Tato práce se zabývá kompletním návrhem měniče pro malou solární elektrárnu. Systém je navržený pro dobíjení 12 V olověného akumulátoru z fotovoltaického panelu v napěťovém rozsahu 14-50 V. Maximální nabíjecí proud akumulátorem je 10 A. Napětí z fotovoltaického panelu je transformováno snižujícím (step-down) měničem na hodnotu odpovídající potřebám akumulátoru. Celý systém je řízený mikrokontrolérem STM32F411 a systémové údaje (např. napětí na fotovoltaickém panelu, stav akumulátoru, aj.) jsou zobrazené na alfanumerickém LCD displeji. V teoretické části jsou popsány typy solárních panelů a regulátorů. Dále jsou popsány typy olověných akumulátorů, způsob jejich nabíjení a předpoklady pro zajištění dlouhé životnosti. Praktická část se zabývá samotnou konstrukcí zařízení včetně návrhu konstrukčního boxu. Práce obsahuje kompletní schémata s jejich vysvětlením. Dále obsahuje výpočty od návrhu snižujícího měniče až po výpočet ztrát výkonových polovodičů. Je uveden popis řídícího softwaru včetně vývojových diagramů. Sestavené zařízení bylo testováno při výstupním proudu 10 A po dobu přes 30 minut bez známek poškození či významného tepelného namáhání. Po krátkou dobu byl otestován spotřebič odebírající proud 14,7 A při UIN=50,6 V. Naměřená účinnost odpovídala 86,8 %. Bylo provedeno měření emisí. V práci jsou uvedené výsledky těchto měření a v závěru práce je zmínka o možnostech zlepšení se shrnutím všech dosažených výsledků.
Anotace v angličtině
This thesis deals with the complete design of a converter for a small solar power plant. A system is designed for charging a 12 V lead-acid battery from a photovoltaic panel in the voltage range 14-50 V. The maximum charging current of the battery is 10 A. The voltage from the photovoltaic panel is transformed by a step-down converter to a value corresponding to the battery needs. Whole system is controlled by STM32F411 and system data (voltage of photovoltaic panel, battery status, etc.) are displayed on the alphanumeric LCD display. In the theoretical part of the thesis the types of photovoltaic panels and regulators are described. The types of lead acid batteries, the method of charging them and the for long live are also described. The practical part of the thesis deals with the design of device including mechanical parts. The work contains complete schematic diagrams with their explanation. It also contains all calculations of step-down converter, calculations of power losses etc. A description of software is also given. The system was tested at an output current 10 A for 30 minutes without sings of damage or significant thermal stress. For short time load draining 14,7 A at UIN=50,6 V was tested. The efficiency was 86,8 %. EMC tests were performed. The work presents the results of these measurements. The possibilities of improvements with a summary of all achieved results are mentioned in conclusion.
Klíčová slova
DC/DC měnič, step-down, snižující měnič, buck, LC filtr, solární regulátor, návrh tlumivky pro měnič step-down, návrh filtračního kapacitoru, ochrana proti přepólování, výpočet spínacích ztrát, fotovoltaický panel, olověný akumulátor, nabíjení olověného akumulátoru.
Klíčová slova v angličtině
DC/DC inverter, step-down, buck, LC filter, solar chargé controller, inductor calculation, polarity protection, lead-acid battery, charging of lead-acid batteries, calculation of a power losses.
Rozsah průvodní práce
73 s.
Jazyk
CZ
Anotace
Tato práce se zabývá kompletním návrhem měniče pro malou solární elektrárnu. Systém je navržený pro dobíjení 12 V olověného akumulátoru z fotovoltaického panelu v napěťovém rozsahu 14-50 V. Maximální nabíjecí proud akumulátorem je 10 A. Napětí z fotovoltaického panelu je transformováno snižujícím (step-down) měničem na hodnotu odpovídající potřebám akumulátoru. Celý systém je řízený mikrokontrolérem STM32F411 a systémové údaje (např. napětí na fotovoltaickém panelu, stav akumulátoru, aj.) jsou zobrazené na alfanumerickém LCD displeji. V teoretické části jsou popsány typy solárních panelů a regulátorů. Dále jsou popsány typy olověných akumulátorů, způsob jejich nabíjení a předpoklady pro zajištění dlouhé životnosti. Praktická část se zabývá samotnou konstrukcí zařízení včetně návrhu konstrukčního boxu. Práce obsahuje kompletní schémata s jejich vysvětlením. Dále obsahuje výpočty od návrhu snižujícího měniče až po výpočet ztrát výkonových polovodičů. Je uveden popis řídícího softwaru včetně vývojových diagramů. Sestavené zařízení bylo testováno při výstupním proudu 10 A po dobu přes 30 minut bez známek poškození či významného tepelného namáhání. Po krátkou dobu byl otestován spotřebič odebírající proud 14,7 A při UIN=50,6 V. Naměřená účinnost odpovídala 86,8 %. Bylo provedeno měření emisí. V práci jsou uvedené výsledky těchto měření a v závěru práce je zmínka o možnostech zlepšení se shrnutím všech dosažených výsledků.
Anotace v angličtině
This thesis deals with the complete design of a converter for a small solar power plant. A system is designed for charging a 12 V lead-acid battery from a photovoltaic panel in the voltage range 14-50 V. The maximum charging current of the battery is 10 A. The voltage from the photovoltaic panel is transformed by a step-down converter to a value corresponding to the battery needs. Whole system is controlled by STM32F411 and system data (voltage of photovoltaic panel, battery status, etc.) are displayed on the alphanumeric LCD display. In the theoretical part of the thesis the types of photovoltaic panels and regulators are described. The types of lead acid batteries, the method of charging them and the for long live are also described. The practical part of the thesis deals with the design of device including mechanical parts. The work contains complete schematic diagrams with their explanation. It also contains all calculations of step-down converter, calculations of power losses etc. A description of software is also given. The system was tested at an output current 10 A for 30 minutes without sings of damage or significant thermal stress. For short time load draining 14,7 A at UIN=50,6 V was tested. The efficiency was 86,8 %. EMC tests were performed. The work presents the results of these measurements. The possibilities of improvements with a summary of all achieved results are mentioned in conclusion.
Klíčová slova
DC/DC měnič, step-down, snižující měnič, buck, LC filtr, solární regulátor, návrh tlumivky pro měnič step-down, návrh filtračního kapacitoru, ochrana proti přepólování, výpočet spínacích ztrát, fotovoltaický panel, olověný akumulátor, nabíjení olověného akumulátoru.
Klíčová slova v angličtině
DC/DC inverter, step-down, buck, LC filter, solar chargé controller, inductor calculation, polarity protection, lead-acid battery, charging of lead-acid batteries, calculation of a power losses.
Zásady pro vypracování
Cílem práce je vytvořit měnič pro nabíjení 12 V olověného akumulátoru (maximální nabíjecí proud 10 A), napájeného z fotovoltaického panelu v rozsahu vstupních napětí 14 až 50 V.
Prostudujte vhodnou literaturu a navrhněte koncepci zařízení.
Zvolte vhodný řídicí prvek a navrhněte zařízení.
Realizujte navržené zařízení včetně základních ochran zařízení (nadproudové, podpěťové, přepěťové, tepelné).
Odměřte základní elektrické parametry regulátoru včetně EMC.
Proveďte zhodnocení dosažených výsledků a případně navrhněte další možnosti zlepšení.
Zásady pro vypracování
Cílem práce je vytvořit měnič pro nabíjení 12 V olověného akumulátoru (maximální nabíjecí proud 10 A), napájeného z fotovoltaického panelu v rozsahu vstupních napětí 14 až 50 V.
Prostudujte vhodnou literaturu a navrhněte koncepci zařízení.
Zvolte vhodný řídicí prvek a navrhněte zařízení.
Realizujte navržené zařízení včetně základních ochran zařízení (nadproudové, podpěťové, přepěťové, tepelné).
Odměřte základní elektrické parametry regulátoru včetně EMC.
Proveďte zhodnocení dosažených výsledků a případně navrhněte další možnosti zlepšení.
Seznam doporučené literatury
Khattak Muhammad Arshad: A Review & Analysis of Solar Mppt Algorithms & Hardware Architectures. LAP Lambert Academic Publishing, 2014. ISBN-13: 978-3659595059
Jitendra Prasad: Maximum Power Point tracker solar charge controller (MPPT): MPPT charge controller. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. ISBN-13: 978-3659185083
Seznam doporučené literatury
Khattak Muhammad Arshad: A Review & Analysis of Solar Mppt Algorithms & Hardware Architectures. LAP Lambert Academic Publishing, 2014. ISBN-13: 978-3659595059
Jitendra Prasad: Maximum Power Point tracker solar charge controller (MPPT): MPPT charge controller. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. ISBN-13: 978-3659185083