιστοποιεί το άγχος της μπαταρίας

5. Δυνατότητα αποθείωσης μιας μπαταρίας.

Αυτός ο ελεγκτής φόρτισης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για:

1. Φόρτιση των μπαταριών που χρησιμοποιούνται στο ηλιακό οικιακό σύστημα

2. Ηλιακό φανάρι σε αγροτική περιοχή

3. Φόρτιση κινητού τηλεφώνου

Νομίζω ότι έχω περιγράψει πολλά για το υπόβαθρο του ελεγκτή φόρτισης. Αρχίζει να κάνει τον ελεγκτή.

Όπως και οι προηγούμενες οδηγίες μου, χρησιμοποίησα το ARDUINO ως μικροελεγκτή που περιλαμβάνει PWM και ADC επί του τσιπ.

Βήμα 1: Απαιτούμενα μέρη και εργαλεία:

Μέρη:

1. ARDUINO UNO (Amazon)

2. LCD ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ 16x2 (Amazon)

3. MOSFETS (IRF9530, IRF540 ή αντίστοιχο)

4. TRANSISTORS (2N3904 ή ισοδύναμα τρανζίστορ NPN)

5. ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ (Amazon / 10k, 4.7k, 1k, 330ohm)

6. ΧΩΡΗΤΗΣ (Amazon / 100uF, 35v)

7. ΔΙΟΔΟΣ (IN4007)

8. ZENER DIODE 11v (1N4741A)

9. LEDS (Amazon / Red and Green)

10. ΣΥΝΘΗΚΕΣ (5Α) ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΑΣΤΗΣ ΣΥΝΘΗΚΗΣ (Amazon)

11. ΠΙΝΑΚΑΣ REΩΜΙΟΥ (Amazon)

12. ΕΚΤΕΛΕΣΤΙΚΟ ΔΙΟΙΚΗΤΙΚΟ (Amazon)

13. JUMPER WIRES (Amazon)

14. ΚΟΥΤΙ ΕΡΓΟΥ

ΤΕΡΜΑΤΙΚΗ ΒΙΔΑ 15,6 PIN

16. SCOTCH MOUNTING SQUARES (Amazon)

Εργαλεία:

1. DRILL (Amazon)

2. GLUE GUN (Amazon)

3. HOBBY KNIFE (Amazon)

4. ΣΙΔΗΡΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗΣ (Amazon)

Βήμα 2: Κύκλωμα ελεγκτή φόρτισης

Χωρίζω ολόκληρο το κύκλωμα του ελεγκτή φόρτισης σε 6 τμήματα για καλύτερη κατανόηση

1. Ανίχνευση τάσης

2. Παραγωγή σήματος PWM

3. Διακόπτης και πρόγραμμα οδήγησης MOSFET

4. Φίλτρο και προστασία

5. Ένδειξη και ένδειξη

6. LOAD On/OFF

Βήμα 3: Αισθητήρες τάσης

Οι κύριοι αισθητήρες στον ελεγκτή φόρτισης είναι αισθητήρες τάσης που μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα διαχωριστή τάσης. Πρέπει να αντιληφθούμε την τάση που προέρχεται από τον ηλιακό πίνακα και την τάση της μπαταρίας.

Καθώς η τάση εισόδου του αναλογικού πείρου ARDUINO περιορίζεται στα 5V, σχεδίασα το διαχωριστή τάσης με τέτοιο τρόπο ώστε η τάση εξόδου από αυτό να είναι μικρότερη από 5V. Χρησιμοποίησα ένα ηλιακό πάνελ 5W (Voc = 10v) και ένα 6v και 5,5Ah Μπαταρία SLA για αποθήκευση ισχύος. Πρέπει λοιπόν να μειώσω την τάση σε χαμηλότερη από 5V. Χρησιμοποίησα R1 = 10k και R2 = 4.7K για την ανίχνευση και των δύο τάσεων (τάση ηλιακού πίνακα και τάση μπαταρίας). Η τιμή των R1 και R2 μπορεί να είναι χαμηλότερη, αλλά το πρόβλημα είναι ότι όταν η αντίσταση είναι χαμηλή υψηλότερη ροή ρεύματος διαμέσου αυτής ως αποτέλεσμα μεγάλη ποσότητα ισχύος (P = I^2R) διαχέεται με τη μορφή θερμότητας. Έτσι, μπορεί να επιλεγεί διαφορετική τιμή αντίστασης, αλλά πρέπει να ληφθεί μέριμνα για την ελαχιστοποίηση της απώλειας ισχύος στην αντίσταση.

Έχω σχεδιάσει αυτόν τον ελεγκτή φόρτισης για τις ανάγκες μου (μπαταρία 6V και ηλιακό πάνελ 5w, 6V), για υψηλότερη τάση πρέπει να αλλάξετε την τιμή των αντιστάσεων διαχωριστή. Για την επιλογή των σωστών αντιστάσεων μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε μια ηλεκτρονική αριθμομηχανή

Σε κωδικό έχω ονομάσει τη μεταβλητή "solar_volt" για τάση από τον ηλιακό πίνακα και "bat_volt" για τάση μπαταρίας.

Vout = R2/(R1+R2)*V

Αφήστε την τάση του πίνακα = 9V κατά τη διάρκεια του έντονου ηλιακού φωτός

R1 = 10k και R2 = 4,7 k

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

Αφήστε την τάση της μπαταρίας να είναι 7V

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

Και οι δύο τάσεις από τα διαχωριστικά τάσης είναι χαμηλότερες από 5v και είναι κατάλληλες για αναλογικό πείρο ARDUINO

Βαθμονόμηση ADC:

ας πάρουμε ένα παράδειγμα:

πραγματική έξοδος βολτ/διαιρέτη = 3,127 2,43 V είναι eqv έως 520 ADC

1 είναι ισοδυναμεί με.004673V

Χρησιμοποιήστε αυτήν τη μέθοδο για να βαθμονομήσετε τον αισθητήρα.

ΚΩΔΙΚΟΣ ARDUINO:

για (int i = 0; i <150; i ++) {sample1+= analogRead (A0); // διαβάστε την τάση εισόδου από τον ηλιακό πίνακα

sample2+= analogRead (A1); // διαβάστε την τάση της μπαταρίας

καθυστέρηση (2)?

}

δείγμα1 = δείγμα1/150;

δείγμα2 = δείγμα2/150;

ηλιακή_βολτα = (δείγμα1* 4.673* 3.127)/1000;

bat_volt = (δείγμα2* 4.673* 3.127)/1000;

Για βαθμονόμηση ADC, ανατρέξτε στα προηγούμενα εγχειρίδιά μου, στα οποία έχω εξηγήσει σε βάθος.

Βήμα 4: Δημιουργία σήματος Pwm:

Επόμενοι στο Διαγωνισμό Arduino

Δεύτερο στην πρόκληση Green Electronics