아두이노 MPPT 태양광 충전 컨트롤러 DIY: 태양광 발전 효율 최적화

부품 및 소모품

추가 필요 부품

• 저항: 200Ω 3개, 330Ω 3개, 1kΩ 1개, 10kΩ 2개, 20kΩ 2개, 100kΩ 2개, 470kΩ 1개
• TVS 다이오드 (P6KE36CA) 2개
• 벅 컨버터 (LM2596)
• 3.3V 리니어 레귤레이터 (AMS1117)
• 다이오드: 1N4148 2개, UF4007 1개
• 커패시터: 0.1µF 4개, 10µF 3개, 100µF 1개, 220µF 1개
• 인덕터 (33µH, 5A) 1개
• LED (적색, 황색, 녹색)
• 퓨즈 (5A)

필요 소프트웨어

• 아두이노 IDE

프로젝트 개요

MPPT(최대 전력점 추적)란?

MPPT 알고리즘은 특정 조건 하에서 광전지 모듈로부터 사용할 수 있는 최대 전력을 추출하는 기술입니다. 태양광 에너지(재생 가능 에너지)를 효율적으로 활용하기 위한 가장 대중적인 도구입니다. 탄소 배출량 감축을 위해 태양광, 수력, 풍력 등 자연에서 얻을 수 있는 청정 에너지인 재생 에너지로 전환해야 하며, 그렇지 않으면 지구 온난화로 직결됩니다.

특히 중국은 전 세계 CO2 배출량의 63%를 차지하는 주요 배출국으로, 녹색 에너지로의 전환이 시급합니다.

MPPT 작동 원리: 왜 150W 패널이 150W를 내지 못할까?

예를 들어 7A 출력이 가능한 150W 태양광 패널을 구입했고, 배터리 충전 전압이 12V로 설정되어 있다고 가정해 보겠습니다. 단순 연결 시 7A × 12V = 84W로, 66W 이상의 전력이 손실됩니다. 이는 태양광 패널의 출력 전류와 배터리 전압 간의 부적합 때문입니다.

MPPT 알고리즘 적용 후에는 배터리가 12V에서 12A를 받아 144W(12V × 12A)의 전력을 얻게 되어, 패널 정격 출력에 근접한 효율을 달성할 수 있습니다.

프로젝트 사양

• 충전 상태 표시 LED (낮음/중간/높음 3단계)
• 20x4 문자 LCD 디스플레이 (전력, 전류, 전압 등 표시)
• 낙뢰/과전압 보호
• 역전류 흐름 방지 보호
• 과부하 및 단락 보호
• 와이파이 데이터 로깅
• USB 포트를 통한 스마트폰/태블릿 충전

전기적 사양

• 정격 전압: 12V
• 최대 입력 전류: 5A
• 부하 전류 지원: 최대 10A
• 입력 전압: 태양광 패널 12~24V
• 태양광 패널 출력: 50W

필요 라이브러리 (아두이노 IDE)

• TimerOne.h
• LiquidCrystal_I2C

주의: 라이브러리 폴더명(TimerOne, LiquidCrystal_I2C)으로 새 폴더를 만들어 아두이노 라이브러리 폴더에 붙여넣으세요.

회로도 및 시뮬레이션

프로테우스(Proteus) 8.6 버전으로 시뮬레이션이 설계되었습니다. 아두이노 라이브러리와 프로테우스를 이용해 직접 시뮬레이션을 구성할 수 있습니다. 시뮬레이션 소스 파일 구매 문의는 제작자에게 연락하세요.

와이파이 데이터 로깅 (ESP8266)

1. ThingSpeak 회원가입
2. 새 채널 생성, Field 1에 "Solar Panel Data" 입력 후 저장
3. API 키 복사하여 소스 코드에 붙여넣기
4. 완료

소스 코드 다운로드

중요: 아두이노 나노에 코드 업로드 전 모든 필수 라이브러리를 반드시 설치하세요.

회로도

상세 회로도는 프로젝트 이미지를 참조하세요. 제작 중 어려움이 있으면 언제든 문의해 주세요. 24시간 7일 내내 도와드리겠습니다.