Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych

marek_34 25 Oct 2011 16:33 31658 36
Relpol
  • Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych

    Jest to prosty układ kontroli napięcia, który możemy wykorzystać do aplikacji przy pozyskiwaniu energii z wiatru lub słońca. Układ zbudowany został w oparciu o wzmacniacz operacyjny tl081, przekaźnik samochodowy i kilka elementów dyskretnych. Ten sam układ może być również wykorzystany do odłączania zasilania przy zbyt niskim napięciu. Przeznaczony dla napięć 12 oraz 24 V.

    Kontroler zawiera dwa potencjometry do ustalenia dolnej i górnej granicy załączania napięcia. Dla typowego zastosowania dla akumulatora 12 V powinniśmy ustawić górną granicę na ok. 15 V, a dolną na 12 V. Źródło prądowe jest podłączone do układu przez normalnie zwarte styki przekaźnika. Gdy akumulator osiągnie napięcie 15 V, nastąpi przełączenie źródła na obciążenie w postaci rezystora dużej mocy. Gdy napięcie baterii spadnie poniżej 12 V, układ ponownie podłączy akumulator do generatora. W układzie występują dwie diody LED - jedna sygnalizuje pracę układu, a druga podłączenie obciążenia.

    Schemat układu:

    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych

    Źródło: http://www.thebackshed.com/windmill/articles/TL084-Controller.asp

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    marek_34
    Level 18  
    Offline 
    marek_34 wrote 332 posts with rating 264, helped 6 times. Live in city Katowice. Been with us since 2006 year.
  • Relpol
  • #2
    SylwekK
    Level 32  
    Wolę oryginalny sterownik, który na bieżąco doładowuje mi aku, a nie czeka aż mało co zostanie. Przede wszystkim układ jest nieco przekomplikowany jak na takie proste zadanie. Spokojnie na jednym komparatorze da się zrobić całą jego inteligencję z o wiele mniejszą liczbą elementów...
  • #3
    Freddy
    Level 43  
    W dzisiejszych czasach jest tyle specjalizowanych układów scalonych w cenie poniżej 5$ za sztukę, że robienie czegoś takiego mija sie z celem. Zwłaszcza wybrana metoda włączania i przełączana na rezystor jest delikatnie mówiąc dziwna.
  • #5
    Svavo
    Level 23  
    androot wrote:
    Jedyne uzasadnienie tego rezystora, to żeby w momencie kiedy akumulator jest naładowany i odłączony przekaźnikiem, generator miał obciążenie i nie rozpędził się do zbyt dużej prędkości.

    Moc rezystora musi tez być dostosowana do mocy generatora/panelu fotowoltaicznego. Do paneli fotowoltaicznych lepsze są regulatory szeregowe.
    Pozdro.
  • Relpol
  • #6
    _jta_
    Electronics specialist
    Panelu fotowoltaicznego nie należy zwierać (a ten opornik, to prawie zwarcie - przy 15V przez 0.1R popłynie 150A),
    bo od tego może się spalić - to oznacza, że należałoby zrobić wersję bez tego opornika. No i do takiego panelu nie 6
    diod, a jedna, na odpowiedni prąd - przecież on ma określony znak napięcia; dioda jednak jest potrzebna - ten panel
    zawiera diody, które ładowany akumulator polaryzuje w kierunku przewodzenia - włączenie przekaźnika w czasie,
    gdy panel nie jest oświetlony (w nocy) powoduje rozładowywanie akumulatora przez panel, jak nie ma diody...
  • #7
    zieluś
    Level 18  
    Czy rezystor to nie marnowanie drogocennej Energi nie lepiej przepiąć na pomocniczy akumulator ?? tego a na rezystor tylko wtedy kiedy nie ma wystarczającej mocy
  • #9
    angol16
    Level 2  
    Czy istnieje możliwość podłączenia takiego układu bezpośrednio pod prądnice 18V?
    A jeśli tak to jak wyglądałby wtedy ten schemat (bez przekaźnika)?
  • #11
    Sebastian.R
    Level 20  
    No przecież przetwornice impulsowe są w takim użyciu. Do paneli słonecznych używa się regulatorów ładowania. Wszystko obija się o napięcie panela , taki regulator. Na tą chwilę próbuję zrobić taką przetwornicę (próbowałem już na UC3843 ale mi nie wyszła - nie wystarczająca wiedza i nieco skomplikowana budowa), postawiłem na NE555 -schemat dostępny na elektrodzie jest w prawdzie do lamp Nixie ale po modyfikacji nadaje się chyba do ładowania akumulatora.Po tej przeróbce wygląda to tak:
    https://obrazki.elektroda.pl/9597263900_1330711726.gif
  • #13
    Sebastian.R
    Level 20  
    Mosfet na moment załącza panel solarny do układu powodując "naładowanie" się dławika , gdy odpuści - dławik poprzez diodę oddaje energię do kondensatora. Mój schemat jest przerobiony zgodnie z teorią dotyczącą przetwornic impulsowych. Jedynie u mnie kluczuję załączaniem żródła napięcia poprzez odcięcie/załaczenie bieguna ujemnego (dlatego mosfet N ). Opisane jest w tym wykładzie : http://www.mif.pg.gda.pl/homepages/jasiu/stud/UE/Wykl-19-zailacze-imp.pdf
    Cytat:
    Tranzystor spełnia rolę klucza , którego czasy włączenia ton i wyłączenia toff
    zależą od prostokątnego sygnału sterującego Us.
    Cewka indukcyjna gromadzi energię pola magnetycznego w czasie załączenia
    klucza ton i przekazuje ją do obciążenia RL w czasie toff.
    W chwili, gdy tranzystor przewodzi prąd dławika IL i tym samym prąd kolektora
    IC narastają (liniowo). Po upływie czasu załączenia ton tranzystor znajdzie się w
    stanie wyłączenia. Zgromadzona w polu magnetycznym energia indukuje SEM
    o odwrotnej polaryzacji i dioda D zaczyna przewodzić prąd do obciążenia.


    Raz kupiłem dawno temu regulator na 24V by móc ładować akumulator (cała ta infrastruktura była u teścia na działce). Niestety teściu odpinając czy podpinając ten regulator coś zwarł i finalnie wśrodku się popaliło co tylko możliwe. Zdolny :] Ja gdzieś ten regulator położyłem i mi go wje..ło :cry: Także teraz muszę coś wykombinować by ładować akumulator z panela który fabrycznie ma ponad 50V czyli poza zakresem możliwości regulatorów ogólnodostepnych. Nie ma możliwości zmiany połaczeń wewnątrz gdyż to jest poklejone i uszczelnione ,a nie chciałbym by coś się tam dostało i uszkodziło.
    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych
    To ten nowy panel . Poprzedni był zrobiony przeze mnie z takich cienki płytek aluminiowych (strasznie kruchych , których lutowanie było mega uciążliwe) i dawał napięcie koło 28-35V jak fest zaświeciło słoneczko a prąd był z 1A - za regulatorem. dlatego mogłem taki regulator zastosować . W obecnej chwili dysponuję innym panelem o napięciu nieco wyższym.
    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych

    Na temat przetwornicy podwyższającej napięcie ,a w szczególności jak ona działa jest poświęcony temat : Link
    Podwyższającej , oznacza że w tamtym temacie jest o takiej co podwyższa napięcie. Link podałem by poczytać parę fajnych informacji na temat tego typu przetwornicy i by móc skonfrontować/ porównać z taką co napięcie obniża (zwrócić należy uwagę na umiejscowienie w obwodzie dławika, diody , kondensatora i tranzystora kluczującego).
  • #14
    _jta_
    Electronics specialist
    Sebastian.R wrote:

    To jest cytat z opisu działania układu przetwornicy typu buck (to najlepszy układ do obniżania napięcia,
    powyżej jest uproszczony schemat). Ale mi nie chodzi o to, jak działa normalna przetwornica, bo to wiem,
    a o to, jak ma działać twój układ. Widziałem najmniej kilka typów układów przetwornic, ale twój jakoś
    mi do żadnego nie pasuje, nawet nie wiem, na którym się wzorowałeś - może zechciałbyś to wyjaśnić?
    Jakbyś spróbował samodzielnie opisać działanie, to może byś je zrozumiał na tyle, by nie pomylić?
    Jeśli uzyskujesz napięcie ponad 60V, a na wyjściu ma być 24V, to potrzebujesz je obniżać, nie podwyższać...
  • #15
    Sebastian.R
    Level 20  
    A , skoro nie rozumiesz to może tak Ci rozjaśnię :
    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych
    Przerobiony układ niewiele się różni od oryginału.
    Tak samo źródło napięcia Uwe impulsowo załączane jest do układu (bo czy załącza się je "od dołu" czy "od góry" to akurat dla mnie różnicy nie ma), prąd Iwe płynie do węzła łączenia diody z dławikiem. Popatrz na układ z pozycji tego węzła. Ma się impulsowo pojawiać prąd/napięcie by dławik ładować. Jak tranzystor nie przepuści przez kolektor-emiter to jakby układ z baterią/ogniwem solarnym rozwarty był. Akurat wtedy dławik ma szansę pozbyć się mocy do kondensatora polaryzując ją dzięki diodzie. Tak samo jest na przerobionym przeze mnie schemacie. Mosfet "od dołu załącza ogniwo by mógł się naładować ten dławik. Napięcie Us które pojawia się słupkami aktywuje tranzystor a generowane jest przez NE555 , które jest uzależnione od tranzystora BC547 , który z kolei ma na bazę podawane napięcie (prąd) z dzielnika napięcia ustawianego za pomocą PR-ka. No prościej się wytłumaczyć nie da.
    Przeczytaj początek wykładu z pdf-a , tam jest o obniżającej napięcie ,a potem o podwyższającej - jak do tych lamp nixie .
    Co do wiatrowych elektrowni to nie wiem jakie tam napięcia panują , bo żadnej jeszcze nie mam. Ale co do paneli solarnych to ci powiem że jedną konstrukcję działającą mam która z 24V robi 14V by naładować akumulator. Niestety , panel który teraz zamontowałem na dachu posiada właściwości takie jak na tabliczce znamionowej (wyżej prezentowane jest zdjęcie), więc wyższe napięcie które muszę zniżyć do około 14V. Dlatego prezentowana konstrukcja przetwornicy może dziwnie wygląda ale jest zgodna z teorią zawartą w wykładzie z polibudy (dokument w pdf-ie).

    _jta_ wrote:
    Sebastian.R wrote:

    To jest cytat z opisu działania układu przetwornicy typu buck (to najlepszy układ do obniżania napięcia(A),
    powyżej jest uproszczony schemat). Ale mi nie chodzi o to, jak działa normalna przetwornica, bo to wiem,
    a o to, jak ma działać twój układ. Widziałem najmniej kilka typów układów przetwornic, ale twój jakoś
    mi do żadnego nie pasuje, nawet nie wiem, na którym się wzorowałeś - może zechciałbyś to wyjaśnić?
    Jakbyś spróbował samodzielnie opisać działanie, to może byś je zrozumiał na tyle, by nie pomylić(B)?
    Jeśli uzyskujesz napięcie ponad 60V, a na wyjściu ma być 24V, to potrzebujesz je obniżać, nie podwyższać(C)...


    A. Świta nadzieja że się rozumiemy...
    B. Ja się nie mylę ,ale chyba Ty się tu zgubiłeś :)
    C. Cały czas w 2 pod rząd odpowiedziach "napieram" że z tych 85-62V chcę zrobić jakieś 14 , ale jak widzę nie dość mocno to podkreślam.
    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych

    PS.
    Jakie to szczęście że trafiłem na taki temat który jeszcze zamknięty nie został przez jakiegoś moderatora, a traktuje o czymś bezsprzecznie pożytecznym. Ja jak próbuję zacząć taki wątek to z miejsca jest zamykany i wrzucany do kosza. Albo ktoś nie lubi paneli słonecznych , albo akumulatorów ,albo mnie :D .
    DIY Zagranica jest dobrym miejscem bo panele sprowadziłem z Niemiec. A skoro to lwia część projektu to ta reszta w postaci akumulatora i regulatora to "pikuś".
  • #16
    _jta_
    Electronics specialist
    Jeśli to ma być przetwornica buck, to biegunowość tranzystora nie pasuje do biegunowości wszystkiego na lewo od niego
    - pamiętaj, że MOSFET-y mocy zawsze mają zintegrowaną diodę, która przewodzi przy napięciu w przeciwną stronę,
    więc sterowanie prawie nie ma na niego wpływu, będzie przewodził cały czas, z małą różnicą spadku napięcia.

    (W tym rysunku "postawionym na głowie" należało zmienić tranzystor, zamiast NPN wstawić PNP)

    Z kolei, jakbyś chciał zmienić biegunowość MOSFET-a, to układ sterowania nie będzie do niego pasował, niezależnie
    od tego, czy zastosujesz MOSFET-a z kanałem P, czy odwrotnie włączysz MOSFET-a z kanałem N.

    Więc chyba trzeba poodwracać biegunowość wszystkiego, co jest na lewo od MOSFET-a, i będzie prawie dobrze;
    prawie, bo równolegle do ogniwa słonecznego będzie potrzebny kondensator - inaczej będzie wykorzystane tylko
    podczas przewodzenia MOSFET-a, a więc przy dużym obniżaniu napięcia przez zdecydowaną mniejszość czasu.
  • #17
    Sebastian.R
    Level 20  
    W pełni się zgadzam. Racja. Powinien wtedy być PNP. To do tego schematu "na głowie".
    A co do tego:

    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych

    To zmodyfikowałem jedynie część wykonawczą, czyli ułożenie diody i dławika względem siebie. Pierwotnie, przy przetwornicy podwyższającej napięcie dławik był w gałęzi między zasilaniem 9-12V a mosfetem. No i do tego jeszcze inaczej dioda była wstawiona. Widać to na rysunku:

    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych

    Porównałem po prostu teorię przetwornic podwyższających napięcie z obniżającymi.
    W tych podwyższających mamy zwieranie tranzystora do masy, a w tych drugich załączanie źródła napięciowego (baterii).
  • #18
    _jta_
    Electronics specialist
    No i rzecz w tym, że przerabiając pomyliłeś biegunowość - ten dolny układ jest OK, do drenu IRF740 dochodzi
    plus zasilania, a w górnym minus. Zrobiłeś dwie zmiany: dostosowałeś przetwornicę do zasilania z panelu,
    przerobiłeś przetwornicę podwyższającą napięcie na obniżającą - nie wiem, przy której zmianie zrobiłeś błąd.
    Będzie jeszcze problem z regulacją napięcia wyjściowego - po pierwsze, będzie ujemne, więc taki układ, jak
    był, nie będzie się nadawał; po drugie, on i tak był do niczego, bo za mało dokładny do ładowania akumulatora.
  • #19
    Sebastian.R
    Level 20  
    Czyli reasumują , jak będzie wyglądał układ na bazie NE555 obniżający napięcie do tych 14V ?
    Bo faktycznie masz rację . Moje przeróbki "psu na budę" się nawet nie zdają. :(

    Ostatnia szansa :
    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych
    C3 o napięciu adekwatnie wyższym jak napięcie panela.
    Dobra przeróbka ?
    Bo jak nie to się poddaję.
    Równolegle do panela jaki dać kondensator ? Oczywiście z racji napięcia na panelu to nie mniej jak 100V.
  • #20
    onepiotr
    Level 25  
    Sebastian.R jak tam przetwornica?? Miałeś kilka słonecznych dni i coś się udało? :D

    Interesuje mnie jaki dławik zastosowałeś? Przy takich napięciach jestem ciekaw jak z mocą wyjściową i ew. grzaniem elementów.

    Jest taki LM2576. Bardzo ładnie pracuje, ale do max Uwe=60V w wersji HV. Wydajność 3A no i minimum elementów: 2 opory, 2 kondensatory, dioda i dławik.
    Musiałbyś tylko ograniczyć maksymalne napięcie z solara. Ogranicznik prądu do 3A na Lm350. To mogło by zakończyć Twoje krucjaty :D :idea:

    Ja poszukuję układu który przy wejściowym 8V..15V da mi stabilne 12V. Podobnie jak Ty odwiedziłem sporo tematów na forum, ale albo zamuliłem, albo nic takiego jeszcze nie znalazłem :cry:
  • #21
    Sebastian.R
    Level 20  
    Z racji tego że u mnie na panelu napięcie przekracza 40V (a więc prostego regulatora ładowania) pomyślałem że może da się przekonwertować je do napięcia niższego za pomocą przetwornicy napięcia której szkic przedstawiam poniżej?
    Kontroler ładowania dla baterii słonecznych / elektrowni wiatrowych
    Oczywiście zasada działania jak w tych w/w przetwornicach. To połączenie sztucznego zera z uzwojeniem wtórnym chyba niepotrzebne.
    Co o tym myślicie ?
  • #22
    _jta_
    Electronics specialist
    To ma być przetwornica? Wyobrażasz sobie, że to będzie działać?
    Ja w każdym razie nie widzę, jak to mogłoby działać...

    Do obniżania napięcia podstawowym układem jest układ "buck":
    kondensator równolegle do panela (dla panela bardzo potrzebny),
    tranzystor jako przełącznik, dioda do masy, i szeregowo dławik.

    Ze względu na dużą nadwyżkę napięcia można by było pomyśleć
    o zastąpieniu dławika autotransformatorem, da się uzyskać lepszą
    sprawność, ale autotransformator trudniej prawidłowo wykonać
    i ze względu na indukcyjność rozproszenia komplikuje układ.

    Jest jeszcze inny sposób przetwarzania napięcia: silnik + prądnica.
    Ale jest to pewnie dość ciężkie, i jest to mechanizm, który się zużywa.

    Przy ładowaniu akumulatora z baterii słonecznej warto wykorzystać
    przetwornicę do dobierania punktu pracy tej baterii - opisują to w:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_point_tracker
  • #23
    Sebastian.R
    Level 20  
    Pomysł na tą przetwornicę wziął się robiąc przetwornicę 12/230V na trafo od halogenów i układzie 4047. No ja wiem że z akumulatora można pociągnąć niezły prąd a z panela solarnego tak nie ma. Owszem przetwornica BUCK się tu nadaje świetnie. Fakt.
    Chodzi mi o to czy tworząc sztuczne "0" te dwa kondensatory będą mi się ładować?
    Dzielnik rezystorów wiem że musi być by wymusić to sztuczne "0". Poprzez mosfety chciałbym na przemian z kondensatorów ubierać tej "mocy" do trafo.
  • #25
    Sebastian.R
    Level 20  
    Nie ma pewności co by poleciało. Niebawem sprawdzę to w praktyce. Nie wiem tylko jaka częstotliwość by była odpowiednia. Muszę pocztać o przetwornicach bo zielony jestem. Patrząc na tabliczkę to napięcie średnie powinno być na poziomie 62V . Muszę więc zrobić detekcję 30V i -30V która pozwoli mi naprzemiennie sterować mosfetami poprzez jakiś układ (może na Attiny2313 bo akurat mam?). Wiem że kombinuję ale gotowego rozwiązania nie ma, a panele mają dobry stosunek ceny do energii jaką można z nich mieć (150zł +wysyłka około 35zł - kurier)
  • #28
    _jta_
    Electronics specialist
    A jak chcesz rozładować bramkę MOSFET-a P? Raz naładujesz i już na stałe będzie włączony. ;)
    Osobna sprawa, że jak się chce szybko włączyć MOSFET-a, to się ładuje jego bramkę prądem 1A
    (to pozwala go włączyć w czasie rzędu 0.1µs - można mniejszym prądem, odpowiednio wolniej).
  • #30
    Sebastian.R
    Level 20  
    Kolega OnePiotr dał link na wagę złota. Ciekawe czemu wyszukiwarka na elektrodzie mi nie pokazała tego tematu (choć inne mało co pomocne pokazała). Teraz mam pytanie do tamtego schematu : czy zamiast układów IR mógłbym bezpośrednio pod TL494 podłączyć bramkę mosfeta STD5NK50Z ? Oczywiście przy obniżeniu napięcia zasilania do 30V (RDS(on) = 1.22 Ω, Vgs=30V według specyfikacji mosfeta). Czy to będzie dobrze działać ? Dziękuję za odpowiedź.

    Do moderatora: Waść zlituj się i daj mi przeczytać co o moim pomyśle napiszą ludzie co przetwornice impulsowe nie mają dla nich tajemnic. Nie wrzucaj zaraz do kosza. Proszę.
    Piszę w tym temacie bo chciałbym dowiedzieć się co mogę zrobić na komponentach które obecnie posiadam. A chciałbym zrobić przetwornice do w/w baterii słonecznych.