DIY MPPT-контроллер заряда на Arduino для оптимизации солнечной энергии

Компоненты и расходные материалы

Компонент	Количество
Arduino Nano R3	1
MOSFET-транзистор (ключевой)	4
Espressif ESP8266 ESP-01	1
Символьный LCD-дисплей 20×4 (I2C)	1
Драйвер MOSFET (IR2104)	1
Датчик тока ACS712 (5А)	1
TVS-диод P6KE36CA	1
Транзистор NPN 2N2222	1

Необходимые библиотеки для Arduino IDE

• TimerOne.h — для работы с таймерами
• LiquidCrystal_I2C — для управления LCD-дисплеем по I2C

Важно: создайте папки с именами библиотек (TimerOne и LiquidCrystal_I2C) и поместите их в директорию Arduino/libraries.

О проекте

Что такое MPPT (Maximum Power Point Tracking)?

Алгоритм MPPT позволяет извлекать максимальную доступную мощность из фотоэлектрических модулей при заданных условиях. Это наиболее эффективный способ использования солнечной энергии — возобновляемого источника энергии. Переход на чистую энергию (солнечную, гидро, ветровую) критически важен для сокращения углеродного следа и борьбы с глобальным потеплением.

Как работает MPPT? Почему 150-ваттная панель не даёт 150 Вт?

Пример: вы купили солнечную панель, выдающую 7 А. Напряжение заряда батареи установлено на 12 В. Мощность: 7 А × 12 В = 84 Вт. Вы теряете более 66 Вт — не потому, что энергия исчезает, а из-за несоответствия тока панели и напряжения батареи.

С алгоритмом MPPT: батарея получает 12 А при 12 В. Выходная мощность: 12 × 12 = 144 Вт. Почти вся заявленная мощность используется эффективно.

Спецификации проекта

• LED-индикация уровня заряда (низкий/средний/высокий)
• LCD-дисплей 20×4 для отображения мощности, тока, напряжений
• Защита от молний и перенапряжения
• Защита от обратного тока
• Защита от перегрузки и короткого замыкания
• Логирование данных через WiFi (ThingSpeak)
• USB-порт для зарядки гаджетов

Электрические характеристики

• Номинальное напряжение: 12 В
• Максимальный входной ток: 5 А
• Ток нагрузки до: 10 А
• Входное напряжение (солнечная панель): 12–24 В
• Мощность солнечной панели: 50 Вт

Необходимые детали (детальный список)

• Резисторы: 3×200Ω, 3×330Ω, 1×1кΩ, 2×10кΩ, 2×20кΩ, 2×100кΩ, 1×470кΩ
• TVS-диоды: 2×P6KE36CA
• Arduino Nano
• Датчик тока ACS712-5A
• Понижающий преобразователь LM2596
• WiFi-модуль ESP8266
• LCD 20×4 I2C
• MOSFET: 4×IRFZ44N
• Драйвер MOSFET: IR2104
• Стабилизатор 3.3В: AMS1117
• Транзистор: 2N2222
• Диоды: 2×1N4148, 1×UF4007
• Конденсаторы: 4×0.1мкФ, 3×10мкФ, 1×100мкФ, 1×220мкФ
• Дроссель: 1×33мкГн/5А
• Светодиоды: красный, жёлтый, зелёный
• Предохранители: 5А

Модель и симуляция

Проект смоделирован в Proteus 8.6. Доступны файлы симуляции (по запросу).

WiFi-логирование через ESP8266 и ThingSpeak

1. Зарегистрируйтесь на ThingSpeak
2. Создайте канал, поле 1 назовите «Solar Panel Data»
3. Скопируйте API Key и вставьте в исходный код

Схема подключения

Схема доступна в разделе «Schematics». Перед загрузкой кода установите все библиотеки.

Исходный код

Код доступен по ссылке: Bitbucket (библиотека LiquidCrystal). Полный скетч прилагается к проекту.