Co je MPPT regulátor pro solární nabíjení

MPPT je jedním ze způsobů, jak využít zdroje zdroje energie, ať už jde o solární baterii nebo větrný generátor, ale v tomto článku budeme hovořit konkrétně o sluneční energii. Jeho hlavní funkcí je zvýšit účinnost alternativního zdroje „taháním“ maximálního množství energie výběrem specifického napětí a proudu.

Volba těchto parametrů je omezena na analýzu charakteristik proud-napětí zdroje a na určení, při jakém napětí a proudové spotřebě bude spotřebován maximální výkon. To je zkratka zkratky MPPT - Maximum Power Point Tracking (sledování bodu maximálního výkonu).

Obecné zásady MPPT kontrolérů

Na první pohled na otázku, můžete si myslet: "No, použijte maximální možné napětí, takže tam bude maximální zátěžový proud (nabíjení baterie)." To je logické, ale ve skutečnosti tomu tak není. Je to především kvůli charakteristice proudu a napětí solárního článku.

V provozním (užitečném) režimu je solární článek (horizontální část charakteristiky I - V) zdrojem proudu, tj. Jeho výstupní proud závisí jen mírně na napětí na jeho svorkách. Výstupní napětí (Uoutc) také závisí na odporu připojené zátěže. To vidíme na CVC.

V pravé části, kde je napětí maximální, vidíte napětí Uхх v otevřeném obvodu, které je omezeno počtem prvků v baterii a jejich vnitřním zařízením. Proud v tomto případě má tendenci k 0. A naopak, na levé straně, kde napětí má tendenci k 0 - zkratové napětí Uкз, a proud je omezen výkonem prvků.

Pokud vezmeme aktuální sílu solární baterie v užitečné oblasti pro nezměněnou hodnotu, pak bude napětí určeno odporem zátěže, pokud je nekonečno, pak budeme sledovat klidový režim (při Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх), respektive se zkratem, zátěžovým odporem bude mít tendenci k nule, stejně jako výstupní napětí (při R = = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Maximální výkon bude dosahovat určitého poměru odporu zátěže, napětí a proudu.

Co to všechno znamená? Přecházíme z baterií na řídicí jednotky!

Regulátor je mezilehlé spojení mezi solární baterií a baterií, reguluje například nabíjecí proud prostřednictvím PWM nebo jiného, ​​které si designér vybral. Ale pouhé přivádění napětí přímo z baterie neznamená zajistit maximální přenos energie z panelů na baterii.

Pro efektivní nabíjení monitoruje proud přijímaný z baterie a její výstupní napětí, stejně jako proud dodávaný z baterie a napětí na ní. Abychom to zajistili, vybereme 2 libovolné body na charakteristice I - V (dáme to znovu zde) a porovnáme v nich výkon s maximálním výkonovým bodem (TMM) uvedeným na obrázku, při kterém se zdá, že proud není maximální ...

Řekněme, že máme baterii s jmenovitým napětím 12V, což znamená, že v nabitém stavu získáme na svorkách asi 14,2–14,5 V a asi 11 V ve vybitém stavu, i když v jednom případě máme 13 V a ve druhém - 12 V. Taková napětí zvolíme s charakteristikou I - V pro přibližnou analýzu výkonu s přímým připojením „solární panel - baterie“.

Podle CVC, v obou případech bude baterie dávat proud asi 3,6 A, během nabíjení získáme následující energii:

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

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

A v bodě maximálního výkonu vyznačeného na charakteristice I - V:

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

Výsledek je zřejmý - energie v TMM je přibližně o 25-35% vyšší, v závislosti na nabití baterie. Ale jak zajistit, aby baterie vydávala proud při napětí 18,5 V, místo toho, který je přítomen na svorkách baterie?

Všechno je jednoduché a komplikované současně - nalezení maximálního výkonového bodu

Jak již bylo uvedeno dříve, řadič je nainstalován mezi solárními panely (baterií) a bateriemi, ukazuje se, že slouží jako zátěž panelů a baterie jako zátěž regulátoru, je také sekundárním zdrojem energie. Jakýkoli zdroj energie a jakékoli zařízení v elektrotechnice může být reprezentováno ve formě odporu. Tomu se říká „ekvivalentní“ nebo „snížený“ odpor (v závislosti na konkrétním případě), který je určen stejným Ohmovým zákonem, tj. Můžeme říci, že vstupní odpor regulátoru je:

Rcont = Uinput / Iin. Nevýhody.

Napětí maximálního výkonového bodu solárních panelů závisí na řadě faktorů:

• Osvětlení

• Teplota (závislost CVC a pozice TMM na teplotě je uvedena na obrázku níže);

• Věk prvků atd.

Proto nebude fungovat, aby byl pevný a univerzální, a navíc se bude měnit v závislosti na odporu zátěže a spotřebě proudu (idealizovaná charakteristika I - V je uvedena výše, v praxi bude v pracovní oblasti stále nějaký sklon).

Existuje mnoho způsobů, jak najít tento „magický“ způsob. V jednom provedení MPPT ovladač skenuje charakteristiky proudového napětí solárních článků, aby určil optimální parametry pro aktuální provozní podmínky, například změnou vstupního proudu, jeho vstupní odpor se odpovídajícím způsobem změní. Řídicí systém pomocí snímačů proudu a napětí vypočítá hodnotu výkonu a porovná ji s předchozím, dokud nedosáhne své maximální hodnoty. Tomu se říká „poruchová a pozorovací metoda“.

V závislosti na konkrétní metodě stanovení TMM a vnitřním zařízení kontroléru, vč. jeho firmware, hledání TMM probíhá s určitou frekvencí. V praxi je však většina metod podobná a je založena na principu „odchýlit se a dodržovat“. U některých modelů je možné toto období nakonfigurovat v rozsahu od 1 času po několik minut do 1 času za několik hodin. V závislosti na frekvenci vyhledávání je stanoven celkový výkon systému.

Protože v důsledku změny vstupních parametrů získáváme maximální možný výkon z určitých prvků, dalším úkolem je dát zátěži, tj. Použít k nabíjení baterii. Nakonec to všechno jde o ovládání elektronického výkonového měniče, řekněme, že máme TMM proud 5A při napětí 17,5V, toto:

17,5 * 5 = 87,5 W

Je tedy možné dát baterii s napětím 12 V na svorkách následující proud:

87,5 / 12 = 7,3 A

Ve většině případů se konverze provádí pomocí buck (buck) nebo konvertoru buck-boost (buck-boost). Typické struktury převodníků, o nichž jsme se v článku dříve zmínili.

Zatímco při použití ON / OFF nebo Regulátory PWM vstupní a výstupní proud by byl stejný. Což vede k méně efektivní likvidaci dostupného výkonu, například protože vstupní proud byl 5 A, s tímto výstupním proudem by energie vynaložená na nabíjení baterií byla rovna:

12 * 5 = 60 wattů.

To opět ilustruje výpočty prezentované v diskusi o proudově-napěťových charakteristikách.

Technologii MPPT byste však neměli považovat za všelék na sluneční energii. Rozdíl v účinnosti nabíjení baterie pomocí ovladače MPPT a PWM je menší, čím více je baterie nabita. Když se napětí na jeho svorkách (Uakb) zvýší a rozdíl mezi Umm se zmenší, použije se velká energie solárního panelu.

Podobně jako v předchozím příkladu předpokládejme, že napětí na baterii není 12, ale 13,5 V, za předpokladu, že solární panel pracuje se stejnými parametry, bude to vypadat takto:

13,5 * 5 = 67,5 W

Pokud bylo při 12 V použito 68% maximálního výkonu, pak při 13,5 V již bylo použito 77%. Také si uvědomte, že vaše baterie nebudou trvale nabity a nepřijímají neustále stejný proud.V regulátorech MPRT je proto obvykle implementováno několik fází nabíjení, například: MPPT (s maximálním výkonem) - vyrovnávání - rychlý (vynucený) - podpora. Mimo jiné je třeba si uvědomit, že proud solární baterie by neměl překročit jmenovitý proud regulátoru, jinak není maximální využití energie realizováno.

To vše však neznamená, že řadiče MPPT nemusí být používány, ale pouze to, že by neměly být přeceňovány.

Faktem zůstává, že v segmentu s nižší cenou jsou zařízení s technologií MPPT dražší než PWM, ale ne vždy ... Například existuje řadič MPPT "EPSolar MPPT TRACER-2210A", jejíž cena se pohybuje v rozmezí 180 USD, a podobně cenově výhodný (180-200–200) PWM řadič s výstupním proudem 20A STECA PR2020.

Zároveň existuje další PWM zařízení se stejným výstupním proudem - "SRNE SR-HP2420" stojí něco přes 20 $, zatímco MPPT od stejného výrobce "SRNE SR-ML2420" se stejným výstupním proudem to stojí 85 $.

Ceny některých modelů kontrolérů budeme zvažovat níže.

Přehled moderního trhu pro regulátory MPPT

Viz tabulka v samostatném souboru

Tabulka neposkytuje úplný seznam funkcí a ochrany, protože zabírá velké množství. Pro informaci vypadá typická sada funkcí něco podobného:

• od nesprávné polarity spojení společného podniku a baterie;

• od zkratu na vstupu solárního panelu;

• od zkratu v zátěži;

• před přehřátím;

• vypnutí solárního panelu po dosažení konce nabití baterie;

• uvolnění zátěže, když je napětí baterie příliš nízké;

• z přerušení obvodu baterie;

• zabránění vybití baterie přes solární panel v noci;

• řízení spotřeby proudu zátěží.

Tabulka odráží skutečnost, že náklady na ovladač MPPT nezávisí pouze na jeho maximálním proudu (výkonu), ale také na rozsahu výstupních napětí, seznamu podporovaných baterií, schopnosti připojit nástroje pro zobrazování, zobrazování a monitorování a řadě dalších faktorů. Výběr kontroléru je komplikovaný a velmi individuální, takže je téměř zbytečné provádět jakékoli srovnání a hodnocení.