Design av en MPPT

[Karro]

Em MPPT för solpaneler är något jag tänkt på länge, men mina solpaneler har tuggat på och det har fungerat någotsånär, så behovet har aldrig blivit rikigt akut. Men nu har jag tänkt utvidga paneler med ett annat fabrikat och en annan modell, och helt plötsligt fann jag att det inte skulle fungera så bra. Så en MPPT kom helt plötsligt högst upp på listan.

Men då varje solpanel, eller eventuellt varje grupp av solpaneler av samma fabrikat och konstruktion, behöver sin egen MPPT, hur gör man?

Grunden hade jag tänkt mig Tim Nolans PPT, men en blandning av hans nya och hans gamla och lite förändrad.

Nu tänker jag så här, och här är jag lite osäker. Jag tänker mig en MPPT enligt Tim Nolan modell för varje solpanelsgrupp, men att ingen av dem har funktion för batteriladdning, utan alla maxar och är parallellkopplade till en gemensam utspänning. Efter detta kopplar jag en PWM batteriladdarkrets, som då belastar ner den gemensamma utspänningen och ger MPPTerna jobb. Eftersom varje MPPT har en induktans på utgången, och alltså strömutgång, tänker jag mig att det borde gå att parallellkoppla. Eller tänker jag fel här?

Det känns lite tårta på tårta att först ha en MPPT och sedan en PWM batteriladdare, men jag kan inte komma på något annat sätt att synkronisera flera MPPT med varandra.

En fördel med hela arrangemanget är att varje krets bara behöver switcha maximalt 5A, vilket jag tycker känns lättare än att switcha 20A, eller något. Kanske alla de olika ska synkronisera med varandra, men jag är inte helt säker på att det behövs.

En del gillar Arduino, men jag hade tänkt använda PIC istället, för jag ser egentligen inget behov av en Arduino här. Antagligen klämmer jag på en liten display, lysdiodstapel, eller något till varje, så man kan se vad som händer.

Låter det hela vettigt?

[Karro]

Efter en hel del googlande kommer jag fram till att jag verkar vara på rätt spår. Jag synkroniserar bara omvandlarna och lägger som N-fas. Dvs, har man två blir det motfas, har man 3 blir det trefas, osv. Då minskar ju ripplet också. Dessutom kan man klämma på vindturbin och vattenhjul på samma DC-buss på liknande sätt.
Spänningen blir lite okänd, men jag kan nog styra varje MPPT för maximal utström, oberoende av spänningen och behöver egentlligen inte känna av någon spänning alls. Spänningsavkänning blir då bara för displayen, som kan visa något vackert som - 80W / 95% eller något från solpanelen.

[Emil]

Hej!
Du kan söka efter dsPIC30F2010 på google, det är en rätt snabb PIC "30MIPS" 30miljoner instruktioner / sek (?)
Används bl.a. till 3-fas motorstyrningar eftersom den har 6st PWM-utgångar. Tanka hem databladet från http://www.microchip.com
Den finns i "vanlig" DIL-kapsel inget ytmonterat alltså!
Har själv provat att göra ett digitalt filter med den.

[Karro]

Ett digitalt filter, oj vad avancerat. Jag har en tjock bok om digitala filter, men jag förstår inte matten.
I det här fallet är det dock inga komplicerade beräkningar, utan en vanlig pic räcker långt. Det gäller mest att hålla tungan rätt i mun tror jag.

[Karro]

Efter en eftermiddags jobbande har jag fått en första versionen av effektdelen till MPPTn.
Det här ska sedan styras av någon mikroprocessor, Arduino eller PIC, efter tycke och smak.

mppt.jpg (40.87 KB) Visad 6816 gånger

[toca]

Jag synkroniserar bara omvandlarna

Bara och bara

Lycka till!
Ska bli intressant att följa.
Jag har en del att tacka Tim Nolan för i min MPPT-lösning också för övrigt.

[PowerMizer]

Jag synkroniserar bara omvandlarna och lägger som N-fas.

Bara och bara

Jag säger som deepforest: "Jag tror du måste kolla shispandylen"

[Karro]

Hej!
Du kan söka efter dsPIC30F2010 på google, det är en rätt snabb PIC "30MIPS" 30miljoner instruktioner / sek (?)

Faktiskt har jag ändrat mig och tycker det var ett jättebra förslag. Förut har jag tittat lite på PIC24F, vilket är samma sak men lite enklare. Så finns det ju en bra C-kompilator (även på Linux) gratis! gcc!

[Jonas L]

Ja, en PIC är säkert ett mycket trevligare val än en aurdino till detta! Själv har jag mest använt Atmel AVR på sistone, men om man ska börja utan förutfattade meningar så är det nog väl så bra med PIC.

En fundering jag har är varför du vill mäta batteriströmmen? Ur batteriets synvinkel är det betydligt bättre att mäta batterispänningen. Visst, eftersom du vet ingående effekt och utgående ström kan du räkna fram spänningen, men känns ändå mer direkt att mäta spänningen.

Behövs det verkligen en diod för att spärra backström till panelen? Note to self: Läs på om solpanelsfysik

Jag har inte räknat, men 100 uF känns lite snålt på ingången till en switchomvandlare. Jag skulle kunna tänka mig kanske 1000-5000 uF av en bra men inte extrem sort. Fast visst, man kanske får räkna på detta - eftersom du vill ha 45 V in betyder det minst 63 V-kondingar.

Nästa gång får du gärna göra ett lite större kopplingsschema. Det är smått omöjligt att tyda en del av texterna.

Det blir intressant att följa detta....(jag hoppas att jag inte låter för negativ av mig)

[Karro]

Jag satt dagen igår för att göra ett spreadsheet för att räkna ut vissa värden. De som finns på schemat är tagna från im Nolans konstruktion.

Jag tittade runt på PIC-processorer. dsPic:en drar väldigt hög ström/effekt, om man ska köra på 40MIPS, och det behövs för att PWM:en går på 1/4 av klockan, medans den på en vanlig PIC går på 1/2 klockan. (bummer)
PIC24F är bättre där, drar väldigt mycket mindre ström. Det går att köra 9-bitars PWM i 30kHZ på 16MHz där. Det ska väl banne mig räcka, så så får det bli.

Batteriströmmen mäter jag för att ha något att optimera till en fix spänning, då jag tänkte parallellkoppla flera sådana här och en PWM batteriladdare efter. Men prototypen kommer att bli ensam, så mätning av spänningen på utgången kommer till.

Backdioden är från Tim Nolan, att spärra bakspänning på natten. Jag har inte tänkt närmare på det ännu.

Enligt en beskrivning behövs inte mycket ingångskapacitans. Däremot behöver ingångskapacitansen tåla hög rippelström. Jag får den till 3A, så kondensatorn behöver ökas bara för den skull. Eventuellt ännu mer när solpanelen blir varm. Hur varm kan en solpanel bli? Kanske jag borde simulera effektkretsen, men jag har aldrig gjort simulationer förut. Det är nog dags att lära sig det nu.

[Karro]

Så, idag har jag lärt mig mer om solpaneler, och kommit fram till följande:

Man kan inte enkelt parallellkoppla solpaneler av olika storlek eller fabrikat. Åtminstone bör de ha samma obelastade spänning, Voc.
Seriekopplar man solpaneler ska de ha bypass-dioder, annars kan en solpanel som skuggas gå sönder. Av samma skäl ska parallellkopplade solpaneler ha blockerings-dioder.

Se schemat hur man kopplar:

Blocking_Diodes.gif (20.47 KB) Visad 6575 gånger

[Jonas L]

Ok jag har läst på lite också. Jag känner mig lite tveksam till att man faktiskt kan köra sönder solceller på natten eller i skuggan, men det är ju oavsett en energiförlust som man inte vill ha. Däremot känns hans koppling väldigt överdriven. Har en annan idé, men ska fundera lite till innan jag avslöjar den...

Om man vill testa så är detta en bra sida. Jag skulle inte lita hundraprocentigt på den, men det är mycket enklare att byta en komponent och se resultatet än om man sätter upp allt i PSpice och ska joxa med modeller av alla komponenter.
http://www.poweresim.com/

Ingångskapacitansen är ju dessutom en del av EMI-filtret. Ju mindre strömrippel desto bättre. Särskilt om man sätter panelerna en bit bort.

[Karro]

Med tanke på hur dyra solpanelerna är, så tänker jag iallafall inte tänka "det går nog ändå". Jag har ju drabbats av "det händer aldrig att blybatterier exploderar", så jag är rädd för att följande kan hända:

HEAT6A.JPG (68.1 KB) Visad 6648 gånger

[Emil]

Huh! Den där bilden ser ut som ett dyrt haveri , hoppas att det inte var dina paneler Karro!

Jag har tittat lite på konstruktionen och läst dokumentationen i Nolan´s MPPT och kommit fram till att det kan räcka med en liten PIC12F683 till bygget. Den klarar 20kHz PWM med 10-bitars upplösning. I klartext blir det att man kan variera pulsbredden från 0-100% i 1024 steg. 8-bitar ger 256 steg vilket borde räcka. Behövs finare reglering egentligen?
PIC12F683 har inbyggd A/D också för mätning av " V och A "

20kHz är acceptabelt hög frekvens ändå, är nog i praktiken ohörbart. Lägre frekvens ger en stor spole + risken att man får lyssna på ett tjutande ljud från MPPT:n
Högre frekvens ger mindre spole men ökade förluster i "switchningen" av MOSFET:en, får bli en kompromiss som vanligt.

Lite idéer och tips...
Elektrolytkondensatorerna för switchade nätaggregat ska ha låg ESR "Equivalent Series Resistance". Det går bra att använda fler men kapacitansmässigt mindre kondensatorer och parallellkoppla dessa.
Ett exempel på: http://edc.sanyo.com/english/products/c ... tline.html

För att minska förlusterna i 33uH spolen ( i Nolan's schema) så kan man linda den med s.k. Litztråd, den har många från varandra isolerade ledare. Vid höga frekvenser så "trängs" strömmen mer eller mindre ut mot ytan av ledaren, följden blir att tvärsnittsarean minskar ( = ökade förluster ) så därför använder man Litztråd. Samma fenomen finns i asynkronmotorer, en viss typ använder sig av "strömförträngningsrotor".

Bild på Litztråd, verklig tjocklek på tråden är ca 3mm.

Litztråd.jpg (85.04 KB) Visad 6539 gånger

Sen finns valet av kärnmaterial till spolen, ferrit eller järnpulver. De har lite olika egenskaper.

Tror att jag har några rader kod för att få igång PWM i PIC12F683. Ska testa lite.

[Göran]

När det gäller seriekoppling av solpaneler blir jag lite orolig. Jag har aldrig hört att man behöver sätta bypass-dioder mellan dem och jag har heller aldrig hört att solpaneler gått sönder för att de varit seriekopplade. Just den här frågan med parallell-och seriekoppling av solpaneler vore ämne för en ny tråd.