Array di pannelli solari con modulo MPPT cinese: 11 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Una breve descrizione della mia opinione su come far funzionare bene i pannelli solari, e piuttosto a buon mercato…

Non garantisco assolutamente nessuno dei contenuti, potrebbero essere solo le divagazioni di un pazzo, anzi sospetto fortemente che lo siano…

Alcune immagini sono state trovate online e si ritiene che siano libere da usare, se trovi un'immagine protetta da copyright mandami una nota.

Le valutazioni dei pannelli solari non devono essere prese come nient'altro che una guida molto approssimativa, le specifiche pubblicate sono ciò che è ottenibile in condizioni di laboratorio con sorgenti luminose specifiche ecc. In pratica non è possibile ottenere queste prestazioni in condizioni realistiche. Tuttavia, danno un punto di partenza quando si decide cosa prendere. Per quanto ho scoperto che le specifiche sono comparabili solo all'interno del portafoglio di un produttore, il confronto tra diversi produttori è una possibilità nella migliore delle ipotesi.

I moduli di regolazione del pannello solare economici possono essere trovati su eBay, AliExpress o siti simili. Nonostante siano abbastanza diversi, tutti affermano di funzionare perfettamente per ottimizzare le prestazioni del pannello solare. Purtroppo non tutti dicono la verità.

Quando ho costruito i miei primi array di pannelli solari un paio di anni fa, ho dovuto setacciare molte informazioni prima di avere finalmente un'idea di ciò che ora credo sia la verità, ovviamente lo sviluppo continuo potrebbe portare a qualcosa di completamente vero domani.

Fondamentalmente c'è la scelta tra regolatori PWM e MPPT, e per i pannelli solari MPPT è la strada da percorrere.

Un regolatore MPPT cerca di utilizzare il pannello solare in cui il pannello eroga la massima potenza, MPPT = Max Power Point Tracking. Qualsiasi altro tipo di regolatore ti darà una minore efficienza poiché il pannello potrebbe non essere all'altezza del suo pieno potenziale, questo è vero se stai usando pannelli cinesi economici o qualcos'altro.

Il regolatore MPPT cinese economico che uso è molto semplice, imposti la tensione MPP e il regolatore cerca di mantenerlo lì. I regolatori più avanzati eseguiranno regolarmente uno "sweep" per trovare l'MPP (dove la curva è piatta). Quelli economici vanno bene per progetti semplici, ma se vuoi spremere tutto il succo dai tuoi pannelli non puoi lesinare su questo - e come bonus aggiuntivo puoi semplicemente sistemare tutto senza leggere questo "how-to" …

Passaggio 1: raccogli le tue risorse

Più in basso faccio una breve panoramica dei passaggi che ho fatto, una specie di turorial.

Avrai bisogno di quanto segue.

- Pannelli solari (uso un mucchio di pannelli cinesi economici di Ali, collegati in array)

- Modulo MPPT (uso moduli cinesi economici di Ali)

- Diodi Schottky (1 per pannello solare)

- Resistenze di potenza, valori fissi (io uso un mix di 10, 33, 47, 120, 330 Ohm, nominali 3/4/5/9/10W)

- Resistore a potenza variabile (io uso un resistore a scorrimento da 100 Ohm/2A)

- DMM, ne consiglio 2, uno per misurare la tensione CC e uno per misurare la corrente CC

- Sorgente di tensione CC regolabile

- Cavi

- Birra, potrebbero servirne parecchie se il tempo è buono

Passaggio 2: determinare l'uso previsto

Qual è l'uso previsto per i tuoi pannelli solari?

Qual è la tensione di uscita desiderata dall'MPPT mpdule?

Nel mio caso ho un paio di usi abbastanza simili.

Array 1 - Caricatore portatile per telefono cellulare utilizzato durante le escursioni e lo scouting (Tensione target 12,3 V)

Array 2 - Ricarica della batteria del motore per pesca alla traina per una piccola barca a remi (12 piedi) (tensione target 13,6 V)

Array 3 - Ricarica della batteria di avviamento per una piccola barca a motore (15 piedi) (Tensione target 13,6 V)

Passaggio 3: collegare i pannelli solari negli array

A seconda dell'utilizzo potrebbe essere necessario collegare il pannello in serie o in parallelo, magari anche in combinazione, per ottenere i Volt/Ampere necessari.

Comincio con la saldatura dei diodi Schottky in posizione, quindi i cavi di collegamento tra i pannelli per formare array. I diodi Schottky sono necessari poiché i pannelli differiscono leggermente e non voglio sprecare energia alimentando in senso inverso i pannelli.

Serie 1: CNC145x145-6, Star Solar. 4 pannelli collegati in serie.

Array 2: CNC170x170-18, Star Solar. 6 pannelli collegati in parallelo.

Array 3: CNC170x170-18, Star Solar. 4 pannelli collegati in parallelo.

Passaggio 4: preparare il carico

Ho saldato in serie le resistenze fisse di potenza lasciando le estremità del tag lunghe, questo per consentire una rapida regolazione del carico fisso spostando i coccodrilli.

La resistenza di potenza variabile è collegata in serie alle resistenze fisse.

Passaggio 5: preparativi

Aspetta una giornata con cielo sereno, anche la più piccola nuvola influirà sul tuo consumo di birra.

Posiziona l'array al sole, assicurati che nessuna parte sia in ombra.

Naturalmente, se si dispone di un solo pannello, vengono eseguite le stesse misurazioni per questo.

Nota: le condizioni nuvolose influiscono notevolmente sull'output ottenibile, la mia ipotesi è che i pannelli migliori siano probabilmente interessati meno di quelli economici che ho.

Stappa una birra e goditi la vita per un momento, prepara una seconda birra se necessario.

Passaggio 6: misurare i parametri del pannello

Questi passaggi sono piuttosto importanti, a meno che tu non stia utilizzando un sofisticato controller MPPT autocalibrante, che io non sono …

Avanti così

Per ogni array di pannelli solari misuro i parametri come di seguito.

1. Collegare un multimetro digitale (impostato su tensione CC) attraverso le connessioni dell'array, misurare e annotare la tensione (Voc). Voc = _V

2. Quindi collegare un multimetro digitale (impostato su corrente CC 10A) tra le connessioni dell'array, misurare e annotare la corrente (Isc). Isc = _A

3. Eseguire alcune misurazioni rapide per determinare l'MPP (Max Power Point) approssimativo.

3a. Collegare un multimetro digitale (tensione CC) attraverso le connessioni dell'array e un altro multimetro digitale (corrente CC) in serie con il carico.

3b. Annotare la tensione e la corrente misurate mentre si varia il carico.

3c. Calcolando la potenza per ogni punto di misura registrato (P = V x I) possiamo determinare rapidamente il Max Power Point approssimativo. MPP approssimativo: _V

3d. Un modo alternativo (rapido e sporco) per ottenere un MPP approssimativo è calcolare;

Vmpp = Voc x 0.8, Impp = Isc x 0.9

4. Selezionare i punti di connessione adatti per i resistori fissi, consentendo di focalizzare la misurazione intorno all'MPP (da 3c). Regolare lentamente il resistore variabile mentre si annotano le tensioni e le correnti.

Cerco di puntare a salti di 0,1 V tra le misurazioni.

5. Ripetere il calcolo della potenza sopra e determinare Vmpp e Impp (dove è Max Power).

6. Potrebbe essere interessante vedere come l'MPP misurato si confronta con l'MPP calcolato;

MPP misurato; Vmpp = _V, Impp = _A

MPP calcolato; Vmpp = Voc x 0.8 = _V, Impp = Isc x 0.9 = _A

7. Si può, tanto per divertimento, calcolare il Fill Factor a questo punto, FF = (Vmpp x Impp) / (Voc x Isc)

Passaggio 7: regola il modulo MPPT in base alle tue esigenze

Sopra abbiamo selezionato la nostra tensione di uscita desiderata, questa insieme ai parametri derivati in 2.1 sarà vitale per regolare correttamente il modulo MPPT. Abbiamo anche bisogno di conoscere la corrente massima di carica (Ichg) e alla quale la corrente di carica è considerata completata (Idone).

Vmpp: _V / Vout: _V / Ichg: _A / Idone: _A

Procedura:

1. Collegare un multimetro digitale all'uscita MPPT (impostato su tensione CC)

2. Ruotare completamente in senso orario i trimpot CC e CV, ruotare completamente in senso antiorario il trimpot MPPT

3. Collegare una sorgente di tensione CC regolabile all'ingresso MPPT, impostare la tensione su zero prima di accendere.

4. Impostare la sorgente di tensione CC regolabile su Vmpp, ruotare lentamente il trimpot MPPT in senso orario finché la tensione di uscita non smette di aumentare.

5. Ruotare il trimpot CV in senso antiorario finché non viene impostata la Vout desiderata.

6. Cortocircuitare l'uscita tramite un multimetro digitale (impostato su corrente CC 10A). Ruotare il trimpot CC in senso antiorario finché non viene impostato Ichg desiderato.

7. Il trimpot LED regola a quale corrente il LED cambierà colore, il valore predefinito è 0,1 x Ichg. Per regolare, collegare un carico che dia Idone, ruotare il LED trimpot fino a quando il LED cambia colore.

Nota: non succederà nulla a parte il cambiamento di colore del LED.

8. Il modulo MPPT è ora regolato e pronto per l'uso.

Passaggio 8: procedura dettagliata, il mio array 1

Specifiche:

Pannello: CNC145x145-6, 4 pannelli in serie.

Dimensioni: 145x145x3mm

Valutazioni: 6V / 3W per pannello. 4 pannelli: 24V / 12W

1. Raccogli le cose necessarie.

2. I diodi Schottky e le connessioni del pannello sono già presenti.

3. Configurazione della misurazione come mostrato.

4. Comincio misurando Voc e Isc.

5. Successivamente mi occupo un po' del carico per ottenere un MPP approssimativo.

6. Ho riconfigurato i miei resistori fissi in modo da poter concentrare le mie misurazioni sull'MPP, ho fatto due serie per cercare di individuare l'MPP esatto.

Risultati:

Voc: 25,9 V / Isc: 325 mA

Vmpp: 20.0V / Impp: 290mA

Pmpp calcolato: Vmpp x Impp = 5,8 W

Solo per divertimento e confronto: MPP calcolato; Vmpp = Voc x 0,8 = 20,7 V, Impp = Isc x 0,9 = 292 mA

Fattore di riempimento: FF = (Vmpp x Impp) / (Voc x Isc) = 0,69

Sfortunatamente mi sembra di aver smarrito il foglio di lavoro Excel che stavo usando, quindi nessun grafico o serie registrata per questo array di pannelli.

Regolazione modulo MPPT:

La prossima è la regolazione del modulo MPPT.

Quando ho selezionato Vout ho deciso che posso ricaricare una batteria agli ioni di litio da 12 V o collegare l'uscita a un modulo di ricarica USB da 5 V / 2 A (ingresso 7,5-28 V CC).

Il modulo MPPT è stato regolato utilizzando i seguenti parametri:

Vin = 20,0 V / Vout = 12,3 V / Ichg = 600 mA / Idone = 100 mA

1. "ripristinare" i trimpot come descritto, collegare i miei multimetri digitali e impostare la mia sorgente di tensione CC regolabile su Vin = 20,0 V

2. Regolo il trimpot MPPT fino a quando la tensione di uscita smette di aumentare, quindi utilizzo il trimpot CV per impostare la tensione di uscita su Vchg = 12,3 V

3. Cortocircuitando l'uscita tramite un multimetro digitale (impostato su DC current 10A) regolo il trimpot CC su Ichg = 600mA

4. Collegando il carico del mio resistore, regolo il carico fino a quando non ottengo la corrente di uscita = Idone = 100 mA, quindi regolo il trimpot del LED in modo che il LED cambi solo colore.

5. La variazione del carico conferma che il LED cambia colore come previsto. FATTO!

Passaggio 9: Risultati - Il mio array 2

Specifiche:

Pannello: CNC170x170-18, 6 pannelli in parallelo.

Dimensioni: 170x170x3mm

Valutazioni: 18 V / 4,5 W per pannello. 6 pannelli: 18V / 27W

Risultati:

Voc: 20,2 V / Isc: 838 mA

Vmpp: 15,6 V / Impp: 821 mA

Pmpp calcolato: Vmpp x Impp = 12,8 W

L'array di pannelli fornisce poco meno della metà della potenza nominale.

Regolazioni MPPT:

Il modulo MPPT è stato regolato utilizzando i seguenti parametri:

Vin = 15,6 V / Vout = 13,6 V / Ichg = 850 mA / Idone = 100 mA

Passaggio 10: Risultati - Il mio array 3

Specifiche:

Pannello: CNC170x170-18, 4 pannelli in parallelo.

Dimensioni: 170x170x3mm

Valutazioni: 18 V / 4,5 W per pannello. 4 pannelli: 18V / 18W

Risultati:

Voc: 20,5 V / Isc: 540 mA

Vmpp: 15,8 V / Impp: 510 mA

Pmpp calcolato: Vmpp x Impp = 8,1 W

L'array di pannelli fornisce poco meno della metà della potenza nominale.

Regolazioni MPPT:

Il modulo MPPT è stato regolato utilizzando i seguenti parametri:

Vin = 15,8 V / Vout = 13,6 V / Ichg = 550 mA / Idone = 100 mA

Fase 11: Risultati - My Array 3 (giorno nuvoloso)

Specifiche:

Pannello: CNC170x170-18, 4 pannelli in parallelo.

Dimensioni: 170x170x3mm

Valutazioni: 18 V / 4,5 W per pannello. 4 pannelli: 18V / 18W

Risultati:

Voc: 18,3V / Isc: 29mA

Vmpp: 14,2 V / Impp: 26 mA

Pmpp calcolato: Vmpp x Impp = 0,37 W

Stesso array e configurazione utilizzati nel passaggio precedente, ma con risultati chiaramente diversi.

Rispetto alla produzione raggiunta in una giornata di sole è abbastanza chiaro che questi pannelli non saranno di grande utilità in condizioni nuvolose.