تقديم عام
حسنًا ، أكثر أجهزة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية تقدمًا المتوفرة في السوق هي Maximum Power Point Tracking (MPPT) ، حيث تتميز وحدة التحكم MPPT بأنها أكثر تطوراً وأغلى ثمناً ، وتتميز بالعديد من المزايا مقارنة بجهاز التحكم السابق في الشحن ، فهي أكثر كفاءة بنسبة 30 إلى 40٪ درجة حرارة منخفضة ، لكن صنع وحدة تحكم شحن MPPT أمر معقد بعض الشيء مقارنة بوحدة التحكم في الشحن PWM ، فهي تتطلب بعض المعرفة الأساسية بإلكترونيات الطاقة.
ما هو MPPT؟ تستند دارة Maximum Power Point Tracker (MPPT) حول دائرة محول باك متزامن .. وهي تعمل على خفض جهد اللوحة الشمسية الأعلى وصولاً إلى جهد شحن البطارية. يحاول Arduino زيادة مدخلات الواط من اللوحة الشمسية عن طريق التحكم في دورة العمل للحفاظ على تشغيل الألواح الشمسية عند نقطة الطاقة القصوى الخاصة بها. تعمل وحدة التحكم Maximum Power Point Tracker (MPPT) على زيادة تيار الشحن عن طريق تشغيل الوحدة الكهروضوئية بطريقة يسمح للوحدة بإنتاج كل الطاقة التي يمكن أن توفرها وحدة التحكم بالشحن التقليدية ، وتقوم ببساطة بتوصيل الوحدة بالبطارية عند تفريغ البطارية. عندما يتم توصيل وحدة 75W في هذا المثال مباشرة ببطارية تشحن بجهد 12 فولت ، فإن إنتاج الطاقة فيها يقتصر بشكل مصطنع على حوالي 53 واط. هذا يهدر 22 واط أو ما يقرب من 30٪ من الطاقة المتاحة!
سيغطي هذا الدليل بناء مشروع لوحدة تحكم شحن MPPT الشمسية القائمة على Arduino. يحتوي على ميزات مثل شاشة LCD ومؤشر LED وتسجيل بيانات Wi-Fi وتوفير لشحن أجهزة USB مختلفة. وهي مجهزة بوسائل حماية مختلفة لحماية الدوائر من الظروف غير الطبيعية.
كيف يعمل MPPT؟ لماذا لا تساوي الألواح الشمسية 150 واط 150 واط؟
على سبيل المثال ، لقد اشتريت لوحة شمسية جديدة من السوق يمكنها توصيل تيار 7 أمبير ، وتحت الشحن ، يتم ضبط إعداد البطارية على 12 فولت: 7 أمبير في 12 فولت = 84 واط (P = V * I) لقد فقدت أكثر من 66 واط - لكنك دفعت مقابل 150 واط. إن 66 واط لن تذهب إلى أي مكان ، لكنها بسبب التوافق السيئ بين تيار خرج الطاقة الشمسية وجهد البطارية.
بعد استخدام خوارزمية MPPT ، يمكننا الحصول على الحد الأقصى للطاقة المتاحة التي تحصل عليها البطارية الآن 12 أمبير عند 12 فولت طاقة الإخراج تساوي p = V * I p = 12 * 12 = 144w الآن لا يزال لديك ما يقرب من 144 واط ، والجميع سعداء.
مكونات MPPT
1. Arduino Nano
2.Current Sensor
3.Buck Converter
4.Wifi Module
5. LCD display
6 .MOSFETs
7. MOSFET driver
8. 3.3V Linear regulator
9. Transistor
10.Diodes
11.TVS diode
12.Resistors
13.Capacitors
14.Inductor
15. LEDs
16.Prototype Board
17.Wires and Jumper wires
18.Header Pins
19. DIP Socket
19.Screw Terminals
20.Fuses
21. Fuse Holders
22. Push Switch
23.Rocker /Toggle Switch
24.Female USB port
25. JST connector
26.Heat Sinks
27.Enclosure
28.Plastic Base
29. Spacers
30. Screws/Nuts/Bolts
أساسيات MPPT Charge Controller
ستولد اللوحة الشمسية جهدًا مختلفًا اعتمادًا على المعلمات المختلفة مثل:
1. كمية ضوء الشمس 2. الحمل المتصل 3. درجة حرارة الألواح الشمسية.
على مدار اليوم ، مع تغير الطقس ، سوف يتغير الجهد الناتج عن الألواح الشمسية باستمرار. الآن ، لأي جهد معين ، ستنتج اللوحة الشمسية أيضًا تيارًا (أمبير). يتم تحديد كمية الأمبير التي يتم إنتاجها لأي جهد معين من خلال رسم بياني يسمى منحنى IV ، والذي يمكن العثور عليه في أي ورقة مواصفات لوحة شمسية وعادة ما يبدو مثل الشكل 1 الموضح أعلاه.
في الشكل 2 اسفله، يُظهر الخط الأزرق جهد لوحة شمسية يبلغ 30 فولت مقابل تيار يبلغ حوالي 6.2 أمبير. يُظهر الخط الأخضر أن جهدًا قدره 35 فولت يتوافق مع تيار 5 أمبير.
نحن نعلم أن القوة = V x I
في الصورة الموضحة أعلاه أثناء تحركك على طول المنحنى الأحمر أعلاه ، ستجد نقطة واحدة حيث يكون الجهد المضاعف بالتيار المقابل أعلى من أي مكان آخر على المنحنى. وهذا ما يسمى نقطة الطاقة القصوى للوحة الشمسية (MPP).
اهمية و ايجابية MPPT
MPPT لتقف على أقصى تتبع باور بوينت. تستخدم وحدات التحكم في الشحن MPPT لاستخراج أقصى طاقة متاحة من الوحدة الكهروضوئية في ظل ظروف معينة. انظر إلى الصورة الموضحة أعلاه. لقد رأينا أن أقصى نقطة للطاقة (MPP) للوحة الشمسية تقع عند ركبة منحنى التيار والجهد.
إن اللوحة الشمسية 12 فولت ليست في الحقيقة لوحة 12 فولت على الإطلاق. إنه حقًا في مكان ما بين لوحة 12 فولت و 21 فولت اعتمادًا على الحمل المتصل به ومدى سطوع ضوء الشمس. تتميز اللوحة بمقاومة داخلية تتغير ديناميكيًا مع اختلاف مستويات الإشعاع. ستوفر الألواح الشمسية قوتها المقدرة فقط عند جهد وحمل واحد محدد ، ويتحرك هذا الجهد والحمل مع تغير شدة ضوء الشمس.
على سبيل المثال ، خذ لوحة شمسية مصنفة عند 100 واط ، 18 فولت عند 5.55 أمبير.
18 فولت عند 5.5 أمبير يعني أن اللوحة الشمسية تريد رؤية حمولة 18 / 5.5 = 3.24 أوم.
مع أي حمولة أخرى ، ستنتج اللوحة أقل من 100 واط. لذلك إذا تم توصيل الحمل الساكن مباشرة بلوحة وكانت مقاومته أعلى أو أقل من المقاومة الداخلية للوحات عند MPP ، فإن الطاقة المسحوبة من اللوحة ستكون أقل من الحد الأقصى المتاح.
لنأخذ مثالًا بسيطًا يقول إننا قمنا بتوصيل لوحة 100W أعلاه مباشرةً ببطارية حمض الرصاص 12 فولت ، فسيتم سحب جهد اللوحة لأسفل بالقرب من جهد الحمل للبطارية لأن مقاومة البطاريات أقل من الألواح ، لكن التيار يبقى نفس الشيء عند 5.55 أمبير. يحدث هذا لأن الألواح الشمسية تتصرف مثل المصادر الحالية ، لذلك يتم تحديد التيار بواسطة ضوء الشمس المتاح.
الآن القوة (P) = V x I = 12x5.55 = 66.6W. لذا فإن الألواح الشمسية تتصرف الآن مثل لوحة 66 واط.
هذا يعادل خسارة 100W-66.6W = 34W (33.4٪).
هذا هو سبب استخدام وحدة تحكم شحن MPPT بدلاً من وحدة تحكم شحن قياسية مثل PWM. تتكون وحدة التحكم MPPT من محول DC-DC حيث تتنوع دورة العمل لتتبع أقصى نقطة طاقة.
اهم مراحل MPPT(Maximum Power Point Tracking)
1- محولBUCK
يطلق على هده المرحلة باللغة الفرنسية CONVERTISSEUR BUCK و باللغة الانجليزية BUCK CONVERTER
2-حساب المحرضINDUCTOR
حساب المكثف3-
4-اختيار موسفيتMOSFET
5رسم تخطيطى
6-اختبر برنامج تشغيل البوابة وتبديل دوائر MOSFET
بعد توصيل كل شيء يختبر المقاومة بين سكة الإدخال. يجب أن يكون عدة KOhm. إذا حصلت على مقاومة أدناه 1K ، فأعد فحص اتصال الدائرة.
قم بتحميل رسم الاختبار على Arduino. الكود في شكل ملف نصي مرفق أدناه.
ثم قم بتوصيل النطاق بين مصدر Q1 و GND.
يجب أن تكون النتيجة PWM بتردد 50 كيلو هرتز.
يظهر الشكل الموجي الذي تم الحصول عليه أثناء الاختبار اسفله.
تحميل كود اردوينو من هنا:
7-قياس الجهد
تحميل كود اردوينو من هنا:
8-قياس التيار
تحميل كود اردوينو من هنا:
9-شاشة عرض LCD ومؤشر LED
10-كود المشروع PMMT
لتحميل كود مشروع PMMT;