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DIY大神 一位发烧友的光伏历程 持续更新中

作为一名有点奇葩的发烧友,历经快2年时间,不断学习、总结、折腾和进步,是该写点什么的时候了,呵呵。

光伏发烧的起步: 2012年6月,在学生毕业大甩卖时,我收了一块二手10W的太阳能电池板,它就是我光伏发烧的奠基石。(不过当时玩了几天就搁置了)

2012年9月,一次长时间停电手机没电可充,无聊之时,我突然想到了10W的太阳能电池板,于是第二天开始拼接太阳能电池板的外围:一个能给USB设备充电的光伏系统,包含蓄电池、Boost升压模块(笔记本供电)、LM2596降压模块(USB设备供电)、无线继电器控制模块。 这样一套最简单的系统开启了我的光伏发烧一路,并且从此进入了一个烧钱、折腾、苦命却快乐的旅程。(发烧友都懂的,呵呵)

(注:所有的模块都不是自己设计,仅仅是简单拼接。)

作为一名奇葩的发烧友,必然不会满足这种拼接式的杂散系统,于是开始自己进行规划和设计一套自己满意的系统。系统就必须有单片机进行管理,第一步要解决的就是选择单片机。以前做过简单的DSP2812开发,感觉用在这里实在是大材小用,且成本高不利于普及,接着马上想到了51单片机。可我对51只是了解,但不熟悉。于是开始学习,选择了郭天祥老师《10天学会51单片机》,非常感谢这部视频教程,让我学会了51单片机。(吐下槽:我这样的基础,每天14小时废寝忘食学习,整整花了2周时间,所以我想一般人想要10天……,呵呵)后续规划中,发现了使用51的问题,51单片机虽然便宜,但是没有AD采样,如果加上ADC0804也只能采样1路,还是8bit,采样几路系统就复杂了,成本就起来了。逛了逛坛子,又选择了Atmega16A,内置8路10bitAD采样,价格也不算太高。稍微学习了基础,就上手了AVR这款单片机(有了51的底子,再上手AVR几乎无阻力,所以这次也没去系统学习,而是用什么学什么。)

解决了主控问题后开始搭建太阳能发电监控系统各个原始模块。在近2个多月的时间里,学习了如何腐蚀电路板,巩固了Altium Designer,温习了模电特别是运放,在年前终于搭建出了原始系统。

由于每个功能基本都单独搞成了个测试模块,所以联接时到处飞线,只能叫原始模块了,呵呵。简单介绍下:左上是基于LM324的AD信号调理电路板,左下是基于Atmega16A的主控板(供电是由7805转换过来的),中间的是几个继电器构成的主电路板(正中间绿板子是淘宝上买的限压限流充电模块,KIS3R33改的),右边是由水泥电阻配个降压模块构成的可调负载。

经过一段时间的测试,发现了些问题,最突出的问题就是采样精度达不到95%,特别是电流采样平均90%都困难,带着问题不断思索后确定了改进的方向:1、主控由Atemga16A(DIP封装),改进为Atmega16A(TQFP封装),原因是TQFP封装可以启用2路可编程的差分采样(10倍和200倍放大),同时参照Atemga16A的技术说明书修订了主控板的AD采样电路,按要求加入了电感和电容滤波,并对采样信号也增加了滤波;2、逐步精简和整合原始模块,减少飞线,增加联接口。元器件逐步向贴片元件转型,缩小电路板尺寸;3、自设计高效充电模块。

期间放弃了许多娱乐时间,终于在3月初完成了对太阳能发电系统各原始模块的第一次整合工作,并给手机和笔记本电脑供电。

经过一段时间的测试该系统特点如下:

1、电压测量精度98%以上,电流测量精度96%以上;

2、系统最高工作电压23V(MP2307限制),系统最大工作电流4.5A(50mRΩ/1W限制);

3、可累积工作时间和发出电能,不惧掉电(Atmega16内置EEPROM);

4、自设计充电模块具备高效、可控、带电网支撑功能,软硬件双保护功能。

终于完成了高度整合后的第三版(把Boost升压电路也做成模块化)。并在汽车上小试一把了,单片机的控制部分加入了控制开关和蜂鸣器报警等电路。直接上图吧!

写到这里只是一个起步而已,因为第一代系统里单片机只是负责监控,属于最初级的开发。

我仿造KIS3R33模块内部原理,设计了第二代系统,也就是太阳能MPPT控制器,而且是基于同步整流技术,这款自制产品在发烧友QQ群里公布后,给我带来了许多朋友,正是这些朋友的无私帮助和支持,以及发烧友们的建议和意见,开启了我光伏发烧的研发之路。(这里特别感谢下别是厦门林工和河北曹工)

手工第一版(光伏发烧设计之路的起航)

PCB第一版(厦门林工无私鼎力设计)

第一版mppt在发烧友群内小范围使用起来了,得到了许多肯定和帮助,最重要的是群里的讨论开始热闹起来,有技术和思想的发烧友越来越多,给我了更多好的建议和意见,并发现了产品中很多不足,帮我不断改进。

第二代系统经过近半年的修订和完善,在不断突破技术难点:首先输入电压从最初的18V板子,到现在的200V输入,输出电压从12V蓄电池充电,到现在96V蓄电池充电,以及订制锂电池充电管理,功率等级也从100W,跨过2KW。控制器种类也从单一降压型,增加了升压型。(这里感谢河北曹工对主电路的改良以及大量艰苦的测试工作)

写了一堆自己的光伏发烧历程,仅仅只是个开始,我将陆续分享自己在光伏发烧旅程中的体会和经验,帮助刚进入光伏发烧圈的朋友们,玩得开心,把钱烧在值得的地方,少上当受骗。同时也将一些有点点技术含量的东西整理出来,让大家玩光伏时也能适当提高自己,不仅仅是个接线工

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