CONTROLADOR DE CARGA SOLAR ARDUINO (Versión-1): 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

[Reproduce el video]

En mis instructivos anteriores describí los detalles del monitoreo de energía de un sistema solar fuera de la red. También gané el concurso de circuitos 123D por eso. Puedes ver este MEDIDOR DE ENERGÍA ARDUINO.

Finalmente publico mi nuevo controlador de carga versión-3. La nueva versión es más eficiente y funciona con el algoritmo MPPT.

Puedes encontrar todos mis proyectos en:

Puede verlo haciendo clic en el siguiente enlace.

CONTROLADOR DE CARGA SOLAR ARDUINO MPPT (versión-3.0)

Puede ver mi controlador de carga versión 1 haciendo clic en el siguiente enlace.

CONTROLADOR DE CARGA SOLAR ARDUINO (Versión 2.0)

En el sistema de energía solar, el controlador de carga es el corazón del sistema que fue diseñado para proteger la batería recargable. En estas instrucciones explicaré el controlador de carga PWM.

En la India, la mayoría de la gente vive en áreas rurales donde no se llega a la línea de transmisión de la red nacional hasta ahora. Las redes eléctricas existentes no son capaces de suministrar la electricidad que necesitan esas personas pobres. generadores) son la mejor opción, creo. Conozco mejor el dolor de la vida de la aldea, ya que también soy de esa área, así que diseñé este controlador de carga solar de bricolaje para ayudar a los demás, así como para mi hogar. No puedes creer, mi sistema de iluminación solar hecho en casa ayuda mucho. durante el reciente ciclón Phailin.

La energía solar tiene la ventaja de tener menos mantenimiento y estar libre de contaminación, pero sus principales inconvenientes son el alto costo de fabricación y la baja eficiencia de conversión de energía. Dado que los paneles solares todavía tienen una eficiencia de conversión relativamente baja, el costo general del sistema se puede reducir utilizando un controlador de carga solar eficiente que puede extraer la máxima energía posible del panel.

¿Qué es un controlador de carga?

Un controlador de carga solar regula el voltaje y la corriente proveniente de sus paneles solares que se coloca entre un panel solar y una batería. Se utiliza para mantener el voltaje de carga adecuado en las baterías. A medida que aumenta el voltaje de entrada del panel solar, el controlador de carga regula la carga de las baterías evitando cualquier sobrecarga.

Tipos de controlador de carga:

1. ON OFF

2. PWM

3. MPPT

El controlador de carga más básico (tipo ENCENDIDO / APAGADO) simplemente monitorea el voltaje de la batería y abre el circuito, deteniendo la carga, cuando el voltaje de la batería sube a un cierto nivel.

Entre los 3 controladores de carga, MPPT tiene la mayor eficiencia, pero es costoso y necesita circuitos y algoritmos complejos. Como aficionado principiante como yo, creo que el controlador de carga PWM es el mejor para nosotros, que se trata como el primer avance significativo en la carga de baterías solares.

Qué es PWM:

La modulación de ancho de pulso (PWM) es el medio más efectivo para lograr una carga de batería de voltaje constante ajustando la relación de trabajo de los interruptores (MOSFET). En el controlador de carga PWM, la corriente del panel solar se reduce según la condición de la batería y las necesidades de recarga. Cuando el voltaje de la batería alcanza el punto de ajuste de regulación, el algoritmo PWM reduce lentamente la corriente de carga para evitar el calentamiento y la formación de gases en la batería, pero la carga continúa devolviendo la cantidad máxima de energía a la batería en el menor tiempo posible.

Ventajas del controlador de carga PWM:

1. Mayor eficiencia de carga

2. Mayor duración de la batería

3. Reducir el sobrecalentamiento de la batería

4. Minimiza el estrés en la batería

5. Capacidad para desulfurar una batería.

Este controlador de carga se puede utilizar para:

1. Carga de las baterías utilizadas en el sistema solar doméstico

2. Linterna solar en zona rural

3. Carga del teléfono celular

Creo que he descrito mucho sobre el fondo del controlador de carga. Comencemos a hacer el controlador.

Al igual que mis instrucciones anteriores, usé ARDUINO como microcontrolador que incluye PWM y ADC en el chip.

Paso 1: Piezas y herramientas necesarias:

Partes:

1. ARDUINO UNO (Amazon)

2. LCD DE CARACTERES 16x2 (Amazon)

3. MOSFETS (IRF9530, IRF540 o equivalente)

4. TRANSISTORES (2N3904 o transistores NPN equivalentes)

5. RESISTENCIAS (Amazon / 10k, 4.7k, 1k, 330ohm)

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

7. DIODO (IN4007)

8. DIODO ZENER 11v (1N4741A)

9. LEDS (Amazonas / Rojo y Verde)

10. FUSIBLES (5A) Y PORTAFUSIBLES (Amazon)

11. TABLA DE PAN (Amazon)

12 TABLERO PERFORADO (Amazon)

13. CABLES DE PUENTE (Amazon)

14. CAJA DE PROYECTO

15.6 TERMINAL DE TORNILLO DE PIN

16. CUADRADOS DE MONTAJE SCOTCH (Amazon)

Instrumentos:

1. TALADRO (Amazon)

2. PISTOLA DE PEGAMENTO (Amazon)

3. CUCHILLO AFICIONADO (Amazon)

4. HIERRO DE SOLDADURA (Amazon)

Paso 2: Circuito del controlador de carga

Divido todo el circuito del controlador de carga en 6 secciones para una mejor comprensión

1.detección de voltaje

2. Generación de señales PWM

3. Conmutación y controlador MOSFET

4. Filtro y protección

5. Pantalla e indicación

6. CARGA ON / OFF

Paso 3: Sensores de voltaje

Los sensores principales en el controlador de carga son sensores de voltaje que se pueden implementar fácilmente mediante el uso de un circuito divisor de voltaje. Tenemos que detectar el voltaje proveniente del panel solar y el voltaje de la batería.

Como el voltaje de entrada del pin analógico ARDUINO está restringido a 5V, diseñé el divisor de voltaje de tal manera que el voltaje de salida debería ser menor a 5V. Usé un panel solar de 5W (Voc = 10v) y uno de 6v y 5.5Ah. Batería SLA para almacenar la energía. Entonces tengo que reducir tanto el voltaje a menos de 5V. Usé R1 = 10k y R2 = 4.7K para detectar ambos voltajes (voltaje del panel solar y voltaje de la batería). El valor de R1 y R2 puede ser menor, pero el problema es que cuando la resistencia es baja, el flujo de corriente más alto lo atraviesa como resultado una gran cantidad de energía (P = I ^ 2R) disipada en forma de calor. Por lo tanto, se pueden elegir diferentes valores de resistencia, pero se debe tener cuidado para minimizar la pérdida de potencia a través de la resistencia.

He diseñado este controlador de carga para mis requisitos (batería de 6V y panel solar de 5w, 6V), para un voltaje más alto, debe cambiar el valor de las resistencias divisorias. Para elegir las resistencias adecuadas, también puede usar una calculadora en línea

En el código he nombrado la variable "solar_volt" para el voltaje del panel solar y "bat_volt" para el voltaje de la batería.

Vout = R2 / (R1 + R2) * V

deje que el voltaje del panel = 9 V durante la luz solar brillante

R1 = 10k y R2 = 4.7 k

solar_volt = 4.7 / (10 + 4.7) * 9.0 = 2.877v

Deje que el voltaje de la batería sea de 7 V

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

Ambos voltajes de los divisores de voltaje son inferiores a 5v y adecuados para el pin analógico ARDUINO

Calibración ADC:

tomemos un ejemplo:

Salida real de voltios / divisor = 3,127 2,43 V es equivalente a 520 ADC

1 es eqv a.004673V

Utilice este método para calibrar el sensor.

CÓDIGO ARDUINO:

para (int i = 0; i <150; i ++) {sample1 + = analogRead (A0); // lee el voltaje de entrada del panel solar

sample2 + = analogRead (A1); // lee el voltaje de la batería

retraso (2);

}

muestra1 = muestra1 / 150;

muestra2 = muestra2 / 150;

solar_volt = (muestra1 * 4.673 * 3.127) / 1000;

bat_volt = (muestra2 * 4.673 * 3.127) / 1000;

Para la calibración de ADC, consulte mis instrucciones anteriores donde lo he explicado en profundidad.

Paso 4: Generación de señal Pwm:

Finalista en el Concurso Arduino

Finalista en el Green Electronics Challenge