Skocz do zawartości

Doładowywanie akumulatora z ogniwa słonecznego w sytemie


Marek777

Pomocna odpowiedź

Witam,

Jak rozwiązać problem energetyczny?

Mam akumulator Li-Ion 3..4,2V który przez LDO zasila elektronikę na 3,3V. Akumulator ładuję przez tp4056.

Chcę podłączyć "baterię słoneczną" która ma max 7V i oddaje też znaczną energię dla systemu też przy 2V.

Jak rozwiązać problem optymalnego daładowywania akumulatora z ogniwa słonecznego?

Pozdrawiam.

Link do komentarza
Share on other sites

Jakiej wielkości jest ta bateria? Podaj albo moc albo powierzchnię, bo samo napięcie to za mało.

Najprostszym wyjściem jest podpięcie jej wprost do wejścia TP4056. Nie będzie to układ optymalny energetycznie, bo TP jest ładowarką liniową więc wszelkie nadmiary wydziela na sobie w postaci ciepła, ale zadziała. Pod warunkiem oczywiście, że te 7V nie jest przekraczane nawet w pełnym słońcu, bo max dla 4056 to 8V.

Inny pomysł to użycie sprawnego stabilizatora impulsowego 7V->5V i wejście na TP4056.

Lepszy to zrobienie przetwornicy z ograniczeniem prądu (jeśli moc ogniwa słonecznego jest za duża) i napięcia do 4.2V i podpięcie tego bezpośrednio do ogniwa.

Jeszcze lepszy to zbudowanie przetwornicy z MPPT (i powyższymi dwoma ograniczeniami) i wejście mocą bezpośrednio na ogniwo.

Link do komentarza
Share on other sites

Akumulator jest z komórki niecałe 2000mAh.

Natomiast ogniwo foto ma powierzchnię naklejek fotowoltaicznych 104x53, na nim jest napisane 110x60.

Na ruskiej stronie były robione testy tego ogniwa foto:

IMG_59dbf0cf955276977.png

Więc na pewno prądu ładowania dla tego akumulatora nie przekroczę 😉

Tak jak z każdego ogniwa słonecznego zawsze jest za mało energii 🙂

Dlatego kombinuje jak wyciągnąć jak najwięcej i jednocześnie nie wkręcać się w jakieś skomplikowane układy przetwornic.

Link do komentarza
Share on other sites

To proste, choć na razie mylisz prąd z mocą.

Popatrz, punkt największej mocy (tzw. MPP) uzyskiwanej z tego ogniwa leży wcale nie na początku tabelki ani na końcu tylko tam, gdzie iloczyn napięcia i prądu jest największy. Tak ma każde ogniwo słoneczne. Zamień te cyferki na wykres: odłóż prąd na osi X a napięcie na Y, a wszystko stanie się jasne - to jest typowy zasilacz z ograniczeniem prądowym. Dostajesz na pusto jakieś napięcie, które dla danego ogniwa jest w zasadzie stałe i niewiele zmienia się od oświetlenia. Pobierając coraz większy prąd napięcie troszeczkę spada aż do momentu "przełamania", gdy zaczynasz jakby "wyczerpywać" jego zasoby prądu (wciąż dla danej, stałej mocy światła). Od tej chwili napięcie spada na łeb a prąd już prawie nie rośnie. Jeśli zrobisz na tym samym układzie współrzędnych wykres mocy (odłóż U*I na osi Y) to zobaczysz, że największa jest właśnie w punkcie załamania - tutaj będzie to okolica 5.5-5.7V. Niestety punkt MPP przesuwa się po napięciu i prądzie w zależności od oświetlenia. Chcą więc to zrobić idealnie, nie możesz stabilizować jakiegoś ustalonego z góry napięcia lub jakiegoś prądu ogniwa, musisz wciąż, nadążnie poszukiwać jakaś wbudowaną inteligencją punkt MPP. I takie układy są - poczytaj o algorytmach MPPT (czyli MPP Tracking), ale jeśli chcesz zacząć od czegoś prostszego, możesz np. założyć, że wystarczająco dobre będzie stabilizowanie/utrzymywanie stałego napięcia ogniwa, bo ono zmienia się mniej. Tak działa wiele regulatorów dla ogniw słonecznych. Wystarczy więc zaprojektować przetwornicę DCDC, która będzie pobierała akurat tyle mocy z ogniwa, by utrzymywać stałe napięcie na nim czyli na swoim wejściu a całą uzyskaną moc będzie przetwarzała na prąd ładowania LiPola 🙂

Wybieraj.

Dodam jeszcze, że układ przetwornicy raczej zależy od sposobu działania (step-up, step-down, SEPIC, flyback itp) a nie od algorytmu jej pracy. Tu potrzebujesz tylko step-down (bo z 5.6V na 4.2V) więc układ jest kanoniczny: MOSFET + dioda + dławik + kondensator, ale sterowanie jej pracą (czyli to co wymyśla aktualne wypełnienie PWMa) będzie inne niż w typowym stabilizatorze napięcia wyjściowego.

----------------------

EDIT: Jeśli przeliczysz moc z tego ogniwa na parametry swojego LiPola to:

- z tych 0.67W na wejściu dobra przetwornica zje powiedzmy 0.05W, zostaje ok. 0.6W

- przy 4V na wyjściu dostaniesz zatem 150mA.

Takim prądem nie masz szans naładować tego ogniwa nawet przez cały słoneczny dzień. Acha, nie wiemy czy w tabelce są parametry w pełnym słońcu, ale stawiam 100:1, że tak bo to jednak straszny maluch.

Link do komentarza
Share on other sites

Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.
Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.

jlcpcb.jpg

jlcpcb.jpg

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

Dlaczego uważasz, że mylę prąd z mocą 🙂

Kiedyś przy niskonapięciowych ogniwach słonecznych stosowałem specjalizowany MPPC LTC3105, ale dla tego 7V ogniwa nie mogę go użyć.

Dlatego szukam coś pod kątem tych 7V.

0,6W max, jest wystarczające, ponieważ system zużywa około 20mA (w bardzo rzadkich porywach 200mA).

Link do komentarza
Share on other sites

Dlatego tak sądzę, że napisałeś "oddaje też znaczną energię dla systemu też przy 2V" a to nie jest prawda. Dostajesz tam tylko niewielki ułamek pełnej mocy ogniwa dla danego oświetlenia. Ale OK, jeśli robiłeś coś w temacie to zupełnie niepotrzebnie strzępię sobie język. To chyba zwykłe nieporozumienie, przepraszam.

A w sprawie doboru przetwornicy:

1. Pobierając moc z tego ogniwa w jego MPP - czyli stosując wypasioną ładowarkę optymalizującą punkt pracy od strony wejścia, dostaniesz powiedzmy 0.6W mocy wyjściowej już na napięciu LiPola.

2. Podłączając to samo ogniwo wprost do TP4056 napięcie ogniwa spadnie gdzieś do poziomu o drop-out woltów większego niż aktualne napięcie LiPola. Zakładając 0.3-0.5V spadku na 4056, na ogniwie słonecznym będzie od 3.3 do 4.7V w zależności od głębokości rozładowania LiPola. A to są warunki w których prąd będzie wciąż duży. Bo w ładowarce liniowej nie liczy się moc jaką dysponujesz na wejściu tylko osobno napięcie i osobno prąd. Te mA, które wpłyną do wejścia, wypłyną wyjściem i swój aku będziesz w takim układzie ładował prądem 120-130mA czyli praktycznie takim samym jak w przypadku ładowarki MPPT. Tak dzieje się dlatego, że akurat to ogniwo idealnie pasuje do ładowania LiPola 1S przez coś takiego jak TP4056. Jego (prawodpodobnie) 10 celi zestawionych szeregowo daje napięcie wprost pasujące do takiego zestawu - to jest właśnie ten przypadek gdy widać przewagę prostoty. Płacąc więcej za wypasiony scalak i technologię nic nie zyskasz.

Stosowanie przetwornic DCDC ma sens gdy postać mocy między wejściem a wyjściem jest istotnie inna, np. gdy z baterii słonecznej 12V masz ładować LiPola 1S albo chcesz harvestować energię z jednej celi słonecznej 0.7V lub TIGa do 3.3V, a już prawdziwe MPPT naprawdę musi być uzasadnione wysokimi wymaganiami użytkowymi (lub wojskowym budżetem). Nawet skądinąd fajny LTC3105 (też go używałem w jakimś projekcie wieszanym na drzewach 🙂 ) nie ma "prawdziwego" trackingu a tylko ustawiane a priori minimalne napięcie poniżej którego źródło nie powinno spaść. Do konkretnych, znanych z góry baterii słonecznych to wystarcza właśnie dlatego, że ich napięcie w MPP w sumie pływa nieznacznie z mocą oświetlenia.

Link do komentarza
Share on other sites

Właśnie o to chodzi, że chcę nawet przy słabym oświetleniu wykorzystać nawet przy około 2..3V te kilka mA. Układ który ma zasilać przy niesprzyjających okolicznościach obniża pobór do 1..2mA i ta energia też by się przydała. A różnie jest z tym oświetleniem.

Oczywiście ideałem byłby TP4056 bo mam ich kilka 😉 ale napięcie załączania ma w okolicy 4V...

Link do komentarza
Share on other sites

Ciągle nie rozumiesz i mam wrażenie, że chyba tylko z tego powodu, iż nie wiesz jak takie ogniwo w środku wygląda. A jeśli to wiesz, to dziwię Ci się. W każdym razie masz tam w środku stos diod krzemowych (każde ogniwko to jedna dioda) ułożonych anodami w stronę plusa. W stronę wyjściowego plusa ogniwa. Każda taka dioda produkuje napięcie ze światła. No i teraz, patrząc na ch-kę diody w kierunku przewodzenia widać, że prąd diody jest prawie zerowy aż do ok 0.3-0.4V, potem zaczyna troszkę rosnąć, ale nawet 0.5V wciąż cieknie tylko jakiś mA. Sensowne prądy płyną przy 0.6-0.7-0.8-0.9 i 1V. Oznacza to, że gdy nie obciążasz ogniwa słonecznego ono nadal produkuje ten prąd, tylko że jest on zwierany przez diody. Dlatego napięcie biegu luzem jest jakieś - zależne od ilości diodek w stosie, ale niewiele rośnie ze wzrostem energii światła bo diody przewodzą coraz lepiej. To samo jest w drugą stronę, zmniejszając oświetlenie prąd maleje, ale napięcie diod (czyli całej baterii słonecznej) spada tylko troszkę. Oczywiście, gdzieś przy bardzo małym oświetleniu prąd będzie na tyle mały, że na każdej diodzie spadnie np. 0.4V i napięcie całości też poważnie spadnie. Są to jednak moim zdaniem warunki już kompletnie niepraktyczne. Nie ma sensu próbować robić elektroniki do wysysania jakichś dziesiątek uA przy 2V z Twojego ogniwa. Bo tyle ono wtedy da, tam będzie MPP podczas pracy w szufladzie.

W skrócie chodzi mi o to, że podczas zwiększania oświetlenia napięcie takiego stosu bardzo szybko rośnie do 5-7V i utrzymuje się na tym poziomie już do pełnego Słońca w zenicie. Dlatego układ, który zaczyna pracować przy 5V (np. TP4056) jest tu idealny. Poniżej tego napięcia praktycznie nie dysponujesz sensownym prądem i robienie drogiej (bo superoszczędnej i megasprawnej) przetwornicy buck-boost po to by zassać ten strumyczek jest bez sensu.

Jedynym wytłumaczeniem byłby fakt, że normalnymi warunkami pracy Twojego urządzenia będzie właśnie szafa z ubraniami lub piwnica z małym okienkiem, gdzie po prostu musisz łapać każdy kwant światła bo jest być albo nie być projektu. Wtedy trzeba mówić raczej o energy harvesting (i te klasy scalaków przejrzeć) niż o normalnym ładowaniu z baterii słonecznej. W każdym innym przypadku po prostu poczekaj do rana, wtedy dostaniesz na pewno >5V i prąd praktycznie liniowo zależny od padającej na ogniwko energii 🙂 Podłączony do tego TP4056 będzie zasysał prądu ile tylko może (bo ograniczenie ustawisz mu wysoko) więc napięcie będzie spadało (do V(LiPol) + dropout(4056)), ale to nie ma znaczenia bo i tak ładujesz takim prądem jakiego dostarczy ogniwo. Nie licząc poboru prądu przez sam 4056.

Link do komentarza
Share on other sites

Nie piszę o ładowaniu, tylko o doładowywaniu przy słabych warunkach oświetleniowych.

Dla przykładu: jeśli położę w średnio pochmurny dzień ogniwo w niedalekiej odległości od dużego okna, to napięcie bezpośrednio mierzone na ogniwie słonecznym wynosi 3,4V, więc mimo jasnego pomieszczenia TP4056 tego nie zauważy. Nie mówię przecież o ładowaniu w bezchmurny dzień i ze słońcem w zenicie, tylko o średnich warunkach pogodowych i w tym zakresie próbuję zasilać całość.

Link do komentarza
Share on other sites

OK, to teraz mamy nomen-omen, jasność. Po prostu odróżniam urządzenia wyposażone w baterię słoneczną wystawione na zewnątrz, gdzie można korzystać z pełnej mocy ogniw od tych użytkowanych wewnątrz, które muszą załapać każdy podmuch światła i jadą na oparach. To są inne obszary zastosowań, inne założenia projektu prowadzące do inaczej optymalizowanych i innych rozwiązań.

Nie znam tak z głowy pojedynczego scalaka robiącego po stronie wejścia buck-boost ze startem <2V i ograniczeniem MPPC a po stronie wyjścia realizacją algorytmu CI/CV dla LiPola - bo to byłoby dla Ciebie idealne, ale może zrób to na dwa stopnie: najpierw bardzo oszczędny, nisko startujący buck-boost np. LTC3119 lub LTC3130 robiący 5V z czegokolwiek i mający (to ważne) ograniczenie na minimalne napięcie wejściowe (tzw. MPPC) a potem dalej już ładowarka liniowa, niechby i TP4056.

A jeśli sam TP będzie pobierał za dużo prądu (i zżerał całą energię ze światła, 2mA to naprawdę mało), ustaw na wyjściu LTC dokładnie 4.2V i podłącz go bezpośrednio do LiPola. Ograniczenia prądu mieć nie musisz, bo ogniwo słoneczne jest w tym zestawie za słabe i faza CI zawsze będzie < 1000mA a w fazie CV LTC będzie ograniczał napięcie do 4.2V i nie przeładuje akumulatora. Sprawdź tylko, czy ten konwerter wytrzymuje obecność napięcia na wyjściu gdy wejście zdycha. typowe ładowarki muszą to umieć, ale zwykły DCDC już niekoniecznie.

Któryś z tych konwerterów (a może oba?) ma tryb pracy z histerezą na wejściu, specjalnie przystosowany do pracy z bardzo słabymi źródłami, doczytaj. Wtedy ogniwo słoneczne doładowuje swoim prądem wejściową pojemność konwertera a ten startuje po narośnięciu napięcia do jakiegoś progu, rozładowuje kondensator i wchodzi w stan oczekiwania.

To samo możesz zrobić z prawie każdym małym buck-boostem za pomocą mikromocowego komparatora z histerezą i dużego kondensatora.

  • Pomogłeś! 1
Link do komentarza
Share on other sites

Spróbuje zdobyć ten układ.

Ale widać jednocześnie jak małą moc otrzymuje się z ogniwa, nawet w słoneczny dzień i na zewnątrz. Nie mówię o moim, ale w ogóle o ilości energii pochodzącej z otaczających fotonów.

Link do komentarza
Share on other sites

Zanim zaczniesz kupować przeczytaj dokładnie datasheet. To skomplikowane układy - mają wiele różnych bloków funkcjonalnych i stanów wewnętrznych. Może się okazać, że jakiś mały szczegół nie przypasuje i szkoda pieniędzy. Ich aplikacje są tylko z pozoru proste, trzeba dopasować wiele rzeczy a czasem coś dobudować na zewnątrz. Szczególnie groźnie wyglądają wszelkie niestandardowe pomysły wykorzystania. Przemyśl w jakim trybie będziesz go używał (którego?) i czy wszystko rozumiesz. Jeśli coś nie jest opisane wprost w DS to nie zakładaj, ze pójdzie dobrze tylko szukaj czegoś innego.

Może opisz dokładnie jaki masz pomysł, co kilka głów to nie jedna..

Link do komentarza
Share on other sites

Buduję podobny układ na TP4056 z baterią słoneczną. Na wyjściu z niej przy pełnym słońcu mam 7,5V, a TP4056 teoretycznie wytrzymuje do 8V.

Czy to może uszkodzić układ?

Czy ewentualnie trzeba zrobić jakieś zabezpieczenie?

Link do komentarza
Share on other sites

To bardzo zły pomysł.

1. Jesteś już blisko granicy uszkodzenia scalaka. Ten układ jest z założenia ładowarką jednego ogniwa LiPol z USB czyli z okolic 5V i na takie napięcie był optymalizowany.

2. To jest ładowarka liniowa więc straty mocy przy tak dużej różnicy napięć będą ogromne. Jeżeli bateria jest w stanie dawać ponad 7V a Ty potrzebujesz 3..4V na wyjściu, to połowa energii zmarnuje się na ciepło. A to oznacza, że połowa powierzchni baterii słonecznej pracuje na grzanie ładowarki. Trochę bez sensu, nie uważasz?

3. Ciepło generowane w TP4056 podgrzewa go i o ile ładowanie z 5V jeszcze jakoś działa, o tyle 7V pozwoli na ładowanie prądem co najwyżej 100mA. To i tak będzie prawie 0.5W. Zbyt gorąca ładowarka wyłącza się i musisz czekać aż ostygnie.

4. Układ może wpadać w oscylacje, bo najpierw ładowarka będzie starała się wziąć dużo prądu (tyle ile ustawisz jej opornikiem), napięcie opadnie bo bateria słoneczna nie da rady, ładowarka wyłączy się, napięcie ze Słońca wzrośnie bo bateria odczuje brak obciążenia i tak w kółko.

Urządzenia podłączane do baterii słonecznej muszą być do tego przygotowane i "rozumieć" jej działanie. To bardzo specyficzne źródło energii. Wymyślanie układów od czapy i klejenie czegoś przypadkowego daje marne efekty.

Jeśli już, znajdź do tego scalaka baterię dającą max. 5-5.5V a w ładowarce ustaw prąd ponad połowę mniejszy (np. 30%) niż prąd maksymalny ogniwa słonecznego. To pozwoli na w miarę stabilne ładowanie nie tylko w idealnych warunkach pełnego Słońca.

Link do komentarza
Share on other sites

A nie dałoby się jednak wykorzystać tego TP4056 i baterii słonecznej którą już posiadam?

W większości przypadków napięcie jest poniżej 7V, najczęściej około 5-6V.

Czy może zastosować dla bezpieczeństwa diodę aby obniżyła te skrajne napięcie poniżej 7V?

Link do komentarza
Share on other sites

Bądź aktywny - zaloguj się lub utwórz konto!

Tylko zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony

Utwórz konto w ~20 sekund!

Zarejestruj nowe konto, to proste!

Zarejestruj się »

Zaloguj się

Posiadasz własne konto? Użyj go!

Zaloguj się »
×
×
  • Utwórz nowe...

Ważne informacje

Ta strona używa ciasteczek (cookies), dzięki którym może działać lepiej. Więcej na ten temat znajdziesz w Polityce Prywatności.