Apakah pengawal MPPT untuk pengecasan solar?

MPPT adalah salah satu cara untuk menggunakan sumber sumber tenaga, sama ada bateri solar atau penjana angin, tetapi dalam artikel ini kita akan bercakap secara khusus mengenai tenaga solar. Ciri utamanya adalah untuk meningkatkan kecekapan sumber alternatif dengan "menarik" jumlah maksimum tenaga dengan memilih voltan dan arus tertentu.

Pilihan parameter ini dikurangkan kepada analisis ciri-ciri semasa voltan sumber dan menentukan sejauh mana voltan dan penggunaan semasa kuasa maksimum akan digunakan. Begitulah singkatannya MPPT - Penjejakan Titik Kuasa Maksimum (menjejaki titik kuasa maksimum).

Prinsip Umum Pengawal MPPT

Pada pandangan pertama soalan itu, anda mungkin berfikir: "Nah, gunakan voltan maksimum yang mungkin, jadi akan ada arus beban maksimum (caj bateri)." Ini adalah logik, tetapi sebenarnya tidak. Hal ini disebabkan oleh ciri-ciri voltan semasa sel suria.

Dalam mod operasi (berguna), sel solar (bahagian melintang dari ciri I-V) adalah sumber arus, iaitu arus keluarannya hanya bergantung sedikit pada voltan pada terminalnya. Voltan keluaran (Uoutc) bergantung pada rintangan beban yang disambungkan. Ini kita dapat lihat di CVC.

Di sebelah kanan, di mana voltan maksimum, anda melihat voltan litar terbuka Uhkh, yang dibatasi oleh bilangan unsur dalam bateri dan peranti dalamannya. Arus dalam kes ini cenderung kepada 0. Dan sebaliknya, di sebelah kiri, di mana voltan cenderung 0 - voltan litar pintas Ucz, dan arus dibatasi oleh kuasa unsur-unsur.

Jika kita mengambil kekuatan semasa bateri solar di kawasan yang berguna untuk nilai malar, maka voltan akan ditentukan oleh rintangan beban, jika ia adalah infiniti, maka kita akan melihat mod terbiar (pada Rn = ∞ ⇒ Uoutc = Urax), masing-masing, dengan litar pintas, rintangan beban akan cenderung kepada sifar, seperti voltan keluaran (pada Rn = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Kuasa maksimum akan datang pada nisbah tertentu rintangan beban, voltan dan semasa.

Apa maksud semua ini? Kami lulus dari bateri ke pengawal!

Pengawal adalah penghubung antara bateri solar dan bateri, ia mengawal caj semasa melalui PWM, contohnya, atau mana-mana yang telah dipilih pereka bentuk. Tetapi hanya menggunakan voltan terus dari bateri tidak bermakna memastikan pemindahan kuasa maksimum dari panel ke bateri.

Untuk cas efektif, pengawal memantau arus yang diterima dari bateri dan voltan keluarannya, serta arus dibekalkan oleh bateri dan voltan di atasnya. Untuk memastikan ini, kami memilih 2 titik sewenang-wenang pada ciri I - V (kami berikan di sini sekali lagi) dan membandingkan kuasa di dalamnya dengan titik kuasa maksimum (TMM) yang dinyatakan dalam angka, di mana arus seolah ...

Katakan kita mempunyai bateri dengan voltan nominal 12V, yang bermaksud bahawa dalam keadaan yang dikenakan, kita mendapat kira-kira 14.2-14.5 V pada terminal, dan kira-kira 11V dalam keadaan yang dilepaskan, walaupun dalam satu kes kita mempunyai 13V dan yang lain - 12V. Kami akan memilih tegasan sedemikian dengan ciri I - V untuk anggaran analisis kuasa dengan sambungan langsung "panel solar - bateri".

Menurut CVC, dalam kedua-dua kes, bateri akan memberi arus kira-kira 3.6A, kami mendapat kuasa berikut yang dihantar semasa caj:

1) 13 * 3.6 = 46.8 W

2) 12 * 3.6 = 43.2 W

Dan pada titik kuasa maksimum yang ditandakan pada ciri I - V:

3) 18.5 * 3.25 = 60.125W

Hasilnya adalah jelas - kuasa dalam TMM adalah kira-kira 25-35% lebih, bergantung kepada caj bateri. Tetapi bagaimana untuk membuat bateri memberhentikan semasa pada voltan 18.5V, bukannya yang ada pada terminal bateri?

Semuanya mudah dan kompleks pada masa yang sama - cari titik kuasa maksimum

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, pengawal dipasang di antara panel solar (bateri) dan bateri, ternyata ia berfungsi sebagai beban panel, dan bateri sebagai beban pengawal, juga merupakan sumber kuasa menengah. Sebarang sumber kuasa, dan mana-mana peranti dalam kejuruteraan elektrik boleh diwakili dalam bentuk rintangan. Ini dipanggil "bersamaan" atau "dikurangkan" rintangan (bergantung kepada kes tertentu), yang ditentukan oleh undang-undang Ohm yang sama, iaitu, kita boleh mengatakan bahawa rintangan input pengawal adalah:

Rcont = Uinput / Iin. Cons.

Voltan titik kuasa maksimum panel solar bergantung kepada beberapa faktor:

• Penerangan

• Suhu (kebergantungan CVC dan kedudukan TMM pada suhu ditunjukkan dalam gambar di bawah);

• Umur elemen, dsb.

Oleh itu, ia tidak akan berfungsi untuk menetapkan ia tetap dan sejagat, ditambah dengan perubahan mengikut rintangan beban dan penggunaan semasa (CVC yang ideal diberikan di atas, dalam praktiknya masih terdapat beberapa cerun di kawasan kerja).

Terdapat banyak kaedah untuk mencari "sihir" ini. Dalam satu penjelmaan, pengawal MPPT mengimbas ciri-voltan semasa sel suria, menentukan parameter optimum untuk keadaan operasi semasa, contohnya, dengan mengubah arus input, rintangan inputnya sewajarnya berubah. Menggunakan sensor semasa dan voltan, sistem kawalan mengira nilai kuasa dan membandingkannya dengan yang sebelumnya sehingga ia mencapai nilai maksimumnya. Ini dipanggil "kaedah perturbasi dan pemerhatian."

Bergantung pada kaedah khusus untuk menentukan TMM dan peranti dalaman pengawal, termasuk firmwarenya, pencarian TMM berlaku dengan frekuensi tertentu. Walau bagaimanapun, dalam amalan, kebanyakan kaedah adalah sama dan berdasarkan prinsip "menyimpang dan mematuhi." Dalam sesetengah model, mungkin untuk mengkonfigurasi tempoh ini dalam julat dari 1 kali dalam beberapa minit hingga 1 kali dalam beberapa jam. Bergantung kepada kekerapan carian, prestasi keseluruhan sistem ditentukan.

Oleh kerana hasil daripada mengubah parameter input kita mendapat kuasa maksima dari elemen tertentu, tugas seterusnya adalah untuk memberikannya kepada beban, iaitu menggunakan bateri untuk dikenakan. Akhirnya, semuanya telah diturunkan untuk mengawal penukar kuasa elektronik, katakan kita mempunyai arus TMM 5A pada voltan 17.5V, iaitu:

17.5 * 5 = 87.5 W

Maka adalah mungkin untuk memberikan bateri dengan voltan 12 V di terminal arus berikut:

87.5 / 12 = 7.3A

Dalam kebanyakan kes, penukaran dilakukan menggunakan buck (buck) atau penukar rangsangkan. Struktur penukar tipikal yang kita pertimbangkan dalam artikel sebelum ini.

Sedangkan apabila menggunakan ON / OFF atau Pengawal PWM input dan keluaran semasa akan sama. Yang membawa kepada pelupusan kuasa yang kurang efisien, contohnya, kerana arus input adalah 5A, dengan arus keluaran ini, kuasa yang dibelanjakan untuk mengecas bateri akan sama dengan:

12 * 5 = 60 watt.

Ini sekali lagi menggambarkan pengiraan yang dibentangkan dalam perbincangan ciri - ciri voltan semasa.

Walau bagaimanapun, anda tidak boleh mempertimbangkan teknologi MPPT sebagai ubat untuk tenaga solar. Perbezaan kecekapan caj bateri menggunakan pengawal MPPT dan PWM adalah lebih kecil, lebih banyak bateri dikenakan. Apabila voltan pada terminalnya (Uakb) meningkat, dan perbezaan antara Umm menurun, maka kuasa besar panel solar digunakan.

Begitu juga dengan contoh di atas, anggap bahawa voltan pada bateri bukan 12, tetapi 13.5V, dengan syarat panel solar berfungsi dengan parameter yang sama, ia akan kelihatan seperti ini:

13.5 * 5 = 67.5W

Jika di 12V 68% kuasa maksima digunakan, maka pada 13.5V 77% telah digunakan. Perhatikan juga bahawa bateri anda tidak akan dikenakan caj secara berterusan, dan mereka tidak akan menerima kuasa semasa yang sama.Oleh itu, dalam pengawal MPRT, beberapa tahap caj biasanya dilaksanakan, contohnya: MPPT (dengan kuasa maksimum) - menyamakan - cepat (terpaksa) - menyokong. Antara lain, perlu diingat bahawa semasa bateri solar tidak boleh melebihi arus penarafan semasa, jika tidak, kuasa penggunaan maksimum tidak dapat dicapai.

Tetapi semua ini tidak memberitahu kita bahawa pengawal MPPT tidak perlu digunakan, tetapi hanya supaya mereka tidak boleh dipandang remeh.

Hakikatnya, bahawa dalam peranti segmen harga yang lebih rendah dengan teknologi MPPT lebih mahal daripada PWM, tetapi tidak selalu ... Sebagai contoh, terdapat pengawal MPPT "EPSolar MPPT TRACER-2210A", kosnya berada dalam lingkungan $ 180, dan pengawal PWM berharga ($ 180-200) dengan arus keluaran 20A STECA PR2020.

Pada masa yang sama, terdapat satu lagi peranti PWM dengan output semasa yang sama - "SRNE SR-HP2420" berharga sedikit lebih dari $ 20, sementara MPPT dari pengeluar yang sama "SRNE SR-ML2420" dengan arus keluaran yang sama, ia berharga $ 85.

Harga untuk beberapa model pengawal, kami akan mempertimbangkan di bawah.

Gambaran keseluruhan pasaran moden untuk pengawal MPPT

Lihat jadual dalam fail berasingan

Jadual ini tidak menyediakan senarai lengkap fungsi dan perlindungan, kerana ia menduduki sejumlah besar. Untuk maklumat, satu set fungsi yang biasa kelihatan seperti ini:

• dari polariti yang salah sambungan sambungan usaha sama dan bateri;

• dari litar pintas di pintu masuk panel solar;

• dari litar pintas dalam beban;

• daripada terlalu panas;

• mematikan panel solar selepas sampai ke penghujung bateri;

• beban menumpahkan apabila voltan pada bateri terlalu rendah;

• dari rehat dalam litar bateri;

• mengelakkan pelepasan bateri melalui panel solar pada waktu malam;

• mengawal penggunaan semasa dengan beban.

Jadual ini mencerminkan hakikat bahawa kos pengawal MPPT bergantung bukan sahaja pada arus maksimum (kuasa), tetapi juga pada julat voltan keluaran, senarai bateri yang disokong, keupayaan untuk menyambungkan paparan, paparan dan alat pengawasan, dan beberapa faktor lain. Pilihan pengawal adalah rumit dan sangat individu, jadi sekurang-kurangnya tidak berguna untuk membuat perbandingan dan penarafan.