Con este proxecto pretendemos crear unha pequena plataforma educacional de xestión de enerxía solar baseada no Hardware e Software empregado por un dos equipos da Industriosa participante nas edicións 2018 e 2019 da Regata Solar de Marine Instruments coa que obtivemos a victoria en ambas edicións na categoría Open.
A idea é que o sistema sexa o suficientemente sinxelo de montar e integrar que poida ser usado polos equipos de estudantes.
A complexidade de construir un vehículo solar sen acumulación de enerxía radica en conseguir exprimir ó máximo as posibilidades do panel solar. Os paneles entregan enerxía eléctrica seguindo unha curva característica que fai necesaria unha xestión intelixente da demanda do sistema de propulsión. É necesario atopar o punto de máxima potencia: se demandamos menos do que o panel é capaz de entregar, desaproveitamos enerxía, e se demandamos máis do que é capaz de entregar, o panel vense abaixo e a potencia entregada cae dramáticamente ata provocar un apagado do sistema.
A continuación unha curva característica de entrega de potencia dun panel solar:
A estratexia seguida para conseguir o propósito consiste en monitorizar constantemente a corrente e tensión entregadas polo panel (e, por tanto, a potencia) e modular mediante un algoritmo software a demanda do motor de propulsión para conseguir en todo momento a máxima potencia disponible. Este algoritmo ten que ser capaz de auto-adaptarse para facer fronte ás cambiantes condicións nas que o panel se atopa:
- Cambios na radiación solar
- Modificación na posición do panel con respecto do sol
- Cambios na resistencia do motor segundo as condicións dinámicas da embarcación
- ...
A PCB conta con tódolos seus componentes en montaxe Through Hole (Furado pasante) e módulos insertables:
- Arduino Nano
- INA219
- Bluetooth HC-05
E conexións cos diferentes elementos que compoñen toda a electróncia do barco solar:
- Entrada de panel solar
- Saída de alimentación para o ESC
- Entrada de batería (receptor R/C)
- 4x Entradas PWM de sináis provintes do receptor de R/C
- 4x Saídas PWM para ESC, Servos, ...
- Conexión módulo Bluetooth HC05
Esquema básico de montaxe:
Os jumpers JP1 e JP2 sirven para conectar os rails de 5V e/ou Vin cos pines de alimentación das entradas e saídas PPM. Nesta montaxe, se queremos alimentar todo o sistema a través do BEC do ESC conectaremos JP2 con Vin (caso de BEC de 6V) ou con +5V (caso de BEC de 5V). Para alimentar o receptor de radio, conectaremos JP1 para que no pin de alimentación das entradas esté disponible +5V ou Vin, según se desexe.
Na wiki do proxecto detállase o pinout dos diferentes conectores. Recoméndase revisar o esquemático para ter completamente claro o uso de estos jumpers.
https://github.com/aindustriosa/Solar_MPPT_board/wiki
NOTA: A PCB do INA219 debe ser modificada para poder medir corrente no rango que entrega o panel. Recoméndase sustituir a resisntencia de Shunt orixinal de 0R1 por unha de 0R025.
A peza principal do código é unha implementación do algoritmo MPPT "Perturb and Observe". Sirva como guía para comprender a implementación o seguinte documento:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00001521a.pdf
En esencia, o algoritmo adapta a demanda que se fai do motor do seguinte modo:
- Mide Corrente entregada polo panel
- Mide a Tensión á saída do panel
- Calcula a potencia
- Compara coa potencia na anterior iteración
- Incrementa ou decrementa PWM (ver grafo)
Diseñado por Luis Miranda e Hernán Serrano baixo licenza CERN OPEN HARDWARE LICENCE v1.2 http://www.ohwr.org/ Esta licenza aplica ós deseños Hardware e documentación contida na carpeta 'MPPT PCB' de este repositorio.
Designed by Luis Miranda & Hernán Serrano under CERN OPEN HARDWARE LICENCE v1.2 http://www.ohwr.org/ This license applies to hardware designs and documentation which reside in the 'MPPT PCB' folder of this repository.