Падение напряжения на солнечной батарее MPPT

Характеристика нагруженного солнечного элемента — это примерно источник постоянного тока, пока вы не достигнете максимального напряжения, а затем оно довольно быстро падает. Хитрость с MPPT заключается в том, чтобы добраться до верхнего предела напряжения в этой области постоянного тока.

Я считаю, что вы, вероятно, потребляете слишком много тока. Ваш алгоритм должен искать максимум для V*I f или солнечного элемента .

Ваше текущее измерение находится на конце цепи батареи, оно должно смотреть на ток от солнечного элемента. Я также не вижу, где вы измеряете напряжение солнечного элемента.

Ваш переключающий транзистор подключен задом наперед в соответствии с вашей схемой, диод в корпусе будет проводить, обеспечивая прямой переход от входа к выходу с небольшим падением напряжения. С учетом тока для светодиодов это объясняет вашу характеристику ввода-вывода.

Вам нужны гораздо большие сглаживающие конденсаторы на входе и выходе в дополнение к тем, которые вы показываете, зависит от вашей частоты, но> = 220 мкФ.

Вся система должна быть проверена, и вы должны иметь представление о каждой части. Проблема может быть не только в компонентах. Судя по вашим показателям мощности, у вас есть две проблемы (при условии, что вы использовали какой-то источник постоянного света для тестирования, если вы не используете источник постоянного света, вы можете обратиться к психологу). Я также собираюсь предположить, что коммерческая установка близка к оптимальной точке пиковой мощности вашей ячейки.

1. Разработанная схема, вероятно, не находит оптимальную точку мощности, потому что число напряжения (2,6 В) не близко к оптимальной точке для ячейки, и вы потребляете меньше энергии (109 мВт против 168 мВт коммерческой установки).

2. Разработанная схема сжигает слишком много энергии. Из 109 мВт, которые получила ваша схема, она потребляет 24 мВт, что составляет ~ 23% потребляемой мощности или 77% эффективности. Схема может быть лучше, преобразователи постоянного тока в постоянный в наши дни имеют эффективность более 90%.

Предложения о том, куда идти отсюда:

1. Проверьте свой алгоритм MPPT, это может быть сложно. Убедитесь, что вы знаете, как они работают . Существуют также разные алгоритмы, и некоторые из них более эффективны, чем другие. Еще одна вещь, которую вы, вероятно, захотите сделать, это найти какое-нибудь программное обеспечение для моделирования, чтобы иметь что-то для сравнения. LT spice потенциально можно использовать, он бесплатен, и его можно использовать для практически любого моделирования. Раньше я использовал его для моделирования алгоритма MPPT. Иногда вам нужно проявить творческий подход и использовать Лапласа, B-источники и компараторы, чтобы получить результаты, но это можно сделать. Даже солнечные батареи можно смоделировать в спайсе. Я бы добавил плагин для simulink, но получить доступ к нему сложнее.

2. Узнайте, где мощность сжигается в вашей цепи. Это можно сделать с помощью осциллографа, проверив каждый компонент (например, дифференциальное напряжение с двумя щупами на каждом компоненте), можно выполнить расчет мощности для полевого транзистора, катушки индуктивности и конденсатора. Убедитесь, что вы понимаете, как работают понижающие преобразователи . Я подозреваю, что форму вашего сигнала ШИМ, возможно, необходимо оптимизировать в соответствии с вашими значениями конденсатора и катушки индуктивности. (надеюсь у вас есть осциллограф). Spice также может быть отличным способом найти проблемы с питанием. Смоделируйте свой преобразователь постоянного тока в постоянный с компонентами в spice, посмотрите, где потребляется мощность в каждом компоненте. Затем сравните ваши сигналы с реальным миром и обратите внимание на различия.

То, что вы строите, сложно, вам нужно понять каждую часть и убедиться, что она работает, сначала разработав вещи (используйте уравнения доллара и убедитесь, что все проверено), а затем протестируйте и проверьте правильность. Если вы этого не сделаете, вы будете гоняться за проблемами, такими как компоненты, в то время как у всей системы есть проблема. Также используйте энергию в своих интересах, расчеты мощности могут иметь большое значение.

Похоже, что изначально вы использовали другой транзистор, но теперь заменили его таким же. Однако вы ничего не сказали об удалении R12? Дело в том, что если ваша схема не идентична коммерческому модулю, то не стоит ожидать, что она будет работать так же.
Если у вас есть идентичное оборудование , единственной оставшейся возможностью является программирование MCU, поэтому, если у вас все еще есть проблемы, это связано с тем, что вы не используете тот же или эквивалентный алгоритм.

Вы питаете MCU непосредственно от солнечной батареи, у вас очень низкий уровень мощности, почти до рабочих условий MCU, и поэтому я думаю, что коммерческий заботится о функциях энергосбережения MCU, а вы нет.

Микроконтроллеры Attiny имеют функции энергосбережения. Здесь вы можете прочитать о спящих режимах ATTiny85.

Прочитайте «управление питанием и спящие режимы» в техническом описании attiny85. Сначала попробуйте режим ожидания, в котором будет работать ШИМ. Вы можете разбудить его прерыванием ШИМ и производить вычисления на каждом цикле и простаивать, или можно с более медленным прерыванием таймера, позволяющим производить вычисления на каждом 4-5 шаге основного ШИМ. Если этого недостаточно, это сделает реальный спящий режим. Но ШИМ там не работает. Вам придется реализовать это с прерываниями сторожевого таймера.

Я сделал ваш проект, используя Atmega328p (используйте студию atmel и собственный код C. API Arduino очень медленный для вашего проекта)

Во всяком случае, у меня были такие же результаты, как у вас сначала. Вот как это исправить:

• Очень важно: входные конденсаторы на вашем модуле. Если у вас нет входных конденсаторов (для вашей системы я бы рекомендовал диапазон ~1000-~10000 мкФ) всякий раз, когда вы включаете и выключите этот MOSFET, вы будете использовать всю кривую VI солнечной панели, и если ваш Скорость микроконтроллеров, чтобы понять, что свинг и реагировать на него медленнее, чем скорость раскачки ВИ, вы никогда не поймаете MPP. Одним из решений этой проблемы является использование более быстрого микроконтроллера и написание более качественного кода на C и встроенном ассемблере. Это сложно. Другим решением является использование входных конденсаторов большего размера! Что они делают, так это, по сути, снижают это колебание VI до уровня, который ваш микроконтроллер может понять и среагировать достаточно быстро. Помните, это важно, так как если вы не устраните эту проблему, ваш проект никогда неработа. Чтобы понять и оценить размах VI, просто напишите код ШИМ с рабочим циклом 0-100 и посмотрите, как изменится входное напряжение модуля. Если вы видите много гармоник (подъемы и спады, то есть колебания напряжения), это означает, что вам нужны конденсаторы большего размера.

• Еще один важный вопрос: обеспечивает ли солнечная панель питание ATTiny напрямую? Если это так, когда вы PWM солнечную панель, вы можете получить LVD на attiny. Сначала запитайте микроконтроллер от хорошего источника. Проанализируйте свои результаты и алгоритм. Затем попробуйте запитать его с помощью солнечной панели и посмотреть, как дальше пойдут дела. Потому что с вашей текущей конфигурацией, возможно, микроконтроллер отключается? (Предоставьте данные осциллографа, если можете.)

• Что ваш микроконтроллер видит (как по напряжению) на своих входах и выходах? Отправить на ПК и наблюдать за ним. Если можете, предоставьте нам копию. (Вам понадобится график зависимости рабочего цикла от напряжения/тока как на входе, так и на выходе). Единственным контролируемым параметром является рабочий цикл ШИМ. Итак, зарисуйте.

Имея больше данных, мы сможем лучше реализовать ваше решение.

Удачи

Это не тот ответ, который вы ожидаете, но его необходимо знать, чтобы понять, почему ваш дизайн не удался. Всегда начинайте со спецификаций, подобных этим кривым, до начала проектирования, иначе неудача неизбежна.

Нагрузочная линия ФЭ при максимальной мощности является геометрическим местом рабочих точек. Ваши светодиодные нагрузки в 20 мА могут превышать емкость вашей ячейки, что делает контроллер неэффективным.

Есть 3 важные переменные;

• мощность фотоэлектрической батареи V,I
• температура окружающей среды
• входная мощность солнечной энергии / кв. м или в [Вт / м] при 25 ° C или эквивалентное измерение

[ ] [ ] 3

Переменные эффективности во всех солнечных батареях.

Для будущих исследований

Как только вы определите Voc Isc или Pmax и Pin, можно приступать к проектированию. Цель максимальной передачи мощности может быть определена как согласованная кривая импеданса в зависимости от T['C], Pin (солнечная энергия) и Pout max. поймите, что это источник тока с ограничением напряжения и нелинейной линией нагрузки. Если вы можете смоделировать линию нагрузки со всеми переменными, то вы можете заставить ее работать так же, как рекламный ролик, с НАМНОГО более простой схемой. (как симулятор PV)

Я знаю, что этот ответ не такой подробный, как другой, но я думаю, вам следует заменить резисторы R10 и R11 на более крупный резистор (например, 1 кОм). Потому что чем меньше сопротивление, тем больший ток он будет потреблять.