Relativně nový integrovaný obvod společnosti Linear Technology s označením LT8490 jsme již na HW serveru krátce zmiňovali. Jedná se o nabíjecí strukturu – kontrolér vyhrazený olověným nebo též lithiovým článkům, který na svém vstupu „uvítá“ solární panel, příp. další zdroje stejnosměrného napětí.

 

 

Vývojáři LT8490 nabídne sledování skutečného bodu maximálního výkonu solárního panelu (Maximum Power Point Tracking, MPPT) společně s optimalizovanými algoritmy pro nabíjení různých druhů baterií; vyvíjet příslušný firmware se již po nás nežádá. Vstupní a také výstupní napěťový rozsah až do 80 V pak umožňuje zapojit panely složené z 16 až 96 sériově řazených článků, dle konkrétní situace.

 

 

Koncový stupeň staví na čtveřici vnějších MOSFETů s kanálem N doplněné jedinou indukčností, kdy konfigurací typu buck – boost umožníme nabíječce účinně pracovat se vstupním napětím větším, menším nebo též rovným napětí baterie. To u podobných obvodů pravidlem rozhodně nebývá. Minimální napětí na panelu výrobce stanovil na 6 V. Díky externímu řešení výkonové části si pak celý návrh můžeme dále přizpůsobit. Stejně tak si nadefinujeme odpovídající proudová omezení DC vstupu a výstupu a s výhodou využijeme i dalších podpůrných či ochranných funkcí.

 

 

Bude – li nabíjecí algoritmus odladěn pro konkrétní typ článku, vydrží naše baterie v provozuschopném stavu mnohem déle. Stejně tak výkonný nabíjecí systém s funkcí MPPT, sledující skutečný bod maximálního výkonu solárního panelu i v případě jeho částečného zastínění, dovolí použít menší a také levnější fotovoltaickou jednotku. Dále rovněž není pochyb o tom, že návrh obvodového řešení složeného výhradně z diskrétních součástek, které by všechny zmiňované funkce realizovaly, zřejmě neprojde už jen proto, že by si vše vyžádalo nejen mikrokontrolér spolu s měničem, ale rovněž nezbytný vývoj FW okolo.

 

 

 

Zapojíme – li na vstupu solární panel, bude LT8490 udržovat jeho napětí tak, aby odpovídalo právě bodu maximálního výkonu. A skutečné maximum bude detekovat a sledovat i v případě částečného zastínění článku, kdy se může „zjevit“ více než jedno lokální maximum.

 

 

Na obr. 2 vidíme tzv. P-V charakteristiky běžného 60článkového / 250 W panelu za dvou různých světelných podmínek. Bod maximálního výkonu (200 W) se v případě plného osvícení vyskytuje na 25 V. Při dílčím zastínění článku, viz také obr. 3, klesne na 25 V dostupný výkon panelu na 50 W a na scénu vstupuje nový bod skutečného maximálního výkonu: 128 W, ale tentokrát již na 16 V. Nutno však zdůraznit, že původní výkonová špička 25 V / 200 W se momentálně přesunula na lokální maximum 32 V / 63 W.

 

 

Právě popsaný efekt dvojího lokálního maxima pak u řady kontrolérů tvoří jakousi „zhoubu“ tradičních funkcí MPPT, protože budou sledovat výchozí špičku 25 V / 200 W a její přesun právě na oněch nešťastných 32 V / 63 W. S obvodem LT8490 budeme naštěstí sledovat skutečný MPP, který se v tomto případě nachází na 16 V / 128 W a vytěžíme tak z panelu dalších 65 W! V pravidelných intervalech totiž zkoumáme celou výkonovou křivku panelu s cílem zaměřit skutečnou špičku, na které bychom mohli pracovat. Jednoduchý výpočet odhalil více než dvojnásobek dosažitelného výkonu pro nabíjení baterie. A za jiných stínicích podmínek toho dokonce můžeme vytěžit ještě více.

 

 

 

Zapojíme – li na vstup solární panel, může obvod LT8490 naplno využít svého patentově chráněného algoritmu „Perturb and Observe“ určeného k rozpoznání bodu maximálního výkonu. Přesných výsledků při sledování – MPPT však dosáhneme jen v případě pozvolných a nepříliš velikých změn v osvětlení panelu. Ten bude rovněž periodicky skenován. Zamezí se tak dlouhodobějšímu setrvání ve falešném bodě maximálního výkonu zdroje, který zrovna nemáme rovnoměrně osvětlený a zastínil jej třeba komín. Na konkrétním příkladu jsme si pak ukázali, že „dodatečně“ vytěžitelné výkony nemusí být svou velikostí vůbec zanedbatelné, tak proč se omezovat!

 

 

 

Připraveno s využitím článku 80V Buck-Boost Lead-Acid and Lithium Battery Charging Controller Actively Finds True Maximum Power Point in Solar Power Applications, autor: Tage Bjorklund, a dalších materiálů dostupných na www.linear.com