دائرة شاحن البطارية الشمسية ذاتية التحسين

يناقش المنشور دائرة شاحن بطارية شمسية بسيطة تعتمد على IC 555 ذاتي التحسين مع دائرة محول باك التي تقوم تلقائيًا بتعيين وضبط جهد الشحن استجابة لظروف ضوء الشمس الباهت ، وتحاول الحفاظ على طاقة شحن مثالية للبطارية ، بغض النظر عن الشمس شدة الأشعة.

استخدام تصميم محول PWM باك

يضمن محول باك PWM المرفق تحويلاً فعالاً بحيث لا تتعرض اللوحة لظروف ضغط.

لقد ناقشت بالفعل واحدة مثيرة للاهتمام الشمسية PWM القائمة على MPPT نوع شاحن الطاقة الشمسية الدائرة ، يمكن اعتبار التصميم التالي نسخة مطورة من نفس التصميم لأنه يتضمن مرحلة محول باك مما يجعل التصميم أكثر كفاءة من النظير السابق.

ملاحظة: يرجى توصيل المقاوم 1K عبر pin5 والأرضي من IC2 من أجل التشغيل الصحيح للدائرة.

التحسين الذاتي المقترح للطاقة الشمسية دائرة شاحن البطارية مع دارة محول باك يمكن استيعابها بمساعدة الشرح التالي:

تتكون الدائرة من ثلاث مراحل أساسية: مُحسِّن الجهد الشمسي PWM باستخدام زوج من IC 555s في شكل IC1 و IC2 ، ومضخم التيار mosfet PWM ومحول باك باستخدام L1 والمكونات المرتبطة.

تم تجهيز IC1 لإنتاج تردد حوالي 80 هرتز بينما تم تكوين IC2 كمقارن ومولد PWM.

يتم تغذية 80 هرتز من IC 1 إلى pin2 من IC2 والذي يستخدم هذا التردد لتصنيع موجات مثلثة عبر C1 .... والتي يتم مقارنتها بشكل أكبر مع الإمكانات اللحظية في pin5 الخاص بها لتحديد أبعاد PWMs الصحيحة في طرفها 3.

يتم اشتقاق إمكانات pin5 كما يمكن رؤيتها في الرسم التخطيطي من اللوحة الشمسية من خلال مرحلة مقسم محتملة و BJT مشترك stgae جامع.

يتم ضبط الإعداد المسبق الموضوع مع هذا المقسم المحتمل بشكل مناسب مبدئيًا بحيث ينتج عند ذروة جهد اللوحة الشمسية الناتج من محول باك الحجم الأمثل للجهد الذي يناسب مستوى شحن البطارية المتصلة.

بمجرد ضبط ما ورد أعلاه ، يتم التعامل مع الباقي تلقائيًا بواسطة مرحلة IC1 / IC2.

خلال ذروة ضوء الشمس ، يتم تقصير PWM بشكل مناسب مما يضمن الحد الأدنى من الضغط على اللوحة الشمسية مع إنتاج الجهد الأمثل الصحيح للبطارية نظرًا لوجود مرحلة محول باك (نوع تصميم دفعة باك هو الطريقة الأكثر فعالية لتقليل مصدر الجهد دون التأكيد على معلمات المصدر)

الآن ، عندما يبدأ ضوء الشمس في تقليل الجهد عبر المقسم المحتمل المحدد ، يبدأ أيضًا في الانخفاض بشكل متناسب والذي يتم اكتشافه في pin5 من IC2 .... عند اكتشاف هذا التدهور التدريجي لجهد العينة IC2 يبدأ في توسيع PWM بحيث يبدأ خرج باك قادر على الحفاظ على جهد شحن البطارية الأمثل المطلوب ، وهذا يعني أن البطارية تستمر في تلقي الكمية الصحيحة من الطاقة بغض النظر عن إضاءة الشمس المثبطة.

يجب تحديد أبعاد L1 بشكل مناسب بحيث يولد مستوى الجهد الأمثل التقريبي للبطارية عندما تكون اللوحة الشمسية في ذروة مواصفةها أو بعبارة أخرى عندما يكون ضوء الشمس في الموضع الأكثر ملاءمة للوحة الشمسية.

تم تقديم RX لتحديد وتقييد الحد الأقصى لتيار الشحن للبطارية ، ويمكن حسابه بمساعدة الصيغة التالية:

Rx = 0.7 × 10 / بطارية آه

كيفية إعداد ملف أعلاه دائرة شاحن البطارية الشمسية التحسين الذاتي مع دائرة محول باك.

لنفترض أنه تم تحديد لوحة شمسية بقدرة 24 فولت لشحن بطارية 12 فولت ، فقد يتم ضبط الدائرة وفقًا للتعليمات أدناه:

في البداية لا تقم بتوصيل أي بطارية عند الإخراج

قم بتوصيل 24 فولت من محول C / DC خارجي عبر النقاط التي تتطلب إدخال اللوحة الشمسية.

قم بتوصيل 12 فولت لدائرة IC1 / IC2 من محول تيار متردد / تيار مستمر آخر.

اضبط الحاجز المحتمل 10 كيلو مسبقًا حتى يتم تحقيق جهد يبلغ حوالي 11.8 فولت عند الطرف 5 من IC2.

بعد ذلك ، من خلال بعض تعديلات الأخطاء التجريبية وتحسين عدد دورات L1 حتى يتم قياس 14.5 فولت عبر الإخراج حيث يلزم توصيل البطارية.

هذا كل شئ! تم تعيين الدائرة الآن وجاهزة للاستخدام مع اللوحة الشمسية المقصودة للحصول على إجراءات شحن محسّنة عالية الكفاءة تعتمد على PWM.

في ما سبق دارة شاحن البطارية الشمسية ذاتية التحسين بدائرة محول باك ، لقد حاولت تنفيذ واستخراج جهد متغير بشكل معاكس وإخراج تيار من الدائرة فيما يتعلق بأشعة الشمس ، ولكن إجراء تحقيق أعمق جعلني أدرك أنه في الواقع لا ينبغي أن يستجيب بشكل معاكس يتوافق مع ضوء الشمس.

لأننا في MPpT نريد استخراج أقصى قدر من الطاقة خلال ساعة الذروة مع التأكد أيضًا من أن الحمل لا يعيق اللوحة وكفاءتها.

أصبح الرسم التخطيطي المنقح التالي منطقيًا بشكل أفضل ، دعنا نحاول تحليل التصميم بسرعة:

في التصميم المحدث أعلاه ، قمت بإجراء التغيير المهم التالي:

لقد أضفت عاكس NPN في pin3 من IC 2 بحيث تؤثر PWMs من IC 2 الآن على mosfet لاستخراج أقصى طاقة من اللوحة وتقليل الطاقة تدريجيًا مع انخفاض ضوء الشمس.

تضمن نبضات PWM جنبًا إلى جنب مع محول باك توافقًا مثاليًا وأقصى استخلاص للطاقة من اللوحة ، ولكنها تتضاءل تدريجيًا استجابة لشدة الشمس المتناقصة.

ومع ذلك ، فإن الإعداد أعلاه يتأكد من جانب واحد مهم ، فهو يضمن نسبة طاقة إدخال / إخراج متوازنة والتي تعد دائمًا مشكلة رئيسية في أجهزة شحن MPPT.

علاوة على ذلك ، إذا حاول الحمل استخراج كمية زائدة من التيار ، فإن المحدد الحالي BC557 يبدأ على الفور في منع تعطيل الأداء السلس لـ MPPT عن طريق قطع الطاقة عن الحمل خلال تلك الفترات.

تحديث

التفكير في التصميم النهائي لدائرة MPPT

بعد إجراء تقييمات إضافية صارمة ، يمكنني أخيرًا أن أستنتج أن النظرية الثانية التي نوقشت أعلاه لا يمكن أن تكون صحيحة. تعتبر النظرية الأولى أكثر منطقية لأن MPPT تهدف فقط إلى استخراج وتحويل الفولتات الزائدة إلى تيار قد يكون متاحًا من لوحة شمسية.

على سبيل المثال ، افترض أنه إذا كانت اللوحة الشمسية تحتوي على 10 فولت أكثر من مواصفات الحمل ، فإننا نرغب في توجيه هذا الجهد الإضافي إلى محول باك من خلال PWMs بحيث يكون محول باك قادرًا على إنتاج مقدار الجهد المحدد للحمل دون تحميل أي من المعلمات.

من أجل تنفيذ ذلك ، يجب أن يكون PWM أرق نسبيًا عندما تكون الشمس في الذروة وتطلق الفولتات الإضافية.

ومع ذلك ، مع تقلص الطاقة الشمسية ، ستكون هناك حاجة إلى توسيع PWMs بحيث يتم تمكين محول باك باستمرار مع المقدار الأمثل من الطاقة لتزويد الحمل بالمعدل المحدد بغض النظر عن شدة الشمس.

للسماح بتنفيذ الإجراءات المذكورة أعلاه بسلاسة وبشكل أمثل ، يبدو أن التصميم الأول هو التصميم الأنسب والذي يمكن أن يفي بالمتطلبات المذكورة أعلاه بشكل صحيح.

لذلك يمكن ببساطة تجاهل التصميم الثاني ووضع اللمسات الأخيرة على التصميم الأول كدائرة MPT القائمة على 555.

لم أجد أنه من المناسب حذف التصميم الثاني لوجود العديد من التعليقات التي يبدو أنها مرتبطة بالتصميم الثاني ، وإزالتها قد تجعل المناقشة محيرة للقراء ، لذلك قررت الاحتفاظ بالتفاصيل كما هي وتوضيح الموقف مع هذا التفسير.