Caída de voltaje en la celda solar MPPT

La característica de una celda solar cargada es una fuente de corriente constante hasta que alcanza el voltaje máximo y luego cae bastante rápido. El truco con MPPT es llegar al extremo de voltaje superior de esa región de corriente constante.

Creo que probablemente esté tomando demasiada corriente. Su algoritmo debe buscar un máximo para V*I para la celda solar .

Su detección de corriente está en el extremo de la batería del circuito, debería estar mirando la corriente de la celda solar. Tampoco veo dónde está sintiendo el voltaje de la celda solar.

Su transistor de conmutación está conectado de atrás hacia adelante según su diagrama, el diodo del cuerpo conducirá y le dará una transferencia directa de entrada a salida con un poco de caída de voltaje. Teniendo en cuenta la corriente para los LED, esto explica su característica de entrada a salida.

Necesita condensadores de suavizado mucho más grandes en la entrada y salida además de los que muestra depende de su frecuencia pero> = 220uF.

Es necesario verificar todo el sistema y debe tener una comprensión de cada parte. Puede que no sean solo los componentes los que tengan problemas. Por el aspecto de sus números de potencia, tiene dos problemas (asumiendo que estaba usando algún tipo de fuente de luz constante para sus pruebas, si no está usando una fuente de luz constante, es posible que desee ir a ver a un psicólogo). También voy a suponer que la configuración comercial está cerca del punto de máxima potencia óptimo de su celda.

1. Es probable que el circuito diseñado no encuentre el punto de alimentación óptimo porque el número de voltaje (2,6 V) no está cerca del punto óptimo para la celda y está consumiendo menos energía (109 mW frente a 168 mW de la configuración comercial)

2. El circuito diseñado está quemando demasiada energía. De los 109 mW que obtuvo su circuito, se consumieron 24 mW, que es ~ 23% de su energía entrante o 77% de eficiencia. El circuito puede ser mejor que eso, los convertidores de CC a CC obtienen más del 90% de eficiencia en estos días.

Sugerencias sobre dónde ir desde aquí:

1. Revise su algoritmo MPPT, esto puede ser difícil. Asegúrese de saber cómo funcionan . También existen diferentes algoritmos y algunos son más eficientes que otros. Otra cosa que probablemente querrá hacer es encontrar algún tipo de software de simulación para tener algo con lo que comparar. La especia LT podría usarse potencialmente y es gratuita, y puede ser manipulada para hacer casi cualquier tipo de simulación. Lo he usado para simulaciones de algoritmos MPPT antes. A veces hay que ser creativo y usar Laplace, fuentes B y comparadores para obtener resultados, pero se puede hacer. Incluso las células solares se pueden simular en especias. También agregaría un complemento para simulink, pero es más difícil acceder a él.

2. Averigüe dónde se está quemando la energía en su circuito. Esto se puede hacer con un alcance al verificar cada componente (como un voltaje diferencial con dos sondas en cada componente), se puede hacer un cálculo de potencia para el FET, el inductor y el capacitor. Asegúrese de entender cómo funcionan los convertidores de dinero . Sospecho que es posible que deba optimizar su forma de onda PWM, con respecto a los valores de su condensador e inductor. (Espero que tengas un osciloscopio). Spice también podría ser una excelente manera de encontrar problemas de energía. Simule su convertidor de CC a CC con componentes en especias, vea dónde está el consumo de energía en cada componente. Luego compare sus formas de onda con el mundo real y observe las diferencias.

Lo que está construyendo es complejo, debe comprender cada pieza y asegurarse de que funcione diseñando las cosas primero (use las ecuaciones de Buck y asegúrese de que todo esté bien) y luego probando y verificando la corrección. Si no lo hace, estará persiguiendo problemas como componentes cuando todo el sistema tiene un problema. También use la energía a su favor, los cálculos de potencia pueden ser muy útiles.

Parece que inicialmente usaste un transistor diferente pero ahora lo reemplazaste por el mismo. Sin embargo, ¿no dijo nada sobre la eliminación de R12? El punto es que si su circuito no es idéntico al módulo comercial, entonces no debe esperar que funcione como él.
Una vez que tenga el hardware idéntico , la única posibilidad que queda es la programación de la MCU, por lo que si todavía tiene problemas, es porque no está usando el mismo algoritmo o uno equivalente.

Usted alimenta la MCU directamente desde la celda solar, tiene niveles de potencia muy bajos casi hasta las condiciones de trabajo de una MCU y, por lo tanto, creo que el comercial se preocupa por las funciones de ahorro de energía de la MCU, usted no.

Los MCU de Attiny tienen funciones de ahorro de energía. Aquí puede leer sobre los modos de suspensión de ATTiny85.

Lea "administración de energía y modos de suspensión" en la hoja de datos de attiny85. Primero intente el modo inactivo, que funcionará con el PWM. Puede despertarlo con la interrupción de PWM y hacer cálculos en cada ciclo y quedar inactivo, o puede estar con una interrupción de temporizador más lenta, lo que le permite hacer cálculos en cada 4-5 pasos de PWM principal. Si no es suficiente, el modo de suspensión real lo hará. Pero PWM no funcionará allí. Deberá implementarlo con interrupciones del temporizador de vigilancia.

Hice su proyecto usando Atmega328p (Use atmel studio y código C nativo. Las API de Arduino son muy lentas para su proyecto)

De todos modos, tuve resultados similares a los tuyos al principio. Aquí está cómo solucionarlo:

• Muy importante: Condensadores de entrada en su módulo. Si no tiene condensadores de entrada (para su sistema, recomendaría un rango de ~ 1000-~ 10000 uF) cada vez que encienda y apague ese mosfet, estará montando en toda la curva VI del panel solar y si su La velocidad de los microcontroladores para comprender que el swing y reaccionar es más lento que la velocidad de swing VI, nunca atrapará el MPP. Una solución a esto es usar un microcontrolador más rápido y escribir un mejor código con C y ensamblaje en línea. Esto es difícil. ¡Otra solución es usar capacitores de entrada más grandes! Lo que hacen es esencialmente bajar ese VI swing a un nivel que su microcontrolador pueda entender y reaccionar lo suficientemente rápido. Recuerde, esto es importante ya que si no soluciona este problema, su proyecto nuncatrabajar. Para comprender y evaluar la oscilación del VI, simplemente escriba el código en PWM desde el ciclo de trabajo 0-100 y vea cómo cambia el voltaje de entrada del módulo. Si ve muchos armónicos (altibajos, también conocidos como cambios de voltaje), significa que necesita condensadores más grandes.

• Otro tema importante: ¿El panel solar está suministrando energía directamente a ATTiny? Si ese es el caso, cuando haces PWM en el panel solar, es posible que obtengas un LVD en attiny. Primero encienda el microcontrolador desde una buena fuente. Analiza tus resultados y algoritmo. Luego intente alimentarlo con el panel solar y vea cómo van las cosas desde allí. Porque con su configuración actual, ¿tal vez el microcontrolador se está apagando solo? (Proporcione datos de osiloscopio si puede).

• ¿Qué ve su microcontrolador (como en el voltaje) en sus entradas y salidas? Enviar a PC y observarlo. Si puede, envíenos una copia. (Necesitará un gráfico de ciclo de trabajo frente a voltaje/corriente tanto en la entrada como en la salida). Su único parámetro controlable es el ciclo de trabajo PWM. Entonces, trazalo.

Con más datos, podemos abordar mejor su solución.

Buena suerte

Esta no es la respuesta que esperas, pero es esencial conocerla para comprender por qué falló tu diseño. Siempre comience con especificaciones como estas curvas antes de comenzar un diseño; de lo contrario, la falla es inevitable.

La línea de carga del PV a máxima potencia es el lugar geométrico de los puntos de operación. Sus cargas de LED de 20 mA pueden estar superando la capacidad de su celda, lo que hace que el controlador sea ineficaz.

Hay 3 variables significativas;

• la capacidad de potencia de la matriz fotovoltaica V,I
• la temperatura ambiente
• la potencia de entrada solar / m2 o en [W/m] a 25'C o medida equivalente

[ ] [ ] 3

Variables de eficiencia en todos los campos fotovoltaicos.

Para futuras investigaciones

Una vez que defina Voc Isc o Pmax y Pin, puede comenzar un diseño. El objetivo para la transferencia de potencia máxima se puede definir como la curva de impedancia adaptada frente a T['C], Pin (solar) y Pout máx. entienda que es una fuente de corriente limitada por voltaje con una línea de carga no lineal. Si puede simular la línea de carga con todas las variables, puede hacer que funcione tan bien como el comercial con un circuito MUCHO más simple. (como el simulador PV)

Sé que esta respuesta no es tan detallada como la otra, pero creo que debería cambiar su R10 y R11 por una resistencia más grande (como 1k). Porque cuanto menor sea la resistencia, más corriente consumirá.