КОНТРОЛЛЕР СОЛНЕЧНОГО ЗАРЯДА ARDUINO (Версия-1): 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

[Проиграть видео]

В своих предыдущих инструкциях я описал детали мониторинга энергии автономной солнечной системы. Я также выиграл в этом конкурсе схем 123D. Вы можете увидеть этот ЭНЕРГОСЧЕТЧИК ARDUINO.

Напоследок выкладываю свой новый контроллер заряда версии 3. Новая версия более эффективна и работает с алгоритмом MPPT.

Вы можете найти все мои проекты на:

Вы можете увидеть это, перейдя по следующей ссылке.

КОНТРОЛЛЕР СОЛНЕЧНОГО ЗАРЯДА ARDUINO MPPT (версия 3.0)

Вы можете увидеть мой контроллер заряда версии 1, щелкнув следующую ссылку.

КОНТРОЛЛЕР СОЛНЕЧНОГО ЗАРЯДА ARDUINO (Версия 2.0)

В солнечной энергетической системе контроллер заряда является сердцем системы, которая была разработана для защиты перезаряжаемой батареи. В этой инструкции я объясню контроллер заряда PWM.

В Индии большинство людей живут в сельской местности, где до сих пор нет доступа к национальной линии электропередачи. Существующие электрические сети не могут обеспечить потребности в электроэнергии этих бедных людей. Таким образом, возобновляемые источники энергии (фотоэлектрические панели и ветер - генераторы) я считаю лучшим вариантом. Я лучше знаю о боли деревенской жизни, так как я тоже из этой местности. Поэтому я разработал этот контроллер солнечного заряда своими руками, чтобы помогать другим, а также для своего дома. Вы не можете поверить, моя самодельная солнечная система освещения очень помогает во время недавнего циклона Phailin.

Преимущество солнечной энергии в том, что она требует меньшего обслуживания и не загрязняет окружающую среду, но их основные недостатки - высокая стоимость изготовления и низкая эффективность преобразования энергии. Поскольку солнечные панели по-прежнему имеют относительно низкую эффективность преобразования, общая стоимость системы может быть снижена с помощью эффективного контроллера заряда солнечной батареи, который может извлекать из панели максимально возможную мощность.

Что такое контроллер заряда?

Контроллер заряда солнечной батареи регулирует напряжение и ток, исходящие от ваших солнечных панелей, которые размещаются между солнечной панелью и батареей. Он используется для поддержания надлежащего зарядного напряжения на батареях. По мере увеличения входного напряжения от солнечной панели контроллер заряда регулирует заряд аккумуляторов, предотвращая перезарядку.

Типы контроллера заряда:

1. ВКЛ. ВЫКЛ.

2. ШИМ

3. MPPT

Самый простой контроллер заряда (типа ON / OFF) просто контролирует напряжение батареи и размыкает цепь, останавливая зарядку, когда напряжение батареи поднимается до определенного уровня.

Среди 3-х контроллеров заряда MPPT имеет наивысшую эффективность, но он дорогостоящий и требует сложных схем и алгоритмов. Как начинающий любитель, как я, я думаю, что для нас лучше всего подойдет ШИМ-контроллер заряда, что считается первым значительным достижением в зарядке солнечных батарей.

Что такое ШИМ:

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) является наиболее эффективным средством для достижения постоянного напряжения зарядки аккумулятора путем регулировки продолжительности включения переключателей (MOSFET). В контроллере заряда PWM ток от солнечной панели сужается в зависимости от состояния аккумулятора и потребностей в подзарядке. Когда напряжение батареи достигает заданного значения регулирования, алгоритм ШИМ медленно снижает ток зарядки, чтобы избежать нагрева и выделения газа в батарее, но при этом зарядка продолжает возвращать максимальное количество энергии в батарею в кратчайшие сроки.

Достоинства ШИМ-контроллера заряда:

1. Более высокая эффективность зарядки

2. Более продолжительное время автономной работы.

3. Уменьшить перегрев батареи

4. Минимизирует нагрузку на аккумулятор.

5. Возможность десульфатации батареи.

Этот контроллер заряда можно использовать для:

1. Зарядка батарей, используемых в домашней солнечной системе.

2. Солнечный фонарь в сельской местности.

3. Зарядка мобильного телефона.

Думаю, я много описал про предысторию контроллера заряда. Начинаем делать контроллер.

Как и мои предыдущие инструкции, я использовал ARDUINO в качестве микроконтроллера, который включает в себя встроенные ШИМ и АЦП.

Шаг 1: Необходимые детали и инструменты:

Части:

1. ARDUINO UNO (Amazon)

2. ЖК-дисплей с символами 16x2 (Amazon)

3. МОП-транзисторы (IRF9530, IRF540 или аналогичные)

4. ТРАНЗИСТОРЫ (2N3904 или аналогичные NPN-транзисторы)

5. РЕЗИСТОРЫ (Amazon / 10 кОм, 4,7 кОм, 1 кОм, 330 Ом)

6. КОНДЕНСАТОР (Amazon / 100 мкФ, 35 В)

7. ДИОД (IN4007)

8. ЗЕНЕР ДИОД 11В (1N4741A)

9. Светодиоды (Amazon / красный и зеленый)

10. ПРЕДОХРАНИТЕЛИ (5А) И ДЕРЖАТЕЛЬ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ (Amazon)

11. ХЛЕБНАЯ ДОСКА (Amazon)

12. ПЕРФОРИРОВАННАЯ ДОСКА (Amazon)

13. ПРОВОДА ПЕРЕМЫЧКИ (Amazon)

14. ПРОЕКТНАЯ КОРОБКА

15.6 КОНТАКТНЫЙ ВИНТ КЛЕММА

16. МОНТАЖНЫЕ ПЛОЩАДКИ SCOTCH (Amazon)

Инструменты:

1. ДРЕЛЬ (Amazon)

2. КЛЕЙНЫЙ ПИСТОЛЕТ (Amazon)

3. ХОББИ-НОЖ (Amazon)

4. ПАЙКА (Amazon)

Шаг 2: Схема контроллера заряда

Я разделяю всю схему контроллера заряда на 6 секций для лучшего понимания

1. измерение напряжения

2. Генерация сигнала ШИМ

3. Переключение MOSFET и драйвер

4. фильтр и защита

5. Дисплей и индикация

6. НАГРУЗКА Вкл. / Выкл.

Шаг 3: датчики напряжения

Основными датчиками в контроллере заряда являются датчики напряжения, которые можно легко реализовать с помощью схемы делителя напряжения. Мы должны измерять напряжение, поступающее от солнечной панели, и напряжение батареи.

Поскольку входное напряжение аналогового вывода ARDUINO ограничено 5 В, я спроектировал делитель напряжения таким образом, чтобы выходное напряжение с него было меньше 5 В. Я использовал солнечную панель мощностью 5 Вт (Voc = 10 В) и 6 В и 5,5 А · ч. Батарея SLA для хранения энергии. Поэтому я должен понизить оба напряжения до уровня ниже 5 В. Я использовал R1 = 10 кОм и R2 = 4,7 кОм при измерении обоих напряжений (напряжение солнечной панели и напряжение батареи). Значение R1 и R2 может быть меньше, но проблема в том, что при низком сопротивлении через него протекает более высокий ток, в результате чего большая мощность (P = I ^ 2R) рассеивается в виде тепла. Таким образом, можно выбрать другое значение сопротивления, но следует позаботиться о минимизации потерь мощности на сопротивлении.

Я разработал этот контроллер заряда в соответствии с моими требованиями (батарея 6 В и солнечная панель 5 Вт, 6 В), для более высокого напряжения вам необходимо изменить номинал резисторов делителя. Для выбора правильных резисторов вы также можете использовать онлайн-калькулятор

В коде я назвал переменную «solar_volt» для напряжения от солнечной панели и «bat_volt» для напряжения батареи.

Vвых = R2 / (R1 + R2) * V

пусть напряжение панели = 9В при ярком солнечном свете

R1 = 10 кОм и R2 = 4,7 кОм

solar_volt = 4,7 / (10 + 4,7) * 9,0 = 2,877 В

пусть напряжение аккумулятора 7В

bat_volt = 4,7 / (10 + 4,7) * 7,0 = 2,238 В

Оба напряжения на делителях напряжения ниже 5 В и подходят для аналогового вывода ARDUINO.

Калибровка АЦП:

возьмем пример:

фактическое выходное напряжение вольт / делителя = 3,127 2,43 В эквивалентно 520 АЦП

1 соответствует 0,004673 В

Используйте этот метод для калибровки датчика.

КОД ARDUINO:

для (int i = 0; i <150; i ++) {sample1 + = analogRead (A0); // считываем входное напряжение с солнечной панели

sample2 + = analogRead (A1); // считываем напряжение батареи

задержка (2);

}

образец1 = образец1 / 150;

образец2 = образец2 / 150;

solar_volt = (образец1 * 4,673 * 3,127) / 1000;

bat_volt = (образец2 * 4,673 * 3,127) / 1000;

Для калибровки АЦП обратитесь к моим предыдущим инструкциям, где я подробно объяснил.

Шаг 4: Генерация ШИМ-сигнала:

Финалист конкурса Arduino

Финалист конкурса Green Electronics Challenge