REGOLATORE DI CARICA SOLARE ARDUINO (Versione-1): 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

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Nelle mie precedenti istruzioni ho descritto i dettagli del monitoraggio energetico di un sistema solare off grid. Ho anche vinto il concorso dei circuiti 123D per questo. Puoi vedere questo ARDUINO ENERGY METER.

Infine inserisco il mio nuovo controller di carica versione 3. La nuova versione è più efficiente e funziona con l'algoritmo MPPT.

Puoi trovare tutti i miei progetti su:

Puoi vederlo cliccando il seguente link.

REGOLATORE DI CARICA SOLARE ARDUINO MPPT (versione 3.0)

Puoi vedere il mio controller di carica versione 1 facendo clic sul seguente link.

REGOLATORE DI CARICA SOLARE ARDUINO (Versione 2.0)

Nel sistema di energia solare, il controller di carica è il cuore del sistema che è stato progettato per proteggere la batteria ricaricabile. In questo tutorial spiegherò il controller di carica PWM.

In India la maggior parte delle persone vive in aree rurali dove la linea di trasmissione della rete nazionale non è ancora disponibile. Le reti elettriche esistenti non sono in grado di fornire l'elettricità necessaria a quei poveri. Quindi fonti di energia rinnovabile (pannelli fotovoltaici e impianti eolici) generatori) sono l'opzione migliore credo. Conosco meglio il dolore della vita del villaggio poiché anch'io vengo da quella zona. Così ho progettato questo controller di carica solare fai-da-te per aiutare gli altri e per la mia casa. Non puoi credere, il mio sistema di illuminazione solare fatto in casa aiuta molto durante il recente ciclone Phailin.

L'energia solare ha il vantaggio di essere meno soggetta a manutenzione e priva di inquinamento, ma il suo principale svantaggio è l'alto costo di fabbricazione, la bassa efficienza di conversione dell'energia. Poiché i pannelli solari hanno ancora un'efficienza di conversione relativamente bassa, il costo complessivo del sistema può essere ridotto utilizzando un efficiente regolatore di carica solare in grado di estrarre la massima potenza possibile dal pannello.

Che cos'è un controller di carica?

Un regolatore di carica solare regola la tensione e la corrente provenienti dai pannelli solari che si trova tra un pannello solare e una batteria. Viene utilizzato per mantenere la corretta tensione di carica sulle batterie. All'aumentare della tensione di ingresso dal pannello solare, il regolatore di carica regola la carica delle batterie prevenendo eventuali sovraccarichi.

Tipi di controller di carica:

1. ON OFF

2. PWM

3. MPPT

Il regolatore di carica più elementare (tipo ON/OFF) controlla semplicemente la tensione della batteria e apre il circuito, interrompendo la carica, quando la tensione della batteria sale a un certo livello.

Tra i 3 controller di carica MPPT ha la massima efficienza ma è costoso e necessita di circuiti e algoritmi complessi. Come hobbista principiante come me, penso che il controller di carica PWM sia il migliore per noi che viene trattato come il primo significativo progresso nella ricarica della batteria solare.

Cos'è il PWM:

Pulse Width Modulation (PWM) è il mezzo più efficace per ottenere una carica della batteria a tensione costante regolando il rapporto di lavoro degli interruttori (MOSFET). Nel regolatore di carica PWM, la corrente dal pannello solare si riduce in base alle condizioni della batteria e alle esigenze di ricarica. Quando una tensione della batteria raggiunge il setpoint di regolazione, l'algoritmo PWM riduce lentamente la corrente di carica per evitare il riscaldamento e la formazione di gas della batteria, tuttavia la carica continua a restituire la massima quantità di energia alla batteria nel più breve tempo possibile.

Vantaggi del regolatore di carica PWM:

1. Maggiore efficienza di ricarica

2. Maggiore durata della batteria

3. Ridurre il surriscaldamento della batteria

4. Riduce al minimo lo stress sulla batteria

5. Possibilità di desolfatare una batteria.

Questo regolatore di carica può essere utilizzato per:

1. Ricarica delle batterie utilizzate nel sistema solare domestico

2. Lanterna solare in zona rurale

3. Ricarica del telefono cellulare

Penso di aver descritto molto sullo sfondo del controller di carica.let inizia a creare il controller.

Come i miei precedenti tutorial, ho usato ARDUINO come micro controller che include PWM e ADC su chip.

Passaggio 1: parti e strumenti necessari:

Parti:

1. ARDUINO UNO (Amazzonia)

2. LCD 16x2 CARATTERI (Amazon)

3. MOSFET (IRF9530, IRF540 o equivalente)

4. TRANSISTORS (2N3904 o transistor NPN equivalenti)

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

6. CONDENSATORE (Amazon / 100uF, 35v)

7. DIODO (IN4007)

8. DIODO ZENER 11v (1N4741A)

9. LED (Amazon / Rosso e Verde)

10. FUSIBILI (5A) E PORTAFUSIBILE (Amazon)

11. TAGLIERE DEL PANE (Amazon)

12. SCHEDA FORATA (Amazon)

13. FILI DEL PONTICELLO (Amazon)

14. SCATOLA DEL PROGETTO

15.6 TERMINALE A VITE SPINOTTO

16. SQUADRE DI MONTAGGIO SCOTCH (Amazon)

Utensili:

1. TRAPANO (Amazon)

2. PISTOLA PER COLLA (Amazon)

3. COLTELLO HOBBY (Amazon)

4. SALDATORE (Amazon)

Passaggio 2: circuito del controller di carica

Divido l'intero circuito del controller di carica in 6 sezioni per una migliore comprensione

1. Rilevamento della tensione

2. Generazione del segnale PWM

3. Commutazione MOSFET e driver

4. Filtro e protezione

5. Display e indicazione

6. CARICO ON/OFF

Passaggio 3: sensori di tensione

I sensori principali nel controller di carica sono sensori di tensione che possono essere facilmente implementati utilizzando un circuito divisore di tensione. Dobbiamo rilevare la tensione proveniente dal pannello solare e la tensione della batteria.

Poiché la tensione di ingresso del pin analogico ARDUINO è limitata a 5 V, ho progettato il partitore di tensione in modo tale che la tensione di uscita da esso dovrebbe essere inferiore a 5 V. Ho usato un pannello solare da 5 W (Voc = 10 V) e un pannello solare da 6 V e 5,5 Ah Batteria SLA per immagazzinare l'energia. Quindi devo abbassare sia la tensione a un valore inferiore a 5 V. Ho usato R1 = 10 k e R2 = 4,7 K nel rilevamento di entrambe le tensioni (tensione del pannello solare e tensione della batteria). Il valore di R1 e R2 può essere inferiore a uno, ma il problema è che quando la resistenza è bassa, una corrente maggiore scorre attraverso di essa di conseguenza una grande quantità di potenza (P = I^2R) dissipata sotto forma di calore. Quindi è possibile scegliere un valore di resistenza diverso, ma occorre prestare attenzione per ridurre al minimo la perdita di potenza attraverso la resistenza.

Ho progettato questo controller di carica per le mie esigenze (batteria da 6 V e pannello solare da 5 W, 6 V), per una tensione maggiore è necessario modificare il valore dei resistori del divisore. Per scegliere i resistori giusti puoi anche utilizzare un calcolatore online

Nel codice ho chiamato la variabile "solar_volt" per la tensione dal pannello solare e "bat_volt" per la tensione della batteria.

Vout=R2/(R1+R2)*V

lasciare che la tensione del pannello = 9V durante la luce solare intensa

R1=10k e R2=4,7 k

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

lasciare che la tensione della batteria sia 7V

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

Entrambe le tensioni dai divisori di tensione sono inferiori a 5v e adatte per pin analogico ARDUINO

Calibrazione ADC:

facciamo un esempio:

uscita effettiva volt/divisore= 3,127 2,43 V è uguale a 520 ADC

1 è uguale a.004673V

Utilizzare questo metodo per calibrare il sensore.

CODICE ARDUINO:

for(int i=0;i<150;i++) { sample1+=analogRead(A0); //leggere la tensione di ingresso dal pannello solare

sample2+=analogRead(A1); // legge la tensione della batteria

ritardo(2);

}

campione1=campione1/150;

campione2=campione2/150;

solar_volt=(campione1*4.673* 3.127)/1000;

bat_volt=(campione2*4.673* 3.127)/1000;

Per la calibrazione ADC fare riferimento alle mie istruzioni precedenti dove ho spiegato in modo approfondito.

Passaggio 4: generazione del segnale Pwm:

Secondo classificato al concorso Arduino

Secondo classificato nella sfida dell'elettronica verde