Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Berätta om dina pågående projekt.
xxargs
Inlägg: 9821
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av xxargs »

på 10+ år gamla batterier så skulle jag inte lägga någon större energi på...

det är många olika mekanismer som kan göra att batteriet inte vill lämna ström - det behöver inte vara sulfatering utan det kan vara korrosion och det blivit brott i gallerstrukturerna som bär den aktiva massan. Sådana batterier kan mycket väl visa bra vilospänning/syravärden men kroknar fort om man försöker dra ut ström. Kalciumlegerade batterier har också sina nackdelar i och med gränssnittet mellan gallret och blyet ger hög övergångsresistans när gallret börja korrodera upp - gips leder inte ström...

Gamla antimonlegerade batterier har sina fördelar, men också nackdelar i och med hög vattenförbrukning.

Men det viktiga av bilderna av att döma är motorsåg och lite trädfällning så att panelerna inte blir skuggade det minsta lilla under de viktiga soltimmarna under dagen...

Till detta skulle jag sätta en lättåtkommlig anslutning på utsidan av kåken med grov kabel (startkabelstorlek och med brytare mellan på insidan) så att batterierna kan laddas mha. startkablar till bilen och dess generator, alternativt elverk med stöddig laddare på kanske >= 25 ampere etc. att ta till när batterierna verkligen är nedkörda av olika orsaker.

(med batterier av den storleken som bilden visar så kommer inte batterierna att svälja mer än 20-30 Ampere i laddström större delen av laddtiden till ca 60-70% laddningsgrad även om generatorn har kapacitet för 110 ampere (aka bilgenerator) )
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

Anslutning på utsidan och elverk är ett alternativ vi övervägt, men det kommer senare, om det ens kommer bli nåt sånt. Vore ju bra med elverk för vedklyv m.m, men det är så sällan så man kan nästan hyra ett istället.

Stugan är på en ö, vi är bara här under sommarhalvåret, eventuellt från mitten av våren till mitten av hösten, krävs båt för att komma ut så båtsäsongen bestämmer när vi kan vara här..
Om man nu inte skaffar en svävare då, vilket vore coolt, men onödigt.. :)
danielr112 skrev:Ja de riktiga kablarna är dubbell eller om det är trippelmantlade. Riktigt mjuka och fina kablar :) Dock inte så billiga. Tror jag gav 8kr per meter eller något sådant för min. Om du behöver kortare sträckor kommer jag få över. Köpte 200meter men kommer inte använda det sedan när nya systemet är inne då det bara är 3 serier istället för nuvarande 5. (Som bara använts 100meter av de 200 på)
Jag är nyfiken på kabeln, men tror vi klarar oss såhär ett tag till. Tanken nu är att kunna bära iväg den till lite olika ställen och testa, när jag vet mer exakt vart vi vill ha den sen så blir det lättare att bestämma kabellängd. :)
MiaM skrev:Kör nån såndär batteriladdare som avsulfaterar på de gamla batterierna. De kan ju stå (t.ex. ett i taget om du bara skaffar en sån laddare) på bearbetning flera månader på något ställe där det finns nätspänning.
Tror det är tok-kört, och inte direkt värt jobbet när man får nya för 800kr per st.

Gjort idag:
Har suttit och testat lite på labbkort/stiftbräda under morgontimmarna, brände IR2104'an efter någon sekund när jag kopplade in sista jordkabeln, min induktans var extremt underdimensionerad (0.5mm² kabel) och blev varm direkt, inte säker på vad som hände med IR2104'an men jag har i alla fall börjat bygga effektdelen på kretskort (Elfas fenolpapper .. ), tanken är att peta dit grov kopparkabel på de vägar strömmen går så det tål lite effekt.

Har precis lindat en ny spole på samma T130-26, den har ett AL värde på 810nH / varv, får in 35varv med 1.5mm² kabel.

Enligt wikipedia:
The AL value of a core configuration is frequently specified by manufacturers. The relationship between inductance and AL number in the linear portion of the magnetisation curve is defined to be:

\({\displaystyle L=n^{2}A_{L}\)

where n is the number of turns, L is the inductance (e.g. in nH) and AL is expressed in inductance per turn squared (e.g. in nH/n2).[3]
Räknar jag då rätt om jag tar:
\({\displaystyle L=35^{2}*810 = 992 250nH = 992uH\)
(Edit: råkade skriva 33^2 först)

Induktansen i fråga:
DSC_0329.resized.JPG
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Nerre
Inlägg: 23941
Blev medlem: 19 maj 2008, 07:51:04
Ort: Upplands väsby

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av Nerre »

cetex skrev:Jag har inte tänkt så långt som en specifik algoritm än, det behöver ju inte vara så svårt att slänga ihop en sån tycker jag ..
Men jag har tänkt ungefär såhär:
Något hundratal gånger i sekunden kan man väl läsa av spänning / ampere, om dom förändras mer än en procent eller liknande så har antagligen inte ett mätfel utan något har förändrats, då kan man scanna av lite uppåt och lite neråt i duty-cycle för att se hur effekten förändras, ökar den i en riktning tar man det som nytt basvärde och testar vidare tills man har hittat ett optima.
Rätt luddigt uttryckt nu men bör inte vara så knepigt tycker jag ;)
Problemet som togs upp i den artikeln är att om du detekterar en förändring jämfört med förra gången så vet du inte om den förändringen berodde på att du ändrade duty cycle eller på att solinstrålningen ändrades. Många algoritmer har svårt att följa med om solinstrålningen ändras hela tiden.

En del löser det genom att sampla flera gånger innan man ändrar duty cycle, men även där får man ju problemet att du inte vet om det är ändringen av duty cycle eller ändringen av solinstrålningen som påverkar nästa mätvärde.

Det finns en standard för hur man testar MPPT och där finns det exempel på förändringskurvor som man testar med.

De flesta algoritmer självsvänger runt MP-punkten och vissa algoritmer kan i vissa lägen börjar reglera åt fel hål. Ex. om algoritmen tror att duty cycle ska ökas, så ökar den duty cycle. Men samtidigt går solen i moln. Då ser algoritmen att efter ökningen blev det lägre effekt, alltså sänker den duty cycle igen (men då blir det kanske ännu lägre effekt).
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

Efter några brända IRFZ44N och svedda fingertoppar, en bränd IR2104 imorse, lödtenn på knät och lite sånt så börjar det se ut som nånting i alla fall. :)

Sitter inne numera, foton tagna nyss över matbordet:
DSC_0330.JPG
DSC_0331.JPG
Closeup på kopplingarna, + från solpanel går in i det lilla blåa kortet med ACS712-20A på vänster sida, därifrån går en kabel som är fastlödd i banan för + under kortet.
Det lila kortet nere till vänster är ännu en buck-converter för matning av +5V från batteriet. Tanken är att den ska driva arduinon m.m. senare.
Jag behöver nog klura ut något som slår av matningen till den när solcellen inte längre ger ström, samma gäller för matningen till IR2104.
Slår jag av matningen till IR2104 så måste jag sänka båda mosfet'arna mot gnd, annars är gate'arnas spänning "undefined". Ett så högohmigt motstånd som möjligt mellan gate och gnd kanske kan lösa det, eller kanske en annan drivkrets som jordar utgångarna automagiskt när den inte har spänning?

Det är ett råttbo just nu, men jag intalar mig själv att det ju bara är en prototyp också ;)

Jag tog de tunnaste trådarna jag kunde till batterikopplingen (röd + vit som går snett ner åt höger) tänkte att det kunde fungera delvis som en säkring om det verkligen skiter sig, men MOSFET'arna hinner brinna ändå. ...
På Undersidan av kretskortet har jag förstärkt ledningsbanorna för + och jord med lite 4mm² kopparkabel, plus till batteriet sitter lödd direkt mot spole/kodning, tyvärr ingen bild på undersidan nu.

Arduinons analoga ingångar mår inte så bra, nån var "wonky" sedan tidigare men när man av misstag råkar peta peta dit en batterimatning med +12v så tycker den inte om livet längre. Ska köpa ny atmega328p imorgon på kjell.com, Det funkar att "handjaga" duty cycle just nu så jag har åtminstone fått testa lite.
När solen var framme tidigare (men cellen fortfarande delvis var i skugga) så verkade 45-50% duty cycle vara någorlunda optimalt, allt efterom solen rört sig ner mot horisonten har jag fått höja den till uppåt 70-75%.
DSC_0332.JPG
Som mest har den gett 0.9A till batteriet ikväll vilket väl innebär att buck kretsen hanterat i runda slängar 12W.
DSC_0334.JPG
DSC_0333.JPG
Seriekopplade 2st 1000Uf 25V kondingar mellan + och jord vid inkommande från solcellen (2st i serie så de tål spänningen på upp till 38V) och de värsta ringningarna försvann. Inte speciellt nöjd över stigtider o.s.v, men måste nog byta gate-driver samt FETar för det?
DSC_0337.JPG
Zoomade in lite til på oscilloskopet här nu och det ser som att spänningen på gaten till Q1 stiger från 0 till max på 0.6µs, och faller under 0.25µs vid stängning.
Q2 / "bypass" verkar gå från noll till max spänning på 0.4µs och gå ner från max till 0 på c:a 0.2µs

50khz switchfrekvens, 20µs för en "cykel", totalt spenderas 1.45µs i stigande/fallande gates, kan det vara så illa som 1.45/20 = 7.25% effektförlust? ;>

Jag tror Ingenting blir riktigt varmt om man bortser från arduinon (den mår ju inte så bra längre), så håller tummarna för att inget brinner upp omedelbart när jag testar i lite sol imorrn, börjar få slut på IRFZ44N :)
Eventuellt blir dock induktansen ljummen, får se imorrn.

Problem jag märkt:
1st IRFZ44N (Q2) har brunnit eftersom jag satte "shutdown" på IR2104 till +5V permanent, inte speciellt smart då det innebär att Q2 står öppen när PWM från arduinon försvinner, batteriet laddade ur via Q2 och det verkar ha gått en hel del ampere då den deformerades en aning.
1st IRFZ44N (Q2) har brunnit då jag provade att koppla loss gaten från den för att "vara försiktig" när jag började igen, gaten laddades spontant och den öppnade, batteriet laddade åter igen ur via Q2 och den dog. Ej deformerad denna gång då jag var lite snabbare, men varmt blev det och fingertopparna blev svedda.

Frågan är hur man ska hantera detta på något vettigt sätt och skydda sig mot ytterligare klantighet?
Klurade lite på om jag kunde använda PWM'en från arduinon för att via en transistor eller nåt ladda en konding som i sin tur höll shutdown på IR2104 hög så länge som det pulsades på PWM, men då offrar jag väl lite av omslagstiderna för fet'arna också, och det vill jag ju inte. :)

Bäst är kanske att löda fast arduinon på kortet så att jag inte kan slinta och råka rycka PWM signalen stup i kvarten. :)
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

Nu jäklar!

Solpanelen placerad i morgonsol, nästan platt på marken dock.

Output (från konvertern): 8.3A @12.75V, 105W vid 62% duty cycle.
Q1 blir varm rätt snabbt, går att lägga fingret på efter en minut eller två men det börjar vara hett.

Får nog se till att skaffa kylflänsar idag så vi har el några dagar framöver i alla fall. :)

Tips eller idéer på förbättringar av buck convertern?

Nån som har input om spolen?, jag tror baserat på mina tidigare beräkningar att den är rejält överdimensionerad nu.

Duty cycle borde vara lägre också, oklart varför jag måste ligga så högt som 62% för att få ut nån effekt..


Edit:
Rengjorde panelen, rev bort massa grässtrån o.s.v som täckte över botten samt torkade av den, effekten steg med c:a 25W till, 130W som mest nu!
Bytte därefter ut sytråden från kortet til batterierna till 2x2m 2.5mm² kabel jag hade liggandes, den men är nu på ungefär max vad multimetern klarar av att mäta så får börja mäta ampere på solpanelen istället.

Vill verkligen ha ny µCPU så jag kan låta den mäta effekt istället, ACS712 tål ju lite mer än en multimeter..

Edit2:
Efter rengöring, och lite omvinkling av panelen så har jag mätt 25.5V * 6.6A = 166W output från panelen, inte säkert att det är speciellt mycket högre än tidigare, men jag tror ju inte att jag bränner 30W i mosfet'arna även om Q1 blir het..
Jag tror spolen är gravt överdimensionerad (µH) om man baserar det åp AL värdet, behöver 166µH och den bör vara på 880µH nu, T130-26 är inte det mest optimala materialet heller så den blir nog mättad. ska mäta lite med oscilloskopet och se.
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

Ingen som har några lämpliga n-channel mosfets i hudiksvallstrakten?

Råkade sätta duty-cycle till 0 och blåste den näst sista, fixat "spärr" i mjukvaran nu så den inte kan sättas för lågt, men den sista verkar vara död när jag kontrollmätte innan lödning. :(

Annars får jag väl vänta till måndag / tisdag på leverans från elfa..

Ska shoppa 10A och 20A säkringar samt lite annat småplock under dagen, hade nog räddat de tre jag nu bränt..
MiaM
Inlägg: 7347
Blev medlem: 6 maj 2009, 22:19:19

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av MiaM »

Tänk på att ihop med en spole så måste du ha backspänningsdioder på rätt ställen om säkringar. Annars finns det en risk att när säkringen går så blir det backspänning som pajar någon halvledare.

Har ni brunn med hygglig vattentillgång, alternativt är det sötvatten som omger ön? I så fall kunde det kanske vara läge att ta vindrutespolare från en bil och ha nån timerstyrning som spolar bort pollen och annan smuts från panelen då och då.

Solen följer ju för övrigt en i förväg känd bana. Med en motor så kan du få panelen att följa solen hyggligt exakt några dagar i rad, med två motorer kan du få panelen att följa solen exakt året om.

Vet inte riktigt hur mycket sol en såndär panel tål som mest, går det kanske att öka effekten genom att köra reflektorer?

P.S. mitt förslag att motionera de gamla slutkörda batterierna var mest att låta det bli ett självgående långtidsprojekt. Om du har lämplig laddare så kan det ju stå självgående typ t.ex. ute på en balkong eller på annat ställe där eventuell knallgas vädras bort rätt snabbt. Förvisso är det riktigt låg chans att få nån fart på batteriet om det varit helt urladdat, men allmänt så verkar det gå att få märkbart bättre sprutt på halvdåliga batterier med hjälp av bra laddare.
danielr112
Inlägg: 7904
Blev medlem: 18 januari 2009, 00:48:24
Ort: Alvesta, Småland

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av danielr112 »

Om man vill ha solföljare så kan sådan manick byggas för några 10or. Motorer från t ex sidorutor på bil funkar fint.

Att spola panelerna behövs i regel inte... Regnet sköter detta mer än hyggligt och det finns flera som låtit sina vara i flera år utan att göra något och ingen försämrad effekt. Nu kan visserligen pollen som nämdes ställa till emd lite på våren om det inte regnar men ja det är minimalt. Då är faktorn varma paneler större problem. Dvs kylning på panelerna om de ligger på tak t ex. Det ser jag hemma att en blåsig dag så får jag in bra mycket mera effekt än en vindstilla dag.
ekman
Inlägg: 280
Blev medlem: 13 januari 2009, 14:04:35

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av ekman »

Hur mäter du vad du får ut, via en dummy load?
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

Ekman:
Direkt mot blyack:
Solpanel -> Buck converter -> multimeter (ampere) -> batteri + multimeter (volt)
Det är alltså laddströmmen * spänningen som jag rapporterat som watt, tills jag skrev att jag flyttade amperemätaren till solcellens ingång på buck-convertern istället eftersom jag närmade mig 10A till batteriet.
Sista måttet på 166W (innan jag blåste sista MOSFET'en) var baserat på solpanelens spänning * ström, effekt ut från Buck-convertern har jag ingen aning om där.
MiaM skrev:Tänk på att ihop med en spole så måste du ha backspänningsdioder på rätt ställen om säkringar. Annars finns det en risk att när säkringen går så blir det backspänning som pajar någon halvledare.

Har ni brunn med hygglig vattentillgång, alternativt är det sötvatten som omger ön? I så fall kunde det kanske vara läge att ta vindrutespolare från en bil och ha nån timerstyrning som spolar bort pollen och annan smuts från panelen då och då.

Solen följer ju för övrigt en i förväg känd bana. Med en motor så kan du få panelen att följa solen hyggligt exakt några dagar i rad, med två motorer kan du få panelen att följa solen exakt året om.

Vet inte riktigt hur mycket sol en såndär panel tål som mest, går det kanske att öka effekten genom att köra reflektorer?

P.S. mitt förslag att motionera de gamla slutkörda batterierna var mest att låta det bli ett självgående långtidsprojekt. Om du har lämplig laddare så kan det ju stå självgående typ t.ex. ute på en balkong eller på annat ställe där eventuell knallgas vädras bort rätt snabbt. Förvisso är det riktigt låg chans att få nån fart på batteriet om det varit helt urladdat, men allmänt så verkar det gå att få märkbart bättre sprutt på halvdåliga batterier med hjälp av bra laddare.
Backspänningsdioder måste jag alltså läsa på lite om.. Men jag gissar att det handlar om en diod som återleder strömmen igenom spolen om output dör?

Ön är i Östersjön, så det är ju nästan sötvatten, ingen fungerande brunn på ön, men överväger att slänga i en pump i havet och ha lite filter så man får spolvatten / duschvatten o.s.v, just nu släpar vi hit allt vatten vi gör av med i 15L vattendunkar.
Vi behöver ju inte så mycket laddning när vi inte är här i stugan, då räcker nån watt nån timme om dagen för att hålla batterierna vid liv. Och när vi är här så kan vi torka av den varje vår eller om vi ser att det verkar behövas.
Skriver mer om energibehoven nedanför, men sätter vi den vid vattnet i söderläge får vi ju en reflektor där som bör ge några procent extra.
danielr112 skrev:Om man vill ha solföljare så kan sådan manick byggas för några 10or. Motorer från t ex sidorutor på bil funkar fint.
Vi behöver ju inte 260W * 6-12h per dag, även om det nu vore trevligt :twisted:
Vi behöver en stor panel för att generera lite ström även vid halvmulet och tråkigt väder. Vi behöver nånstans runt 260W*3h varannan dag för att kunna ladda upp batterierna så att vi kan ladda datorerna om vi ska kunna arbeta från stugan. Mer är ju trevligt men inte ett krav. :)
Vi förbrukar alltså i värsta fall 9 timmar arbetsdag * 20w = 180Wh, gånger 2 laptops = 360Wh, + potentiellt 10 timmar till om det verkligen skitit sig på jobbet och man är oncall, 10*20w = 200Wh.
Totalt 360 + 200 = 560Wh som vi då drar ur batteribanken om solen inte lyser nåt, detta ska helst laddas upp inom 24h för att inte sabba batterierna och så att vi har ytterligare 560Wh att förbruka nästa dag.

Skiter det sig helt med stugans laddning så har vi även normalt 250-300Wh i batterier till laptoparna (2st identiska laptops, flera extra-batterier som kan bytas under drift, jag hade tur vid reklamation och fick några extra) så vi klarar oss ungefär en dag med dom om vi är försiktiga med vad vi kör (håller strömförbrukningen nere, sitter inne med fördragna gardiner och låg ljusstyrka t.ex..)



Jag har under eftermiddagen shoppat den sista µCPU'n som fanns på kjell o co i hudiksvall + säkringar så jag kan säkra av innan jag börjar labba igen.
Jagar just nu nya MOSFET'ar lite och hittat följande:

IPI041N12N3 G - MOSFET N-Ch 120V 120A I2PAK-3 OptiMOS 3, RdsOn 3.8mOhm, 158nC gate charge, stigtid 52ns, falltid 21ns - osäker på denna formfaktor, ska man löda den mot jord / kylplan?

IPP048N12N3 G - MOSFET N-Ch 120V 100A TO220-3 OptiMOS 3, RdsOn 4.8mOhm, 137nC gate charge, stigtid 55ns, falltid 19ns.

FDH055N15A - MOSFET 150V N-Channel PowerTrench MOSFET, RdsOn 4.8mOhm, 92nC gate charge, stigtid 67ns, faltid 21ns.

TK72E12N1,S1X - MOSFET N-Ch 120V 179A 225W UMOSVIII 130nC .0044, RdsOn 3.6mOhm, 130nC gate charge, stigtid 33ns, falltid 37ns, Gör toshiba vettiga grejor?, verkar ha rätt bra stig/falltider samt RdsOn i kombination med lagomt pris (19sek)

Jagar vidare under helgen, men om nån har någon anledning till att välja den ena över de andra av de listade så hojta gärna, jag är ute på lite djupt vatten känns det som.
Men jag tänker såhär:
Hög spänning, >=120V Vdss är något som vore bra, ju högre desto bättre, vore ju trevligt om det nu gick att plugga in två paneler i serie på samma design 80V bör den tåla, jag antar att komponenterna då bör vara speccade minst 20% högre.
Så lågt RdsOn som möjligt, <10mOhm tror jag är lämpligt. (22A * 0.01Ohm = 0.22W värme vid On), IRFIZ44N som jag har kört med har 24mOhm och jag borde nog sikta mycket lägre än det.
Kort stig och falltid, jag är inte säker på vad som är lämpliga tider att sikta efter?
Även hög konstantström, så jag kan använda likadana MOSFET's till både Q1 och Q2, 22A är väl max av vad jag bör se nu med 260W vid c:a 12V (mot batteri), minst 44A ska den tåla konstant, så 55-80A borde den alltså vara speccad för.

Brukar man gå över till flera MOSFET'ar parallelt när man ska upp så höga strömmar? Hur gör folk? :)

Driver har jag inte ens börjat kolla på än, men jag tror jag borde hitta en som kan trycka uppåt 5-6A vid tillslag i alla fall. Håller mig till MOSFET'ar med som kräver en drivspänning på gate om +20V tills vidare då det verkar vara vanligast (har sett vissa som vill ha +30V och andra som vill ha +5V)

Jag har fortfarande ingen aning om vad resultatet blir när man har en för stor spole i en buck-converter. Jag har ju räknat på denna och den verkar vara c:a 800µH medans jag behöver c:a 160µH, nån som vet och kan förklara vad som egentligen händer?

Edit: Ska såklart vara µH, inte mH i spolens storlek
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

insåg nu när jag är piggare att induktansen mättas snabbare / lättare om jag kör fler varv på spolen och att switchfrekvensen kan sänkas. output ripple minskar också då mer energi lagras i induktansen.
Däremot har jag inte en för stor induktans som jag trodde, den är ganska lagomt lindad nu (knappt 100µH)
Jag räknar på nytt, så att jag inte missat något, hoppas bara att de formler jag skrapat ihop är korrekta.. :)
Input: 1st 60cells solpanel max 42V (vinter), max 10A (korslutningsström), Maxeffekt U*I = 300W

Den ska alltså kunna switcha ner 42V till 10V i värsta fall (död blyack, perfekt sol, iskallt ute), och 30 tlil 15V när batterierna är fulladdade.

Formler:

Duty cycle: \(D = \frac{V_{out}}{V_{in}}\)

Switchfrekvens: \(F_{sw} = 50Khz\)

Önskat max strömrippel: \(\Delta{I}_{L} = 3A\) (Har höjt detta från 1A eftersom induktansen blir för stor annars)

Önskat spänningsrippel: \(\Delta{V_{out}} = 0.05V\) (Har höjt detta också till ett lite snällare värde, blev knepigt annars)

Induktans: \(L = ({V_{in}}-{V_{out}})\times{D}\times{\frac{1}{F_{sw}}\times{\frac{1}{\Delta{I_{L}}}\)

300W, 42V input, 10V output, högsta ineffekt, urladdat batteri:
Duty cycle: \(D = \frac{10}{42} = 23.8\%\)

\(I_{out} = {\frac{P_{in}}{V_{out}} = {\frac{300}{10} = 30A\)

\(({42}-{10})\times{0.238)\times{\frac{1}{50000}\times\frac{1}{3}} = 0,000050773H = 50,77\mu{H}\)

300W, 42V input, 15V output, högsta ineffekt, typ fulladdat batteri:
Duty cycle: \(D = \frac{15}{42} = 35.7\%\)

\(I_{out} = {\frac{P_{in}}{V_{out}} = {\frac{300}{15} = 20A\)

\(({42}-{15})\times{0.357)\times{\frac{1}{50000}\times\frac{1}{3}} = 0,00006426H = 64,26\mu{H}\)

10W, 28V input, 10V output, skugga, urladdat batteri:
Duty cycle: \(D = \frac{10}{28} = 35.7\%\)

\(I_{out} = {\frac{P_{in}}{V_{out}} = {\frac{10}{10} = 1A\)

\(({28}-{10})\times{0.357)\times{\frac{1}{50000}\times\frac{1}{3}} = 0,00004284H = 42,84\mu{H}\)

10W, 28V input, 15V output, skugga, urladdat batteri:
Duty cycle: \(D = \frac{10}{28} = 53.5\%\)

\(I_{out} = {\frac{P_{in}}{V_{out}} = {\frac{10}{15} = 0.66A\)

\(({28}-{15})\times{0.535)\times{\frac{1}{50000}\times\frac{1}{3}} = 0,000046367H = 46,36\mu{H}\)



Läste databladet för toroiden noggrannare nu och insåg att Al-värdet är på 810uH / 100 varv, samt att jag nog använt fel formel tidigare.. inte helt lätt detta..

Formel för att beräkna antalet varv \(N\) för induktansen \(L = 64.26\) baserat på \({A_{L} = 810\) värde: Edit, råkade visst räkna på 785 som AL värde istället för 810, fixat nu.
\(N = 100\times\sqrt\frac{L}{A_{L}}\)

Peta in siffror:
\(N = 100\times\sqrt\frac{64.26}{810} = 28.16\)

Nu får jag in 34varv 1.5mm² kabel i den vilket ger en induktans om c:a 94µH

Ska nog sänka detta till 30-32 varv vilket bör ge c:a 73-83µH, samtidigt som jag lämnar ett gap på några millimeter mellan in och ut för att minska parasitisk kapacitans en aning vilket jag hoppas kommer att minska ringningar också.

Hur stor konding behövs minst på utgången?

\(C_{out(min)} = \frac{\Delta{I_{L}}}{8\times{F_{sw}}\times{\Delta{V_{out}}}}\)

Peta in siffror:
\(C_{out(min)} = \frac{3}{8\times{50000}\times{0.05}} = 0,00015F = 150\mu{F}\)

Konding på ingången?, fortfarande ingen aning, men en stor jäkel med lågt ESR antar jag hjälper.. :)

Det lutar fortfarande åt toshiba FET'en:
TK72E12N1,S1X - MOSFET N-Ch 120V 179A 225W UMOSVIII 130nC .0044, RdsOn 3.6mOhm, 130nC gate charge, stigtid 33ns, falltid 37ns, Gör toshiba vettiga grejor?, verkar ha rätt bra stig/falltider samt RdsOn i kombination med lagomt pris (19sek)

Och någon av dessa kondingar efter induktansen:
Nichicon 160V, 330µF, 3130mA ripple current (100kHz), c:a 20sek - En sån skulle räcka.
Panasonic 160V, 220µF, 2280mA ripple current (100kHz), c:a 15sek - 2st sånna funkar också, högre total kapacitans och totalt högre rippel ström.

Jag tror jag kör likadana kondingar på inkommande också, lutar åt panasonic 220µF "överallt", enklast så.

Dessa komponenter (och detta inlägg) tog sjukt lång tid att leta fram och skriva ihop för mig som i princip aldrig jagat runt förr, jag har dock lärt mig lite LaTex samtidigt vilket var trevligare än jag trodde.
Jag har ju ingen referenspunkt på vad som är vettigt så har förutom att plugga LaTex suttit o jagat komponenter och läst datablad i närmare 15 timmar totalt nu.. :)

Nu återstår väl bara FET-drivern och nån form av kylflänsar för FET'arna så har jag hittat vad som krävs sen.

Vad för "säkerhetsfunktioner" bör man bygga in förutom säkringar?
Överspänninngsdioder el dyl på inkommande och utgående?
danielr112
Inlägg: 7904
Blev medlem: 18 januari 2009, 00:48:24
Ort: Alvesta, Småland

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av danielr112 »

I regel vill man ha åskskydd på inkommande men i ditt fall kan du förmodligen bara gjorda ramen på solpanelen rakt ner i backen då du inte har annan ström samt behöver ta mycket hänsyn till läckströmmar.

Backdioder är inte nåt behov då du bara har 1 panel(1sträng) Givet att din laddare inte skickar ut nån ström bakvägen.
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

Tack för input, lite dåligt med det överlag när det kommer till designen tycker jag, börjar behöva lite hjälp med skydd mot backström nu också.

Dioder i serie med den primära strömvägen försöker jag undvika, men jag måste nog peta in en till FET nånstans i motsatt riktning till Q1 så att jag kan stoppa batteriet från att göra solpanelen till en kokplatta via dioden i Q1.


Uppdaterad ritning, rätt FET'ar och kondensatorer, IR2104 ska dock bytas ut, klurar på en IR21844 istället, nästan samma funktion som IR2104 men närmare 2A output till FET'arna.

Vilken placering av Q3 tror ni mest på?, Denna ska alltså blockera strömmen från att gå från batteri till solpanel när det är mörkt. Threshold voltage för Gate/Source är 2-4V på toshiba-feten så jag borde nästan kunna slå på den via arduinon som ger +5V ut? TK72E12N1,S1X - MOSFET N-Ch 120V 179A 225W UMOSVIII 130nC .0044

Alternativ Q3-1: - Mitten till vänster på bilden, FET mellan panel och ground, blir knepigare att mäta spänningen över solpanelen, men jag kan ju sätta en resistor över Q3-1 som jag har ritat.
Alternativ Q3-2: - Uppe i mitten på bilden, Inverterad FET före Q1 (Den bör dock antagligen sitta före / till vänster om kondensatorbanken), nackdelen här är att jag måste driva den över solpanelens spänning för att den ska öppna, oklart hur det ska gå till.
Alternativ Q3-3: - miten till höger på bilden, Mellan batteri-minus och Gnd, behövs antagligen även här en resistor över FET'en så inte spänningen blir för hög.
Uppdaterad ritning:
MPPT2.png
Edit:
Själv börjar jag tro mest på Alternativ Q3-1, högre spänning / lägre ström då den sitter direkt mot solpanelen, borde vara effektivare än Q3-3 som har lägre spänning och högre ström = högre effektförlust över MOSFET'en, samtidigt som Q3-1 är lättare att driva än Q3-2 som kräver riktigt hög gate-spänning.

Jag vill helst att Spänningsdelaren för att mäta solpanelens spänning tål 100V, så (50kOhm / 1MOhm) * 100V = max 5V output, med 10bit / 1024värden på ADC ger det mig c:a 0.1V upplösning, 0.2V är antagligen närmare sanningen med jitter i ADC'n o.s.v vilket är ganska ok.
Problemet med denna lösning är att jag isolerar panelen från jordplanet så spänningen panel -> jord kan skjuta iväg ganska häftigt, räcker det med en 50kOhm resistor över FET'en för att hålla panelens jord inom någon volt från övrig jord om mosfet'en är stängd?

Spänningsdelaren blir ju knepig då också eftersom det effektivt sett blir ((50kOhm + 50kOhm) / 1MOhm) * 100V = 10V maxspänning ut, kanske går att skydda mot detta halvudda case med en 1.3W 5.1V zener mot gnd på arduinons input?, det bör väl inte bli mer än några mA igenom den om spänningen skjuter iväg ordentligt då den sitter i serie med en 1Mohm resistor.

Har uppdaterat ritningen med vad jag tänker nu:
MPPT2.2.png
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

Prylar beställt, blev från mouser så de kommer väl på onsdag.

Heat Sinks TO-220 VERTICAL MNT - tog 4st små kylflänsar, bra att ha.
Heat Sinks TO-220 VERT 3.7 TR - tog även 2st Större kylflänsar
Schottky Diodes & Rectifiers LVFR DUAL 30A 120V HUAD - 5st Schottky dioder, om jag får för mycket strul med synchronous buck så kan jag alltid bygga en med dioder istället för Q2 istället.
AVR Genuino Micro - Arduino/Genuino, Atmega32u4 i litet format.
Gate Drivers HALF BRDG DRVR 600V 10 to 20V 1.4A - tog 3st utifall jag klantar mig eller vill bygga 2st regulatorer, Ungefär som IR2104 men denna levererar mer kräm och har delvis konfigurerbar deadtime.
Zener Diodes 5.1 Volt 1.3 Watt 2% - 10st, överspänningsskydd för µCPU'ns in/utgångar + "bra att ha"
Aluminium Electrolytic Capacitors - Leaded 220uF 160V - 10st panasonic-kondingar, c:a 2.2A ripple vid 100Khz (räknar med c:a 2A vid 50Khz)
MOSFET N-Ch 120V 179A 225W UMOSVIII 130nC .0044 - Toshiba Mosfet'ar, 3.6mOhm RdsOn, tog 6st.

Allt som allt c:a €63 ink frakt + moms.

Det är en rätt dyr cpu för en enkel mppt regulator då jag köper ett "labbkort", men tänkte undvika att bygga ihop den själv nu. Denna blir nog bara styrning temporärt och kommer återanvändas som labbpryl senare.
cetex
Inlägg: 157
Blev medlem: 5 september 2010, 06:49:54
Ort: Stockholm/Sumpan

Re: Solcellsprojekt Fritidshus 260W + DIY MPPT Regulator

Inlägg av cetex »

Vad tror ni om nåt sånthär för att göra en automatisk shutdown av gate drivern så snart några PWM pulser uteblivit?

På labb-bräda så sjunker spänningen till c:a 3V efter 60µs (3 pwm cykler vid 50kHz)

Läste dock just databladet för IR21844 för 2^99e gången och insåg att jag måste hålla spänningen över 2.8V för att det ska räknas som en 1a, och få ner den till 0.8V för att det ska räknas som en 0a så jag får väl klura vidare och försöka få den att ligga stabilt över 3.3V i över 20µs, och sen falla snabbt så snart PWM uteblir.
IR21844 Controller Auto Shutdown.png
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Skriv svar