Résistance variable / charge active pour photovoltaïque

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Bonjour à tous,

Je sais qu'il y a déjà beaucoup de post sur internet parle de ce principe mais après de longue recherche je n'arrive pas à dimensionner mon montage.
Je me suis basé sur la discussion suivante de ce forum : http://forums.futura-sciences.com/el...ariable-2.html

Dans le cadre de mes études, je souhaite caractériser une cellule photovoltaïque.
Les conditions STC (1000 W/m^2 et 25°C) du constructeur donne un courant de court-circuit Isc = 8 A et Vco = 0,6 V pour une cellule .
Afin de simuler la variation une résistance électronique rapidement, je comptais réaliser un montage avec un DAC qui commande une source de courant, un AOP qui contrôle un MOS.

L'idée est de faire varier la résistance Rds(on) de mon transistor MOSFET d'une résistance presque nulle à l'infini. Le transistor choisis est un transistor IFRP064N car sa résistance Rds(on) est de 0,008 Ohm. Dite moi si je me trompe mais si je fais varier la tension Vgs, je peux faire varier la résistance RDson de 0,008 ohm a l'infini ? Je n'arrive pas dimensionner mon AOP néanmoins dans la datasheet de DAC0800 : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/dac0800.pdf, la figure 24 (Positive Low Impedance Output Opération) est donnée avec un LM741C.

Est ce qu'en mettant cette AOP et ce MOSFET commandé par mon DAC, mon montage (illustration en pièce jointe) fonctionnera et je pourrais caractériser ma cellules au vu des caractéristiques du constructeur fournies ?

Merci d'avance pour votre aide
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[DAUDET78]

Sans voir encore ta P.J. ....
Les tests constructeur sont fait avec un soleil artificiel normalisé ...... Ton problème, c'est non seulement la charge, mais aussi faire l'éclairage.

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Oui je comprends mais je recherche juste a obtenir les caractéristiques dans des conditions réel d'utilisation et non dans les condition du constructeur.
Donc pour le moment, je ne veux pas influencer sur l'éclairement mais juste sur la variation de la charge. Désolé j'ai du mal m'exprimer..

[DAUDET78]

Oui je comprends mais je recherche juste a obtenir les caractéristiques dans des conditions réel d'utilisation

Donc non reproductible en fonction de la météo ....

Donc pour le moment, je ne veux pas influencer sur l'éclairement mais juste sur la variation de la charge.

Donc pas besoin de système automatique. Tu mesures le courant en court-circuit et le courant à mi tension .... et tu tires une droite .

[A voir en vidéo sur Futura]

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Euh.. Si car je compte mesurer la température et l'énergie solaire au moment de mon relevé pour avoir la caractéristique aux conditions mesurées.
Une fois que ma charge variable sera au point, je pourrai me pencher sur la gestion de l'éclairage, est ce que tu vois ce que je veux dire. Je veux juste un moyen de faire varier une résistance électroniquement.

[DAUDET78]

Je veux juste un moyen de faire varier une résistance électroniquement.

Oui, c'est toujours possible. Mais je pense que ce n'est pas utile pour faire ta manip .

[r_srcr]

D'accord, donc mon montage correspond à mes attentes ou pas (car même si j'utilise une rhéostat manuelle pour tracer ma droite comme tu le suggéré, - il me faudra une toute petit résistance afin d'obtenir les point de fonctionnement de ma caractéristique I=(f(V)) ? Tu pourrais juste me confirmer, s'il te plait, que je pourrais ou non caractériser ma cellules avec mon montage (DAC, AOP et MOSFET) ?

[antek]

Tu peux essayer ça :
https://www.youtube.com/watch?v=2sve...ature=youtu.be

[DAUDET78]

Tu pourrais juste me confirmer, s'il te plait, que je pourrais ou non caractériser ma cellules avec mon montage

Marche pas !
Où tu peux connaitre le courant qui passe dans le NMOS ?
Avec la relation Id=f(Vgs) ? tu ne la connais pas avec suffisamment de précision .

- Il faut mettre un capteur de courant (effet Hall)
- Pas besoin d'un DAC08 ! Une sortie PWM avec un p'tit filtrage pour attaquer la grille d'un NMOS "TTL" ou "Logic"

[r_srcr]

Marche pas !
Où tu peux connaitre le courant qui passe dans le NMOS ?
Avec la relation Id=f(Vgs) ? tu ne la connais pas avec suffisamment de précision .

Je peux faire comment alors pour caractériser ma cellule avec le principe d'une résistance variable ? Dois abandonner l'idée du MOSFET ?

- Il faut mettre un capteur de courant (effet Hall)
- Pas besoin d'un DAC08 ! Une sortie PWM avec un p'tit filtrage pour attaquer la grille d'un NMOS "TTL" ou "Logic"

- le capteur a effet hall pour mesurer le courant du ma cellule photovoltaïque.
- d'accord j'avais pas envisager la PMW.

[DAUDET78]

Je peux faire comment alors pour caractériser ma cellule avec le principe d'une résistance variable ? Dois abandonner l'idée du MOSFET ?

Non ...non ...
Il faut mesurer la tension ainsi que le courant (et tu stockes/traces en XY ces deux variables)
Supposons que ta cellule donne du 0 à Vmax pour un courant variant de Imax à 0A

Ton programme calcule le PWM (en fait 100%) pour une tension=0V (tu as un point 0V et Imax)
Ton programme calcule le PWM (par exemple, c'est 94%) pour une tension=0,1V (tu as un point 0,1V et I)
Ton programme calcule le PWM (par exemple, c'est 89%) pour une tension=0,2V (tu as un point 0,2V et I)
etc .. etc
Ton programme calcule le PWM (en fait 0%) pour une tension=Vmax (tu as un point Vmax et I=0)

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Non ...non ...
Il faut mesurer la tension ainsi que le courant (et tu stockes/traces en XY ces deux variables)
Supposons que ta cellule donne du 0 à Vmax pour un courant variant de Imax à 0A

Ton programme calcule le PWM (en fait 100%) pour une tension=0V (tu as un point 0V et Imax)
Ton programme calcule le PWM (par exemple, c'est 94%) pour une tension=0,1V (tu as un point 0,1V et I)
Ton programme calcule le PWM (par exemple, c'est 89%) pour une tension=0,2V (tu as un point 0,2V et I)
etc .. etc
Ton programme calcule le PWM (en fait 0%) pour une tension=Vmax (tu as un point Vmax et I=0)

Merci DAUDET78, c'est exactement le concept que que je voulais pour caractériser ma cellule. Donc si je récapitule, il faut que je commande mon MOSFET par une PWM que je dois filtrée.
Le filtrage se fait bien par un circuit RC en calculant les valeurs de RC suivant la fréquence de hachage de la PWM ? Non ?


Le MOSFET que j'ai actuellement, le IRPF064N, ne peut pas être commandé directement depuis un micro car la doc technique indique : Rds(on) : 0,008 Ohm pour Vgs= 10 V et ID=59 A. Ai-je un moyen de l'adapter ? Par un drive ?
Car supposons pour le point à 0,1 V et avec un I de 4 A (donc de bonne condition), le point de mesure indique une résistance en ce point de 0,025 Ohm. Cette résistance augmente suivant l'augmentation de la tension du ma cellule.. Donc si je peux pas réutiliser mon MOSFET actuel, je dois juste trouver un NMOS TTL avec un résistance très faible ? C'est ça ?

[DAUDET78]

Le filtrage se fait bien par un circuit RC en calculant les valeurs de RC suivant la fréquence de hachage de la PWM ? Non ?

regarde les réponses #8 et #15 de cette discussion http://forums.futura-sciences.com/el...tales-pwm.html tu auras des idées .....

Le MOSFET que j'ai actuellement, le IRPF064N, ne peut pas être commandé directement depuis un micro

Probablement (je n'ai pas sa datasheet)
Ne pas oublier de mettre le NMOS sur un radiateur (il dissipe toute la puissance de la cellule)

[r_srcr]

Ne pas oublier de mettre le NMOS sur un radiateur (il dissipe toute la puissance de la cellule)

OK merci beaucoup pour les infos, la liste des NMOS et surtout la patience (pas simple de tout comprendre quand on début), je vais étudier ça de près..
Mon acquisition va être très rapide, et la puissance max de ma cellule donnée par le constructeur est de 5 W , faut t-il quand même un radiateur pour une puissance aussi faible ?

Faut bien que je prenne un NMOS avec la résistance RDs(on) pour Vgs = 5 V le plus bas faible possible afin d'avoir tous les points de ma courbe I=f(V) ? (le dernier petit doute )

[DAUDET78]

et la puissance max de ma cellule donnée par le constructeur est de 5 W , faut t-il quand même un radiateur pour une puissance aussi faible ?

C'est pas beaucoup pour chauffer mon château, c'est beaucoup pour un p'tit boitier !
Regarde ce que peut dissiper un TO220 nudiste !

Faut bien que je prenne un NMOS avec la résistance RDs(on) pour Vgs = 5 V le plus bas faible possible afin d'avoir tous les points de ma courbe I=f(V)

ben oui ! Et tu n'auras jamais le point à 0,0000000000V . Ce qui n'a aucune importance

[r_srcr]

Après quelque recherches, je suis arrivé a se point là. voir pièce jointe.
J'ai trouvé le mosfet qui me fallait : BUK954 ou IRLB4030, possédant chacun un résistance Rds(on) 4,5 mOhm pour Vgs=5 V.

Ma PWM est générer par un micro est 500 Hz (de 0 à 5 V, et allant de 0 % à 100%), j'ai compris comment réaliser le filtrage (filtre passe-bas RC) pour attaquer la grille mais j'ai un doute quand au calcul de R te de C et ainsi que le choix de mon AOP (servant de suiveur de tension) qui permet d'isoler le filtre de la charge électrique.

Le lien suivant : http://ww1.microchip.com/downloads/e...tes/00538c.pdf , donne la relation RC= 1/(2*pi*f) avec f : la fréquence de la PWM je suppose.
Mon rapport calculer est alors: RC=0,00032.
Il me font donc trouve un couple RC égale à ce rapport ?

Pour l'AOP, il en faut un avec un offset presque nul ?

[DAUDET78]

• - L'impédance d'entré d'un NMOS, c'est l'infini. Donc, pas besoin d'ampliOP
• - Il faut relier la source du NMOS au 0V de ton µC
• - Pour RC, tu fais le calcul (ou des essais) !
  - Si tu mets un RC très grand, faut attendre un certain temps pour que la valeur de la tension grille se stabilise ( voir le temps de réponse de l'asservissement)
  - Si tu mets un RC trop petit, le système est plus réactif, mais tu vas avoir du bruit de PWM sur la tension PV

[bobflux]

Pourquoi ne pas mettre une résistance dans la source du MOS pour utiliser l'AOP+MOS en source de courant commandée ?

[DAUDET78]

Pourquoi ne pas mettre une résistance dans la source du MOS pour utiliser l'AOP+MOS en source de courant commandée ?

Ben , on n'a pas grand chose pour mettre un shunt

donne un courant de court-circuit Isc = 8 A et Vco = 0,6 V pour une cellule .

[r_srcr]

@DAUDET

D'accord super merci, je vais faire des essaies.
Le mieux dans mon cas, serai un compromis entre la stabilité et le bruit. Si je met RC identiquement égale au rapport 1/(2*pi*f), j'aurai une courbe réelement représentative ? Le but final étant tout de même de d'avoir une courbe la plus fidèle et la représentative des caractéristique de mon module photovoltaïque.

Autre question plutôt generale, en prenant un NMOS de Vds= 80 V Id= 24 A, je peux donc caractériser n'importe quelle modules ne déppasant pas 80 V et 24 A ? (ou je me trompe) ?

@bobfuck

tu pourrais m'expliquer ta proposition, la source de courant commandé serait donc ma résistance ?

Dans les conditions réelles, je ne pense surtout pas avoir 8 A en Icc, 4 A serait déjà un miracle (au niveau de l'éclairage naturelle).

[bobflux]

Mmh, en effet. 10 mOhm dans la résistance, 10 dans le FET et une autre dizaine dans les fils, ça le ferait... Mais il faut un AOP autozéro.

Là, tu mets un capteur Hall ? Si c'est le cas, tu peux aussi asservir le courant dans le FET en utilisant la sortie du capteur.

Bon, varier la tension sur la grille et mesurer le courant, ça le fait aussi. Il faudra juste pas s'attendre à une variation linéaire, étant donné que la RdsON varie fortement avec la T°...

Sinon, il y a la solution d'alimenter la gate du FET avec une bête rampe (dent de scie), sans PWM donc, et échantillonner I et V à la volée.

[bobflux]

Le mieux dans mon cas, serai un compromis entre la stabilité et le bruit. Si je met RC identiquement égale au rapport 1/(2*pi*f), j'aurai une courbe réelement représentative ? Le but final étant tout de même de d'avoir une courbe la plus fidèle et la représentative des caractéristique de mon module photovoltaïque.

Si ton uC tourne à 16 Mhz, ton PWM 8 bits sort à 62 kHz, donc un filtre RC tout simple à Fc=100 Hz te donnera une ondulation de moins de 1 LSB, donc c'est bon.

> en prenant un NMOS de Vds= 80 V Id= 24 A, je peux donc caractériser n'importe quelle modules ne déppasant pas 80 V et 24 A ? (ou je me trompe) ?

C'est la puissance maximum dissipée dans le MOS qui est à surveiller.

Pour éviter un dissipateur monstrueux, une mesure rapide est souhaitable.

> tu pourrais m'expliquer ta proposition, la source de courant commandé serait donc ma résistance ?


Source de courant commandée à MOSFET :
http://electronics.stackexchange.com...-opamp-circuit

[DAUDET78]

Le but final étant tout de même de d'avoir une courbe la plus fidèle et la représentative des caractéristique de mon module photovoltaïque.

Ca ne veut rien dire tant que tu ne mets pas des chiffres en face !

Autre question plutôt generale, en prenant un NMOS de Vds= 80 V Id= 24 A, je peux donc caractériser n'importe quelle modules ne déppasant pas 80 V et 24 A ? (ou je me trompe) ?

ben oui ! Pourquoi pas ? Géniale ton idée .....
Un peu de calcul sommaire :
- un PV de 60V a vide
- un courant de court-circuit de 24A
A la louche, il donne sa puissance max aux environ de 40V avec un courant de 15A . Donc le NMOS dissipe 600W . Tu vois le problème à résoudre ?

PS : l'utilisation d'un MOS avec une tension élevée et un courant drain élevé doit être faite avec précaution
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8199-D.PDF
http://www.ixys.com/Documents/Articl...er_MOSFETs.pdf
https://www.fairchildsemi.com/applic...AN/AN-4161.pdf

[bobflux]

Pour ce genre d'application (forte dissipation en linéaire), il faut un planar, et pas un trench, car les trench ont un phénomène analogue au "second breakdown" des bipolaires (formation de points chauds sur la puce, qui monopolisent le courant, et chauffent encore plus, jusqu'à cramer). Bref, regarde les courbes de SOA.

D'après les courbes de SOA de la datasheet d'un MOSFET que je regardais pour un autre truc, un MOSFET en TO220 n'a aucun problème pour dissiper 2kW pendant 1 milliseconde. Ça devrait suffire pour prendre un point de mesure, enfin ça dépend de la capacité parasite du panneau solaire.

Une autre solution, si tu tiens à mesurer moultes voltes et moultes ampères, est simplement de mettre une banque de condensateurs en parallèle avec le panneau. Au fur et à mesure qu'ils se chargent, tu mesures I et V, et tu parcours la caractéristique I/V du panneau. Ensuite, décharger les condensateurs dans une résistance.

[r_srcr]

Ca ne veut rien dire tant que tu ne mets pas des chiffres en face !

D'acc ! Je verrais réellement le résultat lors d'essais. Je voudrais suelement que le bruit de la PWM n'impact pas trop sur la tension du PV; Mais comme le dit @bobfuck

Si ton uC tourne à 16 Mhz, ton PWM 8 bits sort à 62 kHz, donc un filtre RC tout simple à Fc=100 Hz te donnera une ondulation de moins de 1 LSB, donc c'est bon.

Si j'ai une erreur de moins 1 LSB, ca devrait aller, mais le temps d'asservicement sera important ? Je pourrais avoir une acquisition des données de ma courbe en 5 secondes max par exemple ?

Oups, je note toujours parlé en puissance dissipé.

Pour le moment je ne souhaite que caractériser une cellules (faible tension, grand intensité). Un panneau entiers sera pour la suite.

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@bobfuck
>> Sinon, il y a la solution d'alimenter la gate du FET avec une bête rampe (dent de scie), sans PWM donc, et échantillonner I et V à la volée.

Tu peux me donner un explication s'il te plait ? T'as dent de scie du la génère par un DAC depuis ton micro ? ou réseau 2/2R ?

[bobflux]

Pour la dent de scie, une source de courant ou une simple résistance qui charge une capa, et un transistor pour décharger la capa...

Dans l'autre sens ça marche aussi : par exemple une capa en // de la grille du MOS, tu la charges à 10V avec un transistor, et une résistance à la masse pour la décharger lentement, alors Vgs ira de 10V à 0V, et et échantillonnes à la volée I et V.

[Antoane]

Bonjour,

Sauf si tu utilises l'une solutions de mesure "rapide" données par Bobfuck, par exemple en envoyant une rampe de tension sur la grille, ou en utilisant un gros condensateur :

Ben , on n'a pas grand chose pour mettre un shunt.

De toutes façons, il faudra mesurer le courant, donc l'information existera.
Qu'on régule dessus, sur la tension ou qu'on reste en boucle ouverte est donc avant tout une question de complexité de code et de savoir comment on veut que ça tourne. Le hard n'entre (quasiment) pas dans l'équation.

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Dans l'autre sens ça marche aussi : par exemple une capa en // de la grille du MOS, tu la charges à 10V avec un transistor, et une résistance à la masse pour la décharger lentement, alors Vgs ira de 10V à 0V, et et échantillonnes à la volée I et V.

Cette solution m'intéresse, en attendant de trouver le NMOS TTL. J'ai en ma possession: un relais commandé en 5 V permettant de laisser passer les 10 V de Vgs, un NMOS IRFP064N (non compatible TTL), des résistances cémentées pour la décharge de la capa.

Par contre je ne vois pas comment dimensionner la capa. Je dois déterminé Tho = RC telle que la temps de décharge soit le plus lent possible.
J'ai essayé de faire un schéma, est ce que vous pouvez si j'ai bien tous compris.

[roumane]

salut . je suis entrain de faire meme projet sur l'etude d'un panneau solaire et avoir la caracteristique .s'il vous plai est ce que vous pouvez m'envoyer une copie de ton projet