Čo je MPPT regulátor pre solárne nabíjanie

MPPT je jedným zo spôsobov, ako využiť zdroje zdroja energie, či už ide o solárnu batériu alebo veterný generátor, ale v tomto článku budeme hovoriť konkrétne o slnečnej energii. Jeho hlavnou charakteristikou je zvýšenie účinnosti alternatívneho zdroja „ťahaním“ maximálneho množstva energie výberom špecifického napätia a prúdu.

Výber týchto parametrov sa zredukuje na analýzu charakteristík prúd-napätie zdroja a na určenie, pri akom napätí a prúdovej spotrebe sa spotrebuje maximálny výkon. To je skratka skratky MPPT - sledovanie maximálneho výkonu (sledovanie bodu maximálneho výkonu).

Všeobecné princípy regulátorov MPPT

Na prvý pohľad na otázku si môžete myslieť: „Dobre, použite maximálne možné napätie, takže bude existovať maximálny zaťažovací prúd (nabíjanie batérie).“ Je to logické, ale v skutočnosti to tak nie je. Je to predovšetkým kvôli charakteristike prúdového napätia solárneho článku.

V prevádzkovom (užitočnom) režime je solárny článok (horizontálna časť charakteristiky I - V) zdrojom prúdu, to znamená, že jeho výstupný prúd závisí len mierne od napätia na jeho svorkách. Výstupné napätie (Uoutc) tiež závisí od odporu pripojenej záťaže. Toto vidíme na CVC.

V pravej časti, kde je napätie maximálne, vidíte napätie Uхх v otvorenom obvode, ktoré je obmedzené počtom prvkov v batérii a ich vnútorným zariadením. Prúd v tomto prípade má tendenciu k 0. A naopak, na ľavej strane, kde napätie má tendenciu k 0 - skratové napätie Uкз, a prúd je obmedzený výkonom prvkov.

Ak vezmeme aktuálnu silu solárnej batérie v užitočnej oblasti na konštantnú hodnotu, potom bude napätie určené odporom záťaže, ak je nekonečno, potom budeme pozorovať režim nečinnosti (pri Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх), resp. So skratom, záťažovým odporom bude mať tendenciu k nule, rovnako ako výstupné napätie (pri R = = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Maximálny výkon príde s určitým pomerom odporu záťaže, napätia a prúdu.

Čo to všetko znamená? Prechádzame z batérií na kontroléry!

Regulátor je stredným spojením medzi solárnou batériou a batériou, upravuje napríklad nábojový prúd napríklad prostredníctvom PWM alebo iným spôsobom, ktorý si dizajnér vybral. Ale iba privedenie napätia priamo z batérie neznamená zabezpečenie maximálneho prenosu energie z panelov na batériu.

Pre efektívne nabíjanie monitoruje prúd prijímaný z batérie a jej výstupné napätie, ako aj prúd dodávaný z batérie a napätie na nej. Aby sme to zabezpečili, vyberieme 2 ľubovoľné body na charakteristike I - V (dáme to znova) a porovnávame výkon v nich s maximálnym výkonovým bodom (TMM) uvedeným na obrázku, pri ktorom sa zdá, že prúd nie je maximálny ...

Povedzme, že máme batériu s menovitým napätím 12V, čo znamená, že v nabitom stave dostaneme na termináloch asi 14,2-14,5 V a asi 11 V vo vybitom stave, aj keď v jednom prípade máme 13 V av druhom - 12 V. Tieto napätia zvolíme s charakteristikou I - V pre približnú analýzu výkonu s priamym pripojením „solárny panel - batéria“.

Podľa CVC, v oboch prípadoch bude batéria vydávať prúd asi 3,6 A, počas nabíjania dostaneme nasledujúci výkon:

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

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

A v bode maximálneho výkonu vyznačeného na charakteristike I - V:

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

Výsledok je zrejmý - výkon v TMM je približne o 25 - 35% vyšší, v závislosti od nabitia batérie. Ako však zaistiť, aby batéria vydávala prúd pri napätí 18,5 V namiesto toho, ktorý je prítomný na svorkách batérie?

Všetko je zároveň jednoduché a komplexné - vyhľadajte maximálny výkonový bod

Ako už bolo uvedené, regulátor je inštalovaný medzi solárne panely (batéria) a batérie, ukázalo sa, že slúži ako záťaž panelov a batéria ako záťaž regulátora, je tiež sekundárnym zdrojom energie. Akýkoľvek zdroj energie a akékoľvek zariadenie v elektrotechnike môže byť reprezentované vo forme odporu. Toto sa nazýva „ekvivalentný“ alebo „znížený“ odpor (v závislosti od konkrétneho prípadu), ktorý je určený rovnakým Ohmovým zákonom, to znamená, že môžeme povedať, že vstupný odpor regulátora je:

Rcont = Uinput / Iin. Potro.

Napätie maximálneho bodu výkonu solárnych panelov závisí od mnohých faktorov:

• osvetlenie;

• teplota (Závislosť CVC a poloha TMM od teploty je uvedená na obrázku nižšie);

• Vek prvkov atď.

Preto nebude fungovať, aby bol pevný a univerzálny, a navyše sa bude meniť v súlade s odolnosťou proti zaťaženiu a spotrebou prúdu (ideálna charakteristika I - V je uvedená vyššie, v praxi bude v pracovnej oblasti stále určitý sklon).

Existuje mnoho spôsobov, ako nájsť tento „magický“ spôsob. V jednom uskutočnení MPPT kontroluje vlastnosti prúdového napätia solárnych článkov, aby určil optimálne parametre pre súčasné prevádzkové podmienky, napríklad zmenou vstupného prúdu sa zodpovedajúcim spôsobom zmení jeho vstupný odpor. Pomocou senzorov prúdu a napätia kontrolný systém vypočíta hodnotu výkonu a porovná ju s predchádzajúcou, kým nedosiahne svoju maximálnu hodnotu. Toto sa nazýva „poruchová a pozorovacia metóda“.

V závislosti od konkrétneho spôsobu stanovenia TMM a vnútorného zariadenia kontroléra, vrátane jeho firmvér, vyhľadávanie TMM prebieha s určitou frekvenciou. V praxi je však väčšina metód podobná a je založená na zásade „odchýliť sa a dodržiavať“. V niektorých modeloch je možné túto periódu nakonfigurovať v rozsahu od 1-krát za niekoľko minút do 1-krát za niekoľko hodín. V závislosti od frekvencie vyhľadávania sa určuje celkový výkon systému.

Pretože v dôsledku zmeny vstupných parametrov získame maximálny možný výkon zo špecifických prvkov, ďalšou úlohou je dať záťaž, to znamená, nabiť batériu. Nakoniec, všetko sa týka riadenia elektronického výkonového meniča, povedzme, že máme TMM prúd 5A pri napätí 17,5 V, toto:

17,5 * 5 = 87,5 W

Preto je možné dať na svorkách batériu s napätím 12 V nasledovný prúd:

87,5 / 12 = 7,3 A

Vo väčšine prípadov sa konverzia vykonáva pomocou buck (buck) alebo konvertora buck-boost (buck-boost). Typické štruktúry prevodníkov, o ktorých sme uvažovali v článku vyššie.

Keďže pri použití ZAP / VYP alebo Ovládače PWM vstupný a výstupný prúd by bol rovnaký. Čo vedie k menej účinnej likvidácii dostupnej energie, napríklad, pretože vstupný prúd bol 5 A, pri tomto výstupnom prúde by sa energia spotrebovaná na nabíjanie batérií rovnala:

12 * 5 = 60 wattov.

Toto znova ilustruje výpočty prezentované v diskusii o charakteristikách prúd - napätie.

Technológiu MPPT by ste však nemali považovať za všeliek na solárnu energiu. Rozdiel v účinnosti nabíjania batérie pomocou ovládača MPPT a PWM je menší, čím viac je batéria nabitá. Keď sa napätie na jeho svorkách (Uakb) zvýši a rozdiel medzi Umm sa zníži, použije sa veľká energia solárneho panela.

Podobne ako v predchádzajúcom príklade predpokladajte, že napätie na batérii nie je 12, ale 13,5 V, ak solárny panel pracuje s rovnakými parametrami, bude to vyzerať takto:

13,5 * 5 = 67,5 W

Ak sa pri 12 V využilo 68% maximálneho výkonu, potom sa pri 13,5 V už používa 77%. Pamätajte tiež na to, že vaše batérie nebudú neustále nabité a nebudú neustále dostávať prúd s rovnakou energiou.Preto sa v radičoch MPRT obvykle implementuje niekoľko fáz nabíjania, napríklad: MPPT (s maximálnym výkonom) - vyrovnávanie - rýchly (vynútený) - podpora. Okrem iného je potrebné pamätať na to, že prúd solárnej batérie by nemal prekročiť menovitý prúd regulátora, inak sa maximálne využitie energie neuskutoční.

To všetko však neznamená, že radiče MPPT sa nemusia používať, ale iba to, že by sa nemali preceňovať.

Faktom zostáva, že v segmente s nižšou cenou sú zariadenia s technológiou MPPT drahšie ako PWM, ale nie vždy ... Napríklad existuje radič MPPT „EPSolar MPPT TRACER-2210A“, ktorého cena sa pohybuje v rozmedzí 180 USD a podobne regulovaný PWM regulátor (180 - 200 $) s výstupným prúdom 20 A STECA PR2020.

Zároveň existuje ďalšie PWM zariadenie s rovnakým výstupným prúdom - „SRNE SR-HP2420“ stojí niečo vyše 20 dolárov, zatiaľ čo MPPT od toho istého výrobcu „SRNE SR-ML2420“ pri rovnakom výstupnom prúde to stojí 85 dolárov.

Ceny niektorých modelov regulátorov uvádzame nižšie.

Prehľad moderného trhu pre regulátory MPPT

Pozrite si tabuľku v samostatnom súbore

Tabuľka neposkytuje úplný zoznam funkcií a ochrán, pretože zaberá veľké množstvo. Pre informáciu typická sada funkcií vyzerá takto:

• z nesprávnej polarity spojenia spoločného podniku a batérie;

• skratom pri vstupe do solárneho panelu;

• skratom v záťaži;

• pred prehriatím;

• vypnutie solárneho panela po dosiahnutí konca nabíjania batérie;

• uvoľnenie záťaže, keď je napätie na batérii príliš nízke;

• z prerušenia obvodu batérie;

• zabránenie vybíjaniu batérie cez solárny panel v noci;

• kontrola spotreby prúdu záťažou.

Tabuľka odráža skutočnosť, že náklady na ovládač MPPT závisia nielen od jeho maximálneho prúdu (výkonu), ale aj od rozsahu výstupných napätí, zoznamu podporovaných batérií, možnosti pripojenia nástrojov na zobrazovanie, zobrazovanie a monitorovanie a radu ďalších faktorov. Výber ovládača je komplikovaný a veľmi individuálny, takže je zbytočné robiť akékoľvek porovnávania a hodnotenia.