Contrôleur de pompe à eau photovoltaïque

Contrôleur

La courbe caractéristique de sortie du panneau photovoltaïque a une forte relation linéaire avec l'irradiance solaire, la température ambiante, les conditions météorologiques nuageuses, ensoleillées, pluvieuses, brumeuses et autres. Sa sortie varie avec l'ensoleillement, qui est la puissance CC. La pompe à eau photovoltaïque, qui est la charge du panneau photovoltaïque, possède un moteur d'entraînement qui est parfois un moteur à courant continu, parfois un moteur à courant alternatif ou même d'autres nouveaux moteurs, qui ont également des propriétés non linéaires. Dans ce cas, pour que le système de pompage photovoltaïque fonctionne dans des conditions de travail relativement idéales, et sous n'importe quel ensoleillement, il faut exploiter le potentiel maximal de la puissance de sortie du réseau photovoltaïque. Cela nécessite un adaptateur pour obtenir un « état de fonctionnement harmonieux, complet, efficace et stable » entre les nervures de puissance et la charge. Le contenu de l'adaptateur est principalement le « point de suivi de puissance maximale », l'onduleur et certaines fonctions de protection.

Suivi du point de puissance maximale (MPPT)

La courbe caractéristique volt-ampère du panneau photovoltaïque montre que la position du point de puissance maximale produite par le panneau photovoltaïque sous différentes irradiations solaires n'est pas fixe et que, lorsque la température ambiante change, la position du « point » de puissance maximale correspondant à la même irradiation change également. Afin d'obtenir le suivi du « point » de puissance maximale pour obtenir le plus d'énergie sous l'ensoleillement actuel, le MPPT est généralement décliné en deux formes, présentées ci-dessous. Suivi du point de puissance maximale à tension constante (CVT MPPT).

Observez attentivement les points noirs sur la figure qui représentent la puissance de sortie maximale, qui sont les positions des points de puissance maximale. Ils sont tous situés près de la ligne droite Umax=const, en particulier lorsque le rayonnement solaire est fort, ils sont plus proches de Umax=const. En même temps, considérant que la cellule solaire a les caractéristiques de température suivantes : lorsque la température augmente, dans les mêmes conditions de rayonnement solaire, sa tension en circuit ouvert UOC va diminuer et le courant de court-circuit Isc va augmenter légèrement. Considérant que la température ambiante est généralement plus élevée lorsque le rayonnement solaire est élevé, et la température ambiante est généralement plus basse lorsque le rayonnement solaire est faible, combinées aux caractéristiques de température de la cellule solaire, elles sont juste propices à rendre la trajectoire du point de puissance maximale en une journée plus proche d'une ligne verticale Umax=const. C'est-à-dire qu'en ingénierie, les gens sont autorisés à traiter approximativement la trajectoire du point de puissance maximale comme une ligne verticale Umax=const, ce qui constitue la base théorique du MPPT de type TcvT.

Véritable MPPT

Les principaux inconvénients du MPPT de type C"T sont que la tension en circuit ouvert Uoc et la tension du point de puissance maximale U du réseau photovoltaïque sont fortement affectées par la température. Une fois Um définie, il y aura un écart important en hiver et en été, ce qui entraînera une perte d'énergie considérable. Par conséquent, avec les performances/prix des puces de micro-ordinateur et leurs performances en temps réel en constante amélioration, de nombreux systèmes ont commencé à adopter la technologie « MPPT réel ».

Dans la technologie « véritable MPPT », les gens adoptent le concept d'auto-optimisation, mesurent la puissance de sortie du réseau photovoltaïque en temps réel et trouvent automatiquement le point de puissance maximale après comparaison. Rechercher continuellement, ajuster continuellement, rechercher encore continuellement..., ce cycle se répète encore et encore, et le système est toujours dans un état de micro-ajustement. Ce « véritable MPPT » peut s’adapter automatiquement à la grande différence de température entre l’hiver et l’été sans intervention humaine, ce qui est très utile pour améliorer l’efficacité du système tout au long de l’année.

Variateur de fréquence

La sortie du panneau photovoltaïque après avoir traversé le point de puissance maximale est une tension continue. Si le moteur d'entraînement utilisé par la pompe à eau est un moteur à courant continu, il peut bien sûr être directement connecté lorsque les valeurs de tension des deux sont adaptées. Le moteur entraînera la pompe à eau pour qu'elle tourne et pompe l'eau. Par exemple, les premiers produits silencieux de la société américaine Solarjack sont comme ça. Les moteurs à courant continu étant généralement plus chers et nécessitant un entretien régulier ou le remplacement de leurs balais, ces dernières années, en raison de l'avancement des nouvelles théories de contrôle de vitesse et des dispositifs et technologies électroniques de puissance, la technologie de régulation de vitesse à courant alternatif a fait de grands progrès. Son efficacité a progressivement rattrapé celle des moteurs à courant continu, tandis que sa facilité d'utilisation et sa durabilité dépassent de loin celles des moteurs à courant continu. Par conséquent, la méthode d'entraînement du moteur à courant continu à balais est progressivement éliminée et est principalement remplacée par des moteurs asynchrones triphasés à haut rendement et des moteurs à courant continu sans balais, et occasionnellement des moteurs synchrones à aimant permanent ou des moteurs à réluctance sont utilisés. L'entraînement de ces derniers types de moteurs dépend de dispositifs de conversion de fréquence spéciaux ou de circuits d'entraînement électroniques de puissance correspondants. :Nous prenons ici l’exemple de l’entraînement d’un moteur asynchrone triphasé pour illustrer le principe de base de son entraînement.

Le variateur de fréquence est généralement divisé en deux catégories : le variateur à onde carrée (y compris le variateur à onde étagée) et le variateur à onde sinusoïdale. En règle générale, pour les systèmes de pompes à eau photovoltaïques de faible puissance (moins de 300 W), on utilise principalement un entraînement à onde carrée. Pour les systèmes de plus grande puissance, on utilise souvent un entraînement à onde sinusoïdale pour limiter les pertes harmoniques. Quel que soit le type de variateur utilisé, sa structure de circuit de base peut être divisée en quatre parties suivantes, à savoir :

(1) Partie alimentation à découpage : Sa fonction est de fournir de l'énergie au contrôleur. Le contrôleur nécessite souvent une alimentation de contrôle telle que ±5 V ou +12 V, mais dans la plupart des cas, la tension de sortie du panneau solaire ne peut pas être utilisée directement à cette fin. Par conséquent, un convertisseur CC/CC est nécessaire pour convertir la tension CC du panneau en tension CC requise. Il s'agit de l'alimentation à découpage.

(2) Circuit principal et son circuit de commande

Les principaux composants du circuit onduleur triphasé en tant que circuit principal sont des dispositifs électroniques de puissance, qui constituent un circuit onduleur à pont complet. Des condensateurs électrolytiques de grande capacité sont directement connectés du côté CC en tant qu'éléments de stockage d'énergie. Lorsque le circuit onduleur est éteint, le réseau de cellules solaires charge le condensateur. Lorsque le circuit onduleur est allumé, le condensateur et le réseau de cellules solaires alimentent ensemble la charge.

La conception et la fabrication du circuit de commande doivent être effectuées avec soin pour assurer de manière fiable de bonnes performances du circuit de commande de grille lors de l'utilisation de MOSFET de puissance.

3) Circuit de commande

Actuellement, les circuits de commande de nombreuses pompes à eau photovoltaïques ont adopté une technologie avancée de micro-ordinateur monopuce. Après le processus de développement des séries MsC-51 et MCS96, la série 8XCI96, plus satisfaisante, a été lancée récemment, notamment la série 80C196MC spécialement utilisée pour la régulation de la vitesse du moteur. Outre de nombreuses caractéristiques communes de la série 196, elle est également particulièrement adaptée à l'entraînement du moteur. Grâce à la programmation en langage assembleur, les fonctions suivantes sont principalement réalisées dans ce système.

Remplit les fonctions de protection requises par le système, telles que la protection contre les surintensités, les sous-tensions, la basse vitesse et la sécheresse, et affiche l'état de défaut ;

· Détecter le courant et la tension du côté CC du circuit principal, calculer la puissance de sortie du réseau de cellules solaires et terminer le suivi du point de puissance maximale de la sortie du réseau pendant le processus de régulation de vitesse à fréquence variable ;

·Envoyez un signal SPWM en fonction du suivi de flux ou d'autres principes de régulation de vitesse à fréquence variable correspondants.

(4) Circuit de protection

Pour le fonctionnement sûr du système, il est nécessaire de mettre en place de nombreuses protections telles que surintensité, surtension, surcharge, sous-charge, sous-tension, manque d'eau du puits, démarrage automatique dans diverses conditions après arrêt... Elles doivent être réglées dans le circuit en fonction des dispositifs de contrôle et des circuits de commande sélectionnés. Étant donné que les pompes à eau photovoltaïques fonctionnent dans la plupart des cas de manière entièrement automatique, démarrant au lever du soleil et s'arrêtant au coucher du soleil, des mesures de protection très fiables doivent être adoptées.