ULISSE centralina Arduino fv->batterie->faretti led

[Luigi Marchi]

Il progetto ULISSE è una centralina Arduino multifunzione che gestisce un sistema di accumulo “a isola”; il tutto per alimentare faretti led di protezione delle abitazioni.

Il progetto iniziale è mio, ma ci hanno lavorato i ragazzi di una scuola professionale, che hanno messo a punto lo shield Arduino. Ho promesso loro una partita di PCB e tutti i diritti relativi.

La carica di una batteria è cosa semplice, ma poter effettuare tarature via software, con Arduino, che mostra a video i risultati, aiuta molto nella fase della messa a punto e anche dopo. Specie nella gestione delle batterie che sono il punto debole dei progetti di accumulo e che vanno trattate come belle donne permalose.

La parte hardware è semplice, ma è stata abbastanza impegnativa, con tanti prototipi scartati, stante l’obiettivo di utilizzare solo componentistica di facile reperibilità e di costo contenuto. Nessuna regolazione hardware è richiesta. Si lavora solo sul software Arduino per l'accumulo ottimale simil MPPT e gestione PWM.

Viene utilizzato: 1) un Mosfet IRF3205 con una resistenza bassissima (che facilita il compito di dissipazione del calore); 2) un 4N25 optoisolatore per far lavorare il Mosfet a 12 volt; 3) una resistenza di shunt da 0,22 ohm e altissimo wattaggio; 4) un relè convenzionale da 12 volt con BC337 di gestione e relativo 1N4007 di protezione; 5) un condensatore elettrolitico da 470 mf 63 volt di accumulo energia; 6) 2 regolatori 7812; 7) 14 resistenze.

Lo schema elettrico è pubblicato nella sezione Download->Elettronica in 2 versioni: quella per millefori fatta da me a manina e quella professionale della scuola di elettronica per shield, con qualche modifica.

[Livio Orsini]

Luigi 2 note operative.

Quando metti schemi e/files metti anche il link usando l'apposito comando, come ti ho descritto in un'altra discussione.

In questo caso lo schema manuale lo reperisci quasi subito, quello professionale non lo trovo.

[Luigi Marchi]

 

Livio, arrivo, mia moglie mi interrompe sempre. Descrizione, partendo dai morsetti FV. L'energia del pannello fotovoltaico - quelli che si usano nelle abitazionmi da 30 o 36 celle - viene immagazzinata in un condensatore da 470 mf 63 volt. Segue un fusibile da 10 amper e un partitore di tensione - ce ne sono altri 2 identici - che consentono di misurare le tensioni, con Arduino, fino a 47 volt. La tensione positiva affronta ora una resistenza di shunt da 0,22 ohm che ha lo scopo di proteggere il Mosfet e soprattutto di consentire di misurare la quantità di energia che viene inviata alle batterie, cioè al morsetto positivo. La carica viene regolata dal Mosfet sul negativo, più esattamente tra massa e negativo delle batterie. Un optoisolatore 4N25 consente di far lavorare il Mosfet nelle condizioni ottimali, a 12 volt, tensione che alimenta anche Arduino perchè collegata al pin VIN. Il 4N25 viene eccitato dal PWM del pin D9 di Arduino. Il segnale arriva all'ingresso 1 e alimenta un fotodiodo interno all'optoisoltore che va a massa, al terminale 2, con una resistenza da 820 ohm.

Il segnale positivo di eccitazione del Mosfet arriva dai 12 volt al terminale 5 dell'optoisolatore con una resistenza da 1000 ohm e viene prelevato, con altra resistenza da 1000 ohm dal terminale 4 che è normalmente a massa con la resistenza da 15 k.

L'alimentazione a 12 volt è ottenuta tramite un riduttore formato da  due 7812 in serie. Le 2 resistenze da 1000 ohm servono per equilibrare la tensione in fase di accensione. E' prevista in serie anche una resistenza da 50 o 100 ohm per far fronte elle maggiori tensioni in ingresso che si registrano a vuoto, d'inverno, sui pannelli. Per la gestione dei faretti si è scelta la soluzione più semplice, cioè quella di un relè convenzionmale da 12 volt, gestito da un BC337. Infine va annotata la presenza dei morsetti per la fotoresistenza esterna che attiva il crepuscolare integrato. E' previsto, infine, un interruttore sulla linea di alimentazione di Arduino. Ad Arduino arrivano 3 segnali di controllo dai divisori di tensione e dalla fotoresistenza esterna, tali segnali vengono elaborati, visualizzati e consentono di gestire il "rubinetto" di carica cioè il Mosfet. Non dimenticare di collegare la massa con la GND di Arduino.

 

 

 

[dnmeza]

[Luigi Marchi]

Ho caricato anche il circuito elettrico elaborato per la scheda shield. Più professionale, da scuola professionale.

 

 

[Luigi Marchi]

Ho realizzato i primi esemplari di ULISSE, per il monitoraggio sul campo, con la parte hardware montata su una millefori di mm 62x70, come da foto appena caricata.

 

 

[walterword]

qui tra Ulisse , biancaneve , genuino etc si rischia di non capire più una mnk....

Luigi , prova a produrre qualche video e dare un ordine cronologico ai vari progetti che stai proponendo ....

[Luigi Marchi]

Walterword. Va bene. Ovviamente Arduino e basetta hardware sono stati inseriti i un contenitore di cm 15x12x8. La realizzazione di ULISSE con la scheda shield consente di utilizzare un contenitore più piccolo da cm 12x8x5.

Per vedere la realizzazione occorre visionare i video YouTube:

Arduino caricabatterie PWM Mosfet https://www.youtube.com/watch?v=C4WuSgcpjlM

Faretti led con Arduino  https://www.youtube.com/watch?v=sig7dqvmJ2s

 

[Luigi Marchi]

Prima di passare alla parte software mi piacerebbe fare qualche riflessione e confronto con altri sulla parte hardware.

[Luigi Marchi]

Ho utilizzato pochi componenti, facili da reperire e di costo molto contenuto. La scelta è stata di caricare a 24 volt, cioè 2 batterie in serie da 12 volt. Ovviamente anche i faretti led debbono essere da 24 volt e questi sono meno facilmente reperibili e di costo più elevato di quelli da 220. I pannelli fotovoltaici vanno bene tutti, preferisco quelli policristallini da 60 celle, che erogano tipicamente 30 volt. Faccio notare, da subito, che si può alimentare la centralina anche da 230 ca switching. Ora sono disponibili alimentatori da 24 volt trimmerabili fino a 30.

[Luigi Marchi]

Le batterie al piombo da auto sono delle brutte bestie per l'accumulo e non ho ancora trovato il verso giusto. Ho impostato via software la tensione massima a 28 volt, ma forse è bene stare più scarsi. Come tensione minima di scarica ho scelto 23 volt, ma anche qui è meglio avere il braccino corto. Insomma sembra che sia meglio usarle tra il 60% e il 90% della carica. Altro discorso, questa volta in positivo, per le batterie al gel studiate per assorbimenti contenuti, da valere nel tempo, come quello che interessa.  

[dott.cicala]

 Ho realizzato un controllo tende con un pc fujitsu e dei pistoncini festo...l'ho chiamato FUNESTO

[Luigi Marchi]

Io sono per i nomi storici: PENELOPE, SIBILLA, DIANA e ULISSE. Non so il prossimo. Tornando al tema, suggerisco, da subito, l'impianto "a isola" che funziona benone: pannello da 60 celle con buona esposizione, da 200 watt e oltre; batterie al gel da 60 Amper cadauna 12 volt; 2 faretti da 10 w cadauno da 24 volt; altri 2 faretti, analoghi, ma con sensore di movimento da 24 volt.  E' chiaro che in inverno se non sono messe da morto, sicuramente bisogna soffrire, specie dalle mie parti, con giornate corte, nebbia, nuvole. Ma anche a questo ci può essere rimedio, a casa mia sono andato a nozze tutto l'inverno (ho comunque l'impianto fotovoltaico che qualcosa produce sempre).

[Luigi Marchi]

In effetti chi ha un bell'impianto fotovoltaico può risparmiarsi la spesa e l'onere di fissare bene un pannello fotovoltaico. Può semplicemente usare la propria energia per caricare di giorno, lentamente, le batteria. Occorre un alimentatore switching in ingresso di ULISSE. Oppure, come nel mio caso, si può usare un sistema misto, cioè pannello + switching in parallelo per coprire gli ammanchi. In questo modo i faretti di sicurezza stanno sempre accesi di notte, indipendentemente dalle condizioni atmosferiche di giorno in giorno e con un minor stress per le batterie.

[Luigi Marchi]

Le regolazioni software consentono un'ampia flessibilità di utilizzo della POWER UNIT ULISSE. Si può utilizzare semplicemente per caricare batterie al piombo, anche singolarmente da 12 volt, con in ingresso un vecchio alimentatore per PC portatile da 19 volt. Si può fissare la carica massima, la tensione massima, ecc. Come con il progetto SIBILLA, pubblicato qui i giorni scorsi, studiato per caricare le batterie da 3,7 volt dei nostri cellulari. Il principio di funzionamento del software è il medesimo.

[walterword]

bravo 

Ah vero ho dimenticato la SIBILLA ....Ulisse & C 

[Luigi Marchi]

Se si ricordano i nomi dei progetti è meglio. Su questo però non ho espresso molta fantasia.

[dott.cicala]

Sibilla mi sembrava più adatto per una stazione meteo con tanto di previsione a 15gg

[Luigi Marchi]

Dott. Cicala, qui ti voglio. La semplicità del progetto ha pure qualche handicap. Il Mosfet fa una regolazione più che sufficiente e affidabile, ma il duty cycle varia molto in relazione al differenziale di tensione che si ha tra ingresso e uscita. Ne consegue non solo che si perde energia con sbilanci rilevanti, perchè il condensatore di ingresso non consente di recuperare tutta l'energia disponibile, ma anche che tanta energia si perde nella resistenza di shunt, che non ha la dissipazione media misurabile ai terminali della resistenza (volt x amper), ma la somma di dissipazioni molto più alte, nel duty cycle positivo, di tipo quadratico.  

[Livio Orsini]

Quote

Le batterie al piombo da auto sono delle brutte bestie per l'accumulo e non ho ancora trovato il verso giusto.

 

No, sono robustissime ed affidabilissime; semmai il tallone di achille (tanto per stare nel classico) è il loro peso.

 

L'accumulatore al piombo si carica abbastanza bene senza eccessive complicazioni.

Ora non ho ne tempo ne voglia di andare a ripescare i diagrammi che ho messo in una discussione di alcuni mesi fa, però c'è una prima zona in cui si carica a corrente costante il cui valore è <= 1/10 della capacità della batteria. raggiunto il primo livello di carica si carica a tensione costante sino a carica completa poi, se si può, si da una carica di mantenimento ad 1/100 circa della capacità dell'accumulatore.

In pratica è sufficiente un alimentatore a tensione costante con limitatore di corrente pari ad 1/10 della capacità.

Inizialmente la carica potrà essere a corrente costante perchè l'alimentatore entra in limitazione, poi la carica prsegue a tensione costante. A carica completa la differenza di potenziale tra batteria e alimentatore è tale che la corrente di carica è ridotta a <1/100 della capacità.

 

Io uso questa tecnica da oltre un ventennio ed i miei accumulatori al piombo hanno sempre una lunga vita.

[dnmeza]

scusate la mia ignoranza e curiosità, vorrei approfondire come :

Quote

il condensatore di ingresso non consente di recuperare tutta l'energia disponibile

vi è poi una resistenza da 0,22 ed una batteria ? La resistenza dissipa è inevitabile, la batteria mantiene il livello di tensione, ma il condensatore da 470 mF cosa può influire ?

 

[Luigi Marchi]

DNMEZA. Ho riscontrato sperimentalmente che il condensatore in ingresso migliorava la corrente disponibile da fotovoltaico. Il motivo è semplice. La carica avviene ad impulsi (onda quadra) sebbene molto veloce. Nel momento OFF la tensione del pannello tende a salire e carica il condensatore. Nel momento ON utilizzo l'energia del pannello più quella immagazzinata dal condensatore.

[dnmeza]

stabilizza il regolatore PWM

[Luigi Marchi]

Si stabilizza la tensione in ingresso, nonostante venga prelevata a strappi. E' tempo per dare un'occhiata al software. Premetto che sono molti mesi che non ci metto più le mani e giocoforza carico una versione datata. Preciso sin da ora che si blocca all'avvio se non c'è la batteria allacciata e anche se non c'è una piccola resistenza che cortocircuita l'ingresso del crepuscolare.

[dnmeza]

il condensatore serve a stabilizzare l'assorbimento sul FV, quando interviene il PWM sul mosfet ?