ESP32 es un excelente controlador MPPT en instalaciones solares de bajo costo

Los proyectos de energía solar generalmente se han convertido en una cuestión de elegir componentes como paneles y baterías, conectarlos con conectores estándar de la industria y sentarse a observar la corriente eléctrica libre. Por lo tanto, los proyectos solares se han vuelto un poco aburridos, por lo que pocas veces vemos uno que nos llame la atención, como lo hace este sucio y barato proyecto solar de código abierto.

La historia de fondo más [Tim O’Brien]El sistema fotovoltaico fuera de línea de bricolaje comienza con su deseo de cargar su e-wheel, lo que equivale a un monociclo con batería. Parecen una opción divertida para moverse por un entorno urbano si tienes el grado de coordinación necesario del que claramente nos falta. Pero cargar algo así o una eBike es un gran caso de uso para la energía solar, especialmente desde entonces. [Tim] tuvo lugar en un panel fotovoltaico de 450W a bajo precio. Desafortunadamente, el panel era una unidad comercial y los controladores MPPT gratuitos compatibles, o seguimiento del punto de máxima potencia, son costosos.

Su solución fue construir su propio controlador con un convertidor CC-CC económico, que tiene un control remoto en serie. ESP32 controla el voltaje del panel y controla el convertidor reductor para alimentar todo lo que quiere. Cuando no está cargando su eWheel, el sistema se ejecuta en su computadora portátil y enrutador. Como beneficio adicional, el ESP32 se comunica con servicios de IoT como Adafruit.io y Thingspeak, lo que le permite rastrear datos MPPT sin enviarlos a partes desconocidas.

Si bien apreciamos un controlador MPPT de bricolaje y nos gusta [Tim]Durante la construcción, creemos que la documentación debe hacerse un poco. Con las instalaciones solares, el diablo está en los detalles, y no lidiar con problemas aparentemente seculares como la instalación de cables y conectores puede conducir al desastre.

  • Melvisk dice:

    Me gusta la energía solar porque no contamina

    • TimT dice:

      No hay almuerzo gratis: https://www.forbes.com/sites/michaelshellenberger/2018/05/23/if-solar-panels-are-so-clean-why-do-they- produce-so-toxic- residuos / # 1a1c3a62121c

      • thantik dice:

        Eso es porque este tipo huele a dinero nuclear. Todo lo que escribe es sobre cómo todo es terrible en comparación con la energía nuclear.

        • iamatesla dice:

          Tal vez ... ¿pero alguna vez pensó que podría tener razón?

      • FulmoPhil dice:

        Dice que "no es fácil de reciclar", es muy fácil. Dámelas y las pondré en mi cobertizo. A quién le importa si fallan un poco.

        • Eric dice:

          Mis pensamientos son correctos. Como alguien que vive en Nueva Inglaterra, me entristece que todos los paneles usados ​​baratos (como los paneles de $ 50 / 250W baratos) estén en California y cueste mucho enviar cada uno, el costo es mejor en una pila completa, por supuesto.

      • página de esquí dice:

        Un panel solar de 40 libras se sentará allí produciendo cientos de kWh al año durante más de 25 años. Eso desplaza extraer mucho más de una tonelada (50 veces su peso) de combustible fósil y luego quemarlo en una planta de energía. El compromiso medioambiental es bastante obvio a menos que sus matemáticas sean analfabetas y carezcan de sentido común.

        La falsa preocupación por la contaminación de la producción de paneles solares (y baterías) es una artimaña de los combustibles fósiles para distraer a la gente del problema global real del calentamiento global. Claro, tenemos que producir todos los productos de fábrica de manera limpia, pero las personas que critican las energías renovables nunca expresan la misma preocupación sobre cómo se fabrican las tejas para techos o las piezas de automóvil adicionales.

  • Dave dice:

    "Desafortunadamente, el panel era una unidad de negocios"

    @ Dan

    ¿Qué diferencia exactamente a un panel solar "comercial" de uno que no está clasificado como tal?

    • Chris R. dice:

      Parece que tienen un número diferente de celdas por panel. Entonces, el voltaje podría ser diferente al de los paneles domésticos y tal vez los MPPT no funcionen.

      https://a1asolar.com/4-differences-between-commercial-and-residential-solar-power/

    • Doc dice:

      La página acerca de dice que emite un circuito abierto de 84 VCC. La mayoría de las unidades MPPT baratas que encuentras son para paneles de 12-24v, creo.

    • Mark Spohr dice:

      Los paneles comerciales a menudo operan con voltajes más altos. Bueno para cadenas grandes pero difícil de conectar con un panel.

    • Tomás dice:

      Elija voltaje. Supongo que quieren decir que los paneles estándar fuera de la red o "domésticos" tienen un voltaje de salida que está diseñado para cargar un sistema de 12 V o más probablemente un sistema de 24 V o incluso de 48 V. Si bien los paneles en línea "comerciales" no tienen relación con estos voltajes del sistema, ya que están diseñados para unirse en serie hasta llegar a 1500v y luego transformados por un inversor de cable. De ahí el requisito de tomar un panel con voltaje de salida aleatorio y dejar que el convertidor mppt-buck lo estabilice a cualquier voltaje de carga que se necesite.

      De hecho, estas cosas ya existen y están disponibles en aliexpress. Compré uno para un panel comercial de 260w que coloco por ahí y funciona muy bien, es una unidad hermética a prueba de agua con tres pares de cables, cuero multicolor y algunos pasadores ajustables. Unos 30 € entregados creo.

      • Mark Spohr dice:

        Preste atención a los controladores de carga chinos baratos "MPPT". Algunos de ellos no son MPPT. Un controlador de carga MPPT requiere lógica para ajustar la carga de entrada continuamente para encontrar el voltaje y la corriente donde obtiene la máxima potencia. Luego usa un inversor DC-DC para generar el voltaje correcto para cargar la batería.
        Compré controladores “MPPT” baratos, que son simplemente controladores PWM baratos e ineficientes.
        Puede probar esto midiendo el voltaje y la corriente de entrada y salida al controlador. Un verdadero controlador MPPT tendrá una entrada de voltaje más alto, que luego se convertirá a la salida de batería de voltaje más bajo con una corriente más alta.
        Aquí hay un video (muy aproximado) que armé sobre el tema:
        https://youtu.be/z6MCeDjGqH8

  • jkx dice:

    Utiliza una fuente de alimentación CC-CC económica que no es MPPT.

    MPPT son cosas complejas que cambian su impedancia de entrada para adaptarse mejor a las condiciones solares actuales. (el panel produce más energía a una corriente dada ...)

    • Cuenta dice:

      Utiliza un microcontrolador para configurar el convertidor CC-CC a la máxima potencia, para convertirlo en MPPT.

      • jkx dice:

        Ajusta la corriente y el voltaje de salida de acuerdo con los pies que necesita la batería, pero no es así como funciona MPPT. Mira el comentario de Marc aquí. MPPT ajusta la impedancia de entrada. Un panel solar no es lineal entre un circuito abierto y un atajo.

    • Tim O'Brien dice:

      ¡Hola, autor del proyecto! Ciertamente, el DC-DC no es en absoluto MPPT. Si lo configura manualmente para encontrar el punto de máxima potencia actual, sería muy temporalmente un sistema de retención de punto de máxima potencia ... pero deja que el voltaje se caiga en segundos.

      Con la adición del ESP32 siguiendo de cerca y probando el voltaje de entrada, este es un rastreador 100% MPP, MPPT. Mi algoritmo prueba periódicamente la matriz solar para encontrar el voltaje de la matriz que corresponde a la potencia de salida máxima, luego usa un control de retroalimentación para manipular la corriente de salida para mantener esa tensión de matriz constante. Este es exactamente el comportamiento de cualquier otro MPPT, solo un poco extraño, ya que efectivamente tengo que agregar un control de reacción de seguimiento de entrada para negar la salida macho DC-DC después de un sistema de control de reacción.

      Aquí está el código para la lógica extensa si tiene curiosidad: https://github.com/opensolarproject/OSPController/blob/master/lib/MPPTLib/solar.cpp#L137

      • jkx dice:

        Entiendo lo que hiciste. Pero el convertidor CC-CC ajusta la corriente y el voltaje de salida para obtener la mejor potencia de salida, pero el CC-CC no cambia su impedancia de entrada ... por lo que su potencia de salida es máxima para un voltaje de entrada dado, pero no el mejor para un determinado panel solar y estado.

        ¿Yo me perdí algo?

        • Tim O'Brien dice:

          Esta no es mi forma de pensar o explicar esto, pero lo intentaré. La carga DC-DC variable es, desde la perspectiva del sistema que suministra energía, un sistema de impedancia variable. El artículo de wikipedia sobre la introducción de la implementación de la sección MPPT (https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_point_tracking#Implementation) lo aborda de esta manera, e incluso menciona que la relación de trabajo DC-DC es lo que gobierna su impedancia efectiva.

          Cada implementación, y este artículo luego detalla varias, no tiene que calcular nada relacionado con la impedancia. Desde la perspectiva del panel solar, cada carga es una impedancia, pero desde la perspectiva de la implementación de MPPT, son solo una fuente de alimentación variable que rastrea el voltaje entrante y las salidas a la batería (o red para sistemas alternativos) la potencia máxima que puede suministros. antes de que colapse el voltaje del panel.

          Este artículo de wikipedia tiene una lista de tipos de implementación: si tiene curiosidad, utilizo un método periódico de "barrido actual" para encontrar el mejor punto de energía independientemente de la cobertura de sombra parcial (tuve que lidiar con esto mucho en mis pruebas) como así como el método subsiguiente de voltaje constante que mencionan pero del que realmente no hablan.

        • Andrew Dodd dice:

          V = I * R

          Para reducir I, aumenta la R efectiva. Aumenta I, la R efectiva disminuye

          ¿Realmente notas que DROK DCDC tiene un límite de corriente ajustable?

          • karulo dice:

            El convertidor CC-CC no se preocupa por la ley de Ohm resistente. Un panel solar no es lineal, por lo que la fuente de energía tampoco sigue una ley V = IR (de lo contrario, no se necesitaría MPPT). La salida de un panel solar es V = f (I) con f desconocido / específico para un panel. El punto principal de MPPT es evaluar mejor f para que V e I sean elegidos para maximizar V * I = f (I) * I.El convertidor DC-DC hará todo lo posible para brindar la salida que solicitó cambiando sus propios MOSFET más rápido o más lento hasta que la salida coincida con la especificación. No ajusta la resistencia de entrada (en cualquier caso, es muy baja), sino que ajusta la impedancia de entrada "media" (cambiando el condensador y los inductores). Lo principal es adecuado para f (I) con un sistema tan "desconocido" muy no lineal (panel + etapa de entrada china del convertidor CC / CC). Dudo que el código ESP32 pueda acercarse a una evaluación de un sistema tan complejo correctamente, por lo que, en última instancia, está operando en un modo "actual limitado" del convertidor, es decir: un sistema PWM, o está operando en un modo subóptimo "condensador de ciclo de carga / descarga", donde el panel solar se "enciende" en un condensador, y oscila entre "corriente de cortocircuito" cuando el condensador se está cargando y "modo de voltaje máximo" cuando está cargado. En ese caso, no es MPPT (al menos, no como yo lo entiendo).

  • Bart dice:

    ¿Qué puedes trabajar con este dispositivo, cuántas baterías y paneles, cuánta ánfora puedes conseguir?

    • Mark Spohr dice:

      El inversor que usa puede manejar 720 vatios. El panel solar es menor que eso, por lo que sería el factor limitante (creo que unos 280 vatios).

      • Tim O'Brien dice:

        ¡Oye! Proyector aquí, vi un poco más de 400 vatios como máximo. Estoy bastante orgulloso (porque es un panel de 450 W y estoy bastante lejos del ecuador).

        Re: ¿que puedes correr? De hecho, cargo directamente un banco grande (2kWh) de baterías LiFePO4 de 36V que son de un viejo autobús eléctrico urbano, y con eso enciendo todo CC en mi casa. Una computadora portátil, un enrutador, un módem, una linterna, un cargador de teléfono, una impresora 3D y mi cargador eWheel.

        Un cargador MPPT necesita algo para introducir una cantidad variable de energía: una batería o una red. Este sistema es específicamente para cargar una batería y funcionará con casi todo el mundo, como iones de litio, polímero de iones de litio o incluso ácido de plomo. (el ácido de plomo requeriría un poco más de trabajo para agregar un comportamiento de carga flotante)

  • Tim O'Brien dice:

    Hola chicos, aquí el autor del proyecto. ¡Pregúntame lo que sea!

    Aquí está la alimentación de datos en tiempo real de mi sistema: https://io.adafruit.com/t413/dashboards/mppt

    Hasta ahora, hoy (10:30 am) he almacenado ~ 400 Wh de energía, y eso está aumentando constantemente como siempre. Usé aproximadamente 1000Wh anoche para cargar mi rueda (después de la aventura de este fin de semana), así que espero que apenas pueda quedarme sin mi batería de 2kWh hoy. Utilizo alrededor de 400Wh / día en una computadora portátil + módem + enrutador + luces (~ 17W * 24h) y este año estoy generando 1400-1600Wh.

    Aquí está el panel de historial de 7 días: https://io.adafruit.com/t413/dashboards/power
    Puede ver que saqué mi batería los últimos cuatro días hasta 42V, por lo que los días anteriores tuvieron la energía almacenada más alta en 1574Wh. La semana pasada imprimí * lotes * en 3D (accesorios de Halloween) y eso usa una TONELADA de poder.

  • Sam dice:

    No le diría a nadie que "use un cable de altavoz" para una instalación fotovoltaica. Se degrada con el sol y está disponible en tamaños demasiado pequeños para un diseño que cumpla con los códigos.

    Para un proyecto más seguro, busque un cable de resistencia solar USE-2 de 600V de calibre adecuado para su tracción actual (8-10A * 1.25 * 1.25 coloca proyectos de un solo cable de acuerdo con el requisito del proyecto ~ 12AWG en la mayoría de los casos).
    Una nota al margen, 12AWG es el cable fotovoltaico uniconductor más común; no necesita un cable fotovoltaico completo de 1 kV o 2 kV en una sola instalación modular, pero no estaría de más.

    El enrutamiento de cables en la foto también me dibuja, pero supongo que estás un poco cerca de la distancia mínima de soporte de 6 ′ NEC, si está cerrado en la parte posterior del módulo por tensión antes de ingresar al conector, de todos modos. Si esto se afloja directamente en los conectores, espere una falla en el conector.

    El conector detrás del módulo también es un punto de falla común, probablemente valga la pena inspeccionarlo por sobrecalentamiento ~ 1 / año al verificar puntos de acceso modulares. Estas fallas son más comunes en conectores en cables combinados con corrientes en el rango de 20-40A, y más divertidas en sistemas comerciales de 1kV ...

    • Tim O'Brien dice:

      Gran reacción

      Utilicé un tubo secundario resistente a los rayos UV en todo el cableado exterior. Agregaré eso y algunas exenciones de responsabilidad adicionales a la wiki. No tengo absolutamente ninguna experiencia en la instalación de un panel fotovoltaico, mi intención era mostrar más cómo construir la pieza MPPT, así que también lo explicaré. De hecho, me ocupé de ajustar todo, pero no hasta el nivel de pulido que vería un proyecto empresarial.

  • Trevelicious (@ M0TPX) dice:

    Gracias por este post, amo todo lo que es soleado. He estado usando energía solar para alimentar mi cabina de radioaficionado durante aproximadamente dos años y realmente disfruté pensando en formas de superar el clima a menudo severo aquí en el Reino Unido.

    Aunque la aplicación aquí no es adecuada para mis necesidades o especificaciones, me ha dado un gran pensamiento. Solo desearía que todas las personas que comentaron que fueron tan rápidamente negativas fueran más positivas (sin juego de palabras). Gente gay, la perspectiva es alegre.

    • Mark Spohr dice:

      Aparte de la gente "boo solar", parece que algunas personas no entienden cómo funciona MPPT y se dan cuenta de que esta es una buena implementación de MPPT. Utiliza una fuente de alimentación DC-DC donde el voltaje y la corriente de salida (a las baterías) pueden ser controlados por el ESP32, que hace lo que hacen todos los buenos controladores MPPT, que es ajustar continuamente la carga para mantener el panel solar funcionando a MPP. (Alimentación I x V). Así es como funcionan todos los buenos controladores MPPT.
      (Por cierto, no sé si ha encontrado a este tipo todavía, pero este sitio es una buena fuente de información de radioaficionados, energía solar, etc. Http://oh8stn.org/)

  • Cyk dice:

    Este convertidor CC / CC tiene un diseño fantástico, tanto que puedo decir con solo mirar la PCB. Las pistas son mucho más pequeñas de lo que podrían ser, la almohadilla fresca del interruptor MOSFET es pequeña, aunque tendrían suficiente espacio para usar una más grande, el diodo de choque es un perforador, mientras que una versión SMD con una almohadilla genial grande sería ser mucho más bueno, etc.

    Además, las pistas de alta corriente son muy largas y no tienen un plano de tierra detrás, por lo que probablemente esto funcione más como un transmisor de rf que como un convertidor CC / CC.

    Aparte de eso, la idea en sí es genial.

    • Mark Spohr dice:

      Creo que estás confundido. ¿Tiene esta fuente de alimentación? No lo creo. Todos los MOSFET de potencia están conectados a un gran disipador de calor de aluminio con un ventilador en el extremo. No adjunto a la placa de circuito. Todas las pistas de potencia son anchas y completamente estañadas y perfectamente capaces de manejar la salida máxima de 12 amperios. El diodo Shottky debe disipar solo 1-2 vatios como máximo.

Óscar Soto
Óscar Soto

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