MPPT는 최대 전력 점 추적기의 약자로, 연결된 배터리가 태양 광 패널에서 사용 가능한 최대 전력을 활용하도록 태양 광 패널 모듈의 다양한 전력 출력을 최적화하도록 설계된 전자 시스템입니다.

소개

참고 :이 게시물에서 논의 된 MPPT 회로는 'Perturb and observe', 'Incremental Conductance', 'Current Sweep', 'Constant voltage'등의 기존 제어 방법을 사용하지 않습니다. 집중하고 몇 가지 기본 사항을 구현해보십시오.

태양 전지판의 입력 '와트'가 항상 부하에 도달하는 출력 '와트'와 같도록합니다.
'니 전압'은 부하에 의해 방해받지 않으며 패널의 MPPT 영역이 효율적으로 유지됩니다.

패널의 무릎 전압 및 전류는 무엇입니까?

간단히 말해, 무릎 전압은 '개방 회로 전압' 패널의 레벨, 무릎 전류는 '단락 전류' 주어진 순간에 패널의 측정.

위의 두 가지가 가능한 한 멀리 유지되면 부하가 작동하는 동안 MPPT 전력을받는 것으로 가정 할 수 있습니다.

제안 된 디자인을 살펴보기 전에 먼저 다음과 관련된 몇 가지 기본 사실에 대해 알아 보겠습니다. 태양 전지 충전

우리는 태양 전지판의 출력이 입사 태양 광의 정도와 주변 온도에 정비례한다는 것을 알고 있습니다. 태양 광선이 태양 광 패널에 수직 일 때 최대 전압을 생성하고 각도가 90도에서 멀어짐에 따라 열화 패널 주변의 대기 온도도 패널의 효율에 영향을 미치며 온도 상승에 따라 감소합니다. .

따라서 우리는 태양 광선이 패널 위 90도에 가깝고 온도가 약 30 도일 때 패널의 효율이 최대에 도달하면 위의 두 매개 변수가 정격 값에서 벗어나기 때문에 속도가 감소한다고 결론을 내릴 수 있습니다.

위의 전압은 일반적으로 배터리 충전에 사용됩니다. 납축 전지 , 차례로 인버터 작동에 사용됩니다. 그러나 태양 전지판에는 자체 작동 기준이 있습니다. , 배터리도 적지 않으며 최적의 충전을위한 엄격한 조건을 제공합니다.

조건은 배터리가 처음에는 상대적으로 더 높은 전류로 충전되어야하며 배터리가 정상 정격보다 15 % 더 높은 전압에 도달하면 점차적으로 거의 0으로 감소되어야합니다.

약 11.5V의 전압을 가진 완전히 방전 된 12V 배터리가 초기에 약 C / 2 속도 (배터리의 C = AH)로 충전 될 수 있다고 가정하면 배터리 충전이 상대적으로 빠르게 시작되고 전압이 몇 시간 내에 약 13V.

이 시점에서 전류는 C / 5 비율로 자동 감소되어야합니다. 이렇게하면 배터리를 손상시키지 않고 빠른 충전 속도를 유지하고 다음 1 시간 내에 전압을 약 13.5V로 높이는 데 도움이됩니다.

위의 단계에 따라 이제 전류를 C / 10 속도로 더 줄여 충전 속도와 속도가 느려지지 않도록 할 수 있습니다.

마지막으로 배터리 전압이 약 14.3V에 도달하면 프로세스가 C / 50 속도로 감소되어 충전 프로세스가 거의 중단되지만 충전 수준이 낮아지는 것을 제한 할 수 있습니다.

전체 프로세스가 완전 방전 된 배터리를 충전합니다. 6 시간 이내 배터리 수명에 영향을주지 않습니다.

MPPT는 위의 절차가 특정 태양 전지판에서 최적으로 추출되도록 보장하기 위해 정확히 사용됩니다.

“고역 통과 필터 위상 변이 ”

태양 전지판은 고전류 출력을 제공하지 못할 수 있지만 확실히 더 높은 전압을 제공 할 수 있습니다.

트릭은 태양 전지판 출력의 적절한 최적화를 통해 더 높은 전압 레벨을 더 높은 전류 레벨로 변환하는 것입니다.

이제 더 높은 전압을 더 높은 전류로 또는 그 반대로 변환하는 것은 벅 부스트 컨버터를 통해서만 구현할 수 있기 때문에 혁신적인 방법 (약간 부피가 크지 만)은 인덕터에 많은 전환 가능한 탭이있는 가변 인덕터 회로를 사용하는 것입니다. 태양 광에 관계없이 부하에 대한 출력이 항상 일정하게 유지되도록 변화하는 태양 광에 응답하여 스위칭 회로에 의해 탭을 토글 할 수 있습니다.

개념은 다음 다이어그램을 참조하여 이해할 수 있습니다.

회로도

LM3915를 메인 프로세서 IC로 사용

위 다이어그램의 메인 프로세서는 IC LM3915 감소하는 태양 광에 대응하여 출력 핀아웃을 위에서 아래로 순차적으로 전환합니다.

이러한 출력은 페라이트 단일 긴 인덕터 코일의 다양한 탭과 차례로 연결된 스위칭 전력 트랜지스터로 구성되는 것을 볼 수 있습니다.

인덕터의 최하단에는 외부에서 구성된 발진기 회로에서 약 100kHz 주파수로 전환되는 NPN 전력 트랜지스터가 부착되어있는 것을 볼 수 있습니다.

파워 트랜지스터는 IC 출력 시퀀싱에 응답하여 IC 스위치의 출력에 연결되어 인덕터의 적절한 탭을 패널 전압 및 100kHz 주파수와 연결합니다.

이 인덕터 턴은 IC 출력 드라이버 스테이지에 의해 스위칭되기 때문에 다양한 탭이 패널 전압과 호환되도록 적절히 계산됩니다.

따라서 절차는 태양 강도와 전압이 떨어지는 동안 계산 된 정격에 따라 주어진 모든 탭에서 거의 일정한 전압을 유지하는 인덕터의 관련 탭과 적절하게 연결되도록합니다.

다음 시나리오의 도움으로 기능을 이해합시다.

코일이 30V 태양 광 패널과 호환되도록 선택되었다고 가정 해 보겠습니다. 따라서 태양이 최고조 일 때 전체 코일을 진동시키는 IC에 의해 가장 위쪽에있는 전력 트랜지스터가 켜졌다 고 가정 해 보겠습니다. 이렇게하면 전체 30V를 전체적으로 사용할 수 있습니다. 코일의 극단.

이제 태양 광이 3V까지 떨어지고 출력이 27V로 감소한다고 가정하면 IC에서이를 빠르게 감지하여 상단의 첫 번째 트랜지스터가 꺼지고 시퀀스의 두 번째 트랜지스터가 켜집니다.

위의 동작은 인덕터의 두 번째 탭 (27V 탭)을 위에서 선택하여 일치하는 인덕터 탭을 전압 응답으로 실행하여 코일이 감소 된 전압으로 최적으로 진동하도록합니다 ... 마찬가지로, 이제 태양 광 전압이 각 트랜지스터에서 더 떨어짐에 따라 사용 가능한 태양 전압에 따라 인덕터의 완벽한 매칭 및 효율적인 스위칭을 보장하는 관련 인덕터 탭으로 '손을 흔들어'.

“전위차계를 사용하여 모터 속도 제어 ”

태양 전지판과 스위칭 벅 / 부스트 인덕터 사이의 위의 일치 응답으로 인해 ... 관련 지점의 탭 전압은 태양 광 상황에 관계없이 하루 종일 일정한 전압을 유지한다고 가정 할 수 있습니다 ....

예를 들어 인덕터가 최상단 탭에서 30V를 생성하고 후속 탭에서 27V, 24V, 21V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 3V, 0V를 생성하도록 설계되었다고 가정하면 이러한 모든 전압은 다음과 같이 가정 할 수 있습니다. 햇빛 수준에 관계없이 이러한 탭에서 일정합니다.

또한 이러한 전압은 패널 전압보다 높거나 낮은 전압을 달성하기 위해 사용자 사양에 따라 변경할 수 있습니다.

위의 회로는 아래와 같이 플라이 백 토 푸지에 서 구성 할 수도 있습니다.

위의 두 구성에서 출력은 태양 광 출력에 관계없이 전압 및 와트 측면에서 일정하고 안정적으로 유지되어야합니다.

I / V 추적 방법 사용

다음 회로 개념은 패널의 MPPT 레벨이 부하에 의해 크게 방해받지 않도록합니다.

“반파 정류기 리플 전압 ”

회로는 패널의 MPPT '무릎'수준을 추적하고 부하가 패널의 무릎 수준을 떨어 뜨리는 원인이 될 수있는 더 이상 어떤 것도 소모하지 않도록합니다.

간단한 단일 opamp I / V 추적 회로를 사용하여이를 수행 할 수있는 방법을 알아 보겠습니다.

벅 컨버터가없는 설계는 초과 전압을 부하에 대한 등가 전류로 최적화 할 수 없으며 이와 관련하여 실패 할 수 있으며 이는 모든 MPPT 설계의 중요한 기능으로 간주됩니다.

LM338 IC 및 opamp를 사용하여 매우 간단하면서도 효과적인 MPPT 유형 장치를 만들 수 있습니다.

제가 디자인 한이 개념에서 연산 증폭기는 패널의 순간적인 MPP 데이터를 계속 기록하고 순간적인 부하 소비량과 비교하는 방식으로 구성됩니다. 이 저장된 데이터를 초과하는 부하 소모를 발견하면 부하를 차단합니다.

IC 741 스테이지는 태양 광 추적기 섹션이며 전체 디자인의 핵심입니다.

태양 전지판 전압은 IC의 반전 핀 2에 공급되는 반면, 직렬로 연결된 3 개의 1N4148 다이오드를 사용하여 약 2V의 강하로 비 반전 핀 3에도 동일하게 적용됩니다.

위의 상황은 IC의 핀 3을 핀 2보다 낮게 유지하여 IC의 출력 핀 6에서 제로 전압을 보장합니다.

그러나 불일치 배터리 또는 고전류 배터리와 같이 비효율적 인 과부하가 발생하면 태양 전지판 전압이 부하에 의해 낮아지는 경향이 있습니다. 이런 일이 발생하면 pin2 전압도 떨어지기 시작하지만 pin3에 10uF 커패시터가 있기 때문에 전위는 견고하게 유지되고 위의 하락에 응답하지 않습니다.

이 상황은 즉시 pin3이 pin2보다 높아지도록 강제하고, 이는 차례로 pin6을 high로 전환하여 BJT BC547을 켭니다.

BC547은 이제 LM338이 배터리 전압을 차단하는 즉시 비활성화하고,주기는 IC의 정격 속도에 따라 빠른 속도로 계속 전환합니다.

위의 작업은 태양 전지판 전압이 부하에 의해 절대 떨어지거나 떨어지지 않도록하여 MPPT와 같은 상태를 전체적으로 유지합니다.

선형 IC LM338이 사용되기 때문에 회로는 다시 약간 비효율적 일 수 있습니다. 해결 방법은 LM338 스테이지를 벅 컨버터로 교체하는 것입니다. 이는 설계를 매우 다재다능하고 진정한 MPPT와 비교할 수있게 만드는 것입니다.

아래 그림은 벅 컨버터 토폴로지를 사용하는 MPPT 회로입니다. 이제 설계가 상당히 의미가 있으며 실제 MPPT에 훨씬 더 가깝게 보입니다.