Солнечные батареи. Тепло без посредников

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Нет. Средние токи совпадают. Меняется соотношение, связывающее параметры источника и нагрузки (согласовывающее). Для лучшего понимания- подобные крутилки (только с педалью) используют в электромашинах. Там батарейка, ну пусть на 400В, а движок: при 200В даёт ХкВт, на 300В- 2,25ХкВт и т. д. И чтоб не ставить импульсный с гигааантскими катухами преобразователи- лепят такое:
https://www.electriccarpartscompany.com/DC-EV-Motor-Controllers
500A, 96-144 VDC EV Motor Controller

ШИМирование не даёт ПОЛНОМУ напряжению входа попасть на нагрузку, а в нашем случае- нагрузке провалить входное при недостаточной мощности.

 

Мощность есть UI, и совершенно не важно где эта самая мощность.

Какой бы девайс не был, если средний ток сохраняется, а среднее напряжение падает, имеем потерю мощности как показано на схеме


Итого, для того чтобы не было потери мощности нужно сохранять напряжение регулируя ток в соответствии с генерируемым СП, либо преобразовывать напряжение с изменением тока с учетом текущей генерации и потребителя (ТЭН).

Выше как раз обсуждаем как запитать ТЭН сохраняя среднее напряжение СП и забрать при том ток с СП в близком к ТММ режиме. Вот там что-то похожее по конструктиву получится на девайс с кучей кондеров и мосфетов...

 

@mfcn, @Мax94,
Господа, помедленней... я за-за-записываю (с)...

 

1. Про мощность- красиво- но если без п. 2.
2. Потеря мощности как показано на рисунке- бывает при линейной стабилизации (то есть Iin=Iout). На транзисторе со стабилитроном ли, на КРЕНке люб як пан хцет.
Если есть импульсное преобразование с накоплением ЭЭ- что в катушке с прерыванием входного тока, что в кондёре с прерыванием входного тока- як хочеш- то потеря ЭЭ меньше и происходит преобразование энергии- в нашем случае с понижением напряжения.

- да, это аксиома любого МРРТ ака ТММ контроллера- входное держим, ток выхода пропорционален входной мощности.

©Изя Шниперсон- таки да, до вас с автоматом Калашникова это придумали в 14-м веке.
https://www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=1252374
https://ru.wikipedia.org/wiki/Широтно-импульсная_модуляция

 

Да, это тоже ШИМ, только немного по-другому организованный. TL494 работает на фиксированной частоте, а в вашем ШИМе частота будет плавать по всяким разным причинам. Имейте ввиду, что в составе TL494 есть и триггер, и два ОУ, и вдобавок к этому генератор пилообразного напряжения, все в одном флаконе, так что набирать то же самое из отдельных элементов получится и дороже, и более криво.

 

Вариант когда "девайс" работает в линейном режиме, рассеивает большую мощность, но зато всю ее отдает в бойлер наравне с ТЭНом, рассматривался ранее под именем "ТЭН+АР". В нем тоже нет потерь мощности.

Чтобы не было потерь мощности в случае когда "девайс" не отдает выделившееся на нем тепло на пользу дела, надо выполнить два условия:
1. СП должна находиться в точке МРР
2. "Девайс" должен иметь нулевые (или хотя бы минимальные) потери мощности.

Условие (2) обеспечивается при помощи ШИМа.

ШИМ можно рассматривать как "трансформатор сопротивлений". Если в нагрузке ШИМа стоит сопротивление R:
- то при скважности ШИМа равной единице вход ШИМа для СП выглядит как сопротивление R (ну а че, ключ при этом все время замкнут)
- при скважности ШИМа равной 2 - как сопротивление 2R (ключ половину времени замкнут, половину времени разомкнут)
- при скважности ШИМа равной 3 - как сопротивление 3R
... и т. д.

Регулируя скважность ШИМ легко подогнать сопротивление нагрузки СП к значению, нужному для получения МРР для имеющейся в данный момент инсоляции.

 

На базе ШИМ без индукторов устройство очень компактное получится. Мощность, которую должен рассеять MOSFET - всего несколько ватт. Если поискать, так наверняка и получше можно MOSFET найти, с меньшими статическими потерями. Конденсаторов можно и поменьше поставить, скажем, 10 шт 100 мкФ на 200В, главное чтобы они в сумме держали большой импульсный ток, порядка 10 А. Много MOSFET-ов не нужно, хватит одного.

А компактное устройство можно поставить рядом с ТЭНом. Это уменьшит помехи на проводах, соединяющих его с ТЭНом. Поскольку эти помехи - единственный недостаток такого устройства по сравнению с "настоящим DC-DC" конвертером.

 

А зачем прерывать входной ток? В рассматриваемой схеме с кондерами ключа между кондерами и СП нет.

Понятно, спасибо

Да, очень интересно и выглядит вполне реализуемо. Опять только утыкаемся в ТЭН
В моем случае в моем случае ~1,5 Ом надо...
можно конечно перейти с 24В на 72В, но придется тогда чутка переделать схему с АКБ. В частности у меня контроллер заряда АКБ на 12/24в...

 

В какой?

 

Принципиально тут Солнечные батареи в тепло без посредников

С МК и поиском ТММ тут Солнечные батареи в тепло без посредников только наверное ЦАП зря, можно и цифровым выходом управлять, однобитным.
Поиск ТММ прямо с текущей СП и любой периодичностью, например раз в 10 сек. Время поиска на мосфетах полагаю можно уложится в 100мкс.
Так, смутно вспоминая электротехнику с института наверное можно и в аналоге замутить поиск ТММ (умножитель на ОУ)... Только таймер все равно потребуется (для отлавливания моментов поиска ТММ), хотя и его можно сделать аналоговым (зарядка кондера через резистор, компаратор)
Только вот если в замене фиксированной частоты в ШИМ на компараторы с мосфетом все же мне видится какой-то смысл, то поиск ТММ в аналоге что-то больно мудрено, проще прогой.

 

Вы будете смеяться, но самый простой и при этом весьма точный аналоговый умножитель делается тоже при помощи ШИМ. Меряем ток СП, усиливаем, преобразуем в ШИМ, чтобы коэффициент заполнения был пропорционален току СП. Подаем этот ШИМ как управляюший сигнал на какой-то ключ (для иллюстрации - на затвор полевого транзистора). На сток транзистора через резистор подаем напряжение СП. Сигнал со стока отфильтровываем, получаем напряжение, пропорциональное мощности СП.

Но это так, для красного словца. На микроконтроллере все равно будет проще.

 

Не сразу сообразил, все еще смешнее. Дополнительный ШИМ делать не надо, все уже готово. Поскольку ТЭН - это резистивная нагрузка с более-менее постоянным сопротивлением, ток СП пропорционален коэффициенту заполнения ШИМа, управляющего ТЭНом. Амплитуда импульсов этого ШИМа равна напряжнию СП. Всего-то надо взять сигнал с ТЭНа и отфильтровать его, получим сигнал, пропорциональный мощности на ТЭНе. Вуаля!

Даже в МРРТ ма микроконтроллере лучше брать за основу для регулировки именно этот сигнал, а не париться с отдельным измерением напряжения и тока.

Ну и, вишенка на торте - осталось ШИМ сделать на том же самом микроконтроллере. Берем Ардуинку Про Мини, используем TMR1 в режиме Fast PWM Mode, и усе. Для 5В Ардуинки с тактовой 8 МГц, если задаться шагом изменения коэфф. заполнения ШИМ в 0.5% (200 шагов во всем диапазоне), частота ШИМа получится как раз 40 кГц. Это то что нужно.

 

Ну а если Ардуинка сама выдает ШИМ на ТЭН, то и фильтровать ничего не надо. Все что нужно измерить - это напряжение на СП. После этого ток через СП вычисляется по коэфф. заполнения ШИМ, мощность - как произведение тока на напряжение, и т. д. Все получается безумно просто.

 

@_AK_,
Если ардуино (иной МК), напрашивается еще ключ и сделать дополнительный выход на зарядку АКБ если предусмотрены...
Конкретно в моей системе, так наверное можно пойти таким путем...

У меня 3х200ВТ 24В СП
есть к ним 24В контроллер заряда с плохоньким MPPT
Есть шина 12В по которой разбросаны потребители и пачка дохлых АКБ общей текущей емкостью наверное 20А*ч. Шина подпитывается с сетевого электричества на напряжении 11В.
Есть конвертеры 24В-12В (13,5В) и 72В-12В (регулируемый) ватт по 250. DC-DC то бишь.
Есть БКН с ТЭН-ом на 2кВт 220В.

Если крутить ардуинку, то вероятно имеет смысл перейти к 72В схеме и с преобразованием ее в 12 на лету. Т. е. вместо АКБ на 72В ветке использовать пачку кондеров, которые нужно согласовать с частотой конвертера по емкости.
При том ардуинка никак не управляет преобразованием 72-12, сколько туда уходит столько и ладно, только индикация имеет смысл. А вот избыток уже ШИМировать в ТЭН, какой бы он не был... Если имеющийся, то
ТЭН 2кВт 220В ->24Ом. в ТММ 72В будет где-то 90В, т. е. ~300Вт.

Фактически в пике почти хватает без значимых переделок скушать всю энергию с СП в дело, осталось еще термостат защитный повесить на нагрев ТЭН-а, и может быть думать куда остаток энергии девать... Для того в принципе у меня есть подполье, там понемногу всегда можно греть...

 

Беда в том, что вся простота и икебана после этого пойдут прахом. Поскольку они основаны на том, что нагрузкой СП является только ШИМ с ТЭНом, и более ничего. Стоит добавить другую нагрузку - и сразу же придется по-отдельности мерять токи каждой нагрузки, искать точку МРРТ для суммы нагрузок, распределять токи, и т. д. и т. п. Сразу все станет намного сложнее.