Tutoriel sur la façon d'implémenter un algorithme Holtek MPPT pour les panneaux solaires

Tutoriel sur la façon d'implémenter un algorithme Holtek MPPT pour les panneaux solaires

Dans ce tutoriel, nous verrons comment implémenter un algorithme Holtek MPPT pour les panneaux solaires. L'algorithme MPPT est une méthode utilisée pour maximiser la puissance générée par un panneau solaire. Holtek propose une bibliothèque basée sur l'algorithme MPPT pour l'implémenter dans ses microcontrôleurs, à la fois 8 et 32 ​​bits. Grâce à cette bibliothèque, nous pouvons développer des applications qui dépendent d'un panneau solaire et de batteries comme seule source d'énergie, telles que des applications pour la surveillance environnementale, les systèmes d'éclairage, l'agriculture intelligente et même la logistique et le transport.

1. Introduction

La puissance des panneaux solaires est principalement affectée par des facteurs tels que l’intensité de l’éclairage, la température et l’humidité. Par conséquent, tout changement environnemental entraînera toujours des changements dans la puissance de sortie dans les applications réelles. MPPT, c'est-à-dire Maximum Power Point Tracking, est un moyen d'obtenir une puissance maximale du panneau solaire pour améliorer l'efficacité de la charge et maximiser l'utilisation de l'énergie solaire.

Dans ce didacticiel, nous verrons en détail les principes et les instructions sur la façon d'utiliser la bibliothèque d'algorithmes MPPT de Holtek pour les panneaux solaires, ce qui aidera les utilisateurs à développer des produits liés à la charge solaire MPPT.

2. Principes de fonctionnement

La bibliothèque d'algorithmes MPPT de Holtek pour panneaux solaires adopte la méthode de perturbation et d'observation de l'algorithme MPPT comme principes de base. Idéalement, sa précision de suivi n'est pas liée à la précision de la tension/courant, et l'efficacité du suivi peut atteindre plus de 99 %. Cet algorithme peut être utilisé dans des applications utilisant un panneau solaire et l'utilisation de MPPT est requise pour maximiser l'efficacité.

Les caractéristiques tension/courant de sortie du panneau solaire sont déterminées par le processus de fabrication et les courbes caractéristiques IV sont déterminées par le fabricant. Les courbes caractéristiques PV correspondantes, représentées sur les figures 1b et 2b, peuvent être tracées selon les courbes caractéristiques IV, représentées sur les figures 1a et 2a. Avec différentes intensités d'éclairage et températures, les courbes caractéristiques IV et PV du panneau solaire changeront et, en particulier, un déplacement du point de puissance maximale se produira.

Figure 1a. Courbes caractéristiques IV sous différentes intensités d'éclairage

Figure 1b. Courbes caractéristiques PV sous différentes intensités d'éclairage

Figure 2a. Courbes caractéristiques IV à différentes températures

Figure 2b. Courbes caractéristiques PV à différentes températures

Les figures 1 et 2 montrent l'influence de différentes irradiations sur la tension, le courant et la puissance du panneau.

Les courbes caractéristiques montrent que la température modifie principalement le point de tension à la puissance maximale et que l'irradiance modifie principalement le courant de fonctionnement du panneau.

Nous pouvons voir l'emplacement du point de puissance maximale sur les courbes caractéristiques PV, qui ont leurs valeurs tension/courant correspondantes. Le suivi de la puissance de pointe consiste à faire fonctionner le système à son point de puissance maximale. Cela signifie trouver la tension de fonctionnement au point de puissance maximale.

3. Principes de la méthode Perturbation et Observation

La méthode P&O est un algorithme MPPT largement utilisé. L'algorithme introduit une perturbation dans la tension de fonctionnement du panneau, puis modifie la tension du panneau en modifiant le rapport cyclique du convertisseur. La manière dont il est implémenté est importante pour certaines topologies de convertisseur.

La courbe caractéristique PV montre que du côté droit du point de puissance maximale, la réduction de la tension de sortie peut augmenter la puissance. Sur le côté gauche du point de puissance maximale, l’augmentation de la tension de sortie peut augmenter la puissance. C’est l’idée principale de la méthode P&O. Cela signifie que lorsque la tension de fonctionnement du panneau augmente, l'algorithme comparera la lecture de puissance actuelle avec la lecture de puissance précédente. Si la puissance augmente alors elle garde le même sens pour augmenter la tension, sinon elle change de sens pour réduire la tension. Ce processus sera répété à chaque étape de suivi du MPP jusqu'à ce que le MPP soit atteint. Une fois le MPP atteint, l’algorithme oscillera autour de la valeur correcte.

L'algorithme de base utilise une taille de pas fixe pour augmenter ou diminuer la tension. La taille du pas détermine l'erreur entre le MPP et la valeur actuelle qui oscille près du MPP. De petits pas aident à réduire les oscillations mais réduisent la vitesse de suivi. Des pas importants peuvent accélérer la vitesse de suivi pour atteindre le MPP plus rapidement, mais augmenter la consommation d'énergie pendant l'oscillation. La mesure de la tension et du courant du panneau est requise pour les applications permettant de mettre en œuvre la fonction P&O MPPT.

Figure 3

4. Description de la bibliothèque

La bibliothèque développée par Holtek est principalement utilisée pour traiter la partie MPPT du panneau solaire et propose des versions pour microcontrôleurs 8 bits et 32 ​​bits.

Tableau 1. Paramètres de la version 8 bits

Tableau 2. Paramètres de la version 32 bits

4.1 Description des sous-programmes

La bibliothèque MPPT contient deux sous-programmes pouvant être appelés pendant le chargement de la batterie. Vous trouverez ci-dessous la description des sous-programmes, y compris la description des versions 8 bits et 32 ​​bits.

5. Mode d'utilisation

1. Avant d'utiliser la bibliothèque MPPT, il est nécessaire de compléter les paramètres d'initialisation de base, y compris les spécifications de la batterie, la plage de tension/courant de fonctionnement de la batterie, la plage de tension/courant de fonctionnement du panneau solaire et d'autres paramètres associés avec MPPT, ce qui est l'étape la plus importante.
2. Échantillonnage en temps réel des données de tension, de courant et de température. Les données de tension et de courant doivent être converties en données décimales pour la sauvegarde.
3. La machine d’état de charge de la batterie appelle périodiquement la fonction de bibliothèque MPPT.
4. La bibliothèque MPPT contient déjà de multiples protections telles que l'OCP (potentiel de circuit ouvert) de la batterie, l'OVP et l'UVP du panneau solaire. Les fonctions de protection restantes doivent être implémentées à l'aide de méthodes autres que la bibliothèque MPPT.

6. Exemple d'application

Cette section présente un exemple d'application pratique en combinaison avec un tableau de démonstration d'éclairage solaire à LED.

Cet exemple d'application contient un module abaisseur DC-DC, un module d'échantillonnage tension/courant/température, un module de détection de mouvement PIR, un affichage numérique, des touches et d'autres composants.

6.1 Spécifications principales de l’application de démonstration :

• Panneau solaire : 20 W à 6 V/3,3 A, tension en circuit ouvert 7,2 V, courant de court-circuit 4 A.
• Batterie: Batterie au lithium fer phosphate 3,2 V @ 20 Ah, tension de fonctionnement de 2,5 V à 3,6 V.

Configuration des paramètres de la bibliothèque MPPT

Les paramètres de la bibliothèque MPPT doivent être configurés selon les spécifications du panneau solaire et de la batterie. L'application de démonstration mentionnée ci-dessus utilise un MCU HT8 comme contrôleur maître, le BP45FH4NB, donc la bibliothèque de versions HT8 sera prise comme exemple.

• Le seul paramètre lié au panneau solaire est MPPT_PV_V_min. Étant donné que la batterie utilisée est une batterie LFP et que la tension est de 2,8 V lorsque la capacité de la batterie est faible, le MPPT_PV_V_min peut être réglé sur 300 puisque les pas sont de 10 mV chacun. Lorsque la tension du panneau solaire est inférieure à 3 V, le panneau solaire quitte le processus de charge MPPT. La plage de réglage de référence de ce paramètre est de 280 à 360.
• La tension de fin de charge de la batterie est d'environ 3,65 V, donc MPPT_CHG_BATV_Max peut être ajusté à 360 avec des pas de 10 mV et MPPT_CHG_BATV_MaxAdjust peut être ajusté à 355 avec des pas de 10 mV.
• La capacité de la batterie est de 20 Ah et le courant maximum est de 6 A à 0,3 C. MPPT_CHG_BATI_Max peut être réglé sur 600 par pas de 10 mA et MPPT_CHG_BATI_MaxAdjust peut être réglé sur 580.
• Le MPPT_CHG_DeltaBat_Imin avec une valeur de 10 mA est la variation minimale du courant de la batterie, ce qui constitue une base clé pour analyser le sens de la tension de fonctionnement du panneau photovoltaïque. Cette valeur ne doit pas être inférieure à la valeur actuelle correspondant à la valeur A/D 1 bit, mais ne doit pas être trop grande, sinon l'efficacité du suivi MPPT sera réduite. Si le courant du panneau solaire au point de puissance de fonctionnement maximum est de 3.3 A, il est de 33 mA calculé à 1 %, et le courant de la batterie est estimé à environ 50 ~ 100 mA, donc le MPPT_CHG_DeltaBat_Imin peut être compris entre 5 et 10.
• La structure de la batterie est constituée de quatre batteries monocellulaires connectées en parallèle. Si le courant minimum est calculé à 50 mA par branche, le MPPT_CHG_BATI_Min sera réglé à 20, par pas de 10 mA.
• La fréquence de commutation de la topologie est déterminée par MPPT_Duty_sum, dont le réglage est limité par les bits du registre MCU. Par exemple, si la fréquence de commutation f est réglée sur 100K, alors selon les conditions MPPT_Duty_sum=fh/f, fh =30M et MPPT_Duty_sum=300, MPPT_Duty_min et MPPT_Duty_max sont la limite inférieure et la limite supérieure de service. Évidemment, dans les conditions ci-dessus, la limite inférieure ne peut être inférieure à 0 et la limite supérieure ne peut être supérieure à 300.
• Dutysize est la taille de pas du paramètre de devoir. Un pas trop petit entraînera une faible vitesse de suivi MPPT et un pas trop grand entraînera une faible précision de suivi et une mauvaise stabilité du système. Dutysize peut être sélectionné comme 1 ou 2 dans les applications.
• Le MPPT_PNO_Time est le temps de perturbation MPPT. Lorsque la durée pendant laquelle le système est au point de puissance maximale dépasse cette durée, le système commencera à modifier la valeur de service en raison de la perturbation. Une valeur trop petite entraînera une mauvaise stabilité du système. Si le timing est trop long, la vitesse de suivi sera lente et ne pourra pas suivre les changements environnementaux. Le timing peut être ajusté entre 5 s et 10 s.

7. Données de test

Point de mesure de tension et de courant et description de l'élément de test.

• Tension d'entrée : borne positive du panneau photovoltaïque.
• Courant d'entrée : La résistance d'échantillonnage à la borne négative du panneau PV.
• Tension de sortie : borne positive de la batterie au lithium.
• Courant de sortie : résistance d'échantillonnage à la borne négative de la batterie au lithium.
• Les points 1 à 4 sont des tests à court terme et les points 5 à 6 sont des tests à long terme. Le système utilise une batterie de type LFP de 3.2 V à 20000 4 mAh et le courant de charge maximum est réglé sur XNUMX A.

1. Puissance et efficacité de charge – simule un panneau photovoltaïque de 20 W à 6 V, 3.33 A avec une puissance de sortie maximale de 10 W.
2. Puissance et efficacité de charge : Simulation d'un panneau photovoltaïque 20W@6V 3,33A avec une puissance de sortie maximale de 20W.
   
3. Puissance et efficacité de charge : Simulation d'un panneau photovoltaïque 10W@6V 1,66A avec une puissance de sortie maximale de 5W.
   
4. Puissance et efficacité de charge : simulation d'un panneau photovoltaïque 10W@6V et 1,66A avec une puissance de sortie maximale de 10W.
   
5. Courbe de charge : La batterie est chargée de 2,9 V jusqu'à sa pleine capacité avec un courant maximum de 4 A.

6. Courbe de charge : La batterie est chargée de 2,9 V à pleine capacité avec une puissance d’entrée maximale de 10 W.

Conclusion

Dans cette note d'application, que vous pouvez consulter dans les liens suivants an0617fr y WAS-20C1FR_ReferenceDesign, la bibliothèque d'algorithmes MPPT est basée sur les principes de la méthode de perturbation et d'observation. Ici, la tension et le courant de la batterie sont détectés pendant la charge pour déterminer le sens de changement de la puissance de sortie du panneau solaire et suivre sa valeur de puissance maximale. Cela améliore l'efficacité de charge de la batterie et exploite pleinement la puissance de sortie du panneau solaire pour de meilleures performances. Les utilisateurs peuvent modifier les paramètres de la bibliothèque en fonction des exigences réelles de leur application et les utiliser dans des produits présentant une grande variété de spécifications pour réduire le temps de développement. En raison des différentes exigences des produits, les utilisateurs doivent vérifier et calibrer les fonctions du produit en détail pour obtenir les meilleurs effets de la bibliothèque.

Source d'information: https://anatronic.com/tutorial-sobre-como-implementar-un-algoritmo-mppt-de-holtek-para-paneles-solares/