Vad är en MPPT-styrenhet för soluppladdning

MPPT är ett av sätten att använda resurserna för en energikälla, vare sig det är ett solbatteri eller en vindkraftgenerator, men i den här artikeln kommer vi att prata specifikt om solenergi. Dess huvudsakliga funktion är att öka effektiviteten hos en alternativ källa genom att "dra" den maximala mängden energi genom att välja en specifik spänning och ström.

Valet av dessa parametrar reduceras till analysen av strömspänningsegenskaperna för källan och bestämmer vid vilken spänning och strömförbrukning den maximala effekten kommer att förbrukas. Det är så förkortningen står för MPPT - Spårning av maximal effekt (spåra punkten för maximal effekt).

Allmänna principer för MPPT-kontroller

Vid första anblicken på frågan kanske du tänker: "Tja, använd den maximala spänningen som möjligt så att det blir en maximal belastningsström (batteriladdning)." Detta är logiskt, men i verkligheten är det inte. Detta beror främst på solcellens strömspänningskaraktäristik.

I driftsläget (användbart) är solcellen (horisontell del av I-V-karakteristiken) en strömkälla, det vill säga att dess utgångsström endast beror på spänningen vid dess terminaler. Utgångsspänningen (Uoutc) beror på motståndet för den anslutna lasten. Detta kan vi se på CVC.

I den högra delen, där spänningen är högst, ser du den öppna kretsspänningen Uхх, som är begränsad av antalet element i batteriet och deras interna enhet. Strömmen i detta fall tenderar till 0. Och vice versa, på vänster sida, där spänningen tenderar till 0 - kortslutningsspänning Uкз, och strömmen begränsas av kraften hos elementen.

Om vi ​​tar solstyrkets nuvarande styrka i det användbara området för ett konstant värde, kommer spänningen att bestämmas av lastmotståndet, om det är oändligt, kommer vi att iaktta viloläge (vid RN = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх), med en kortslutning, belastningsmotståndet kommer att tendera till noll, som utgångsspänningen (vid RN = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Den maximala effekten kommer med ett visst förhållande mellan belastningsmotstånd, spänning och ström.

Vad betyder allt detta? Vi går från batterier till styrenheter!

Styrenheten är en mellanlänk mellan solbatteriet och batteriet, det reglerar laddningsströmmen genom en PWM, till exempel, eller någon annan som designern har valt. Men bara att applicera spänning direkt från batteriet innebär inte att man säkerställer maximal effektöverföring från panelerna till batteriet.

För en effektiv laddning övervakar regulatorn strömmen som mottas från batteriet och dess utgångsspänning, liksom strömmen som levereras av batteriet och spänningen på det. För att säkerställa detta väljer vi två godtyckliga punkter i I - V-karakteristiken (vi ger den här igen) och jämför kraften i dem med den maximala effektpunkten (TMM) som anges i figuren, där strömmen verkar inte vara maximal ...

Låt oss säga att vi har ett batteri med en nominell spänning på 12V, vilket innebär att vi i laddat tillstånd får cirka 14,2-14,5 V vid terminalerna, och cirka 11V i urladdat tillstånd, även om vi i ett fall har 13V och i det andra - 12V. Vi väljer sådana spänningar med I - V-karakteristiken för en ungefärlig analys av effekt med en direktanslutning "solpanel - batteri".

Enligt CVC ger batteriet i båda fallen en ström på cirka 3,6A, vi får följande effekt överfört under laddningen:

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

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

Och vid punkten för maximal effekt markerad med I - V-karakteristiken:

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

Resultatet är uppenbart - kraften i TMM är cirka 25-35% mer beroende på batteriets laddning. Men hur får man till att batteriet avger ström vid en spänning på 18,5 V, istället för den som finns på batteriets terminaler?

Allt är enkelt och komplicerat samtidigt - sök efter den maximala effektpunkten

Som noterats tidigare är styrenheten installerad mellan solpanelerna (batteriet) och batterierna, det visar sig att det fungerar som lasten på panelerna, och batteriet som belastningen på regulatorn, det är också en sekundär strömkälla. Varje strömkälla och alla enheter inom elektroteknik kan representeras i form av motstånd. Detta kallas "ekvivalent" eller "reducerad" motstånd (beroende på det specifika fallet), vilket bestäms av samma Ohm-lag, det vill säga, vi kan säga att ingångsmotståndet för styrenheten är:

Rcont = Uinput / Iin. Potro.

Spänningen för den maximala effektpunkten för solpaneler beror på ett antal faktorer:

• belysning;

• temperatur (beroende av CVC och TMM: s position på temperaturen visas i figuren nedan);

• Elementens ålder, etc.

Därför fungerar det inte att ställa in den fixerad och universell, plus att den ändras i enlighet med belastningsmotståndet och strömförbrukningen (den idealiserade I - V-karakteristiken anges ovan, i praktiken kommer det fortfarande att bli en del lutning i arbetsområdet).

Det finns många metoder för att hitta denna "magiska". I en utföringsform skannar MPPT-styrenheten strömspänningsegenskaperna för solceller för att bestämma de optimala parametrarna för aktuella driftsförhållanden, till exempel genom att ändra ingångsströmmen, dess ingångsmotstånd ändras därefter. Med hjälp av ström- och spänningsgivare beräknar styrsystemet effektvärdet och jämför det med det föregående tills det når sitt högsta värde. Detta kallas "perturbation and observation method."

Beroende på den specifika metoden för att bestämma TMM och styrenhetens interna enhet, inkl. dess firmware, sökningen efter TMM sker med en viss frekvens. Men i praktiken är de flesta metoder likadana och baseras på principen "avvika och observera." I vissa modeller är det möjligt att konfigurera denna period i intervallet från 1 tid på flera minuter till 1 gång på flera timmar. Beroende på sökfrekvensen bestäms systemets totala prestanda.

Eftersom vi genom att ändra ingångsparametrarna får maximal effekt från specifika element, är nästa uppgift att ge den till lasten, det vill säga använda batteriet för att ladda. I slutändan handlar det om att styra en elektronisk kraftomvandlare, låt oss säga att vi har en TMM-ström på 5A vid en spänning på 17,5 V, detta är:

17,5 * 5 = 87,5 W

Så det är möjligt att ge batteriet med en spänning på 12 V vid terminalerna följande ström:

87,5 / 12 = 7,3A

I de flesta fall utförs konverteringen med en buck (buck) eller en buck-boost-omvandlare. Typiska strukturer för omvandlare som vi behandlade i artikeln tidigare.

Medan du använder ON / OFF eller PWM-styrenheter ingångs- och utgångsströmmen skulle vara lika. Vilket leder till en mindre effektiv bortskaffning av tillgänglig effekt, till exempel eftersom ingångsströmmen var 5A, med denna utgångsström, skulle kraften som spenderas på laddning av batterierna vara lika med:

12 * 5 = 60 watt.

Detta illustrerar återigen beräkningarna som presenteras i diskussionen om strömspänningsegenskaperna.

Du bör dock inte betrakta MPPT-tekniken som ett universalmedel för solenergi. Skillnaden i batteriladdningseffektivitet med MPPT- och PWM-styrenhet är desto mindre, desto mer laddas batteriet. När spänningen vid dess terminaler (Uakb) stiger, och skillnaden mellan Umm minskar, används en stor effekt från solpanelen.

På samma sätt som ovanstående exempel, anta att spänningen på batteriet inte är 12, utan 13,5V, förutsatt att solpanelen fungerar med samma parametrar, kommer den att se ut så här:

13,5 * 5 = 67,5 W

Om vid 12V 68% av den maximala effekten användes, används vid 13,5V 77% redan. Observera också att dina batterier inte kommer att laddas ständigt och att de inte kommer att få ström av samma ström hela tiden.Därför implementeras i MPRT-kontroller vanligtvis flera laddningssteg, till exempel: MPPT (med maximal effekt) - utjämning - snabb (tvungen) - stödjande. Det är bland annat värt att komma ihåg att solbatteriets ström inte får överstiga styrströmens märkström, annars realiseras inte den maximala användningen av ström.

Men allt detta säger inte att MPPT-kontroller inte behöver användas, utan bara att de inte ska överskattas.

Faktum kvarstår att i lägre prissegment är enheter med MPPT-teknik dyrare än PWM, men inte alltid ... Till exempel finns det en MPPT-styrenhet "EPSolar MPPT TRACER-2210A"vars kostnad ligger i intervallet 180 $ och en liknande prissatta ($ 180-200) PWM-styrenhet med en utgångsström på 20A STECA PR2020.

Samtidigt finns det en annan PWM-enhet med samma utgångsström - "SRNE SR-HP2420" kostar drygt 20 dollar medan MPPT från samma tillverkare "SRNE SR-ML2420" med samma utgångsström kostar det $ 85.

Priser för vissa modeller av styrenheter, kommer vi att överväga nedan.

Översikt över den moderna marknaden för MPPT-kontroller

Se tabellen i en separat fil

Tabellen innehåller inte en fullständig lista över funktioner och skydd, eftersom den upptar en stor mängd. För information ser en typisk uppsättning funktioner ut så här:

• från fel polaritet i anslutning av joint venture och batteri;

• från kortslutning vid ingången till solpanelen;

• från kortslutning i lasten;

• från överhettning;

• stänga av solpanelen efter att batteriets laddning slutat;

• lastuttag när spänningen på batteriet är för låg;

• från ett brott i batterikretsen;

• förhindra batteriladdning genom solpanelen på natten;

• kontroll av strömförbrukning efter last.

Tabellen återspeglar det faktum att kostnaden för MPPT-styrenheten inte bara beror på dess maximala ström (effekt), utan också av utspänningsområdet, listan över batterier som stöds, möjligheten att ansluta display, display och övervakningsverktyg och ett antal andra faktorer. Valet av en controller är komplicerat och mycket individuellt, så det är åtminstone meningslöst att göra några jämförelser och betyg.