Mikä on MPPT-ohjain aurinkojen lataamiseen

MPPT on yksi tapa käyttää energialähteen resursseja, olipa se sitten aurinkoakku tai tuuligeneraattori, mutta tässä artikkelissa puhumme erityisesti aurinkoenergiasta. Sen pääpiirteenä on lisätä vaihtoehtoisen lähteen tehokkuutta "vetämällä" suurin mahdollinen määrä energiaa valitsemalla tietty jännite ja virta.

Näiden parametrien valinta pelkistetään lähteen virta-jänniteominaisuuksien analysointiin ja sen määrittämiseen, millä jännitteellä ja virrankulutuksella suurin teho kulutetaan. Näin lyhenne tarkoittaa MPPT - maksimipistepisteseuranta (enimmäistehon pisteen jäljittäminen).

MPPT-ohjainten yleiset periaatteet

Ensi silmäyksellä kysymykseen saatat ajatella: "No, käytä maksimaalista mahdollista jännitettä, niin siellä on suurin kuormavirta (akun lataus)." Tämä on loogista, mutta todellisuudessa ei ole. Tämä johtuu pääasiassa aurinkokennon virta-jänniteominaisuuksista.

Käyttö (käyttökelpoisessa) tilassa aurinkokenno (I - V-ominaisuuden vaakasuuntainen osa) on virtalähde, ts. Sen lähtövirta riippuu vain vähän sen napojen jännitteestä. Lähtöjännite (Uoutc) riippuu kytketyn kuorman vastuksesta. Tämän voimme nähdä CVC: ssä.

Oikealla puolella, missä jännite on suurin, näet avoimen piirin jännitteen Uхх, jota rajoittaa akun ja niiden sisäisen laitteen lukumäärä. Tässä tapauksessa virta on 0. Ja päinvastoin, vasemmalla puolella, missä jännite on 0 - oikosulkujännite Uкз ja virtaa rajoittaa elementtien teho.

Jos otamme aurinkoakun nykyisen lujuuden hyödylliseltä alueelta muuttumattomana arvona, jännite määritetään kuormitusvastuksella, jos se on äärettömyyttä, tarkkailemme sitten joutokäyttötilaa (Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх), vastaavasti oikosululla, kuorman vastus taipuu nollaan, kuten lähtöjännite (kohdalla Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Suurin teho saadaan tietyllä kuormitusvastuksen, jännitteen ja virran suhteella.

Mitä tämä kaikki tarkoittaa? Siirrämme paristoista ohjaimille!

Ohjain on välilinkki aurinkoakun ja akun välillä, se säätelee latausvirtaa esimerkiksi PWM: n tai muun suunnittelijan valitseman kautta. Mutta pelkkä jännitteen kytkeminen suoraan akusta ei tarkoita, että taataan maksimaalinen virransiirto paneeleista akkuun.

Tehokasta latausta varten säädin seuraa akusta vastaanotettua virtaa ja sen lähtöjännitettä, samoin kuin akun syöttämää virtaa ja siinä olevaa jännitettä. Tämän varmistamiseksi valitsemme 2 mielivaltaista pistettä I - V-ominaisuudelle (annamme sen taas täällä) ja vertaa niiden tehoa kuvassa ilmoitettuun maksimitehopisteeseen (TMM), jossa virta ei näytä olevan suurin ...

Oletetaan, että meillä on akku, jonka nimellisjännite on 12 V, mikä tarkoittaa, että ladatussa tilassa meillä on noin 14,2-14,5 V liittimissä ja noin 11 V purkautuneessa tilassa, vaikka yhdessä tapauksessa meillä olisi 13 V ja toisessa - 12 V. Valitsemme sellaiset jännitteet, joilla on I - V-ominaisuus, likimääräiseen tehoanalyysiin suoran kytkennän “aurinkopaneeli - akku” avulla.

CVC: n mukaan molemmissa tapauksissa akun virta on noin 3,6 A, saamme seuraavan virran latauksen aikana:

1) 13 * 3,6 = 46,8 W

2) 12 * 3,6 = 43,2 W

Ja I - V-ominaisuuteen merkityn maksimitehon pisteessä:

3) 18,5 * 3,25 = 60,125 W

Tulos on ilmeinen - TMM: n teho on noin 25-35% enemmän akun varauksesta riippuen. Mutta miten saada akku antamaan virtaa 18,5 V: n jännitteellä akun navoissa olevan sijasta?

Kaikki on yksinkertaista ja monimutkaista samanaikaisesti - etsi maksimipiste

Kuten aiemmin todettiin, ohjain on asennettu aurinkopaneelien (akku) ja paristojen väliin, osoittautuu, että se toimii paneelien kuormana, ja akku säätimen kuormana, se on myös toissijainen virtalähde. Mikä tahansa voimanlähde ja mikä tahansa sähkötekniikan laite voidaan edustaa vastusmuodossa. Tätä kutsutaan "ekvivalenttiseksi" tai "vähentyneeksi" resistanssiksi (tapauksesta riippuen), joka määritetään samassa Ohmin laissa, toisin sanoen voidaan sanoa, että ohjaimen tulovastus on:

Rcont = Uinput / Iin. Potro.

Aurinkopaneelien enimmäistehokohdan jännite riippuu monista tekijöistä:

• valaistus;

• lämpötila (CVC: n ja TMM: n riippuvuus lämpötilasta esitetään alla olevassa kuvassa);

• Elementtien ikä

Siksi kiinteän ja yleismaailmallisen asettaminen ei toimi, ja se muuttuu kuormitusvastuksen ja virrankulutuksen mukaisesti (ihanteellinen I - V-ominaisuus on annettu yllä, käytännössä työalueella on silti jonkin verran kaltevuutta).

Tämän "maagisen" löytämiseksi on monia menetelmiä. Yhdessä suoritusmuodossa MPPT-ohjain skannaa aurinkokennojen virta-jänniteominaisuudet optimaalisten parametrien määrittämiseksi nykyisille käyttöolosuhteille, esimerkiksi muuttamalla tulovirtaa, sen tulovirta muuttuu vastaavasti. Ohjausjärjestelmä laskee virta- ja jänniteantureilla tehoarvon ja vertaa sitä edelliseen, kunnes se saavuttaa maksimiarvonsa. Tätä kutsutaan "häiriö- ja havaintomenetelmäksi".

Riippuen erityisestä menetelmästä TMM: n ja ohjaimen sisäisen laitteen määrittämiseksi, sis. firmware, TMM-haku tapahtuu tietyllä taajuudella. Käytännössä useimmat menetelmät ovat kuitenkin samanlaisia ​​ja perustuvat "poikkea ja tarkkaile" -periaatteeseen. Joissakin malleissa on mahdollista konfiguroida tämä ajanjakso välillä yhdestä minuutista useisiin minuutteihin yhden kerran useisiin tunteihin. Haun taajuudesta riippuen määritetään järjestelmän kokonaissuorituskyky.

Koska tuloparametrien muuttamisen seurauksena saamme tietyiltä elementeiltä suurimman mahdollisen tehon, seuraava tehtävä on antaa se kuormalle, ts. Käyttää akkua lataamiseen. Loppujen lopuksi kaikki tapahtuu elektronisen virtamuuntimen ohjaamisessa, sanotaan, että meillä on TMA-virta 5A jännitteellä 17,5 V, tämä:

17,5 * 5 = 87,5 W

Joten on mahdollista antaa akulle 12 V: n jännite napoissa seuraava virta:

87,5 / 12 = 7,3A

Useimmissa tapauksissa muuntaminen suoritetaan käyttämällä buckia (buck) tai buck-boost-muunninta (buck-boost). Muuntimien tyypilliset rakenteet, joita käsitelimme artikkelissa aiemmin.

Kun käytät ON / OFF tai PWM-ohjaimet tulo- ja lähtövirta olisivat yhtä suuret. Mikä johtaa käytettävissä olevan virran hävittämiseen vähemmän tehokkaasti, esimerkiksi koska tulovirta oli 5A, tällä lähtövirralla paristojen lataamiseen käytetty energia olisi yhtä suuri kuin:

12 * 5 = 60 wattia.

Tämä kuvaa jälleen kerran laskelmia, jotka esitettiin keskustelussa virta - jänniteominaisuuksista.

MPPT-tekniikkaa ei pidä kuitenkaan pitää aurinkoenergian ihmelääkkeenä. Akkujen lataustehokkuuden ero MPPT: llä ja PWM-ohjaimella on mitä pienempi, sitä enemmän akkua ladataan. Kun jännite napoissaan (Uakb) nousee ja Umm: n välinen ero pienenee, käytetään aurinkopaneelin suurta tehoa.

Oletetaan samoin kuin yllä olevassa esimerkissä, että akun jännite ei ole 12, vaan 13,5 V, jos aurinkopaneeli toimii samoilla parametreilla, se näyttää tältä:

13,5 * 5 = 67,5 W

Jos 12 V: n jännitteellä käytettiin 68% maksimitehosta, niin 13,5 V: n jännitteellä 77% on jo käytetty. Huomaa myös, että akkujasi ei ladata jatkuvasti, eivätkä ne saa saman virran jatkuvaa virtaa.Siksi MPRT-ohjaimissa toteutetaan yleensä useita latauksen vaiheita, esimerkiksi: MPPT (maksimiteholla) - tasoitus - nopea (pakko) - tukeminen. Muun muassa on syytä muistaa, että aurinkoakun virta ei saa ylittää ohjaimen nimellisvirtaa, muuten tehon maksimikäyttöä ei saavuteta.

Mutta kaikki tämä ei kerro meille, että MPPT-ohjaimia ei tarvitse käyttää, vaan vain, että niitä ei pidä yliarvioida.

Tosiasia, että alemman hinnan segmentissä MPPT-tekniikalla varustetut laitteet ovat kalliimpia kuin PWM, mutta ei aina ... Esimerkiksi, MPPT-ohjain on "EPSolar MPPT TRACER-2210A", jonka kustannukset ovat välillä 180 dollaria, ja vastaavasti hinnoiteltu (180-200 dollaria) PWM-ohjain, jonka lähtövirta on 20A STECA PR2020.

Samanaikaisesti on toinen PWM-laite, jolla on sama lähtövirta - "SRNE SR-HP2420" maksaa hieman yli 20 dollaria, kun taas saman valmistajan MPPT "SRNE SR-ML2420" samalla lähtövirralla se maksaa 85 dollaria.

Joidenkin säädinmallien hinnat, harkitsemme alla.

Katsaus MPPT-ohjaimien nykyaikaisiin markkinoihin

Katso taulukko erillisessä tiedostossa

Taulukossa ei ole täydellistä luetteloa toiminnoista ja suojauksista, koska se vie suuren määrän. Tietoja siitä, että tyypillinen toimintojoukko näyttää noin:

• yhteisyrityksen ja akun liitoksen väärän napaisuuden vuoksi;

• oikosulusta aurinkopaneelin sisäänkäynnillä;

• kuorman oikosulusta;

• ylikuumenemisesta;

• aurinkopaneelin sammuttaminen akun latauksen päätyttyä;

• kuorman irtoaminen, kun akun jännite on liian alhainen;

• akun piirin katkeamisesta;

• akun tyhjenemisen estäminen aurinkopaneelin läpi yöllä;

• virrankulutuksen hallinta kuorman mukaan.

Taulukko heijastaa sitä tosiasiaa, että MPPT-ohjaimen kustannukset eivät riipu pelkästään sen suurimmasta virrasta (tehosta), vaan myös lähtöjännitealueesta, tuettujen paristojen luettelosta, kyvystä kytkeä näyttö-, näyttö- ja valvontalaitteet ja monista muista tekijöistä. Ohjaimen valinta on monimutkainen ja hyvin yksilöllinen, joten vertailuja ja arviointeja on ainakin turhaa tehdä.