Měnič pro malou solární elektrárnu

Bc. Michal ŠVAJNER

Master's thesis

Converter for a small solar power plant

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Keywords

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.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 6. 2020

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Zdeněk Kubík, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Master programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronics and Applied Informatics