Arduinoで作るDIY MPPTソーラー充電コントローラー：太陽光発電の最適化

部品と材料

Arduino Nano R3	×1
MOSFETトランジスタ（スイッチング用）	×4
Espressif ESP8266 ESP-01	×1
英数字LCD（20×4文字）	×1
デュアルMOSFETドライバー（パワー用）	×1
SparkFun 低電流センサーブレークアウト - ACS712	×1
TVSダイオード（2ピン）	×1
汎用NPNトランジスタ	×1

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE

プロジェクト概要

ArduinoベースのMPPT充電コントローラー | 代替エネルギー | 再生可能エネルギー源 | クリーンエネルギー

MPPT（最大電力点追従）とは？

MPPTアルゴリズムを使用して、特定の条件下で太陽電池モジュールから最大限の利用可能電力を抽出します。MPPTは、太陽エネルギー（再生可能エネルギー源）を効率的に活用するための最も一般的なツールです。二酸化炭素排出量のグラフを減らしたいなら、自然資源から得られる再生可能エネルギー（太陽光、水力、風力など）であるクリーンエネルギーへ移行する必要があります。そうでなければ、直接地球温暖化へ向かうことになります。

すべての国がグリーンエネルギーへ移行する必要があり、特に中国は二酸化炭素の63%を排出する主要な貢献国であるため、その動きが重要です。

MPPTの仕組み：なぜ150Wのソーラーパネルが150Wにならないのか？

例えば、市場で7アンペアの電流を供給できる新しいソーラーパネルを購入したとします。バッテリーの充電設定が12ボルトに設定されている場合：7アンペア × 12ボルト = 84W（P=V×I）。66W以上を失ってしまいますが、あなたは150W分の代金を支払っています。その66Wはどこにも行っていませんが、ソーラー出力電流とバッテリー電圧のミスマッチが原因です。

MPPTアルゴリズムを使用すると、バッテリーが受け取る最大電力は12アンペア、12ボルトとなり、出力電力は P = V×I = 12×12 = 144W になります。これでほぼ144ワットが得られ、誰もが満足できます。

プロジェクト仕様

• 充電状態の低・中・高レベルを示すLED表示
• 電力、電流、電圧などを表示するLCD（20×4文字）ディスプレイ
• 雷/過電圧保護
• 逆電力流保護
• 過負荷・短絡保護
• WiFi経由でのデータログ記録
• USBポートから携帯電話、タブレット、ガジェットを充電可能

電気仕様

• 定格電圧：12V
• 最大入力電流：5A
• 負荷電流サポート：最大10A
• 入力電圧：ソーラーパネル 12〜24V
• ソーラーパネル出力：50ワット

必要なパーツ

• 抵抗（3×200Ω、3×330Ω、1×1kΩ、2×10kΩ、2×20kΩ、2×100kΩ、1×470kΩ）
• TVSダイオード（2×P6KE36CA）
• Arduino Nano
• ACS712-5A 電流センサー
• バックコンバーター（LM2596）
• WiFiモジュール（ESP8266）
• LCDディスプレイ（20×4 I2C）
• MOSFET（4×IRFZ44N）
• MOSFETドライバー（IR2104）
• 3.3Vリニアレギュレーター（AMS1117）
• トランジスタ（2N2222）
• ダイオード（2×1N4148、1×UF4007）
• コンデンサ（4×0.1μF、3×10μF、1×100μF、1×220μF）
• インダクタ（1×33μH-5A）
• LED（赤、黄、緑）
• ヒューズ（5A）

Arduino IDEで必要なライブラリ

• TimerOne.h
• LiquidCrystal_I2C

注意： 新しいフォルダを作成し（フォルダ名はTimerOne、LiquidCrystal_I2Cと同じにする）、Arduino/librariesフォルダにペーストしてください。

ArduinoベースMPPTアルゴリズム充電コントローラーのモデル

Proteusソフトウェア8.6版で設計されたMPPT充電コントローラープロジェクトのシミュレーションです。ArduinoライブラリとProteusシミュレーションツールを使用して独自に作成できます。このプロジェクトのProteusシミュレーション源ファイルの購入をご希望の場合は、お問い合わせください。

ESP8266 WiFiモジュールによるデータログ記録

参考記事： Arduino IDEのみを使用してESP8266 WiFiモジュールをセットアップする方法を学ぶ

上記の記事を読んで、ESP8266モジュールをWiFiに正常に接続できたと仮定します。

1. https://thingspeak.com/ でサインアップ
2. 新しいチャネルを作成し、フィールド1に「Solar Panel Data」と入力、他は空白のまま保存
3. APIキーを取得し、ソースコードに貼り付け
4. 完了

回路図

回路図はプロジェクトに添付の画像を参照してください。

ソースコード

「Arduino Nanoにコードをアップロードする前に、必要なすべてのライブラリをインストールすることを忘れないでください」

このプロジェクトの作成中に困難があれば、躊躇せずに質問してください。私たちは24時間365日、いつでもお手伝いします。