Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Regulator ładowania/zasil. grzałki 20A z wejściem do 100V Bociana, MPPT inaczej

BocianXX 10 Sie 2017 13:42 2403 25
  • #1 10 Sie 2017 13:42
    BocianXX
    Poziom 13  

    Chciałem zaprezentować urządzenie, które właśnie kończy ostatnią fazę testów. Jest to regulator ładowania z pełną przetwornicą asynchroniczną BUCK na pokładzie. Sterownik może zasilać grzałkę niskonapięciową 12V 24V 48V etc. lub akumulator/y (w tym przypadku ładowanie w trybie boost, bez ograniczenia prądu). Znamionowy prąd wyjściowy 20A, napięcie wejściowe do 100V max (należy brać pod uwagę scenariusz zmrożonych w zimę paneli i przyjąć bezpieczny margines, gdyż elementy wejściowe i wyjściowe (kondensatory, bariery diodowe etc. są do 100V). Teraz przejdźmy do zasady działania urządzenia.

    Pierwszym krokiem po zainstalowaniu kontrolera jest poprawne podłączenie napięcia wejściowego z paneli (polaryzacja jest istotna, ponieważ z racji nie generowania dodatkowych strat, brak jest zabezpieczenia przed odwróconą polaryzacją). Na wyjście podłączamy na początku tylko woltomierz i potencjometrem regulujemy końcowe napięcie ładowania akumulatora (lub w opcji zasilania grzałki - maksymalne napięcie do jakiego kontroler może prądowo wysterować grzałkę, ja np. dla grzałki 24V 300W u siebie, ustawiłem 34V ale z to z racji, że równolegle na grzałkę pracuje również turbina wiatrowa i potrafi ona momentami pracować z sumaryczną mocą 550-600W). Następnie podłączamy odbiornik i w zasadzie to już tyle :-) Logika kontrolera zasila się ze źródła fotowoltaicznego, jaki obsługuje poprzez dwustopniową stabilizację napięcia, więc przy ładowania akumulatora/ów nie pobiera z nich (np. w nocy) nawet uA prądu a po zmroku się wyłącza.

    Teraz opiszę technikę śledzenia maksymalnego punktu mocy czyli słynnego MPPT. Otóż nieprawdą jest, że do śledzenie maksymalnego punktu mocy musimy mierzyć prąd wejściowy... Możemy oprzeć się tylko o pomiar Voc (czyli tzw. napięcia otwartego obwodu baterii fotowoltaicznej). Proszę zwrócić uwagę, że we wszystkich aktualnie dostępnych ogniw foto (nieważne czy mono, poli, cienkowarstwowe CIGS) relacja Vmp (napięcie w maksymalnym punkcie mocy) do Voc (napięcie na biegu jałowym) wynosi od 0,78 do 0,82 (można więc uśrednić tą wartość i przyjąć równe x0,8). Śledzę/śledziłem od dłuższego czasu codziennie fabryczne algorytmy MPPT w kilu urządzeniach (Tracer 30A MPPT, mikro-inwerter on-grid Enecsys, chińczyk 1kW MPPT) i te mechanizmy niestety bardzo często głupieją np. potrafią się uparcie trzymać dobry kwadrans lub dłużej, nieoptymalnego punktu napięciowego. Wyobrażam sobie również że takie "jeżdżenie" góra-dół z napięciem pracy, porównywanie go w iloczynie z prądem i wybieranie najkorzystniejszego punktu, również powoduje straty w obróbce energii. Istotą pracy ogniw fotowoltaicznych jest to, że nieważne od nasłonecznienia, maksymalny napięciowy punkt pracy tak naprawdę zmienia się niewiele, a istotnie za to (w zależności od aktualnej wartości W/m2 zmienia się prąd jaki panel oddaje. Optymalny punkt pracy napięciowej zmienia się głównie w korelacji z aktualną temperaturą pracy ogniw krzemowych. Parametr temperaturowy daje nam za to również wynik w postaci zmiany Voc, które wystarczy precyzyjnie, cyklicznie mierzyć i aktualizować zgodnie z tym Vmp. W moim kontrolerze aktualizacja pomiaru Voc występuje co ok. 30minut i jest to moim zdaniem interwał wystarczający (na bardzo krótki czas obwód jest rozłączany, mierzone jest Voc i następuje aktualizacja Vmp).





    Poniżej kilka cech mojej konstrukcji:
    - całość wykonana na laminacie jednostronnym typu MCPCB z rdzeniem aluminiowym, (przyklejona klejem termo-przewodzącym do radiatora)
    - użyte wysokiej jakości komponenty elektroniczne np. dwie potrójne bariery diodowe na diodach SBR (równolegle 3x 15A 100V). Zmierzony spadek napięcia na zespole bariery wyjściowej 0,40V przy prądzie 13A.
    - 2 klucze MOSFET pracujące równolegle, ze sporym zapasem mocy (RdsON 8mOhm na tranzystor).
    - kondensatory w sekcji wejściowej i wyjściowej nisko-impedancyjne, typu long-life + ceramiczne)
    - dławik mocy DTMSS by Feryster
    - zabezpieczenie temperaturowe (urządzenie wyłączy się jeśli całość dobije do 80st C).
    - złącza prądowe na tanich i popularnych złączkach płaskich 6,3mm

    Poniżej filmik z pracy z dwóch paneli 245W połączonych szeregowo przy zasilaniu grzałki 24V 300W. Górny monitor pokazuje parametry wyjściowe, dolny woltomierz i amperomierz pokazuje wejście.



    PS. Zapomniałem dodać, że w finalnej wersji będzie jeszcze 2-pinowe złącze gold-pin (domyślnie zwarte zworką) w które będzie można wpiąć termostat bimetaliczny NC o np. wartości rozwarcia obwodu po osiągnięciu 70-80st. Termostat można przykleić klejem termo do metalowej kryzy z grzałkami w bojlerze. Po osiągnięciu temperatury zadziałania termostatu kontroler się wyłączy, zaprzestając grzania wody. U siebie testuję takie rozwiązanie z tym, że termostat rozłącza przekaźnik SSR i sprawdza się to bardzo dobrze.

    0 25
  • #3 17 Sie 2017 14:57
    BocianXX
    Poziom 13  

    Witam. Przed zaatakowaniem tematu pomiaru prądów z zakresu 15-20A zmuszony byłem zmontować na szybko amperomierz do pomiaru wejścia. O ile monitor parametrów od Kwazora ma ponoć zakres do 25A i jest dokładnie skalibrowany, to we Flukach zakres prądowy kończy się na 10A. Użyłem więc chińskiego monitora parametrów z uszkodzonym woltomierzem (pomiar prądu sprawny). Bocznik prądowy z monitora 75mV 50A musiałem wybrać dobry 1mm wgłąb (chińska dokładność :-/ ) aby skalibrować go z dwoma wpiętymi w szereg multimetrami (skalibrowałem co do 0,01A w zakresie jaki mogłem ustawić z labo - 8A).
    Regulator ładowania/zasil. grzałki 20A z wejściem do 100V Bociana, MPPT inaczej

    0
  • #4 18 Sie 2017 15:28
    BocianXX
    Poziom 13  

    Dzisiaj udało mi się wstępnie zmontować warsztat pomiarowy do testu grzałki 48V z 2s2p 980Wp. Temperatura na zewnątrz ok. 29st. C (stąd Vmp oscylowało troszkę poniżej 54V). Pomiar uruchomiony po godzinie 14stej, Zmierzony spadek napięcia na wyjściowej barierze SBR przy 16A 0,44V.

    0
  • #5 19 Sie 2017 21:59
    BocianXX
    Poziom 13  

    Korzystając z okazji prowadzenia równolegle dyskusji o regulatorze na światełka.pl, wrzucam fragment wypowiedzi stamtąd, bo może rozjaśni również użytkownikom elektrody zasady działania MPPT:

    Należy rozróżnić co oznacza słabsze światło. O ile zmiana warunków oświetlenia jest jednostajna i dotyczy całego zespołu paneli fotowoltaicznych (np. zachmurzenie lub zwyczajnie zmiana położenia słońca ze względu na porę dnia) to mój mechanizm sprawdza się doskonale - Vmp praktycznie się nie zmienia, zmienia się dostarczany prąd (co do pory dnia, półgodzinny interwał zmian Vmp jest wystarczający). Co innego jeśli na zespole paneli mamy cykliczny, regularny cień od np. drzew lub komina o jakiejś porze dnia (w panelu częściowo zacienionym zmieni się również Vmp) i tu mój regulator zadziała z opóźnieniem a po ustąpieniu zacienienia, również z opóźnieniem zareaguje na powrót do normalnego Vmp. Tu lepiej sprawdzi się klasyczny, szybki MPPT, ale proszę mi wierzyć, że jeśli nie ma takich przeszkód w linii słońca względem paneli, klasyczny drogi MPPT nie oferuje praktycznie żadnych zalet a często, jak pisałem głupieje (producenci prześcigają się w komplikacji algorytmów MPPT i przez to, jak są "za mądre" to zaczyna być to ich wadą). Normalnie, na co dzień, mam dwa pracujące obwody po 490Wp (położone obok siebie, kąt bardzo zbliżony), jeden pracujący na regulator MPPT Tracer 30A i drugi pracujący na ciepłą wodę (grzałka 24V 300W), przez rzeczony regulator grzałki. Mam więc okazję okazję porównywać aktualne odczyty parametrów elektrycznych tych urządzeń, podczas różnych pór dnia. Na wstępie zaznaczę, że jedyny sens porównywania ma praca Tracera na ładowanie akumulatorów w trybie boost (czyli dajemy w aku max. jaki można uzyskać z paneli, tryby float i "equalizing charge" nie dają żadnego odniesienia z wiadomych względów) Uzyski z mojego regulatora są zawsze od kilku Wat do nawet 20-30W wyższe, niż to co jest w stanie tracer z siebie oddać). Również regulator grzałki pracuje dłużej przed zmierzchem (są to już pojedyncze W ale Tracer już tak słabych parametrów nie obsługuje i odcina panele).

    Dodano po 25 [minuty]:

    Panowie i Panie, o ile są tu takowe... Czy jestem tu jakimś trędowatym, że nikt o nic nie zapyta? Przecież takie 'rewolucyjne' podejście do tematu, aż prosi się o jakikolwiek komentarz.... podsumowanie typu ciekawe, głupie, beznadziejne etc...

    0
  • #6 20 Sie 2017 14:22
    wiertacz
    Poziom 33  

    To ja może się coś zapytam jaki inni nic nie pytają ani nie komentują.
    Czy sterowanie jest oparte na jakimś procesorze czy jest zrobione w inny sposób ?
    Dla mnie jest to ciekawa koncepcja.
    Chciałbym sobie coś podobnego wykonać ale w sieci nie mogę znaleźć przykładowych rozwiązań dla paneli wysokonapięciowych, jak już coś jest to dla niskonapięciowych a kupno gotowych fabrycznych urządzeń nie kalkuluje mi się do moich potrzeb.
    Czy można kiedyś liczyć na opublikowanie szczegółów technicznych czy też będzie to wersja komercyjna ?

    0
  • #8 20 Sie 2017 19:22
    stasiekb100
    Poziom 19  

    @wiertacz przecież w poprzednich postach autor jasno Ci opisuję że musi być głupie urządzenie. Jak dla mnie to przetwornica pwm co pilnuje napięcia wejsciowego, i pod niego dopasowuje obciążenie, ot i wszystko.

    0
  • #9 20 Sie 2017 19:33
    BocianXX
    Poziom 13  

    @stasiekb100 nie do końca zrozumiałem Twoją wypowiedz. Co znaczy, że musi być głupie urządzenie? Które? Może mamy różne definicje PWM ale dla mnie kontroler PWM to urządzenie, które poprzez regulację wypełnienia impulsu reguluje prąd jaki dociera do odbiornika? Nie zauważyłeś na załączonych filmikach przekładnika prądowego miedzy tym co wchodzi a wychodzi z kontrolera oraz różnego napięcia wyjścia i wejścia? To się nazywa przetwornica BUCK (obniżająca napięcie), która dokonuje konwersji energii a nie regulator PWM tylko szatkujący to co wchodzi.

    0
  • #10 20 Sie 2017 20:09
    edmin71
    Poziom 11  

    BocianXX napisał:


    Teraz opiszę technikę śledzenia maksymalnego punktu mocy czyli słynnego MPPT. Otóż nieprawdą jest, że do śledzenie maksymalnego punktu mocy musimy mierzyć prąd wejściowy... Możemy oprzeć się tylko o pomiar Voc (czyli tzw. napięcia otwartego obwodu baterii fotowoltaicznej). Proszę zwrócić uwagę, że we wszystkich aktualnie dostępnych ogniw foto (nieważne czy mono, poli, cienkowarstwowem CIGS) relacja Vmp (napięcie w maksymalnym punkcie mocy) do Voc (napięcie na biegu jałowym) wynosi od 0,78 do 0,82 (można więc uśrednić tą wartość i przyjąć równe x0,8). Śledzę/śledziłem od dłuższego czasu codziennie fabryczne algorytmy MPPT w kilu urządzeniach (Tracer 30A MPPT, mikro-inwerter on-grid Enecsys, chińczyk 1kW MPPT) i te mechanizmy niestety bardzo często głupieją np. potrafią się uparcie trzymać dobry kwadrans lub dłużej, nieoptymalnego punktu napięciowego. Wyobrażam sobie również że takie "jeżdżenie" góra-dół z napięciem pracy, porównywanie go w iloczynie z prądem i wybieranie najkorzystniejszego punktu, również powoduje straty w obróbce energii. Istotą pracy ogniw fotowoltaicznych jest to, że nieważne od nasłonecznienia, maksymalny napięciowy punkt pracy tak naprawdę zmienia się niewiele, a istotnie za to (w zależności od aktualnej wartości W/m2 zmienia się prąd jaki panel oddaje. Optymalny punkt pracy napięciowej zmienia się głównie w korelacji z aktualną temperaturą pracy ogniw krzemowych. Parametr temperaturowy daje nam za to również wynik w postaci zmiany Voc, które wystarczy precyzyjnie, cyklicznie mierzyć i aktualizować zgodnie z tym Vmp. W moim kontrolerze aktualizacja pomiaru Voc występuje co ok. 30minut i jest to moim zdaniem interwał wystarczający (na bardzo krótki czas obwód jest rozłączany, mierzone jest Voc i następuje aktualizacja Vmp).


    Bardzo ciekawy wniosek jak można łatwo określić Vmp. Pół biedy kiedy mamy nowe panele gdzie parametry możemy odczytać z tabliczki znamionowej. Jednak wielu z nas posiada panele używane gdzie parametry odstają od znamionowych. Dla przykładu 4 moje panele polikrystaliczne mają napięcie otwartego obwodu 32 V zamiast 37. Przy obciążeniu napięcie Vmp wynosi ok 26,5 V. Oznacza to Vmp do Voc wynosi 0,8 co potwierdza wnioski kolegi BocianXX.

    Ciekawy jestem czy potwierdzi się to w przypadku piątego mojego panela. Nie zamontowałem go ponieważ okazało że napięcie Voc wynosi 22V zamiast chociażby 32V jak w pozostałych (już nie mówiąc o napięciu 37 V jak powinno być). Podejrzewam dużą ilość ogniw uszkodzonych lub uszkodzenie jednej z trzech sekcji ewentualnie diody. W tym tygodniu mam w planie to sprawdzić.
    Pozdrawiam

    0
  • #11 20 Sie 2017 21:31
    wiertacz
    Poziom 33  

    A można chociaż dowiedzieć się na jakim procesorze to jest zrobione. Z rodziny atmega lub jakiś inny .
    Widzę, że płytka jest mocno upakowana. Jakie ma wymiary ?
    A tak ze szczegółów jakie parametry ma dławik i według jakiego wzoru był liczony , bo próbowałem kiedyś liczyć dławik to co wzór to wychodziła inna wartość.
    Gdyby to była w pełni komercyjna sprawa to ile orientacyjnie byłaby warta ?

    0
  • #13 23 Sie 2017 08:48
    gaz4
    Poziom 24  

    Też jestem zwolennikiem uproszczonych metod szukanie MPP i pomiar przy pomocy Uoc jest bardzo ciekawy ale... Problemy stwarza nie tylko cień od kominów czy drzew lecz także zmienne zachmurzenie. Wystarczy, że w chwili pomiaru Uoc wyjrzy Słońce i ogrzeje PV, a następnie się schowa za chmury mamy 30 min błąd. Podobnie bedzie w odwrotnym przypadku, mierzymy Uoc przy zachmurzeniu czyli zimnym PV, a następnie wychodzi Słońce i robią się gorące. Gdy uruchamiałem swój regulator przez niebo przechodziły chmury i wyraźnie było widać skok wydajności gdy po chwilowym zachmurzeniu pojawiało się Slońce - do czasu aż PV się nagrzało była wyższa. Osobiście mierzyłbym Uoc częściej, przynajmniej co 10 min, sam pomiar jest na tyle szybki że raczej sie zyska niż straci.

    0
  • #15 23 Sie 2017 11:05
    Lisciasty
    Poziom 16  

    Albo czegoś nie rozumiem albo to jest jakaś lipa. W kwadrans może przelecieć kilkanaście dużych chmur drastycznie zmieniając warunki
    pracy, a regulator zrobi wtedy jeden pomiar?

    0
  • #16 23 Sie 2017 11:13
    BocianXX
    Poziom 13  

    @Lisciasty drastycznie warunki pracy? Śledziłeś kiedyś jak zmienia się Vmp panelu od świtu do zachodu? Pomijając wczesny poranek i późny wieczór (wtedy Vmp panelu potrafi wynosić 1/2, 1/3 wartości znamionowej) zmiany Vmp zależą głównie od temperatury pracy. Masz w ciągu dnia skoki temperatury zewnętrznej 10*C w krótkim czasie? Temperatura pracy paneli to złożony temat gdzie niebagatelną rolę odgrywa np. wiatr.

    0
  • #17 23 Sie 2017 11:55
    Lisciasty
    Poziom 16  

    Z reguły jest tak jak piszesz, ale patrząc na historyczne pomiary z falownika zdarza się tak, że np. w ciągu 10 minut napięcie stringu spada z 300V na 230V a potem powoli rośnie.
    Nie wiem czy to skutek skoków temperatury czy czego innego bo nie zwracałem na to nigdy uwagi, ale fakt jest faktem.
    Mogę nabazgrać kilka takich wykresów jak to w czymś pomoże :>

    0
  • #18 23 Sie 2017 12:01
    BocianXX
    Poziom 13  

    A masz pewność, że Twój falownik jest idealnym algorytmem MPPT, a może te anomalie to skutek "zgłupienia" urządzenia od dziwnej kombinacji parametrów, jakie w danym momencie odczytał? Nie ma idealnych rozwiązań do obsługi paneli fotowoltaicznych, mój ma ograniczenia jakie jasno opisałem, Twój ma inne, a jeszcze inny będzie głupiał inaczej.

    0
  • #19 23 Sie 2017 12:40
    Lisciasty
    Poziom 16  

    Nie mam bladego pojęcia jak on tam działa w środku, pracuje od czerwca więc to dla mnie nowość.
    Pewnie mógłbym podczepić jakiś pomiar napięcia i go wykreślać niezależnie od falownika, tylko na razie niestety jest kupa pilniejszej roboty dookoła chałupy :/

    0
  • #20 23 Sie 2017 12:57
    BocianXX
    Poziom 13  

    O, mamy np. teraz dobry przykład. Po ponurym, zachmurzonym przedpołudniu wyszło teraz nagle słońce. Po kilku minutach Tracer nagle zgłupiał i ustawił Vmp na 32V i odbiera 171W (tryb boost). Już trwa to jakieś 10min. Regulator grzałki trzyma się 60V (jest jakieś 15*C na zewnątrz) i zbiera w tym czasie okolice 250W...

    EDIT: Aktualizacja, po około 20 minutach nieoptymalnej pracy, Tracer się w końcu namyślił i wrócił do okolic 59V....

    0
  • #21 01 Wrz 2017 10:28
    BocianXX
    Poziom 13  

    Dzisiaj mamy zgoła inną sytuację pogodową: Od rana ciężkie, ciemne, niskie chmury + przejściowe opady (nasłonecznienie zmierzone 85W/m2 po godzinie dziesiątej, temperatura na zewnątrz 18*C). Vmp Tracer'a od samego rana oscyluje w granicach 25-27V. Aktualnie pracuje dłuższy czas w punkcie napięciowym 27V, odbierając ~20W. W tym samym czasie regulator grzałki ustawił Vmp na 53,5V i zbiera okolice 30W.

    0
  • #22 01 Wrz 2017 19:38
    gaz4
    Poziom 24  

    BocianXX napisał:
    Dzisiaj mamy zgoła inną sytuację pogodową: Od rana ciężkie, ciemne, niskie chmury + przejściowe opady (nasłonecznienie zmierzone 85W/m2 po godzinie dziesiątej, temperatura na zewnątrz 18*C). Vmp Tracer'a od samego rana oscyluje w granicach 25-27V. Aktualnie pracuje dłuższy czas w punkcie napięciowym 27V, odbierając ~20W. W tym samym czasie regulator grzałki ustawił Vmp na 53,5V i zbiera okolice 30W.


    Jednym słowem staruszek Einstein miał rację mówiąc:

    Wszystko powinno być tak proste, jak to tylko możliwe, ale nie prostsze

    Ciekawe dlaczego MPPT tak łatwo "głupieje"? To, że nie jest tak proste jak to możliwe to chyba tylko jedna z przyczyn. Musieli popełnić duże błędy w podstawach na jakich oparli swój algorytm lub są jakieś problemy z pomiarami. Szkoda, MPPT oparty na pomiarze Uoc wymaga odłączenia obciążenia - pomiar tak prosty jak to tylko możliwe, sam algorytm obliczania MPPT także.

    0
  • #23 01 Wrz 2017 20:28
    BocianXX
    Poziom 13  

    Ale właśnie ciekawe jest to, że nie spotkałem jeszcze na swojej drodze urządzeń z algorytmami MPPT, które nie głupiałyby w podobny sposób. Czy to Enecsys (onegdaj jakościowe wyże jeśli chodzi o mikro-inwertery) czy ten Tracer i wcześniej wymieniony chińczyk, mają tendencję do zaniżania pułapu napięcia pracy, co nie przynosi mu żadnego pożytku w temacie aktualnego "urobku"... Nie wiem, może jakieś top brandy typu SMA, Fronius czy Steca nie mają tych problemów. Fajnie byłoby móc to zweryfikować.

    PS. Zdaje się, że kolega Lisciasty nieświadomie dodał również do listy (nie podał modelu i producenta) inwerter, który zachowuje się podobnie do opisanych przeze mnie ułomności MPPT.

    0
  • #24 20 Wrz 2017 11:09
    BocianXX
    Poziom 13  

    Dziś paskudny, deszczowy dzień, gdzie nawet szkoda pakować symboliczną energię w off-grida i drenować aku. Mamy za to okazję porównać pracę regulatora grzałki do on-grida przy niskim nasłonecznieniu. Wiadomo, że dochodzą w nim jeszcze straty przy konwersji DC do AC ale coś tam zawsze to pokazuje :)



    PS. Przy okazji, w ciągu 2-3 tygodni pojawi się pierwsza partia regulatorów do zakupu. Niestety kilka złotych drożej niż wcześniej deklarowałem. Co inne wpompować kasę w kilkadziesiąt/kilkaset kompletów niż kilkanaście póki co na próbę...

    0
  • #26 18 Lis 2017 21:58
    BocianXX
    Poziom 13  

    Zapomniałem dodać, że zmieniłem interwał odświeżania pomiaru Voc do 15min, Poniżej fotka z opisem "co do czego". Zapomniałem w pierwszych postach opisać działanie diody LED, sygnalizującej status pracy urządzenia.
    - ciągły, zapalony to tryb ustawiania napięcia końcowego ładowania/wysterowania grzałki (w momencie gdy podłączamy tylko wejście i potencjometrem ustawiamy napięcie na wyjściu) lub osiągnięcie tego napięcia podczas pracy urządzenia
    - przerywany to normalna praca urządzenia.
    Regulator ładowania/zasil. grzałki 20A z wejściem do 100V Bociana, MPPT inaczej

    0
TME logo Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
TME Logo