ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER (Versie-1): 11 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

[Video afspelen]

In mijn vorige instructables beschreef ik de details van energiemonitoring van een off-grid zonnestelsel. Ik heb daarvoor ook de 123D-circuitscompetitie gewonnen. Je kunt deze ARDUINO ENERGY METER zien.

Eindelijk post ik mijn nieuwe versie-3 laadregelaar. De nieuwe versie is efficiënter en werkt met het MPPT-algoritme.

U kunt al mijn projecten vinden op:

U kunt het zien door op de volgende link te klikken.

ARDUINO MPPT SOLAR LAADCONTROLLER (versie-3.0)

U kunt mijn versie-1 laadcontroller zien door op de volgende link te klikken.

ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER (Versie 2.0)

In het zonne-energiesysteem is de laadregelaar het hart van het systeem dat is ontworpen om de oplaadbare batterij te beschermen. In deze instructie zal ik de PWM-laadregelaar uitleggen.

In India wonen de meeste mensen op het platteland waar de transmissielijn van het nationale elektriciteitsnet tot nu toe niet is bereikt. De bestaande elektriciteitsnetten zijn niet in staat om de arme mensen te voorzien van de elektriciteitsbehoefte. Dus hernieuwbare energiebronnen (fotovoltaïsche panelen en wind- generatoren) zijn de beste optie denk ik. Ik weet beter over de pijn van het dorpsleven, aangezien ik ook uit dat gebied kom. Dus heb ik deze doe-het-zelf-laadcontroller op zonne-energie ontworpen om zowel anderen als mijn huis te helpen. Je kunt niet geloven dat mijn zelfgemaakte zonne-verlichtingssysteem veel helpt tijdens de recente cycloon Phailin.

Zonne-energie heeft het voordeel dat het minder onderhouds- en vervuilingsvrij is, maar hun belangrijkste nadelen zijn de hoge fabricagekosten en de lage energieconversie-efficiëntie. Aangezien zonnepanelen nog steeds een relatief laag conversierendement hebben, kunnen de totale systeemkosten worden verlaagd met behulp van een efficiënte zonnelaadregelaar die het maximaal mogelijke vermogen uit het paneel kan halen.

Wat is een laadregelaar?

Een solar laadregelaar regelt de spanning en stroom afkomstig van uw zonnepanelen die tussen een zonnepaneel en een accu wordt geplaatst. Het wordt gebruikt om de juiste laadspanning op de accu's te behouden. Naarmate de ingangsspanning van het zonnepaneel stijgt, regelt de laadregelaar de lading naar de accu's, waardoor overladen wordt voorkomen.

Soorten laadregelaar:

1. AAN UIT

2. PWM

3. MPPT

De meest eenvoudige laadregelaar (AAN/UIT-type) bewaakt eenvoudig de accuspanning en opent het circuit, waardoor het opladen stopt wanneer de accuspanning tot een bepaald niveau stijgt.

Van de 3 laadcontrollers heeft MPPT de hoogste efficiëntie, maar het is duur en heeft complexe circuits en algoritmen nodig. Als een beginnende hobbyist zoals ik denk ik dat PWM-laadcontroller het beste voor ons is, wat wordt behandeld als de eerste belangrijke vooruitgang in het opladen van zonnebatterijen.

Wat is PWM:

Pulsbreedtemodulatie (PWM) is de meest effectieve manier om de batterij met constante spanning op te laden door de werkverhouding van de schakelaars (MOSFET) aan te passen. In de PWM-laadcontroller loopt de stroom van het zonnepaneel taps toe, afhankelijk van de toestand van de batterij en de oplaadbehoeften. Wanneer een accuspanning het regelinstelpunt bereikt, vermindert het PWM-algoritme langzaam de laadstroom om verwarming en gasvorming van de accu te voorkomen, maar het opladen blijft de maximale hoeveelheid energie teruggeven aan de accu in de kortste tijd.

Voordelen van PWM laadregelaar:

1. Hogere laadefficiëntie

2. Langere levensduur van de batterij

3. Verminder oververhitting van de batterij

4. Minimaliseert de spanning op de batterij

5. Mogelijkheid om een batterij te desulfateren.

Deze laadregelaar kan worden gebruikt voor:

1. Opladen van de batterijen die worden gebruikt in het zonne-huissysteem

2. Zonnelantaarn in landelijk gebied

3. Mobiele telefoon opladen

Ik denk dat ik al veel heb beschreven over de achtergrond van de laadregelaar. Laat maar beginnen met het maken van de regelaar.

Net als mijn eerdere instructables gebruikte ik ARDUINO als de microcontroller met on-chip PWM en ADC.

Stap 1: Benodigde onderdelen en gereedschappen:

Onderdelen:

1. ARDUINO UNO (Amazone)

2. 16x2 KARAKTER LCD (Amazon)

3. MOSFETS (IRF9530, IRF540 of gelijkwaardig)

4. TRANSISTORS (2N3904 of gelijkwaardige NPN-transistoren)

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

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

7. DIODE (IN4007)

8. ZENER-DIODE 11v (1N4741A)

9. LEDS (Amazon / Rood en Groen)

10. ZEKERINGEN (5A) EN ZEKERINGHOUDER (Amazon)

11. BROODPLANK (Amazone)

12. GEPERFOREERDE KAART (Amazon)

13. JUMPER DRADEN (Amazone)

14. PROJECTBOX

15.6 SPELDSCHROEFAANSLUITING

16. SCOTCH MONTAGEVIERKANTEN (Amazon)

Gereedschap:

1. BOOR (Amazone)

2. LIJMPISTOOL (Amazone)

3. HOBBYMES (Amazone)

4. SOLDEERBOUT (Amazone)

Stap 2: Laadregelaarcircuit

Ik verdeel het hele circuit van de laadregelaar in 6 secties voor een beter begrip

1. Spanningsdetectie:

2. PWM-signaalgeneratie:

3. MOSFET-schakeling en stuurprogramma:

4. Filter en bescherming

5. Display en indicatie

6. LADEN AAN/UIT

Stap 3: Spanningssensoren

De belangrijkste sensoren in de laadregelaar zijn spanningssensoren die eenvoudig kunnen worden geïmplementeerd met behulp van een spanningsdelercircuit. We moeten de spanning detecteren die afkomstig is van het zonnepaneel en de batterijspanning.

Omdat de ingangsspanning van de analoge pin van ARDUINO beperkt is tot 5V, heb ik de spanningsdeler zo ontworpen dat de uitgangsspanning ervan minder dan 5V zou moeten zijn. Ik gebruikte een 5W (Voc = 10v) zonnepaneel en een 6v en 5,5 Ah SLA-batterij voor het opslaan van de stroom. Dus ik moet zowel de spanning verlagen tot lager dan 5V. Ik gebruikte R1 = 10k en R2 = 4,7K bij het detecteren van beide spanningen (zonnepaneelspanning en batterijspanning). De waarde van R1 en R2 kan lager zijn, maar het probleem is dat wanneer de weerstand laag is, er een hogere stroom doorheen stroomt, waardoor een grote hoeveelheid vermogen (P = I ^ 2R) wordt gedissipeerd in de vorm van warmte. Er kan dus een andere weerstandswaarde worden gekozen, maar er moet voor worden gezorgd dat het vermogensverlies over de weerstand tot een minimum wordt beperkt.

Ik heb deze laadregelaar ontworpen voor mijn behoefte (6V batterij en 5w, 6V zonnepaneel), voor een hogere spanning moet je de waarde van de scheidingsweerstanden wijzigen. Voor het kiezen van de juiste weerstanden kun je ook een online rekenmachine gebruiken

In code heb ik de variabele "solar_volt" genoemd voor spanning van het zonnepaneel en "bat_volt" voor batterijspanning.

Vuit=R2/(R1+R2)*V

laat paneelspanning = 9V tijdens fel zonlicht

R1=10k en R2=4,7 k

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

laat de batterijspanning is 7V

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

Beide spanningen van spanningsdelers zijn lager dan 5v en geschikt voor ARDUINO analoge pin

ADC-kalibratie:

laten we een voorbeeld nemen:

werkelijke volt/deler uitgang = 3,127 2,43 V is gelijk aan 520 ADC

1 is gelijk aan.004673V

Gebruik deze methode om de sensor te kalibreren.

ARDUINO-CODE:

for(int i=0;i<150;i++) {sample1+=analogRead(A0); // lees de ingangsspanning van zonnepaneel

sample2+=analogRead(A1); // lees de batterijspanning

vertraging(2);

}

monster1=monster1/150;

monster2=monster2/150;

solar_volt=(voorbeeld1*4.673* 3.127)/1000;

bat_volt=(voorbeeld2*4.673* 3.127)/1000;

Raadpleeg voor ADC-kalibratie mijn vorige instructables waar ik diepgaand heb uitgelegd.

Stap 4: Pwm-signaalgeneratie:

Tweede plaats in de Arduino-wedstrijd

Tweede plaats in de Green Electronics Challenge