Što je MPPT kontroler za solarno punjenje

MPPT je jedan od načina korištenja resursa izvora energije, bilo da se radi o solarnoj bateriji ili generatoru vjetra, ali u ovom ćemo članku posebno govoriti o solarnoj energiji. Njegova glavna značajka je povećati učinkovitost alternativnog izvora „povlačenjem“ maksimalne količine energije odabirom određenog napona i struje.

Izbor ovih parametara svodi se na analizu strujnih i naponskih karakteristika izvora i određivanje na kojem će se naponu i struji potrošiti maksimalna snaga. Tako stoji kratica MPPT - Praćenje maksimalne snage (praćenje točke maksimalne snage).

Opća načela MPPT kontrolera

Na prvi pogled na pitanje možda ćete pomisliti: "Pa, koristite maksimalni mogući napon, tako da će doći do maksimalne struje opterećenja (napunjenost baterije)." To je logično, ali u stvarnosti nije. To se ponajprije odnosi na strujni napon karakterističan za solarnu ćeliju.

U radnom (korisnom) načinu rada, solarna ćelija (vodoravni dio I - V karakteristike) je izvor struje, odnosno njena izlazna struja samo malo ovisi o naponu na njezinim stezaljkama. Izlazni napon (Uoutc) ovisi o otporu spojenog opterećenja. To možemo vidjeti na CVC-u.

U desnom dijelu, gdje je napon maksimalan, vidite napon u otvorenom krugu Uhh, koji je ograničen brojem elemenata u bateriji i njihovom unutarnjem uređaju. Struja u ovom slučaju teži 0. I obrnuto, na lijevoj strani, gdje napon teži 0 - naponu kratkog spoja Ukz, a struja je ograničena snagom elemenata.

Ako za konstantnu vrijednost uzmemo trenutnu jakost solarne baterije u korisnom području, tada ćemo napon odrediti otporom opterećenja, ako je beskonačan, tada ćemo promatrati režim mirovanja (pri Rn = ∞ ⇒ Uoutc = Ur.hh), odnosno, kratkim spojem, otpor opterećenja težit će do nule, poput izlaznog napona (na Rn = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Maksimalna snaga doći će u određenom omjeru otpora opterećenja, napona i struje.

Što sve to znači? Prelazimo s baterija na kontrolere!

Regulator je posredna veza između solarne baterije i baterije, regulira struju naboja, na primjer, putem PWM-a ili bilo kojeg drugog kojeg je dizajner odabrao. Ali samo primjenu napona izravno iz baterije ne znači osigurati maksimalni prijenos snage s ploča na bateriju.

Za učinkovito punjenje, regulator nadzire struju koja je primljena iz baterije i njen izlazni napon, kao i struju koju napaja baterija i napon na njoj. Da bismo bili sigurni u to, odabiremo 2 proizvoljne točke na I - V karakteristici (dajemo ih ovdje opet) i uspoređujemo snagu u njima sa maksimalnom točkom snage (TMM) navedenom na slici, pri kojoj struja izgleda da nije maksimalna ...

Recimo da imamo bateriju nazivnog napona 12V, što znači da u napunjenom stanju na terminalima dobijemo oko 14,2-14,5 V, a u praznom stanju oko 11V, čak i ako u jednom slučaju imamo 13V, a u drugom - 12V. Izabrati ćemo takve napone s I - V karakteristikom za približnu analizu snage izravnim priključkom "solarna ploča - baterija".

Prema CVC-u, u oba slučaja baterija će dati struju od oko 3,6 A, tijekom punjenja dobivamo slijedeću snagu:

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

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

I na mjestu najveće snage označene na I - V karakteristici:

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

Rezultat je očit - snaga u TMM-u je približno 25-35% veća, ovisno o napunjenosti baterije. Ali kako učiniti da baterija odaje struju naponom od 18,5 V, umjesto one koja je prisutna na terminalima baterije?

Sve je istovremeno jednostavno i složeno - potražite maksimalnu točku snage

Kao što je ranije napomenuto, regulator je instaliran između solarnih panela (baterije) i baterija, ispada da služi kao opterećenje panela, a baterija kao opterećenje regulatora, ali je i sekundarni izvor napajanja. Bilo koji izvor energije i bilo koji uređaj u elektrotehnici mogu se predstaviti u obliku otpora. To se naziva "ekvivalentni" ili "smanjeni" otpor (ovisno o konkretnom slučaju), koji je određen istim Ohm zakonom, odnosno možemo reći da je ulazni otpor regulatora:

Rcont = Ulazni ulaz / Iin. Potro.

Napon maksimalne snage snage solarnih panela ovisi o brojnim čimbenicima:

• rasvjeta;

• temperatura (ovisnost CVC-a i položaja TMM-a o temperaturi prikazana je na donjoj slici);

• Starost elemenata itd.

Stoga neće raditi da ga postavi fiksnog i univerzalnog, plus mijenja se u skladu s otporom opterećenja i potrošnjom struje (idealizirana I - V karakteristika dana je gore, u praksi će još uvijek biti nagiba u radnom području).

Postoje mnoge metode za pronalaženje ove "čarobne" metode. U jednoj izvedbi, MPPT kontroler skenira karakteristike napona struje solarnih ćelija kako bi odredio optimalne parametre za trenutne radne uvjete, na primjer, mijenjanjem ulazne struje, pa se ulazna otpornost prema tome mijenja. Koristeći senzore struje i napona, upravljački sustav izračunava vrijednost snage i uspoređuje je s prethodnom dok ne dosegne svoju maksimalnu vrijednost. To se naziva "metodom uznemirenosti i promatranja".

Ovisno o specifičnoj metodi za određivanje TMM-a i unutarnjem uređaju regulatora, uklj. njegov firmver, traženje TMM-a događa se s određenom učestalošću. Međutim, u praksi je većina metoda slična i temelji se na principu "odstupi i opazi". U nekim je modelima moguće podesiti to razdoblje u rasponu od 1 puta u nekoliko minuta do 1 puta u nekoliko sati. Ovisno o učestalosti pretraživanja, određuje se cjelokupna učinkovitost sustava.

Budući da kao rezultat promjene ulaznih parametara dobivamo maksimalnu moguću snagu pojedinih elemenata, sljedeći zadatak je predati ga opterećenju, odnosno koristiti bateriju za punjenje. Na kraju se sve svodi na upravljanje elektroničkim pretvaračem struje, recimo da smo dobili TMM struju od 5A na naponu od 17,5 V, ovo je:

17,5 * 5 = 87,5 W

Na taj je način akumulatoru napona 12 V na terminalima moguće dati sljedeću struju:

87,5 / 12 = 7,3A

U većini slučajeva pretvorba se izvodi pomoću pretvornika (buck) ili pretvarača za povećanje davanja. Tipične strukture pretvarača razmatrali smo u članku ranije.

Budući da koristite ON / OFF ili PWM kontroleri ulazna i izlazna struja bi bile jednake. Što dovodi do manje učinkovitog raspolaganja raspoložive snage, na primjer, budući da je ulazna struja bila 5A, s ovom izlaznom strujom snaga potrošena na punjenje baterija bila bi jednaka:

12 * 5 = 60 vata.

Ovo još jednom ilustrira izračune predstavljene u raspravi o karakteristikama struje napona.

Međutim, MPPT tehnologiju ne biste trebali smatrati панаkom za solarnu energiju. Razlika u učinkovitosti napunjenosti baterije pomoću MPPT i PWM kontrolera je manja, to je veća baterija. Kad napon na njegovim terminalima (Uakb) poraste, a razlika između Umm padne, tada se koristi velika snaga solarne ploče.

Slično gore navedenom primjeru, pretpostavimo da napon na bateriji nije 12, nego 13,5 V, pod uvjetom da solarni panel radi s istim parametrima, izgledat će ovako:

13,5 * 5 = 67,5W

Ako je pri 12 V iskorišteno 68% maksimalne snage, tada se kod 13,5 V već koristi 77%. Također imajte na umu da se vaše baterije neće stalno puniti i neće stalno primati struju iste snage.Stoga se u MPRT kontrolerima obično provodi nekoliko stupnjeva naboja, na primjer: MPPT (s najvećom snagom) - izjednačavanje - brzo (prisilno) - potpora. Između ostalog, valja upamtiti da struja solarne baterije ne smije prelaziti nazivnu struju regulatora, inače se ne ostvaruje maksimalna potrošnja energije.

No sve to ne govori nam da MPPT kontrolere ne treba koristiti, već samo da ih ne treba precijeniti.

Ostaje činjenica da su uređaji s nižim cjenovnim cijenama s MPPT tehnologijom skuplji od PWM-a, ali ne uvijek ... Na primjer, postoji MPPT kontroler "EPSolar MPPT TRACER-2210A", čiji se trošak kreće u rasponu od 180 USD, i PWM kontrolera s sličnom cijenom (180-200 USD) s izlaznom strujom od 20A STECA PR2020.

Istovremeno postoji još jedan PWM uređaj s istom izlaznom strujom - "SRNE SR-HP2420" koštaju malo više od 20 dolara, dok je MPPT istog proizvođača "SRNE SR-ML2420" s istom izlaznom strujom košta 85 dolara.

Cijene nekih modela regulatora, razmotrit ćemo u nastavku.

Pregled suvremenog tržišta za MPPT kontrolere

Pogledajte tablicu u zasebnoj datoteci

Tablica ne daje potpun popis funkcija i zaštite, jer zauzima veliku količinu. Za informaciju, tipični skup funkcija izgleda ovako:

• od pogrešne polarnosti spoja zajedničkog poduzeća i akumulatora;

• iz kratkog spoja na ulazu solarne ploče;

• od kratkog spoja u opterećenju;

• od pregrijavanja;

• isključivanje solarne ploče nakon završetka napunjenosti baterije;

• propuštanje opterećenja kad je napon na bateriji prenizak;

• od prekida u krugu akumulatora;

• sprečavanje pražnjenja baterije noću kroz solarnu ploču;

• kontrola potrošnje struje opterećenjem.

Tablica odražava činjenicu da trošak MPPT regulatora ovisi ne samo o njegovoj maksimalnoj struji (snazi), već i o rasponu izlaznih napona, popisu podržanih baterija, mogućnosti povezivanja alata za prikaz, prikaz i nadzor i brojnih drugih faktora. Izbor kontrolera je složen i vrlo individualan, tako da je najmanje besmisleno uspoređivati ​​i ocjenjivati.