CONTROLADOR DE CARGA SOLAR ARDUINO (versão 1): 11 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

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Em minhas instruções anteriores, descrevi os detalhes do monitoramento de energia de um sistema solar fora da rede. Também ganhei a competição de circuitos 123D para isso. Você pode ver este MEDIDOR DE ENERGIA ARDUINO.

Finalmente postarei meu novo controlador de carga da versão 3. A nova versão é mais eficiente e funciona com o algoritmo MPPT.

Você pode encontrar todos os meus projetos em:

Você pode vê-lo clicando no link a seguir.

CONTROLADOR DE CARGA SOLAR ARDUINO MPPT (versão 3.0)

Você pode ver meu controlador de carregamento da versão 1 clicando no link a seguir.

CONTROLADOR DE CARGA SOLAR ARDUINO (versão 2.0)

No sistema de energia solar, o controlador de carga é o coração do sistema que foi projetado para proteger a bateria recarregável. Nestas instruções, explicarei o controlador de carga PWM.

Na Índia, a maioria das pessoas está vivendo em áreas rurais, onde a linha de transmissão da rede nacional não foi alcançada até agora. As redes elétricas existentes não são capazes de fornecer a eletricidade necessária para essas pessoas pobres. Portanto, fontes de energia renováveis (painéis fotovoltaicos e vento geradores) são a melhor opção, eu acho. Eu sei melhor sobre a dor da vida na aldeia, pois também sou dessa área. Por isso, projetei este controlador de carga solar DIY para ajudar os outros, bem como para a minha casa. Você não pode acreditar, meu sistema de iluminação solar caseiro ajuda muito durante o recente Ciclone Phailin.

A energia solar tem a vantagem de ser menos manutenção e livre de poluição, mas suas principais desvantagens são o alto custo de fabricação e a baixa eficiência de conversão de energia. Como os painéis solares ainda têm eficiência de conversão relativamente baixa, o custo geral do sistema pode ser reduzido usando um controlador de carregamento solar eficiente que pode extrair o máximo de energia possível do painel.

O que é um controlador de carga?

Um controlador de carregamento solar regula a tensão e a corrente provenientes de seus painéis solares, que são colocados entre um painel solar e uma bateria. É usado para manter a tensão de carregamento adequada nas baterias. Conforme a tensão de entrada do painel solar aumenta, o controlador de carregamento regula a carga das baterias evitando qualquer sobrecarga.

Tipos de controlador de carga:

1. LIGADO

2. PWM

3. MPPT

O controlador de carga mais básico (tipo ON / OFF) simplesmente monitora a tensão da bateria e abre o circuito, parando o carregamento, quando a tensão da bateria sobe para um determinado nível.

Entre os 3 controladores de carga, o MPPT tem a maior eficiência, mas é caro e precisa de circuitos e algoritmos complexos. Como um amador iniciante como eu, acho que o controlador de carga PWM é o melhor para nós, que é tratado como o primeiro avanço significativo no carregamento de bateria solar.

O que é PWM:

A modulação por largura de pulso (PWM) é o meio mais eficaz para atingir o carregamento de bateria de tensão constante, ajustando a taxa de trabalho dos interruptores (MOSFET). No controlador de carga PWM, a corrente do painel solar diminui de acordo com a condição da bateria e as necessidades de recarga. Quando a tensão da bateria atinge o ponto de ajuste de regulação, o algoritmo PWM reduz lentamente a corrente de carga para evitar o aquecimento e gaseificação da bateria, mas o carregamento continua a retornar a quantidade máxima de energia para a bateria no menor tempo.

Vantagens do controlador de carga PWM:

1. Maior eficiência de carregamento

2. Maior vida útil da bateria

3. Reduza o superaquecimento da bateria

4. Minimiza o estresse na bateria

5. Capacidade de dessulfatar uma bateria.

Este controlador de carregamento pode ser usado para:

1. Carregar as baterias usadas no sistema solar doméstico

2. Lanterna solar em área rural

3. Carregamento de telefone celular

Acho que descrevi muito sobre o plano de fundo do controlador de carga. Vamos começar a fazer o controlador.

Como meus instructables anteriores, usei ARDUINO como o microcontrolador que inclui PWM e ADC no chip.

Etapa 1: Peças e ferramentas necessárias:

Partes:

1. ARDUINO UNO (Amazônia)

2. LCD CHARACTER 16x2 (Amazon)

3. MOSFETS (IRF9530, IRF540 ou equivalente)

4. TRANSISTORES (2N3904 ou transistores NPN equivalentes)

5. RESISTORES (Amazon / 10k, 4,7k, 1k, 330ohm)

6. CAPACITOR (Amazon / 100uF, 35v)

7. DIODO (IN4007)

8. DIODO ZENER 11v (1N4741A)

9. LEDS (Amazon / vermelho e verde)

10. FUSÍVEIS (5A) E SUPORTE DE FUSÍVEL (Amazon)

11. BREAD BOARD (Amazon)

12. PLACA PERFURADA (Amazon)

13. JUMPER WIRES (Amazon)

14. CAIXA DE PROJETO

15.6 TERMINAL DE PARAFUSO DE PINO

16. SCOTCH MOUNTING SQUARES (Amazon)

Ferramentas:

1. DRILL (Amazon)

2. PISTOLA DE COLA (Amazon)

3. FACA DE HOBBY (Amazon)

4. FERRO DE SOLDA (Amazon)

Etapa 2: Circuito do controlador de carga

Eu divido todo o circuito do controlador de carga em 6 seções para melhor compreensão

1. Sensor de tensão

2. Geração de sinal PWM

3. Comutação e driver MOSFET

4. Filtro e proteção

5. Display e Indicação

6. LOAD On / OFF

Etapa 3: Sensores de tensão

Os principais sensores no controlador de carregamento são sensores de tensão que podem ser facilmente implementados usando um circuito divisor de tensão. Temos que detectar a tensão proveniente do painel solar e a tensão da bateria.

Como a tensão de entrada do pino analógico ARDUINO é restrita a 5V, projetei o divisor de tensão de forma que a tensão de saída dele fosse inferior a 5V. Usei um painel solar de 5W (Voc = 10v) e um painel solar de 6v e 5,5Ah Bateria SLA para armazenar a energia. Portanto, tenho que reduzir a tensão para menos de 5V. Usei R1 = 10k e R2 = 4,7K na detecção de ambas as tensões (tensão do painel solar e tensão da bateria). O valor de R1 e R2 pode ser menor, mas o problema é que quando a resistência é baixa, maior fluxo de corrente através dela, como resultado, grande quantidade de energia (P = I ^ 2R) dissipada na forma de calor. Portanto, diferentes valores de resistência podem ser escolhidos, mas deve-se tomar cuidado para minimizar a perda de energia na resistência.

Eu projetei este controlador de carga para minha necessidade (bateria de 6V e 5w, painel solar de 6V), para uma tensão mais alta você deve alterar o valor dos resistores divisores. Para escolher os resistores certos, você também pode usar uma calculadora online

No código, chamei a variável "solar_volt" para a voltagem do painel solar e "bat_volt" para a voltagem da bateria.

Vout = R2 / (R1 + R2) * V

deixe a tensão do painel = 9V durante a luz solar intensa

R1 = 10k e R2 = 4,7 k

solar_volt = 4,7 / (10 + 4,7) * 9,0 = 2,877v

deixe a voltagem da bateria ser 7V

bat_volt = 4.7 / (10 + 4.7) * 7.0 = 2.238v

Ambas as tensões dos divisores de tensão são inferiores a 5v e adequadas para o pino analógico ARDUINO

Calibração ADC:

vamos dar um exemplo:

saída real volt / divisor = 3,127 2,43 V é eqv a 520 ADC

1 é eqv a 0,004673V

Use este método para calibrar o sensor.

CÓDIGO ARDUINO:

para (int i = 0; i <150; i ++) {sample1 + = analogRead (A0); // leia a tensão de entrada do painel solar

amostra2 + = leitura analógica (A1); // leia a tensão da bateria

atraso (2);

}

amostra1 = amostra1 / 150;

amostra2 = amostra2 / 150;

solar_volt = (amostra1 * 4,673 * 3,127) / 1000;

bat_volt = (amostra2 * 4,673 * 3,127) / 1000;

Para calibração ADC, consulte minhas instruções anteriores, onde expliquei em detalhes.

Etapa 4: Geração de sinal Pwm:

Vice-campeão no Concurso Arduino

Vice-campeão no Desafio Eletrônico Verde