ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER (เวอร์ชัน-1): 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

[เล่นวีดีโอ]

ในคำแนะนำก่อนหน้าของฉัน ฉันได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับการตรวจสอบพลังงานของระบบสุริยะนอกกริด ฉันยังชนะการแข่งขันวงจร 123D สำหรับสิ่งนั้น คุณสามารถเห็น ARDUINO ENERGY METER นี้

ในที่สุดฉันก็โพสต์ตัวควบคุมการชาร์จเวอร์ชัน 3 ใหม่ของฉัน เวอร์ชันใหม่มีประสิทธิภาพมากกว่าและทำงานร่วมกับอัลกอริธึม MPPT

คุณสามารถค้นหาโครงการทั้งหมดของฉันได้ที่:

คุณสามารถดูได้โดยคลิกที่ลิงค์ต่อไปนี้

ARDUINO MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER (เวอร์ชั่น-3.0)

คุณสามารถดูตัวควบคุมการชาร์จเวอร์ชัน 1 ของฉันได้โดยคลิกลิงก์ต่อไปนี้

ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER (เวอร์ชัน 2.0)

ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวควบคุมการชาร์จเป็นหัวใจของระบบที่ออกแบบมาเพื่อปกป้องแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ ในคำแนะนำนี้ ฉันจะอธิบายตัวควบคุมการชาร์จ PWM

ในอินเดีย คนส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในพื้นที่ชนบทซึ่งยังไม่ถึงสายส่งไฟฟ้าของประเทศจนถึงขณะนี้ โครงข่ายไฟฟ้าที่มีอยู่ไม่สามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับคนยากจนได้ ดังนั้นแหล่งพลังงานหมุนเวียน (แผงเซลล์แสงอาทิตย์และลม- เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดที่ฉันคิด ฉันรู้ดีกว่าเกี่ยวกับความเจ็บปวดของชีวิตในหมู่บ้านเพราะฉันก็มาจากพื้นที่นั้นด้วย ดังนั้นฉันจึงออกแบบตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ DIY นี้เพื่อช่วยเหลือผู้อื่นเช่นเดียวกับบ้านของฉัน คุณไม่อยากเชื่อเลย ระบบไฟพลังงานแสงอาทิตย์ที่ทำเองที่บ้านของฉันช่วยได้มาก ในช่วงพายุไซโคลนไพลินที่ผ่านมา

พลังงานแสงอาทิตย์มีข้อดีคือไม่ต้องบำรุงรักษาและปลอดมลภาวะ แต่ข้อเสียหลักคือต้นทุนการผลิตสูง ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานต่ำ เนื่องจากแผงโซลาร์เซลล์ยังคงมีประสิทธิภาพการแปลงที่ค่อนข้างต่ำ ต้นทุนโดยรวมของระบบจึงสามารถลดลงได้โดยใช้ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถดึงพลังงานสูงสุดที่เป็นไปได้ออกจากแผง

ตัวควบคุมการชาร์จคืออะไร?

ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์จะควบคุมแรงดันและกระแสไฟที่มาจากแผงโซลาร์เซลล์ของคุณซึ่งวางอยู่ระหว่างแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่ โดยจะใช้เพื่อรักษาแรงดันการชาร์จที่เหมาะสมของแบตเตอรี่ เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจากแผงโซลาร์เซลล์สูงขึ้น ตัวควบคุมการประจุจะควบคุมประจุของแบตเตอรี่เพื่อป้องกันไม่ให้มีการชาร์จเกิน

ประเภทของตัวควบคุมการชาร์จ:

1.เปิดปิด

2. PWM

3. MPPT

ตัวควบคุมการชาร์จแบบพื้นฐานที่สุด (ประเภทเปิด/ปิด) เพียงแค่ตรวจสอบแรงดันแบตเตอรี่และเปิดวงจร หยุดการชาร์จ เมื่อแรงดันแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง

ในบรรดาตัวควบคุมการประจุ MPPT 3 ตัวนั้นมีประสิทธิภาพสูงสุด แต่มีราคาแพงและต้องการวงจรและอัลกอริธึมที่ซับซ้อน ในฐานะมือสมัครเล่นมือใหม่อย่างฉัน ฉันคิดว่าตัวควบคุมการชาร์จ PWM นั้นดีที่สุดสำหรับเราซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญครั้งแรกในการชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

PWM คืออะไร:

การปรับความกว้างพัลส์ (PWM) เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการชาร์จแบตเตอรี่ด้วยแรงดันไฟคงที่โดยการปรับอัตราส่วนหน้าที่ของสวิตช์ (MOSFET) ในตัวควบคุมการชาร์จ PWM กระแสจากแผงโซลาร์เซลล์จะลดระดับลงตามสภาพของแบตเตอรี่และความต้องการการชาร์จ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงจุดที่กำหนด อัลกอริทึม PWM จะลดกระแสไฟชาร์จลงอย่างช้าๆ เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ความร้อนและก๊าซของแบตเตอรี่ แต่การชาร์จยังคงส่งพลังงานกลับคืนสู่แบตเตอรี่ในปริมาณสูงสุดในเวลาอันสั้น

ข้อดีของตัวควบคุมการประจุ PWM:

1. ประสิทธิภาพการชาร์จสูงขึ้น

2. อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น

3. ลดแบตเตอรี่เกินความร้อน

4. ลดความเครียดของแบตเตอรี่

5. ความสามารถในการคายประจุแบตเตอรี่

ตัวควบคุมการชาร์จนี้สามารถใช้สำหรับ:

1. ชาร์จแบตเตอรี่ที่ใช้ในระบบโซล่าร์โฮม

2. โคมสุริยะในชนบท

3. การชาร์จโทรศัพท์มือถือ

ฉันคิดว่าฉันได้อธิบายไว้มากมายเกี่ยวกับพื้นหลังของตัวควบคุมการประจุ ให้เริ่มสร้างตัวควบคุม

เช่นเดียวกับคำแนะนำก่อนหน้าของฉัน ฉันใช้ ARDUINO เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งรวมถึง PWM บนชิปและ ADC

ขั้นตอนที่ 1: อะไหล่และเครื่องมือที่จำเป็น:

อะไหล่:

1. ARDUINO UNO (อเมซอน)

2. จอ LCD 16x2 CHARACTER (อเมซอน)

3. MOSFETS (IRF9530, IRF540 หรือเทียบเท่า)

4. TRANSISTORS (2N3904 หรือทรานซิสเตอร์ NPN เทียบเท่า)

5. ตัวต้านทาน (Amazon / 10k, 4.7k, 1k, 330ohm)

6. ตัวเก็บประจุ (Amazon / 100uF, 35v)

7. ไดโอด (IN4007)

8. ไดโอด ZENER 11v (1N4741A)

9. LEDS (Amazon / แดงและเขียว)

10. ฟิวส์ (5A) และตัวยึดฟิวส์ (Amazon)

11. กระดานขนมปัง (อเมซอน)

12. บอร์ดเจาะรู (อเมซอน)

13. สายจัมเปอร์ (อเมซอน)

14. กล่องโครงการ

15.6 PIN SCREW TERMINAL

16. สก๊อตเมาท์สแควร์ (Amazon)

เครื่องมือ:

1. สว่าน (อเมซอน)

2. ปืนกาว (อเมซอน)

3.มีดงานอดิเรก (อเมซอน)

4. เหล็กบัดกรี (อเมซอน)

ขั้นตอนที่ 2: วงจรควบคุมการชาร์จ

ฉันแบ่งวงจรควบคุมการชาร์จทั้งหมดออกเป็น 6 ส่วนเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น

1. การตรวจจับแรงดันไฟฟ้า

2. การสร้างสัญญาณ PWM

3. สวิตช์และไดรเวอร์ MOSFET

4.กรองและป้องกัน

5. จอแสดงผลและบ่งชี้

6. โหลดเปิด/ปิด

ขั้นตอนที่ 3: เซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้า

เซ็นเซอร์หลักในตัวควบคุมการประจุไฟฟ้าคือเซ็นเซอร์แรงดันไฟที่ใช้งานง่ายโดยใช้วงจรแบ่งแรงดัน เราต้องตรวจจับแรงดันไฟฟ้าที่มาจากแผงโซลาร์เซลล์และแรงดันแบตเตอรี่

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าแบบอนาล็อกของ ARDUINO ถูกจำกัดไว้ที่ 5V ฉันจึงออกแบบตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าในลักษณะที่แรงดันเอาต์พุตจากมันควรน้อยกว่า 5V ฉันใช้แผงโซลาร์เซลล์ 5W (Voc=10v) และ 6v และ 5.5Ah แบตเตอรี่ SLA สำหรับเก็บพลังงาน ดังนั้นฉันต้องลดทั้งแรงดันให้ต่ำกว่า 5V. I ใช้ R1=10k และ R2 =4.7K ในการตรวจจับทั้งแรงดัน (แรงดันแผงโซลาร์เซลล์และแรงดันแบตเตอรี่) ค่าของ R1 และ R2 อาจต่ำกว่านี้ แต่ปัญหาคือเมื่อความต้านทานสูงต่ำ กระแสจะไหลผ่านมันส่งผลให้พลังงานจำนวนมาก (P = I^2R) กระจายไปในรูปของความร้อน สามารถเลือกค่าความต้านทานที่แตกต่างกันได้ แต่ควรใช้ความระมัดระวังเพื่อลดการสูญเสียพลังงานทั่วทั้งความต้านทาน

ฉันได้ออกแบบตัวควบคุมการชาร์จนี้สำหรับความต้องการของฉัน (แบตเตอรี่ 6V และ 5w, แผงโซลาร์เซลล์ 6V) สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น คุณต้องเปลี่ยนค่าตัวต้านทานตัวแบ่ง สำหรับการเลือกตัวต้านทานที่เหมาะสม คุณสามารถใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์ได้

ในรหัสฉันได้ตั้งชื่อตัวแปร "solar_volt" สำหรับแรงดันไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์และ "bat_volt" สำหรับแรงดันแบตเตอรี่

Vout=R2/(R1+R2)*V

ให้แรงดันไฟที่แผง = 9V ในช่วงที่มีแสงแดดจ้า

R1=10k และ R2=4.7 k

solar_volt =4.7/(10+4.7)*9.0=2.877v

ให้แรงดันแบตเตอรี่อยู่ที่ 7V

bat_volt = 4.7/(10+4.7)*7.0=2.238v

แรงดันทั้งสองจากตัวแบ่งแรงดันต่ำกว่า 5v และเหมาะสำหรับพินอะนาล็อก ARDUINO

การปรับเทียบ ADC:

มาดูตัวอย่างกัน:

เอาต์พุตโวลต์/ตัวแบ่งจริง = 3.127 2.43 V เท่ากับ 520 ADC

1 เท่ากับ.004673V

ใช้วิธีนี้ในการปรับเทียบเซ็นเซอร์

รหัส ARDUINO:

สำหรับ (int i=0;i<150;i++) { sample1+=analogRead(A0); //อ่านค่าแรงดันไฟเข้าจากแผงโซลาร์เซลล์

ตัวอย่าง2+=analogRead(A1); // อ่านค่าแรงดันแบตเตอรี่

ล่าช้า(2);

}

ตัวอย่าง1=ตัวอย่าง1/150;

ตัวอย่าง2=ตัวอย่าง2/150;

solar_volt=(ตัวอย่าง1*4.673*3.127)/1000;

bat_volt=(ตัวอย่าง2*4.673*3.127)/1000;

สำหรับการสอบเทียบ ADC ให้อ้างอิงคำสั่งก่อนหน้าของฉันซึ่งฉันได้อธิบายในเชิงลึก

ขั้นตอนที่ 4: การสร้างสัญญาณ PWM:

รองชนะเลิศการแข่งขัน Arduino

รองชนะเลิศใน Green Electronics Challenge