Regulator ładowania/zasil. grzałki 20A z wejściem do 100V

co i jak zrobiłem...
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Regulator ładowania/zasil. grzałki 20A z wejściem do 100V

Post autor: Bocian »

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 podpięcie napięcia wejściowe 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 akumulator (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.

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).

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.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=Vx5ViF6 ... e=youtu.be[/youtube]

PS. Zapomniałem dodać, że w finalnej wersji będzie jeszcze 2-pinowe złącze gold-pin (domyślnie zwarte zworką) w które będzie można wpiąć termostat 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.
Sometimes darkness can show you the light
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Post autor: Bocian »

Witam. Przed zaatakowaniem tematu pomiaru prądów z zakresu 15-20A (zasilanie grzałki 48V 1000W z paneli 980Wp w konfiguracji 2s2p) 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).

Obrazek
Sometimes darkness can show you the light
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Post autor: Bocian »

Dzisiaj udało mi się wstępnie zmontować warsztat pomiarowy do testu grzałki 48V z paneli fotowoltaicznych 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.

LINK do filmiku na elektrodzie (już nie chciało mi się tego wrzucać na YT).
Sometimes darkness can show you the light
joon
Posty: 621
Rejestracja: niedziela 04 mar 2012, 15:31
Lokalizacja: Przemyśl

Post autor: joon »

Bocian pisze: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).
Według tego to co, siekamy napięcie wyjściowe paneli kluczem z PWM 80% i sprawa załatwiona? :D

Ja tez się trochę bawiłem solarami, o ile w pełnym słońcu jest to proste to już przy słabszym oświetleniu elektronika musi się napracować trochę żebysmy mieli pożytek. Nie wspomnę już o pewnym użytkowniku znanego portalu aukcyjnego który sprzedaje zestawy MPPT do paneli wysokonapięciowych w których znajdziemy zasilacz od laptopa i moduł ładowania PWM...
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Post autor: Bocian »

joon pisze:
Według tego to co, siekamy napięcie wyjściowe paneli kluczem z PWM 80% i sprawa załatwiona? :D

Ja tez się trochę bawiłem solarami, o ile w pełnym słońcu jest to proste to już przy słabszym oświetleniu elektronika musi się napracować trochę żebysmy mieli pożytek. Nie wspomnę już o pewnym użytkowniku znanego portalu aukcyjnego który sprzedaje zestawy MPPT do paneli wysokonapięciowych w których znajdziemy zasilacz od laptopa i moduł ładowania PWM...
Joon, troszkę za bardzo uprościłeś ten mechanizm :mrgreen: ale zasadę opisałem i to się sprawdza. 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).
Sometimes darkness can show you the light
Kwazor
Posty: 105
Rejestracja: niedziela 18 lis 2012, 06:58
Lokalizacja: REDA

Post autor: Kwazor »

No widze Tomaszu postępy.
Co do twojego algorytmu na zastosowania do grzałki ok do ładowania akumulatorów gdzie czasami ważna jest każda Wh --Ah to żółw.

U mnie mam 30 razy na sekunde korekcje mocy ( 3ms ) szybko co ? Ale przy akumulatorach ma to duże znaczenie ( zwłaszcza jak mam drzewo na linii bocznej ).

Equalizing mode to zabójstwo dla AGM --można je zrobić raz na miesiąc..(AGM nielubią przeciągniecia powyżej 15V )


Nie wspomnę już o pewnym użytkowniku znanego portalu aukcyjnego który sprzedaje zestawy MPPT do paneli wysokonapięciowych w których znajdziemy zasilacz od laptopa i moduł ładowania PWM...
http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3313936.html

Ładna partyzantka i te profesjonalne mocowanie na klej na gorąco..

Tak sie robi :
Obrazek
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Post autor: Bocian »

Kwazor pisze:No widze Tomaszu postępy.
A dziękuję :)

Jak to mówią: każda sroka swój ogon chwali ;) Twojej konstrukcji dokładnie nie znam, ale kiedyś o niej czytałem. Zastanawia mnie po co ludzie, projektując takie urządzenie robią zasilanie z akumulatora, zamiast z wejścia, przecież o ile nie ma wyjścia LOAD to kompletnie nie ma sensu, bo nawet te kilka, kilkanaście mA rozładowuje w nocy akumulator... Z tego co kojarzę, to mój tracer tryb wyrównujący zapodaje tak z raz na tydzień (ładuje wtedy do 29,2V).
A o co chodzi z tym MPPT z Katowic? Muszę doczytać.
Sometimes darkness can show you the light
Kwazor
Posty: 105
Rejestracja: niedziela 18 lis 2012, 06:58
Lokalizacja: REDA

Post autor: Kwazor »

Tymi kilkunastoma mA bym sie nie przejmował ( uwaga chwale sie mode ON : mój bierze~ 13mA ) i ma wyjście LOAD... które odcina przy stanie akumulatora 11.3V ( bardzo przydatne gdy nie masz pełnej kontroli )

Więc przy średnim aku dla instalacji 180Wp na poziomie 100Ah czas jaki potrzebujemy to circa
6666 godzin czyli 277dni...

Więc nie trzęś portami i zasilanie a aku nie jest takie złe. Przy grzałce twoje rozwiązanie TAK jak najbardziej.
joon
Posty: 621
Rejestracja: niedziela 04 mar 2012, 15:31
Lokalizacja: Przemyśl

Post autor: joon »

Kwazor pisze:Tak sie robi :
Buck? u mnie nie sprawdziło się. Chciałem widocznie za duży zakres napięć wejściowych :D

Teraz próbuję z trafem w technologi PP, zobaczymy co wyjdzie.

Swoje układy testujecie na panelach czy macie jakiś "emulator"? Mam trafo regulowane ale jednak nie sprawdza się na dłuższą metę :/
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Post autor: Bocian »

joon pisze: Swoje układy testujecie na panelach czy macie jakiś "emulator"? Mam trafo regulowane ale jednak nie sprawdza się na dłuższą metę :/
Emulatorów żadnych nie znam i możliwe, że istnieją, ale to raczej bajońskie sumy. Ja swoją testowałem tylko na żywym organizmie, czyli obwodzie PV. Można coś wstępnie uruchomić na zasilaczu laboratoryjnym, ale serio to nie daje żadnego odniesienia vs panele i ich nietypowa charakterystyka pracy. Ciężko zaczynać jakąkolwiek pracę nad regulatorem pracy paneli fotowoltaicznych, bez dostępu do paneli i różnych, możliwych konfiguracji ich podpięcia, skoro, jak wyczytałem, planowałeś szeroki zakres napięć wejściowych.
Sometimes darkness can show you the light
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Post autor: Bocian »

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 :)

LINK do filmiku na Elektrodzie
Sometimes darkness can show you the light
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Post autor: Bocian »

Kilka zdjęć egzemplarza produkcyjnego płytki kontrolera ;) Słaba jakość niektórych ale niestety sztuczne światło i nie miałem czasu majstrować aparatem.

Obrazek

Obrazek

Obrazek

Obrazek

Obrazek

Obrazek

Obrazek
Sometimes darkness can show you the light
Awatar użytkownika
maciex93
Posty: 2886
Rejestracja: sobota 14 sty 2012, 18:59
Lokalizacja: Śląsk

Post autor: maciex93 »

Ile ile ? :)
Nie wyrażam zgody na wykorzystywanie moich zdjęć w jakiejkolwiek formie bez mojej wiedzy, szczególnie nie życzę sobie czerpania za ich pomocą korzyści finansowych przez osoby trzecie.
Awatar użytkownika
Bocian
Site Admin
Posty: 3149
Rejestracja: niedziela 11 lis 2007, 21:21
Lokalizacja: Wiskitki

Post autor: Bocian »

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.

Obrazek
Załączniki
1.jpg
1.jpg (190.89 KiB) Przejrzano 2985 razy
Sometimes darkness can show you the light
ODPOWIEDZ