Spannungsabfall am Solarzellen-MPPT

Die Eigenschaft einer geladenen Solarzelle ist ungefähr eine Konstantstromquelle, bis Sie die maximale Spannung erreichen, und dann fällt sie ziemlich schnell ab. Der Trick bei MPPT besteht darin, das obere Spannungsende dieses Konstantstrombereichs zu erreichen.

Ich glaube, dass Sie wahrscheinlich nur ein wenig zu viel Strom nehmen. Ihr Algorithmus sollte ein Maximum für V*I f oder die Solarzelle suchen .

Ihre Strommessung befindet sich am Batterieende des Stromkreises, es sollte den Strom von der Solarzelle betrachten. Ich sehe auch nicht, wo Sie die Solarzellenspannung messen.

Ihr Schalttransistor ist gemäß Ihrem Diagramm von hinten nach vorne verbunden, die Body-Diode leitet, sodass Sie mit einem kleinen Spannungsabfall eine direkte Übertragung vom Eingang zum Ausgang erhalten. Unter Berücksichtigung des Stroms für die LEDs erklärt dies Ihre Eingangs-Ausgangs-Charakteristik.

Sie benötigen viel größere Glättungskondensatoren am Ein- und Ausgang zusätzlich zu den angezeigten, die von Ihrer Frequenz abhängen, aber > = 220 uF.

Das gesamte System muss überprüft werden und Sie müssen jeden Teil verstehen. Es können nicht nur die Komponenten sein, die ein Problem haben. So wie Ihre Leistungszahlen aussehen, haben Sie zwei Probleme (vorausgesetzt, Sie haben für Ihre Tests eine Art Konstantlichtquelle verwendet, wenn Sie keine Konstantlichtquelle verwenden, sollten Sie vielleicht einen Psychologen aufsuchen). Ich gehe auch davon aus, dass das kommerzielle Setup nahe am optimalen Spitzenleistungspunkt Ihrer Zelle liegt.

1. Die entworfene Schaltung findet wahrscheinlich nicht den optimalen Leistungspunkt, da die Spannungszahl (2,6 V in) nicht nahe am optimalen Punkt für die Zelle liegt und Sie weniger Strom verbrauchen (109 mW gegenüber 168 mW des kommerziellen Aufbaus).

2. Die entworfene Schaltung verbraucht zu viel Strom. Von den 109 mW, die Ihre Schaltung erhalten hat, verbraucht sie 24 mW, was ~ 23 % Ihrer eingehenden Leistung oder 77 % Effizienz entspricht. Die Schaltung kann besser sein, DC-DC-Wandler erreichen heutzutage einen Wirkungsgrad von über 90%.

Vorschläge, wohin Sie von hier aus gehen können:

1. Überprüfen Sie Ihren MPPT-Algorithmus, dies kann schwierig sein. Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, wie sie funktionieren . Es gibt auch verschiedene Algorithmen und einige sind effizienter als andere. Eine andere Sache, die Sie wahrscheinlich tun möchten, ist eine Art Simulationssoftware zu finden, mit der Sie etwas vergleichen können. LT Spice könnte möglicherweise verwendet werden und ist kostenlos und kann für fast jede Art von Simulation verwendet werden . Ich habe es zuvor für MPPT-Algorithmus-Simulationen verwendet. Manchmal müssen Sie kreativ werden und Laplace, B-Quellen und Komparatoren verwenden, um Ergebnisse zu erhalten, aber es ist machbar. Sogar Solarzellen lassen sich in Spice simulieren. Ich würde auch ein Plug-in für Simulink einbauen, aber das ist schwieriger zugänglich.

2. Finden Sie heraus, wo in Ihrem Stromkreis Strom verbraucht wird. Dies kann mit einem Oszilloskop erfolgen, indem jede Komponente überprüft wird (wie eine Differenzspannung mit zwei Sonden an jeder Komponente). Eine Leistungsberechnung kann für den FET, die Induktivität und den Kondensator durchgeführt werden. Stellen Sie sicher, dass Sie verstehen, wie Abwärtswandler funktionieren . Ich vermute, dass Ihre PWM-Wellenform möglicherweise in Bezug auf Ihre Kondensator- und Induktorwerte optimiert werden muss. (Ich hoffe, Sie haben ein Oszilloskop). Spice könnte auch eine gute Möglichkeit sein, Probleme mit der Stromversorgung zu finden. Simulieren Sie Ihren DC/DC-Wandler mit gewürzten Komponenten und sehen Sie, wo die Leistungsentnahme in jeder Komponente liegt. Vergleichen Sie dann Ihre Wellenformen mit der realen Welt und notieren Sie die Unterschiede.

Was Sie bauen, ist komplex, Sie müssen jedes Teil verstehen und sicherstellen, dass es funktioniert, indem Sie zuerst die Dinge entwerfen (verwenden Sie die Buck-Gleichungen und stellen Sie sicher, dass alles funktioniert) und dann die Korrektheit testen und überprüfen. Wenn Sie dies nicht tun, werden Sie Problemen wie Komponenten nachjagen, wenn das gesamte System ein Problem hat. Nutzen Sie auch Energie zu Ihrem Vorteil, Leistungsberechnungen können viel bewirken.

Es scheint, dass Sie ursprünglich einen anderen Transistor verwendet haben, ihn aber jetzt durch denselben ersetzt haben. Sie haben jedoch nichts über die Entfernung von R12 gesagt? Der Punkt ist, dass, wenn Ihre Schaltung nicht mit dem kommerziellen Modul identisch ist, Sie nicht erwarten sollten, dass sie so funktioniert.
Sobald Sie die identische Hardware haben , ist die einzige verbleibende Möglichkeit die Programmierung der MCU. Wenn Sie also immer noch Probleme haben, liegt das daran, dass Sie nicht denselben oder einen gleichwertigen Algorithmus verwenden.

Sie versorgen die MCU direkt von einer Solarzelle, Sie haben sehr niedrige Leistungspegel, die fast bis zu den Arbeitsbedingungen einer MCU reichen, und daher denke ich, dass sich die kommerziellen um die Energiesparfunktionen der MCU kümmern, Sie nicht.

Attiny MCUs verfügen über Energiesparfunktionen. Hier können Sie über die Schlafmodi von ATTiny85 lesen.

Lesen Sie "Energieverwaltung und Schlafmodi" auf dem attiny85-Datenblatt. Versuchen Sie zuerst den Leerlaufmodus, in dem die PWM funktioniert. Sie können es durch den PWM-Interrupt aufwecken und bei jedem Zyklus Berechnungen durchführen und in den Leerlauf gehen, oder Sie können mit einem langsameren Timer-Interrupt Berechnungen bei jedem 4-5-Schritt der Haupt-PWM durchführen. Wenn es nicht ausreicht, tut es der echte Schlafmodus. Aber PWM funktioniert dort nicht. Sie müssen es mit Watchdog-Timer-Interrupts implementieren.

Ich habe Ihr Projekt mit Atmega328p durchgeführt (Verwenden Sie Atmel Studio und nativen C-Code. Arduino-APIs sind für Ihr Projekt sehr langsam)

Jedenfalls hatte ich zunächst ähnliche Ergebnisse wie du. So beheben Sie das Problem:

• Ganz wichtig: Eingangskondensatoren an Ihrem Modul. Wenn Sie keine Eingangskondensatoren haben (für Ihr System würde ich einen Bereich von ~ 1000 bis ~ 10000 uF empfehlen), wenn Sie diesen Mosfet ein- und ausschalten, fahren Sie auf der gesamten VI-Kurve des Solarpanels und wenn Ihre Mikrocontroller-Geschwindigkeit, um diesen Schwung zu verstehen und darauf zu reagieren, ist langsamer als die VI-Schwunggeschwindigkeit, Sie werden den MPP nie erfassen. Eine Lösung hierfür besteht darin, einen schnelleren Mikrocontroller zu verwenden und besseren Code mit C und Inline-Assemblierung zu schreiben. Das ist schwierig. Eine andere Lösung ist die Verwendung größerer Eingangskondensatoren! Was sie tun, ist im Wesentlichen, den VI-Ausschlag auf ein Niveau zu senken, das Ihr Mikrocontroller verstehen und schnell genug reagieren kann. Denken Sie daran, dass dies wichtig ist, denn wenn Sie dieses Problem nicht beheben, wird Ihr Projekt dies niemals tunarbeiten. Um den VI-Swing zu verstehen und zu bewerten, schreiben Sie einfach Code von Duty Cycle 0-100 in PWM und sehen Sie, wie sich die Eingangsspannung des Moduls ändert. Wenn Sie viele Oberschwingungen sehen (Höhen und Tiefen, auch Spannungsschwankungen genannt), bedeutet dies, dass Sie größere Kondensatoren benötigen.

• Ein weiteres wichtiges Thema: Liefert das Solarpanel direkt Strom für ATTiny? Wenn dies der Fall ist, erhalten Sie beim PWM des Solarpanels möglicherweise eine LVD auf attiny. Schalten Sie zuerst den Mikrocontroller aus einer guten Quelle ein. Analysieren Sie Ihre Ergebnisse und Ihren Algorithmus. Versuchen Sie dann, es mit dem Solarpanel mit Strom zu versorgen, und sehen Sie, wie es von dort aus weitergeht. Weil sich der Mikrocontroller bei Ihrer aktuellen Konfiguration möglicherweise selbst herunterfährt? (Geben Sie Osilloskopdaten an, wenn Sie können.)

• Was sieht Ihr Mikrocontroller (wie in Spannung) an seinen Ein- und Ausgängen? An PC senden und beobachten. Wenn möglich, stellen Sie uns bitte eine Kopie zur Verfügung. (Sie benötigen ein Arbeitszyklus-Spannungs- / Stromdiagramm sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang). Ihr einziger kontrollierbarer Parameter ist der PWM-Dutcy-Zyklus. Also, zeichne es auf.

Mit mehr Daten können wir Ihre Lösung besser ansprechen.

Viel Glück

Dies ist nicht die Antwort, die Sie erwarten, aber es ist wichtig zu wissen, warum Ihr Design fehlgeschlagen ist. Beginnen Sie immer mit Spezifikationen wie diesen Kurven, bevor Sie mit einem Design beginnen, sonst ist ein Scheitern unvermeidlich.

Die Lastlinie der PV bei maximaler Leistung ist der Ort der Betriebspunkte. Ihre LED-Lasten von 20 mA übersteigen möglicherweise die Kapazität Ihrer Zelle, wodurch der Controller unwirksam wird.

Es gibt 3 signifikante Variablen;

• die Leistungskapazität des PV-Generators V,I
• die Umgebungstemperatur
• die solare Eingangsleistung / m² oder in [W/m] bei 25 ° C oder gleichwertige Messung

[ ] [ ] 3

Effizienzgrößen in allen PV-Generatoren.

Für zukünftige Forschung

Sobald Sie Voc Isc oder Pmax und Pin definiert haben, kann ein Design beginnen. Das Ziel für die maximale Leistungsübertragung kann als angepasste Impedanzkurve gegenüber T['C], Pin (Solar) und Pout max definiert werden. verstehen, dass es sich um eine spannungsbegrenzte Stromquelle mit einer nichtlinearen Lastleitung handelt. Wenn Sie die Lastleitung mit allen Variablen simulieren können, können Sie sie mit einer VIEL einfacheren Schaltung so gut ausführen wie die Werbung. (wie der PV-Simulator)

Ich weiß, dass diese Antwort nicht so detailliert ist wie die andere, aber ich denke, Sie sollten Ihren R10 und R11 in einen größeren Widerstand (z. B. 1k) umwandeln. Denn je kleiner der Widerstand, desto mehr Strom wird gezogen.