Construcción de un circuito inversor solar

Recientemente, emprendí un proyecto de seguimiento solar solar con el propósito central de aprender en mente. El funcionamiento básico del proyecto es implementar un seguidor solar solar de doble eje, esto se realiza utilizando una placa Arrduino Uno para operar una estructura mecánica, el movimiento se basa en lecturas de 4 LDR's. Esta parte del proyecto ha tenido éxito.

La parte donde estoy un poco perdido es en la salida de la celda solar. La celda solar tiene una potencia nominal de 5,5 V, 320 mA; estoy buscando aumentar de alguna manera los 5,5 V a alrededor de 14 V. He investigado los convertidores DC-DC Boost y me he dado cuenta de que hay varias formas de implementarlos. Primero tomé la ruta de usar los componentes sin procesar del circuito sin chip IC, esto finalmente falló y llegué a la conclusión de que necesitaba adoptar un enfoque diferente. Empecé a buscar en los otros métodos y me encontré con un chip MC34063, esto parece bastante atractivo ya que podría calcular los componentes usando la hoja de datos. El problema al que me enfrento es que, dado que la entrada de CC es una celda solar, la entrada de voltaje del convertidor elevador de CC-CC variará bastante. ¿Podría salirme con la mía teniendo un Vin de alrededor de 3v (+/- 50%) o esto es simplemente estúpido?

Alternativamente, he estado buscando crear un convertidor de impulso usando un microcontrolador, esto es algo que no he investigado tanto pero parece prometedor. Con el tiempo, también me gustaría intentar implementar el algoritmo MPPT y tener un circuito inversor en la salida, para crear un 'inversor inteligente'. Pero por ahora me gustaría tomar las cosas paso a paso. ¿Alguien puede ofrecer alguna orientación sobre el asunto? ¿Qué ruta sería la mejor para bajar teniendo en cuenta mis objetivos?

Plan revisado;

Diagrama de bloques

algoritmo de control MPPT;

En lo que puedo trabajar desde aquí es tener mis lecturas del panel solar ingresadas en mi Arduino UNO; luego puedo comenzar a observar las diferentes lecturas y cómo se puede encontrar un MPP a partir de estas lecturas. Según los hallazgos, podré alterar el ciclo de trabajo de la entrada de onda cuadrada y, por lo tanto, aumentar Vout del convertidor elevador. Empecé a echar un vistazo a los diversos métodos de implementación del algoritmo MPPT y me encontré con el método 'Peturb-and-Observe'. ¿Es este un buen lugar para empezar?

Convertidor CC - CC;

Todavía estoy luchando por entender la aplicación de los tipos de convertidores, entiendo cómo funcionan los convertidores Buck y Boost, pero todavía no estoy seguro de qué circuito sería más adecuado para mi proyecto. Actualmente, la visión que tengo es que construiría un circuito Boost Converter con un Vin de aproximadamente 3v y un Vout de 14v. Soy consciente de que, dado que mi aplicación usa un panel solar, el voltaje de entrada cambiará constantemente, pero según las lecturas de mi panel solar, podré modificar el ciclo de trabajo, así que no importa cuál sea el voltaje de entrada (dentro de lo razonable) Siempre podré producir una figura que alcance los 14v en la salida. ¿Es esta una solución viable? y cómo empezaría a calcular los valores de mis componentes, basándome en el hecho de que no tengo un Vin definitivo.

Respuestas (1)

Información general

Esto se ha hecho muchas veces. Primero debe averiguar el flujo de potencia del circuito en un inversor solar típico.

Con MPPT, la energía extraída del panel varía según el voltaje/corriente del panel y la condición de irradiación solar. La energía extraída del panel luego va al enlace de CC, que es de 14 V en su caso. Para mantener constante el voltaje de salida, la energía tiene que ir a alguna parte. Esto generalmente se hace empujando la energía a la red eléctrica.

Esto requiere cuatro lazos de control:

1) Rápido: regulación de corriente del panel solar.

2) Rápido: control de la corriente de la red.

3) Medio: control de la tensión del bus.

4) Lento - MPPT.

En pocas palabras, el bucle más lento (MPPT) busca el punto de potencia óptimo. Luego da el comando al algoritmo de regulación de corriente del panel solar, que extrae la energía del panel solar y la empuja al enlace de CC.

Como puede ver, el enlace de CC separa las secciones de refuerzo e inversor. Mis respuestas describen solo una de muchas topologías de control y electrónica de potencia en competencia.

A continuación, a medida que sube el enlace de CC, el bucle de control de voltaje del bus ordena una corriente de red más alta para mantener el enlace en un nivel predeterminado. Finalmente, el bucle de regulación de corriente de la red modula la matriz de interruptores de salida para seguir el comando actual.

Esto es bastante complicado.

MPPT simple - dólar

Para usted, le recomiendo implementar un convertidor reductor simple, que regula el voltaje de entrada en función de la carga resistiva.

La entrada de dinero es el panel solar. Asegúrese de que haya una capacitancia razonable conectada a través del panel, ya que la corriente de entrada reductora es discontinua. Los paneles solares son fuentes de corriente y funcionan mejor con corriente continua. A continuación, puede modular el PWM reductor para regular la relación de voltaje entre la entrada (= voltaje del panel solar) y los voltajes de salida. El voltaje de salida está relacionado con la potencia extraída del panel solar.

Puede llevar un tiempo entender este concepto, pero es una solución fácil y segura. También puede usar la topología de refuerzo, pero asegúrese de que siempre haya algo de carga conectada a la salida. Un interno mío desconectó la carga y elevó el panel de 20V a casi 200V. No es de extrañar que cambiara a la robótica un año después.

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Alternativamente, he estado buscando crear un convertidor elevador usando un microcontrolador

Solución fácil: construya un convertidor reductor simple, que pueda controlar usando el pin PWM de su microcontrolador. Asegúrese de que también puede medir el voltaje de entrada (solar) y el voltaje de salida (carga resistiva).

El control se puede hacer simple, en estos niveles de potencia no tiene que preocuparse por el control actual. Por lo tanto, puede controlar directamente la relación de trabajo de PWM.

Con una actividad del 0 %, no hay carga y, por lo tanto, el enlace de CC aumentará hasta el voltaje de circuito abierto del panel solar. Luego puede incrementar la relación de trabajo -> esto aumentará el voltaje de salida, lo que comenzará a cargar el panel solar. En algún momento, la potencia extraída del panel disminuirá al aumentar la relación de trabajo. Eso te indicará tu punto de máxima potencia.

AÑADIDO - Impulso

Para aumentar el voltaje del panel solar a 14 VCC, es necesario asegurarse de que el enlace de CC permanezca en 14 VCC. Esto significa que el límite debe ver un cargo neto cero con el tiempo.

Si la potencia de salida del panel solar cambia, ¿qué componente del sistema se asegurará de que el voltaje de salida se mantenga en 14 V? Necesitaríamos una carga variable, que estaría controlada automáticamente por algún esquema de modulación como se hace en el inversor solar descrito anteriormente.

Para usted, una solución fácil sería usar una fuente de alimentación de 14 V conectada a través del enlace de CC. Esto fijará el enlace de CC a este valor independientemente de la potencia del panel solar. Luego, podría usar un convertidor elevador y modular su relación de trabajo para cambiar la relación de voltaje de entrada/salida. Dado que el voltaje de salida lo fija la fuente de alimentación, el voltaje del panel solar variará de acuerdo con la relación de trabajo. Por lo tanto, tiene los medios para cambiar el voltaje del panel solar, lo que cambia su corriente y potencia, el producto del voltaje y la corriente.

Sin embargo, la mayoría de las fuentes de alimentación no pueden absorber energía. Para que este esquema funcione, se puede conectar una carga lo suficientemente grande a través de la salida de la fuente de alimentación. Digamos que la carga es 10 Ω , lo que da como resultado una carga constante de ~ 20 W o un consumo de 1,4 A de la fuente de alimentación.

Ahora, una vez que el panel solar esté conectado, el convertidor elevador comenzará a impulsar la corriente del panel solar hacia la fuente de alimentación y la resistencia. Dado que la fuente de alimentación no puede aceptar ninguna corriente, la corriente del panel solar fluirá hacia la resistencia, lo que reducirá la corriente extraída de la fuente de alimentación. Al modular la relación de trabajo de impulso, podrá ver en qué punto el circuito de impulso produce la mayor potencia (en MPP). El circuito se muestra a continuación.

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Buena respuesta. Lo más fácil de todo es ignorar el rendimiento de energía y cargar PV a un voltaje preestablecido, generalmente alrededor del 80% de Voc. El punto óptimo dependerá del factor de llenado de las celdas utilizadas. LT y otros usan este "pseudo MPPT" y afirman resultados dentro del 2% del punto MPPT real. No he intentado (todavía) hacerlo, pero si aumenta ligeramente este voltaje con el aumento de la corriente entregada, entonces se acercará aún más al verdadero MPPT. Usar un voltaje fotovoltaico fijo es extremadamente fácil de implementar y aumentar este voltaje con corriente es apenas más complejo.
Gracias por tu respuesta, esto ha sido útil. El único aspecto que realmente no puedo comprender es el uso de un convertidor Buck. Por lo que yo sé, un convertidor reductor toma una entrada de voltaje de CC de, por ejemplo, 10v, y reduce este voltaje a, por ejemplo, 5v. ¿No es eso lo contrario de lo que estoy tratando de lograr? ¿Podría tal vez proporcionar un diagrama de bloques de algún tipo solo para aclarar un poco las cosas? ¡Todo esto es todavía un poco nuevo para mí!
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