Qu'est-ce qu'un contrôleur MPPT pour la charge solaire

Le MPPT est l'un des moyens d'utiliser les ressources d'une source d'énergie, que ce soit une batterie solaire ou une éolienne, mais dans cet article nous parlerons spécifiquement de l'énergie solaire. Sa principale caractéristique est d'augmenter l'efficacité d'une source alternative en "tirant" la quantité maximale d'énergie en choisissant une tension et un courant spécifiques.

Le choix de ces paramètres est réduit à l'analyse des caractéristiques courant-tension de la source et à la détermination à quelle tension et consommation de courant la puissance maximale sera consommée. Voilà comment l'abréviation signifie MPPT - Suivi du point de puissance maximale (suivi du point de puissance maximale).

Principes généraux des contrôleurs MPPT

À première vue, vous pourriez penser: «Eh bien, utilisez la tension maximale possible, il y aura donc un courant de charge maximal (charge de la batterie).» C'est logique, mais en réalité ce n'est pas le cas. Cela est principalement dû à la caractéristique courant-tension de la cellule solaire.

En mode de fonctionnement (utile), la cellule solaire (partie horizontale de la caractéristique I - V) est une source de courant, c'est-à-dire que son courant de sortie ne dépend que légèrement de la tension à ses bornes. La tension de sortie (Uoutc) dépend également de la résistance de la charge connectée. C'est ce que nous pouvons voir sur le CVC.

Dans la partie droite, où la tension est maximale, vous voyez la tension en circuit ouvert Uхх, qui est limitée par le nombre d'éléments dans la batterie et leur appareil interne. Dans ce cas, le courant tend vers 0. Et vice versa, sur le côté gauche, où la tension tend vers 0 - la tension de court-circuit Uкз, et le courant est limité par la puissance des éléments.

Si nous prenons la force actuelle de la batterie solaire dans la zone utile pour une valeur inchangée, alors la tension sera déterminée par la résistance de charge, si elle est infinie, alors nous observerons le mode de ralenti (à Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх), respectivement, avec un court-circuit, la résistance de charge tendra vers zéro, comme la tension de sortie (à Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). La puissance maximale viendra à un certain rapport de résistance de charge, tension et courant.

Qu'est-ce que tout cela signifie? On passe des batteries aux contrôleurs!

Le contrôleur est un lien intermédiaire entre la batterie solaire et la batterie, il régule le courant de charge à travers un PWM, par exemple, ou tout autre que le concepteur a choisi. Mais simplement appliquer une tension directement à partir de la batterie ne signifie pas assurer un transfert de puissance maximum des panneaux à la batterie.

Pour une charge efficace, le contrôleur surveille le courant reçu de la batterie et sa tension de sortie, ainsi que le courant fourni par la batterie et la tension qui s'y trouve. Pour s'en assurer, nous sélectionnons 2 points arbitraires sur la caractéristique I - V (nous le redisons ici) et comparons leur puissance avec le point de puissance maximum (TMM) indiqué sur la figure, auquel le courant ne semble pas être maximum ...

Disons que nous avons une batterie avec une tension nominale de 12V, ce qui signifie que dans l'état chargé, nous obtenons environ 14,2-14,5 V aux bornes et environ 11V à l'état déchargé, même si dans un cas, nous avons 13V et dans l'autre - 12V. Nous choisirons de telles tensions avec la caractéristique I - V pour une analyse approximative de la puissance avec une connexion directe «panneau solaire - batterie».

Selon le CVC, dans les deux cas, la batterie donnera un courant d'environ 3,6A, on obtient la puissance suivante transmise lors de la charge:

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

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

Et au point de puissance maximale marqué sur la caractéristique I - V:

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

Le résultat est évident - la puissance du TMM est d'environ 25 à 35% de plus, selon la charge de la batterie. Mais comment faire en sorte que la batterie dégage du courant à une tension de 18,5 V, au lieu de celle qui est présente sur les bornes de la batterie?

Tout est simple et complexe à la fois - recherchez la puissance maximale

Comme indiqué précédemment, le contrôleur est installé entre les panneaux solaires (batterie) et les batteries, il s'avère qu'il sert de charge des panneaux, et la batterie comme charge du contrôleur, c'est aussi une source d'alimentation secondaire. Toute source d'alimentation et tout appareil en génie électrique peuvent être représentés sous forme de résistance. Ceci est appelé résistance "équivalente" ou "réduite" (selon le cas spécifique), qui est déterminée par la même loi d'Ohm, c'est-à-dire que nous pouvons dire que la résistance d'entrée du contrôleur est:

Rcont = Uinput / Iin. Cons.

La tension du point de puissance maximale des panneaux solaires dépend d'un certain nombre de facteurs:

• L'illumination

• La température (la dépendance du CVC et la position du TMM sur la température sont illustrées dans la figure ci-dessous);

• Âge des éléments, etc.

Par conséquent, il ne fonctionnera pas pour le fixer fixe et universel, plus il change en fonction de la résistance de charge et de la consommation de courant (la caractéristique I - V idéalisée est donnée ci-dessus, en pratique, il y aura toujours une certaine pente dans la zone de travail).

Il existe de nombreuses méthodes pour en trouver une "magique". Dans un mode de réalisation, le contrôleur MPPT analyse les caractéristiques courant-tension des cellules solaires pour déterminer les paramètres optimaux pour les conditions de fonctionnement actuelles, par exemple, en modifiant le courant d'entrée, sa résistance d'entrée change en conséquence. À l'aide de capteurs de courant et de tension, le système de contrôle calcule la valeur de puissance et la compare avec la précédente jusqu'à ce qu'elle atteigne sa valeur maximale. C'est ce qu'on appelle la «méthode de perturbation et d'observation».

Selon la méthode spécifique pour déterminer TMM et le dispositif interne du contrôleur, incl. son firmware, la recherche de TMM se produit avec une certaine fréquence. Cependant, dans la pratique, la plupart des méthodes sont similaires et reposent sur le principe de «dévier et observer». Dans certains modèles, il est possible de configurer cette période dans la plage de 1 fois en plusieurs minutes à 1 fois en plusieurs heures. En fonction de la fréquence de la recherche, les performances globales du système sont déterminées.

Étant donné que la modification des paramètres d'entrée nous permet d'obtenir la puissance maximale possible d'éléments spécifiques, la tâche suivante consiste à la donner à la charge, c'est-à-dire à utiliser la batterie pour charger. En fin de compte, tout se résume à contrôler un convertisseur de puissance électronique, disons que nous avons obtenu un courant TMM de 5A à une tension de 17,5V, ceci:

17,5 * 5 = 87,5 W

Il est donc possible de donner à la batterie d'une tension de 12 V aux bornes le courant suivant:

87,5 / 12 = 7,3A

Dans la plupart des cas, la conversion est effectuée en utilisant un buck (buck) ou un convertisseur buck-boost (buck-boost). Structures typiques de convertisseurs que nous avons examinées dans l'article précédent.

Alors que lorsque vous utilisez ON / OFF ou Contrôleurs PWM le courant d'entrée et de sortie serait égal. Ce qui conduit à une élimination moins efficace de la puissance disponible, par exemple, puisque le courant d'entrée était de 5A, avec ce courant de sortie, la puissance dépensée pour charger les batteries serait égale à:

12 * 5 = 60 watts.

Ceci illustre une fois de plus les calculs présentés dans la discussion des caractéristiques courant - tension.

Cependant, vous ne devriez pas considérer la technologie MPPT comme une panacée pour l'énergie solaire. La différence d'efficacité de charge de la batterie en utilisant le contrôleur MPPT et PWM est la plus petite, plus la batterie est chargée. Lorsque la tension à ses bornes (Uakb) augmente et que la différence entre Umm diminue, une grande puissance du panneau solaire est utilisée.

De manière similaire à l'exemple ci-dessus, supposons que la tension sur la batterie n'est pas de 12, mais de 13,5 V, à condition que le panneau solaire fonctionne avec les mêmes paramètres, il ressemblera à ceci:

13,5 * 5 = 67,5 W

Si à 12V, 68% de la puissance maximale a été utilisée, alors à 13,5V, 77% sont déjà utilisés. Notez également que vos batteries ne seront pas constamment chargées et ne recevront pas de courant de même puissance en permanence.Par conséquent, dans les contrôleurs MPRT, plusieurs étapes de charge sont généralement implémentées, par exemple: MPPT (avec puissance maximale) - égalisation - rapide (forcé) - support. Entre autres choses, il convient de rappeler que le courant de la batterie solaire ne doit pas dépasser le courant nominal du contrôleur, sinon l'utilisation maximale de l'énergie n'est pas réalisée.

Mais tout cela ne nous dit pas que les contrôleurs MPPT n'ont pas besoin d'être utilisés, mais seulement qu'ils ne doivent pas être surestimés.

Le fait demeure que dans le segment de prix inférieur, les appareils dotés de la technologie MPPT sont plus chers que PWM, mais pas toujours ... Par exemple, il existe un contrôleur MPPT "EPSolar MPPT TRACER-2210A", dont le coût est de l'ordre de 180 $, et un contrôleur PWM de prix similaire (180-200 $) avec un courant de sortie de 20A STECA PR2020.

En même temps, il existe un autre appareil PWM avec le même courant de sortie - "SRNE SR-HP2420" coûtant un peu plus de 20 $, tandis que MPPT du même fabricant "SRNE SR-ML2420" avec le même courant de sortie, il en coûte 85 $.

Les prix de certains modèles de contrôleurs, nous les considérerons ci-dessous.

Aperçu du marché moderne des contrôleurs MPPT

Voir le tableau dans un fichier séparé

Le tableau ne fournit pas une liste complète des fonctions et protections, car il occupe une grande quantité. Pour information, un ensemble typique de fonctions ressemble à ceci:

• de la mauvaise polarité de la coentreprise et de la batterie;

• de court-circuit à l'entrée du panneau solaire;

• de court-circuit dans la charge;

• de surchauffe;

• éteindre le panneau solaire après avoir atteint la fin de la charge de la batterie;

• délestage lorsque la tension de la batterie est trop faible;

• d'une rupture du circuit de la batterie;

• empêcher la décharge de la batterie à travers le panneau solaire la nuit;

• contrôle de la consommation de courant par charge.

Le tableau reflète le fait que le coût du contrôleur MPPT dépend non seulement de son courant maximal (puissance), mais également de la plage de tensions de sortie, de la liste des batteries prises en charge, de la possibilité de connecter des outils d'affichage, d'affichage et de surveillance, et d'un certain nombre d'autres facteurs. Le choix d'un contrôleur est compliqué et très individuel, il est donc au moins inutile de faire des comparaisons et des évaluations.