MPPT kavramı hk kafama takılanlar

[zamzam23]

Selamlar,
MPPT konusunda aşamadığım bazı noktalar var. Henüz pratikte hiçbir şey denemedim. Hep teorik. Şöyle ki,
12V, 3A bir güneş panelimiz olsun.

Bu güneş panelinin akım kaynağı gibi davrandığını düşünürsek, gölgede gerilim değeri düşse de hep aynı akım değerini veriyor farz ediyorum ve diyelim ki güneş paneli çıkışına da 12V 36W bir halojen lamba bağladık.

Güneşli ortamda, sabit akım ve sabit gerilimde lambamız belirli bir parlaklıkta yanıyor. Gölge oluştuğunda gerilim değerimiz düşüyor ve lambamızın 12V olduğunu düşünerek, gerilim değerini dc-dc çevirici ile 12V olana kadar yükseltiyoruz. Peki bu durumda akım değeri yine değişmeyecek ve 3A mı olacak?

peki bizim maksimum güç noktasını takip etmemizdeki gaye nedir? 12V 36W bir lambayı maksimum parlaklıkta yakmak mıdır amaç?
yoksa 12V çıkış verebilen paneli 18V değerine çıkarıp verebildiği akım değeri ile maksimum değeri yakalamak için sınırları zorlamak mı amaç? ama bu sefer de benım calısma gerılımım dısına cıkmıs oluruz kı bunu istemeyiz?

velhasıl,

Bu konuda kafamdaki bu bilgi kırıntılarını derleyip toparlamamda yardımcı olabilecek arkadaşlar aranıyor

[batigol]

Güneş panellerinin 12V, 3A gibi bir verisi olmaz. Akım-Gerilim grafiği olur. 12V 3A panelin ya maksimum güç noktasındaki değerleridir (Vmp, Imp) ya da açık devre gerilimi ve kısa devre akımıdır ( Voc, Isc). Panellerin datasheetinde ilgili veriler yazar.
 
Güneş ışınımına bağlı olarak panelin akımı değişir gerilimi pek değişmez (ufak değişim olur). Güneşe bağlı olarak değişen bir akım kaynağı olarak düşünebilirsin. Bir ışınım değeri için panelin bir akım-gerilim (I-V) karakteristiği vardır. Panele bağladığın yükün de bir akım-gerilim (I-V) karakteristiği var. Panel, bu iki eğrinin kesiştiği noktada çalışır. DC-DC dönüştürücülerin D'si ile oynayarak yükün panel tarafından görülen direncini değiştiriyorsun. Böylece yükün I-V karakteristiğini değiştirerek, panelin I-V eğrisi ile kesiştiği noktayı değiştiriyorsun ve panelden maksimum güç çekmeyi sağlıyorsun.

Dediğin noktada haklısın. Yüke sabit gerilim vermek istiyorsan panelden maksimum güç çekemezsin. Yük o gerilimde ne kadar güç tüketiyorsa onu verebilirsin. Fakat MPPT algoritmaları akü şarjı veya şebekeye güç basmak için kullanıldığı için çıkış gerilimini sabit tutma gibi bir durum yok.

[zamzam23]

gerilim sabitse, akım da güneşe göre değişiyorsa, ben maksimum güneşte maksimum noktayı yakalamaz mıyım? boost coverter ile gerilimi değiştirmekle neyi amaçlıyoruz? sonucta yükün çalışma gerilimi belli. örneğin 12V bir aküyü şarj ediyorsak 14.4V'a ihtiyacımız var.

yani %100 güneşte çıkış gerilimi 14.4V ve akımı 3A ise,
%50 güneşte 14.4V ve 1,5A alabiliyorsam,

burada boost converter ile gerilimin genliği değiştirerek neyi amaçlıyoruz?

[batigol]

Güneşe göre panelin kısa devre akımı değişir. Yani verebileceği maksimum değer. Yoksa panel, bir ışınım değerindeki I-V eğrisinin tüm noktalarında çalışabilir. Nerede çalıştığı yüke bağlıdır. %100 ışınımda kısa devre akımı 3A'se, panele bağladığın yüke göre verdiği akım 0,1A de olabilir 3A de. Gerilim de eğri üzerinde o anki akıma karşılık gelen gerilim değeridir. 0 ile Voc arasında herhangi bir değer olabilir. Paneli gerilim kontrollü akım kaynağı olarak düşünebilirsin. Burada amaç eğrinin maksimum güç noktasında çalışarak panelden alabileceğimiz maksimum gücü yüke aktarmak.


Aküyü panele doğrudan bağladığını düşün. Panel gerilimi akünün uçlarındaki gerilim neyse o olur. Akım ise eğrideki o gerilime karşılık gelen değer. Panel o ışınımda maksimum 36W verebilecekken daha düşük bir değer veriyor. Biz DC-DC dönüştürücü bağlayarak panel geriliminin Vmpp olmasını sağlıyoruz.


Kaynak: http://www.intechopen.com/source/html/41233/media/image2.png

Işınım değişimine göre I-V değişimi;


Kaynak: http://www.re-innovation.co.uk/web12/images/stories/reimages/projects/PVIVtracer/IV_curve3.jpg

[zamzam23]

yani şunu mu anlamalıyım: panel uçlarındaki gerilim neyse, verdiği akım da, o gerilime karşılık gelen değerdir. Eğer bize 14.4V lazımsa, gerilimi sürekli bu değerde tutup çekebileceğimiz maksimum akımı çekmek. Voc değeri 30V olsa dahi, 12V aküyü 30V ile şarj etmek istemeyeceğimiz için, bana akü şarj için 14.4V lazımsa, yukarısına zaten çıkmamam lazım. ve sonuc olarak da mp noktasında çalışmış olmuyorum.

bu noktada mppt'nin anlamı, gerilimi istediğimiz seviyede tutmaktan başka bişi olmuyor sanırım.

yani yük dediğimiz şey, sünger gibi bişi olsa ve ne kadar güç versen o kadar alabilse,o zaman mppt anlamlı olur, gerilim ve akımı sürekli kontrol eder ve maksimum gücü sağlayacak gerilim değerinde sabit tutup, maksimum gücü yüke sağlarız ama aküde böyle bir durum yok gibi.

neyi yanlış anlıyorum?

[batigol]

Aslında var. DC-DC dönüştürücü bu noktada devreye giriyor. Arada bir tampon gibi düşün. DC-DC dönüştürücünün çıkışı 14,4V girişi de pekala maksimum güç noktasına denk gelen gerilim olabilir. Üstteki grafikte paylaşılan panel için düşünürsek bu değer 17,5V civarı. Yani bu panelle 12V aküyü şarj etmek istiyorsak bu işi boost değil buck dönüştürücü ile yapabiliriz.

[zamzam23]

Olayı daha iyi anlayabilmek ve gri noktaları netleştirmek adına uygulama yapmaya karar verdım:

5-10W bir güneş paneli, bir buck/boost converter ve bir de yükten oluşan bir sistem düşünelim. panelin hemen çıkışından akım ve gerilim örneği alınıp PID ile pwm anahtarlama sağlanarak yapılan bir mppt'nin sağlıklı çalışıp çalışmadığını en kolay nasıl  gözlemlerim? yük ne olmalı? ve güneşte/gölgede hangi durumda nasıl karakteristik göstermeli?
Donanım: lcd ekran
Ölçü aleti: osiloskop

[RaMu]

Güneş panelini araba gibi düşünebilirsin,
yokuş tırmanan araba bulut gören güneş paneli gibidir,
bayır aşağı inen araba fazla güneş alan panel,
düz yolda giden araba tam güneş alan ve paneli ısıtmayacak kadar güneş gören panel gibi...


Şimdi arabanın devri kavramı gibi, panelinde mppt işi var,
motora verdiğin yakıta göre maksimum hareket çıktısını almak istersin.
Bununla aynı durum panelde şöyle düşünülebilir:
panele girilen güneş enerjisi ile
üretilebilecek elektrik enerjisini maksimum noktada tutmak.

[RaMu]

Sanki MPPT güneş paneli ile ilgili değilde dc-dc dönüştürücü devre ile ilgili bir kavramdı.

[batigol]

Panelin karakteristiğini iyice anlamak açısından önce üzerinde güç harcayabileceğin bir reosta al. Reostayı panele bağlayıp 0 dirençten maksimum dirence götür ve her aşamada akımı ve gerilimi ölçüp not et. Bu verilerin grafiğini çizdirirsen yukarıda gördüğün grafiği elde edeceksin. Bu verileri kullanarak güç-gerilim (P-V) grafiğini de çizdirebilirsin. Reosta yerine üzerinde güç harcayabileceğin soğutuculu transistörlü bir devre de yapabilirsin.


Daha sonra buck-boost devreyi panele bağla. Dönüştürücü çıkışına da 20ohm civarı 25Wlık bir direnç bağla. DC-DC dönüştürücünün duty cycleını 0.1'den 0.9'a götür yine akım gerilim değerlerini not et. Işınım aynı ise aynı grafiği elde edersin. Bir duty değerinde gücün maksimum olduğunu, o değeri aştığında gücün azaldığını göreceksin.


Bu işlemlerden sonra kafandaki soru işaretlerini çözmüş olursun. Daha sonraki aşamalarda mppt algoritmalarını araştırıp uygularsın. Değiştir-gözle (perturb and observe) algoritması uygulaması ve gerçekleştirmesi kolay ve başarılı bir algoritmadır.

[necati]

panel akım kaynagı oldugu icin
panelden gelen voltajı (100w panel icin) 18voltun altına dusmeyecek sekıl de pwm in duty sini
ayarlar isek max gucu alırız (step down)
Bu sekilde gunes yeterli ise panel akımın dan (14v Aku) %20 dahafazla akım alabiliriz

[zamzam23]

Nihayet 18V 10W bir güneş paneli aldım. (Voc=21.1V, Isc=0,718A)

Bu aşamada birkaç sorum olacak:
1-) Yapacağım PIC'li kontrol devresini bu güneş paneli ile mi yoksa ayrı bir adaptör ile mi beslemeliyim? Elektrik üretirken harici bir elektrik kaynağı kullanmak abes mi olur?
(Akşam oda ışığında 5V verebiliyor ancak ne kadar akım çekebilirim test etmedim.)

2-) Yük olarak ne kullanmalıyım hala karar veremedim? buck mu boost mu çalışmalıyım? 12V larda mı çalışmalıyım 24V lara mı çıkmalıyım karar veremedim.


Amacım şu: güneş paneli çalışma mantığını öğrenmek ve bunu yapacağım devre işe gözlemlemek. Devrede LCD ekran olacak panelden çektiğim akımı, gerilimi ve gücü göreceğim. Yük kısmında da MPPT yaptığım için daha yüksek verim aldığımı gösterir, ölçülebilir bişi olsun isiiyorum. Yani MPPT'nin sağlıklı çalıştığını gösterir bişi.

3-) Aslında ben şu kısmı da pek anlamadım: DC-DC convertör tetiklemesini değiştirerek, convertör çıkışındaki gerilimi değiştiriyoruz bildiğim kadarıyla. Bu noktada panel uçlarındaki gerilim, nasıl oluyor da değiştirmiş oluyor?

[ahmet_zxc]

arkadaşlar teoriye çok yüklenmiş, ben daha anlaşılır anlatmaya çalışayım.


1000 w/m2 güneş ışınımında 18v 3a veren bir güneş paneline 18v 5a yük bağlarsanız sistem çöker.


panelden 0v 0a okursunuz.


aynı şartlarda 18v 2a lik yük bağlarsanız 1a lik güç boşu boşuna ortada kalır ziyan olur.


mesela güneş ışınımı düştü, 900w/m2 oldu. sizin panel 17v 2,7a üretiyor.


işte sizin maximum power point tracker, yani maksimum güç noktasını takip etme zorunluluğunuz burdan kaynaklanıyor.


ayrıca 12v akü şarj etmekse amacınız 18v çıkışlı panel almanız lazım. step up la uğraşmamak için

[mistek]

panelden 0v 0a okursunuz.

Şurası yanlış oldu sanırım hocam. Kısa devre akımı aktığını düşünün.

Bir açıklamada ben yapayım.
Tam güçte 18V 3A veren bir paneliniz olsun. 54W diyelim. Bunu doğrudan aküye bağlarsanız Panelin voltajı akü voltajına düşer ve akımı sabit olarak Impp Isc akımı akmaya başlar. Yani 12V akü için 12V*3A güç çekersiniz.

Güneş paneli çalışması lineer değildir. 1000W/m2 de 18V 3A üretirken 500W/m2 ışınımda 18V 1.5A üretmez. Maksimum güç noktası 17.4V 1.81A olabilir. Bunu izlemeniz gerekiyor.

Panelin uçlarına bir DC-DC çevirici bağladığınızda Anahtarın Duty cycle değeri kadar paneli yüklemiş oluyorsunuz. Bu değeri değiştirerek panelin ürettiği maksimum gücü çekebilecek noktayı tespit ettiğinizde sürekli olarak orada kalmaya çalışıyorsunuz.

Arabalardaki en iyi tork/devir aralığı gibi düşünülebilir.

[zamzam23]

Bana şunu açıklayabilir misiniz?
bu dury cycle ile panel voltajını mı ayarlıyoruz yoksa dc dc convertör çıkışını mı?
dc dc convertör duty cycle ını, panel voltaj ve akımına göre 17.5V için ayarlıyorsak, dc dc convertör çıkış voltajını nasıl ayarlıyoruz? sonucta 12v bir aküyü şarj edeceksek sürekli 14.4V a ihtiyaç var. yoksa aküyü bozarız.