Controler fotovoltaic MPPT

[silicipi]

Salutari tuturor! Dupa mult timp cat am stat pe tusa si doar am citit, asta datorita timpului limitat, astazi mi-a venit si mie timpul sa lucrez ceva si sper ca de acum voi avea mai mult timp. Pentru ca am mare nevoie de un controler MPPT ptr panourile fotovoltaice, am cautat indelung si am gasit un proiect complet, cu microcontroler, Hex si chiar codul sursa , desii eu nu ma pricep la programare. Schema e un convertor buck, cu mosfet canal P, comandat de microcontrolerul PIC16f88 care face si managementul incarcarii bateriilor cu cele trei stadii de incarcare, respectiv Bulk, Absortion, Float si optiunea manuala de egalizare. Partea nasoala este ca schema a fost dezvoltata ptr un curent de incarcare de maxim 10-15A. Eu vreau sa o fac de 60A curent de incarcare si am nevoie de sfaturile celor priceputi, in special Smilex, eventual se pot aduce imbunatatiri schemei. Precizez ca am deja controlerul executat, in varianta de 15A.

Tensiunea la intrare ar trebuii sa urce pana la 150V maxim, desii cred ca ma voi limita la 75V deoarece mosfetii pe care ii am sunt de maxim 100V, respectiv IRF5210, canal P. Tensiunea bateriilor este de 24V.

O prima imbunatatire pe care o vad eu, ar fii eliminarea diodei de la intrare si inlocuirea ei cu un releu bcare sa decupleze cand se lasa intunericul, adica atunci cand tensiunea panourilor scade sub tensiunea bateriilor.

Alta nedumerire este comanda mosfetilor. Driverul cu tranzitori, credeti ca poate comuta corect o capacitate de intrare de  16nF, respectiv 6 mosfeti IRF5210?

Bobona nu am mai stat sa o calculez, am un program de la IRF, Poawer Stage Designer, si de acolo mi-a dat valoarea de 60uH, ptr 29V la iesire, un curent de 60A, 

Voi atasa pe parcurs intreg proiectul, inclusiv Hex, dar mai intai doar schema, intrucat sunt limitat de platforma forumului.

112794_1410211B_MPPT_Solar__Rev1__Software.zip

Editat Ianuarie 14, 2015 de silicipi

[smilex]

Curentul de incarcare trebuie sa fie precis gestionat pentru a respecta graficele. Sa luam exemplul unor baterii de 300Ah pe care vrei sa le incarci cu 60A pana la 28,8V, apoi mentii la 28,8V pana curentul scade la 10A (sau cat ar fi recomandat la float) iar apoi mentii la 10A nonstop. Si aici apare marea problema: daca vrei sa extragi maxim din panou, trebuie sa mentii panoul la mppt, nu sa te mintereseze regimul de incarcare. Adica daca mppt-ul e de 50V, cresti sau scazi curentul de incarcare ca sa poti mentine cei 50V mppt pentru a beneficia de maximul de putere extrasa din panou. Iar asta inseamna ca nu mai poti mentine un regim ideal de incarcare. Curentul va fi dat de luminozitate pana la 28,8V, mentinerea la 28,8 se face cu distrugerea mppt, iar floatul se obtine prin curentul foarte mic al panoului la tensiuni mari si mentinerea la 28,8 (sau alta valoare). Trebuie deci sa te decizi daca respecti regimul ideal de incarcare (cum pare construita schema postata) sau daca vrei sa extragi maxim din panou, ca cele doua principii se exclud reciproc. Sfatul meu este sa respecti regimul ideal (al acumulatorilor tai) numai daca ai un surplus pe panouri care iti ofera un bilant energetic pozitiv, adica nu consumi cat primesti de la panou per ansamblu. Daca te scalzi in energie, e bine sa respecti regimul ideal de incarcare, chiar cu sacrificarea energiei, pentru ca mareste putin durata de viata a acumulatorilor. Dar daca consumi si de la retea pentru ca nu-ti ajunge cat da panoul, atunci e recomandat sa respecti mppt-ul sacrificand regimul ideal. Aprecierea iti apartine, pana nu stabilesti directia, discutiile asupra solutiilor sunt inutile. Fac precizarea ca acea solutie dezvoltata cu matache era pentru mppt, nu pentru regimul ideal de incarcare.

Editat Ianuarie 14, 2015 de smilex

[silicipi]

Referitir la regimul de incarcare, softul din microcontroler face asta, adica chargerul este unul MPPT care analizeaza de cateva ori pe secunda produsul curent tensiune de la intrare pana gaseste maximul pe care il mentine apoi, la cateva secunde iar calculeaza si tot asa. Primeaza insa regimul de incarcare al acumulatorilor cu cele trei stadii mentionate mai sus, si doar daca bateriile sunt descarcate sub un anumit nivel se trece la urmarirea MPPT panou pana la terminarea stadiului de absorbsotion, odata inceput stadiul de float nu se mai tine cont de MPPT decat in momentul in care  luminozitatea scade si odata cu ea si curentul in surplus. Acum ce s-ar  mai putea  imbunatatii ar fi limitarea curentului de incarcare, dar asta cred se putea face numai din soft  altfel se afecteaza stadiile de incarcare. Ar fii de discutat si aici.

Bobina e iar un punct important, am un miez de pulbere asemanator cu T184, dar cred ca o voi executa cu platbanda de 0,4 pe un miez EE55 cu intrefier, 60uH, e bine, e rau? Care ar fii compromisul ?

De asemenea ma intereseaza daca driverul cu tranzistori poate comuta 6 buc IRF5210 sau IRF6218, dioda de la intrare si cat de potrivite ar fii   diodele DSSK 60-015A sau 40CPQ100, pentru 100 sau maxim 150V la intrare, ramane sa ma hotarasc.

[pisica matache]

Eu zic ca poti combina schema cu PIC, cu cea conceputa de @smilex... http://www.tehnium-azi.ro/index.php?app=core&module=attach&section=attach&attach_rel_module=post&attach_id=11913

Adica iei semnalul PWM, de la iesirea PIC si-l aplici la intrarea driverului flotant. Ce nu vad in schema ta, masurarea curentului prin acumulator. Poate ma insel, dar cred ca e nevoie si de curentul de incarcare, sa se poata realiza corect stadiile.

Editat Ianuarie 15, 2015 de pisica matache

[smilex]

Nu am fost inteles.

Acel mppt se poate mentine numai prin variatia curentului extras, Ar fi o incredibila coincidenta ca ce se extrage din panou pentru mentinerea mppt sa coincida ca echivalent cu acel curent ideal al oricarui stadiu de incarcare. Daca vrei 60A incarcare iar panoul iti genereaza echivalentul a 70A la mppt, esti obligat sa distrugi mppt-ul pentru a respecta regimul. Imi pare mai potrivita solutia maririi capacitatii acumulatorilor si extractia maxima din panou, astfel incat sa permita mppt si daca echivalentul e de 70A.

Extractia maximului de putere din panou si regimul ideal de incarcare se exclud reciproc.Daca mentii mppt, curentul de incarcare este cel maxim generat in prima etapa, dar cat anume, nu se poate controla. In mod normal tu ar trebui sa speri: cat mai mare posibil.

[pisica matache]

Acumulatorii folositi la fotovoltaice sunt de regula foarte scumpi si au un anumit nr de cicluri incarcare/descarcare. De aceea probabil se prefera incarcarea lor ca la carte, pentru o durata de functionare cat mai mare, chit ca se pierde energie.

Pe de alta parte, acumulatorii au la randul lor o sarcina, conectata direct sau prin invertoare. De aceea, chiar daca acumulatorii sunt incarcati, curentul produs de panouri, poate merge la consumatori.

[Flopi]

Este evident ca regimul MPPT nu se poate mentine pentru oricare din modurile ideale de incarcare ale acumulatorilor. NU se poate face MPPT decat daca energia data de panouri la un moment dat este mai mica decat cea "inghitita" de acumulatori in acel moment (indiferent de regimul de incarcare). In plus graficul ala de incarcare ideala nu este posibil decat daca energia data de panouri este MAI MARE decat cea absorbita de acumulatori. Deci totul este un compromis.

Trecand peste asta, dupa mine, cautarea maximului in programul de mai sus poate fi imbunatatita. Programul cauta regimul optim al panoului parcurgand umplerea de min la max, mentine respectiva valoare un timp si apoi cauta iar in acelasi fel. La fiecare cautare se pierde energie. Eu as parcurge de la min la MPPT +1, apoi in jos pana la MPPT -1 si tot asa permanet. In felul asta sistemul se "invarte" constant in jurul MPPT. E usor sa gasesti nod im papura... Poate ma apuc de o implementare de la 0 cand o sa am timp...

Alta problema ar fi partea de putere. Pentru 60A, cu siguranta trebuie aleasa alta arhitectura mai eficienta. Ma gandesc la un buck sincron - mosfeti N, un IR2110 sau similar, si uC. Aici vreu sa fac apel la experienta lui Smilex. Eu am gandit ca buck-ul sa treaca de la sincron la clasic (folosind dioda din mosfetul dinspre masa) in functie de curentul de incarcare, pentru a evita scurtcircuitarea acumulatorului de catre mosfetul dinspre masa. Toata treaba asta o poate face uC-ul dar nu stiu daca driverul flotant poate functiona in regimul asta...

[silicipi]

Salutari! Azi nu am avut acces la internet, cativa de-al de Dorel au sectionat fibra optica, destu;l de des si suprator in ultima vreme. Revenind la oile noastre, azi am vb cu Matache la telefon, dar si cu Flopir ciu ceva timp in urma. Sunt sigur ca Flopir( Florin) ne va ajuta cu un soft ca si in cazul inverorului sinus pur, dar va mai dura ceva timp, acum e si el, ca si mine tatic cu doi pici, si credeti-ma e o adevarata aventura. 

Propunerea lui Matache e iarasi cred eu buna, insa nu stiu daca de poate cupla schema gandita de Smilex si adusa azi in discutie de Matache, cu ceeea ce am propus eu. Daca e posibil ar fi super, deoarece schema gandita de Smilex anterior are si posibilitatea limitarii curentului cat si redresare sincron, ceeea ce este ideal si ar putea duce randamentul undeva intre 92-95%, ceeea ce ar fii super in cazul nostru. Un charger de la Wantrex sau Midnite care face asta costa intre 500 si 800$, ceeea ce e mult peste ce pot eu la ora actuala. Bancul meu de baterii insumeaza aproximativ 600Ah la 24V, deci un curent de incarcare de 60A e ideal, chiar super, mai ales ca panourile mele, 6 bucati de 240W ( Vmpp=30V, Impp=7,98A, Ugol=37V) pot sustine curentul acesta la o insorire perpendiculara pe panouri. 

Asa cum a spus si Flopir partea de forta este buba, si aici trebuie sa discutam. Eu am executata deja schema de mai sus, si pot revenii cu oscilograme, si teste, in vederea punerii la punct a partii de forta, asta pana cand Flopir coace softul propus de el, care mi se pare ca lucreaza mult mai  bine, ramane insa de vazut. Poate se pot cupla schema mea cu cea a lui Smilex, desii intrevad deja o problema, si anume limitarea de curent care acolo comanda UC3843, eventual se poate actiona in pinul SD al driverului flotant dupa cum mi-a sugerat Matache la telefon.  Acum lucrurile sper ca au fost intelese, asteptam propunerea lui smilex.

Atasez si schema propusa de Smile, de altfel functionala, Matache a testat-0 la curenti de 100A si redresarea sincrona functioneaza ok, acum sa vedem daca se poate adapta partea de microcontroler la schem lui Smilex.

Editat Ianuarie 15, 2015 de silicipi

[pisica matache]

Eu nu vad nici-un motiv care sa faca imposibila combinarea celor doua scheme. Asa cum iti spuneam, MC citeste doar tensiune si curent panou, respectiv tensiune baterie. In functie de astea, modifica umplerea. Deci intre PIC si acumulator, ar merge orice etaj de putere.

Referitor la limitarea cuentului, cred ca s-ar putea folosi pentru citirea curentului prin acumulatori, un senzor de curent Hall, de 100A, ACS756.

Scapi astfel de sunt, AO, tensiune negativa, se alimenteaza cu 5V, ca si PIC-ul. Pentru 0A, tensiunea de iesire e de 2,5V, la 100A, e vreo 5V, la -100A, tensiunea e cca 0V. Cu tensiunea asta, printr-un semireglabil si un filtru RC, ai putea comanda direct pinul SD al IR2184, driverul flotant.Sau daca nu direct, amplificata.

Editat Ianuarie 15, 2015 de pisica matache

[silicipi]

Solutia cu ACS756, desi destul de scump, e fff eficienta si usor de implementat, practic se mai adauga ceva la eficienta, e de luat in seama.

[pisica matache]

Pe ebay, sunt destul de ieftine http://www.ebay.com/sch/i.html?_odkw=acs756-100&_from=R40&_osacat=0&_from=R40&_trksid=p2045573.m570.l1313.TR0.TRC0.H0.Xacs756&_nkw=acs756&_sacat=0

Eu am comandat cateva, dar dureaza pana ajung, cred ca peste o luna de zile.

[smilex]

M-am minunat de propria-mi schema. Da, ar trebui sa fie protector la scurtul low, dar oricum, personal nu-mi place buck sincro pe acumulator. Ma face sa ma foiesc cumva pe scaun. Poate un buck clasic nu inseamna pierderi chiar atat de mari. 0,5V (schottky) la 60A ar fi grosier vorbind, cam 30W.

Silicipi, daca ai 1,4kW la panou si 24V la baterii, cu 60A necesari, poti sa mergi linistit pe mppt ca pana la 28,8 nu ai cum sa generezi curentul de 60. Banuiesc ca daca e mai mic nu influenteaza negativ asupra duratei de viata a acumulatorului.

Daca doresti doar o solutie de forta cu comanda driveri aferenta atunci nu mai e nevoie sa precizezi principiul de functionare. Se poate taia/modifica parte din schema urmand ca principiul de functionare sa se stabileasca ulterior din uC, dupa dorinta fiecaruia. 

 

Am uitat pana acum sa precizez ca varianta driverilor din prima schema e indiscutabil inaplicabila la 60A.

Editat Ianuarie 15, 2015 de smilex

[pisica matache]

Apropo de foitul pe scaun...Desi mi s-a parut extrem de ingenioasa protectia, n-am avut curaj s-o testez. Totusi, chiar tu ai amintit la vremea respectiva, o solutie de compromis, redresare sincrona, plus dioda schottky, inseriata cu acumulatorul.

[smilex]

La un mppt de 30V, mos-high sta deschis majoritatea timpului, iar asta inseamna conductie directa foarte scurta pentru dioda in solutia buck clasic, adica pierderi infime pe directa. Dar exista pierderi in comutatie. Cu dioda inseriata cu acumulatorul, pierderile in conductie sunt permanente, deci maxime, dar fara pierderi comutatie. Cu acea solutie cu protectia la low (daca functioneaza) pierderile sunt mici.

Asa-i cand poti alege: nu stii ce...

[silicipi]

Doar ce am copt schema, scuzati culorile, stiu ca Smilex le uraste, dare desenayt in Sprint, in Paint am mai desenat dar imi ia o vesnicie. NU dati cu paru, hai sa vedem unde si ce am gresit. Pot adauga si protectia ptr mosul low, dar mai intai trebuie testata, Matache ,ce zici , te bagi, tu tot ai facuta partea de forta, la urma urmei, pui si tu niste mosi slabi. 

P.S. Smilex, Mppt va fii undeva in jurul tensiunii de 60, voi inseria cate 2 pnouri, deci 3 sringuri a 2 panouri, adica un maxim de 75V cu bateriile incarcate si fara sarcina, si un curent de 24A la insorire maxima si baterii descarcate, deoarece am cabluri de 10mm patrati, mai groase nu am, si asa sunt cam in aer.

Componentele fara valori, nu le-am calculat, poate ma ajutati si voi.

Editat Ianuarie 16, 2015 de silicipi