MPPT for Charge Controller and Solar Panel/ko
초록
이 페이지에서는 태양광 패널에서 최대 전력을 추출하고 축전지를 최적으로 충전하기 위한 저비용 회로의 설계 및 개발에 대한 간략한 개요를 제공합니다. 설계된 회로는 태양광 패널의 출력 및 부하의 전기적 특성에 따라 다양한 펄스 폭의 고주파 펄스 신호를 생성하는 마이크로컨트롤러(PIC16F72)로 구성되어 시스템을 최대 효율로 작동시킵니다. 생성된 펄스 신호는 DC-DC 벅-부스트 컨버터를 구동하여 배터리에 15V의 정전압을 공급함으로써 충전 배터리에 최적의 에너지가 저장되도록 합니다. 마이크로컨트롤러는 MPLAB IDE에서 개발된 어셈블리 언어 코드에 따라 시스템 작동을 제어합니다. 마이크로컨트롤러(PIC16F72)는 태양광 패널과 배터리 상태를 모니터링하고, 태양광 패널의 출력 전압에 관계없이 배터리에 최대 전력을 공급하는 데 필요한 제어 신호를 생성합니다.
배경 연구
PV 시스템의 최대 전력 추적에는 증분 컨덕턴스, 퍼지 논리 제어, DC-Link 커패시터 드룹 제어, 전류 스윕 기술 등 여러 옵션이 있습니다.[8] DC-Link 커패시터 드룹 제어 기술은 토폴로지에 부스트 컨버터를 통합합니다.그러나 높고 낮은 일사량 수준에서 배터리의 최적 충전을 보장하기 위해 Buck-Boost 컨버터가 필요합니다.대부분 Buck-Boost 컨버터의 설계에는 스위칭 손실로 상당한 양의 전력을 소모하는 여러 MOSFET[7], [9]이 필요합니다.제안된 시스템의 반전 Buck-Boost 컨버터는 스위칭 전력 손실을 줄이는 단 하나의 전력 MOSFET[1], [6]으로 구성됩니다.태양광 PV 시스템의 또 다른 중요한 측면은 충전 컨트롤러입니다.충전 컨트롤러는 역전류를 차단하고 배터리 과충전 및 과방전을 방지합니다.[10] 제안된 시스템은 또한 동적 마이크로컨트롤러 조정을 통해 충전 컨트롤러의 기능을 통합합니다.
기본 동작
아래는 MPPT 시스템의 기본 블록 다이어그램을 보여줍니다. 축전지를 정전압으로 충전하기 위해 마이크로컨트롤러에서 생성된 사각 펄스에 의해 DC-DC 벅-부스트 컨버터가 구동됩니다. 배터리로의 출력 충전 전압이 지정된 전압보다 낮으면 마이크로컨트롤러가 듀티 사이클을 증가시켜 출력 전압을 높이고, 반대로 낮으면 듀티 사이클을 증가시켜 출력 전압을 높입니다. 마이크로컨트롤러는 경로 A를 통해 태양광 패널의 출력 전압을 감지합니다. 이 샘플은 MPPT 시스템이 배터리로 충전 전류를 공급해야 하는지 여부를 결정하는 데 사용됩니다. 피드백 경로 B를 통해 수신된 배터리 입력으로부터의 피드백을 사용하여 마이크로컨트롤러에서 생성된 펄스의 듀티 사이클을 조정하여 시스템이 PV 패널에서 가능한 최대 전력을 얻어 배터리에 전력을 공급하도록 합니다.
사용된 장치 및 구성 요소
설계에 사용된 장치 및 구성 요소는 다음과 같습니다. 마이크로컨트롤러(PIC16F72), P채널 MOSFET(IRF9530), pnp 트랜지스터(BC178), npn 전력 트랜지스터(BD437), 인덕터, 저항기, 커패시터, 다이오드
제안된 시스템
제안하는 시스템은 그림 1과 같이 샘플링 경로, 피드백 경로, 그리고 블록이라는 핵심 단위로 구성됩니다. 각 블록은 각 하위 제목에서 간략하게 설명합니다. 자세한 설명은 인턴십 보고서 에서 확인할 수 있습니다 . 제안하는 시스템의 자세한 구성도는 그림 2에 나와 있습니다.
벅-부스트 컨버터
벅-부스트 컨버터는 배터리를 최적 전압으로 충전하기 위해 태양광 패널의 전압 출력을 증가 또는 감소시켜 조절합니다.
샘플링 경로 A
샘플링 경로 A는 태양광 패널의 전압을 마이크로컨트롤러의 입력으로 사용하기에 적합한 낮은 수준(5V 미만)으로 조정하는 간단한 전압 분배기입니다.
피드백 경로 B
이 피드백 경로에는 단순한 전압 분배기를 사용할 수 없습니다. 음전압을 축소하면 음전압이 발생하여 마이크로컨트롤러 입력으로 사용하기에 적합하지 않기 때문입니다. 따라서 저전력 PNP 트랜지스터(BC178)를 사용하여 PIC 마이크로컨트롤러의 동작 범위 내에서 전압을 반전하고 샘플링했습니다.
마이크로컨트롤러
마이크로컨트롤러는 입력 값을 사전 설정된 값과 비교하여 펄스 신호의 듀티 사이클을 조정하여 필요한 출력을 생성하는 시스템의 핵심 장치입니다. 샘플링 경로 A의 입력은 시스템 실행 여부를 결정하는 데 사용됩니다. 일사량이 매우 낮은 경우 태양광 패널에서 충분한 에너지를 공급하지 못하므로 샘플링 경로 A의 입력이 임계값 아래로 떨어지면 마이크로컨트롤러가 배터리 충전을 중단합니다. 피드백 경로 B의 입력은 펄스-벅-부스트 컨버터의 듀티 사이클을 변경하는 데 사용됩니다. 피드백이 목표 전압보다 낮으면 마이크로컨트롤러는 펄스의 듀티 사이클을 증가시켜 벅-부스트 컨버터의 출력을 증가시킵니다. 마찬가지로 피드백이 목표 전압을 초과하면 듀티 사이클이 감소합니다.
실험 결과 및 논의
태양광 패널 대신 가변 벤치 전원 공급 장치를 사용하여 DC-DC 컨버터의 입력 전압을 가변함으로써 입력 전압 변화에 따른 PWM 파형을 조사했습니다. 또한, 배터리 대신 더미 저항 부하를 사용했습니다. 그림 3은 개발된 DC-DC 컨버터의 다양한 입력 전압에 대해 고정된 15V 출력을 생성하는 데 필요한 듀티 사이클의 실험 결과를 보여줍니다. 마이크로컨트롤러는 듀티 사이클을 조정하여 15V 출력을 생성합니다. 그러나 실시간 동작에서 벅-부스트 컨버터 출력은 마이크로컨트롤러의 듀티 사이클 변화만큼 빠르게 변화하지 않습니다. 이는 MOSFET 구동 회로에 전력 트랜지스터가 존재하기 때문에 발생합니다. 전력 트랜지스터는 마이크로컨트롤러의 입력과 MOSFET으로의 출력 사이에 지연을 발생시킵니다. 따라서 마이크로컨트롤러와 DC-DC 컨버터의 위상을 유지하기 위해 각 AD 변환이 끝날 때마다 적절한 지연(0.63초)을 허용합니다. 또한, MOSFET의 큰 게이트 커패시턴스로 인해 빠르게 스위칭할 수 없습니다. 결과적으로 펄스 신호의 듀티 사이클이 0.44보다 크면 MOSFET이 완전히 꺼지지 않아 시스템이 제대로 작동하지 않습니다. 따라서 개발된 실험 모델에서는 펄스 폭을 특정 범위(0.04~0.44) 내에서만 변경할 수 있습니다. 다른 실험 모델에서는 사용된 MOSFET과 시스템에 통합된 벅-부스트 컨버터의 종류에 따라 듀티 사이클 범위가 달라질 수 있습니다.
결론
이 시스템은 MOSFET 하나만으로 구성되어 다른 최대 전력 추출 시스템에 비해 스위칭 손실과 부품 비용을 절감합니다. DC-DC 컨버터를 고주파로 작동시키면 소형 저가 인덕터를 사용할 수 있어 인덕터의 저항 손실을 더욱 줄일 수 있습니다. 개발된 시스템은 낮은 일사량에서도 배터리로 전달되는 전력을 최적화하고 태양광 발전 시스템의 전반적인 효율을 향상시킵니다.
추가 작업
이 설계는 연구실에서 설계된 시제품입니다. 효율 테스트 및 태양광 패널과의 통합에 대한 추가 연구가 필요합니다.
참고문헌
[1] DW Hart, Power Electronics, 1판. 인디애나주 발파라이소: McGraw Hill, 2011 [2] (2014) Magnetics 웹사이트. [온라인]. 이용 가능: http://www.mag-inc.com/design/design-guides/Inductor-Design-with-Magmetics-Ferrite-Cores [3] SM Azim, "Development of MPPT Circuit for Solar Panel," Brac University, Dhaka, Bangladesh, Intern. Rep., 2014. [4] "PIC16F72 데이터 시트," Microchip, Arizona, USA. [5] "PICmicro Mid-Range Reference Manual," Microchip, Arizona, USA. [6] N. Mohan, TM Undeland 및 WP Robbins, Power Electronics, 2nd ed., Minneapolis, Minnesota: John Wiley & Sons, Inc. 1995 [7] B. Sahu 및 GA Rincon-Mora, "휴대용 애플리케이션을 위한 저전압, 동적, 비반전, 동기식 벅-부스트 컨버터", IEEE Transactions on Power Electronics, vol.19, no.2, pp.443,452, 2004년 3월 [8] T. Esram 및 PL Chapman, "태양광 어레이 최대 전력 Pont 추적 기술 비교", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol.22, no. 2, pp.439, 449, 2007년 6월 [9] L. Chang, Z. Liu, Y. Xue 및 Z. Guo "태양광 시스템을 위한 새로운 벅 부스트 인버터", 캐나다 태양광 건물 컨퍼런스, pp.1, 8, 2004년 8월 [10] (2015) Blue Sky Energy 웹사이트 [온라인]. 이용 가능: http://www.blueskyenergyinc.com/reviews/article/what_is_a_charge_controller
| 저자 | 시에다 마예샤 아짐 |
|---|---|
| 특허 | CC-BY-SA-3.0 |
| 위치 | {{{좌표}}} |
| 인용하다 | Syeda Mayesha Azim (2016–2023). "충전 컨트롤러 및 태양광 패널을 위한 MPPT" . Appropedia . 2025년 8월 21일 확인 . |
