MPPT for Charge Controller and Solar Panel/id

Halaman ini dikembangkan oleh Kelompok Riset Keberlanjutan Terapan Universitas Queen .

Abstrak

Halaman ini memberikan gambaran singkat tentang desain dan pengembangan rangkaian berbiaya rendah untuk mengekstrak daya maksimum dari panel surya dan mengisi daya baterai penyimpanan secara optimal. Rangkaian yang dirancang terdiri dari mikrokontroler (PIC16F72) yang menghasilkan sinyal pulsa frekuensi tinggi dengan lebar pulsa berbeda sesuai dengan output panel surya dan karakteristik listrik beban untuk mengoperasikan sistem pada efisiensi maksimum. Sinyal pulsa yang dihasilkan menggerakkan konverter DC-DC Buck-Boost yang memberikan tegangan konstan 15V ke baterai, memastikan energi optimal tersimpan dalam baterai yang sedang diisi. Mikrokontroler mengontrol pengoperasian sistem sesuai dengan kode bahasa assembly yang telah diprogram di MPLAB IDE. Mikrokontroler (PIC16F72) memantau kondisi panel PV dan baterai serta menghasilkan sinyal kontrol yang diperlukan untuk memberikan daya maksimum ke baterai terlepas dari tegangan output panel surya.

Studi Latar Belakang

Terdapat beberapa opsi untuk Pelacakan Daya Maksimum sistem PV termasuk konduktansi inkremental, Kontrol Logika Fuzzy, Kontrol Droop Kapasitor DC-Link, teknik Penyapuan Arus, dll. [8] Teknik Kontrol Droop Kapasitor DC-Link menggabungkan konverter boost dalam topologi. Namun, untuk memastikan pengisian baterai yang optimal baik pada tingkat insolasi tinggi maupun rendah, diperlukan konverter Buck-Boost. Desain sebagian besar konverter Buck-Boost membutuhkan beberapa MOSFET [7], [9] yang mengkonsumsi sejumlah besar daya sebagai kerugian switching. Konverter Buck-Boost pembalik dalam sistem yang diusulkan hanya terdiri dari satu MOSFET daya, [1], [6] yang mengurangi kerugian daya switching. Aspek penting lainnya dari sistem PV surya adalah pengontrol pengisian daya. Pengontrol pengisian daya memblokir arus balik, mencegah pengisian daya berlebih dan pengosongan daya berlebih baterai. [10] Sistem yang diusulkan juga mengintegrasikan fungsi pengontrol pengisian daya melalui koordinasi mikrokontroler dinamisnya.

Pengoperasian Dasar

Berikut ini menunjukkan diagram blok dasar sistem MPPT. Untuk mengisi baterai penyimpanan pada tegangan konstan, konverter DC-DC buck-boost digerakkan oleh pulsa persegi yang dihasilkan dari mikrokontroler. Jika tegangan pengisian keluaran ke baterai kurang dari tegangan yang ditentukan, maka siklus kerja ditingkatkan oleh mikrokontroler untuk menaikkan tegangan keluaran dan sebaliknya. Mikrokontroler mendeteksi tegangan keluaran panel surya melalui jalur A. Contoh ini digunakan untuk menentukan apakah sistem MPPT harus memberikan arus pengisian ke baterai atau tidak. Umpan balik dari input baterai yang diterima melalui jalur umpan balik B digunakan untuk menyesuaikan siklus kerja pulsa yang dihasilkan dari mikrokontroler sehingga sistem mendapatkan daya maksimum yang mungkin dari panel PV untuk memasok daya ke baterai.

Perangkat dan Komponen yang Digunakan

Perangkat dan komponen yang digunakan dalam desain tersebut tercantum di bawah ini: mikrokontroler (PIC16F72), MOSFET kanal-P (IRF9530), transistor pnp (BC178), transistor daya npn (BD437), induktor, resistor, kapasitor, dioda.

Usulan Sistem

Sistem yang kami usulkan terdiri dari unit-unit utama berupa jalur pengambilan sampel, jalur umpan balik, dan blok-blok seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Unit-unit ini dibahas secara singkat di bawah sub-judul masing-masing. Penjelasan detail tersedia dalam laporan magang . Diagram skematik detail untuk sistem yang diusulkan diilustrasikan pada Gambar 2.

Konverter Buck-Boost

Konverter Buck-Boost menyesuaikan tegangan keluaran dari panel surya dengan cara menaikkan atau menurunkan tegangan untuk mengisi daya baterai pada tegangan optimal.

Jalur Pengambilan Sampel A

Jalur Pengambilan Sampel A adalah pembagi tegangan sederhana yang menurunkan tegangan dari panel surya ke level rendah (di bawah 5V) yang sesuai untuk digunakan sebagai input ke mikrokontroler.

Jalur Umpan Balik B

Pembagi tegangan sederhana tidak dapat digunakan pada jalur umpan balik ini karena penurunan tegangan negatif juga akan menghasilkan tegangan negatif yang tidak cocok untuk digunakan sebagai input ke mikrokontroler. Oleh karena itu, kami menggunakan transistor pnp berdaya rendah (BC178) untuk membalik dan mengambil sampel tegangan dalam rentang operasi mikrokontroler PIC.

mikrokontroler

Mikrokontroler adalah unit kunci dari sistem yang membandingkan nilai input dengan nilai yang telah ditetapkan untuk menyesuaikan siklus kerja sinyal pulsa guna menghasilkan output yang dibutuhkan. Input dari jalur pengambilan sampel A digunakan untuk menentukan apakah sistem akan tetap berjalan. Dalam kasus insolasi yang sangat rendah, panel surya tidak memberikan energi yang signifikan sehingga input dari jalur pengambilan sampel A turun di bawah ambang batas, yang mendorong mikrokontroler untuk berhenti mengisi daya baterai. Input dari jalur umpan balik B digunakan untuk mengubah siklus kerja pulsa ke konverter buck-boost. Jika umpan balik kurang dari tegangan target, mikrokontroler meningkatkan siklus kerja pulsa, yang pada gilirannya meningkatkan output dari konverter buck-boost. Demikian pula, jika umpan balik melebihi tegangan target, siklus kerja dikurangi.

Temuan dan Diskusi Eksperimental

Alih-alih panel surya, catu daya bangku variabel telah digunakan untuk memvariasikan tegangan input konverter DC-DC untuk memeriksa gelombang PWM dengan perubahan tegangan input. Selain itu, beban resistif dummy telah digunakan sebagai pengganti baterai. Gambar 3 menunjukkan hasil eksperimen siklus kerja yang diperlukan untuk menghasilkan output tetap 15V untuk berbagai tegangan input konverter DC-DC yang dikembangkan. Mikrokontroler menyesuaikan siklus kerja untuk menghasilkan output 15V. Namun, output konverter Buck-Boost tidak dapat berubah secepat perubahan siklus kerja mikrokontroler dalam operasi waktu nyata. Hal ini terjadi karena adanya transistor daya dalam rangkaian penggerak MOSFET; transistor daya menimbulkan penundaan antara inputnya dari mikrokontroler dan output ke MOSFET. Jadi penundaan yang sesuai (0,63 detik) diizinkan di akhir setiap konversi AD untuk menjaga agar Mikrokontroler dan Konverter DC-DC bekerja secara sinkron. Selain itu, karena kapasitansi gerbang MOSFET yang besar, MOSFET tidak dapat dimatikan dengan cepat. Akibatnya, jika siklus kerja sinyal pulsa lebih dari 0,44, MOSFET tidak pernah dimatikan sepenuhnya dan karenanya sistem tidak bekerja dengan benar. Oleh karena itu, lebar pulsa hanya dapat diubah dalam rentang tertentu (0,04-0,44) untuk model eksperimental yang dikembangkan. Rentang siklus kerja mungkin berbeda untuk model eksperimental lain tergantung pada MOSFET yang digunakan dan jenis Konverter Buck-Boost yang terintegrasi dalam sistem.

Kesimpulan

Sistem ini hanya terdiri dari satu MOSFET, sehingga mengurangi kerugian switching dan biaya komponen dibandingkan dengan sistem Ekstraktor Daya Maksimum lainnya. Pengoperasian konverter DC-DC pada frekuensi tinggi memudahkan penggunaan induktor kecil dan murah yang selanjutnya mengurangi kerugian resistif pada induktor. Sistem yang dikembangkan ini mengoptimalkan daya yang disalurkan ke baterai bahkan pada tingkat insolasi rendah dan meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem Tenaga Surya.

Pekerjaan Lebih Lanjut

Desain ini adalah prototipe yang dirancang di laboratorium. Penelitian lebih lanjut perlu dilakukan pada pengujian efisiensi dan dengan mengintegrasikan desain tersebut dengan panel surya.

Referensi

[1] DW Hart, Power Electronics, edisi ke-1. Valparaiso, Indiana: McGraw Hill, 2011 [2] (2014) Situs Web Magnetics. [Online]. Tersedia: http://www.mag-inc.com/design/design-guides/Inductor-Design-with-Magmetics-Ferrite-Cores [3] SM Azim, "Pengembangan Sirkuit MPPT untuk Panel Surya," Universitas Brac, Dhaka, Bangladesh, Laporan Internasional, 2014. [4] "Lembar data PIC16F72," Microchip, Arizona, AS. [5] "Manual Referensi Jarak Menengah PICmicro," Microchip, Arizona, AS. [6] N. Mohan, TM Undeland dan WP Robbins, Power Electronics, edisi ke-2, Minneapolis, Minnesota: John Wiley & Sons, Inc. 1995 [7] B. Sahu dan GA Rincon-Mora, "Konverter buck-boost sinkron non-inverting dinamis tegangan rendah untuk aplikasi portabel," dalam IEEE Transactions on Power Electronics, vol.19, no.2, hlm.443,452, Maret 2004 [8] T. Esram dan PL Chapman, "Perbandingan Teknik Pelacakan Titik Daya Maksimum Array Fotovoltaik," dalam IEEE Transactions on Energy Conversion, vol.22, no. 2, hlm. 439, 449, Juni 2007 [9] L. Chang, Z. Liu, Y. Xue dan Z. Guo "Inverter Buck Boost Baru untuk Sistem Fotovoltaik," dalam Konferensi Bangunan Surya Kanada, hlm. 1, 8, Agustus 2004 [10] (2015) Situs Web Blue Sky Energy [Online]. Tersedia: http://www.blueskyenergyinc.com/reviews/article/what_is_a_charge_controller