Kas ir MPPT kontrolieris saules uzlādēšanai

MPPT ir viens no veidiem, kā izmantot enerģijas avota resursus, neatkarīgi no tā, vai tas ir saules akumulators vai vēja ģenerators, taču šajā rakstā mēs īpaši runāsim par saules enerģiju. Tās galvenā iezīme ir palielināt alternatīva avota efektivitāti, “ievelkot” maksimālo enerģijas daudzumu, izvēloties noteiktu spriegumu un strāvu.

Šo parametru izvēle tiek samazināta līdz avota strāvas-sprieguma īpašību analīzei un nosakot, pie kāda sprieguma un strāvas patēriņa tiks patērēta maksimālā jauda. Tieši tā nozīmē saīsinājumu MPPT - maksimālā jaudas punkta izsekošana (maksimālās jaudas punkta izsekošana).

MPPT kontrolieru vispārīgie principi

No pirmā acu uzmetiena uz jautājumu jūs varētu domāt: “Nu, izmantojiet maksimālo iespējamo spriegumu, tāpēc būs maksimālā slodzes strāva (akumulatora uzlāde).” Tas ir loģiski, bet patiesībā tā nav. Tas galvenokārt ir saistīts ar saules baterijas strāvas-sprieguma īpašībām.

Darbības (noderīgajā) režīmā saules baterija (I - V raksturlīknes horizontālā daļa) ir strāvas avots, tas ir, tā izejas strāva ir tikai nedaudz atkarīga no sprieguma tās spailēs. Izejas spriegums (Uoutc) ir atkarīgs no pievienotās slodzes pretestības. To mēs varam redzēt CVC.

Labajā daļā, kur spriegums ir maksimālais, redzat atvērtās ķēdes spriegumu Uхх, ko ierobežo akumulatorā esošo elementu skaits un to iekšējā ierīce. Strāvai šajā gadījumā ir tendence uz 0. Un otrādi, kreisajā pusē, kur spriegumam ir tendence uz 0 - īssavienojuma spriegums Uкз, un strāvu ierobežo elementu jauda.

Ja par pastāvīgu vērtību ņemsim saules baterijas pašreizējo stiprību lietderīgajā apgabalā, tad spriegumu noteiks slodzes pretestība, ja tā ir bezgalība, tad attiecīgi novērosim tukšgaitas režīmu (pie Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх) ar īssavienojumu, slodzes pretestību. būs tendence uz nulli, tāpat kā izejas spriegums (pie Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Maksimālā jauda būs noteikta slodzes pretestības, sprieguma un strāvas attiecībās.

Ko tas viss nozīmē? Mēs pārejam no baterijām uz kontrolieriem!

Kontrolieris ir starpposma saikne starp saules bateriju un akumulatoru, tas regulē uzlādes strāvu, piemēram, izmantojot PWM vai jebkuru citu, ko izvēlējies dizaineris. Bet tas, ka spriegums tiek pielietots tieši no akumulatora, nenozīmē maksimālu enerģijas pārnešanu no paneļiem uz akumulatoru.

Lai nodrošinātu efektīvu uzlādi, kontrolieris uzrauga no akumulatora saņemto strāvu un tā izejas spriegumu, kā arī akumulatora piegādāto strāvu un uz tā esošo spriegumu. Lai par to pārliecinātos, mēs izvēlamies 2 patvaļīgus I-V raksturlīknes punktus (mēs šeit to atkal piešķiram) un salīdzinām tajos esošo jaudu ar attēlā norādīto maksimālo jaudas punktu (TMM), kurā šķiet, ka strāva nav maksimālā ...

Teiksim, ka mums ir akumulators ar nominālo spriegumu 12V, kas nozīmē, ka uzlādētā stāvoklī spailēs mēs iegūstam apmēram 14,2-14,5 V, bet izlādētā stāvoklī - apmēram 11 V, pat ja vienā gadījumā mums ir 13 V, bet otrā - 12 V. Šādus spriegumus ar I - V parametru izvēlēsim aptuvenai jaudas analīzei ar tiešu savienojumu “saules panelis - akumulators”.

Saskaņā ar CVC, abos gadījumos akumulators nodrošinās strāvu aptuveni 3,6A, lādēšanas laikā mēs iegūstam šādu jaudu:

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

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

Un maksimālās jaudas punktā, kas apzīmēts ar I - V raksturlielumu:

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

Rezultāts ir acīmredzams - TMM jauda ir par aptuveni 25-35% lielāka, atkarībā no akumulatora uzlādes. Bet kā panākt, lai akumulators izstaro strāvu ar spriegumu 18,5 V, nevis tā, kas atrodas uz akumulatora spailēm?

Viss vienlaikus ir vienkārši un sarežģīti - meklējiet maksimālo jaudas punktu

Kā jau tika atzīmēts iepriekš, kontrolieris ir uzstādīts starp saules paneļiem (akumulatoru) un baterijām, izrādās, ka tas kalpo kā paneļu slodze, un akumulators kā kontroliera slodze, tas ir arī sekundārs enerģijas avots. Jebkuru enerģijas avotu un jebkuru ierīci elektrotehnikā var attēlot pretestības veidā. To sauc par "ekvivalentu" vai "samazinātu" pretestību (atkarībā no konkrētā gadījuma), ko nosaka tas pats Ohmas likums, tas ir, mēs varam teikt, ka kontroliera ieejas pretestība ir:

Rcont = Uinput / Iin. Mīnusi

Saules paneļu maksimālās jaudas punkta spriegums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem:

• Apgaismojums

• Temperatūra (CVC un TMM stāvokļa atkarība no temperatūras parādīta attēlā zemāk);

• Elementu vecums utt.

Tāpēc tas nedarbosies, lai iestatītu fiksētu un universālu, turklāt tas mainās atbilstoši slodzes pretestībai un strāvas patēriņam (idealizētais CVC ir dots iepriekš, praksē darba zonā joprojām būs zināms slīpums).

Šīs “maģiskās” atrašanai ir daudz metožu.Vienā iemiesojumā MPPT kontrolieris skenē saules bateriju strāvas-sprieguma raksturlielumus, nosakot pašreizējo darbības apstākļu optimālos parametrus, piemēram, mainot ieejas strāvu, attiecīgi mainās tā ieejas pretestība. Izmantojot strāvas un sprieguma sensorus, vadības sistēma aprēķina jaudas vērtību un salīdzina to ar iepriekšējo, līdz tā sasniedz maksimālo vērtību. To sauc par "perturbācijas un novērošanas metodi".

Atkarībā no īpašās metodes TMM un kontroliera iekšējās ierīces noteikšanai, t.sk. tā programmaparatūra, TMM meklēšana notiek ar noteiktu frekvenci. Tomēr praksē vairums metožu ir līdzīgas un balstās uz principu “novirzīties un novērot”. Dažos modeļos šo periodu ir iespējams konfigurēt diapazonā no 1 reizes vairākās minūtēs līdz 1 reizē vairākās stundās. Atkarībā no meklēšanas biežuma tiek noteikts sistēmas kopējais sniegums.

Tā kā ievades parametru mainīšanas rezultātā no konkrētiem elementiem mēs iegūstam maksimālu jaudu, nākamais uzdevums ir to piešķirt kravai, tas ir, izmantot akumulatoru, lai tas uzlādētos. Visbeidzot, tas viss attiecas uz elektroniskā strāvas pārveidotāja vadību, teiksim, ka mēs saņēmām 5M TMM strāvu pie 17,5 V sprieguma, tas ir:

17,5 * 5 = 87,5 W

Tātad akumulatoram ar spriegumu 12 V spailēs ir iespējams dot šādu strāvu:

87,5 / 12 = 7,3A

Vairumā gadījumu konvertēšana tiek veikta, izmantojot buks (buks) vai buks palielināšanas pārveidotāju. Tipiskas pārveidotāju struktūras, kuras mēs apskatījām rakstā iepriekš.

Tā kā, izmantojot ON / OFF vai PWM kontrolieri ieejas un izejas strāva būtu vienāda. Tas noved pie mazāk efektīvas pieejamās enerģijas iznīcināšanas, piemēram, tā kā ieejas strāva bija 5A, ar šo izejas strāvu akumulatoru uzlādei patērētā jauda būs vienāda ar:

12 * 5 = 60 vati.

Tas vēlreiz ilustrē aprēķinus, kas parādīti diskusijā par strāvas - sprieguma parametriem.

Tomēr jums nevajadzētu uzskatīt MPPT tehnoloģiju par panaceju saules enerģijai. Akumulatora uzlādes efektivitātes atšķirība, izmantojot MPPT un PWM kontrolieri, ir mazāka, jo vairāk akumulatora tiek uzlādēts. Kad spriegums tā spailēs (Uakb) palielinās un starpība starp Umm samazinās, tad tiek izmantota liela saules paneļa jauda.

Līdzīgi kā iepriekšminētajā piemērā, pieņemsim, ka akumulatora spriegums nav 12, bet 13,5 V, ja vien saules panelis darbojas ar vienādiem parametriem, tas izskatās šādi:

13,5 * 5 = 67,5 W

Ja pie 12 V tika izmantoti 68% no maksimālās jaudas, tad pie 13,5 V 77% jau tiek izmantoti. Ņemiet vērā arī to, ka jūsu baterijas netiks pastāvīgi uzlādētas un tās nepārtraukti nesaņems tādas pašas enerģijas strāvu.Tāpēc MPRT kontrolieros parasti tiek ieviesti vairāki uzlādes posmi, piemēram: MPPT (ar maksimālo jaudu) - izlīdzināšana - ātra (piespiedu) - atbalstīšana. Cita starpā ir vērts atcerēties, ka saules baterijas strāva nedrīkst pārsniegt regulatora nominālo strāvu, pretējā gadījumā netiek realizēta maksimālā enerģijas izmantošana.

Bet tas viss mums nesaka, ka MPPT kontrolieri nav jāizmanto, bet tikai tas, ka tos nevajadzētu pārvērtēt.

Jākonstatē, ka zemāku cenu segmentā ierīces ar MPPT tehnoloģiju ir dārgākas nekā PWM, bet ne vienmēr ... Piemēram, ir MPPT kontrolieris "EPSolar MPPT TRACER-2210A", kura izmaksas svārstās no USD 180, un par līdzīgu cenu (180-200 USD) PWM kontrolieris ar izejas strāvu 20A STECA PR2020.

Tajā pašā laikā ir arī cita PWM ierīce ar tādu pašu izejas strāvu - "SRNE SR-HP2420" maksā nedaudz vairāk par 20 USD, savukārt MPPT no tā paša ražotāja "SRNE SR-ML2420" ar tādu pašu izejas strāvu tas maksā 85 USD.

Cenas dažiem kontrolieru modeļiem, mēs apsvērsim zemāk.

Pārskats par mūsdienu MPPT kontrolieru tirgu

Skatīt tabulu atsevišķā failā

Tabula nesniedz pilnīgu funkciju un aizsardzības sarakstu, jo tā aizņem lielu daudzumu. Informācijai, tipisks funkciju komplekts izskatās apmēram šādi:

• no nepareiza kopuzņēmuma un akumulatora savienojuma polaritātes;

• no īssavienojuma pie saules paneļa ieejas;

• no īssavienojuma slodzē;

• no pārkaršanas;

• saules bateriju paneļa izslēgšana pēc akumulatora uzlādes beigām;

• slodzes samazināšana, ja akumulatora spriegums ir pārāk zems;

• no pārtraukuma akumulatora ķēdē;

• naktī novērst akumulatora izlādi caur saules paneli;

• strāvas patēriņa kontrole pēc slodzes.

Tabula atspoguļo faktu, ka MPPT kontroliera izmaksas ir atkarīgas ne tikai no tā maksimālās strāvas (jaudas), bet arī no izejas sprieguma diapazona, atbalstīto akumulatoru saraksta, spējas pieslēgt displeja, displeja un uzraudzības rīkus un vairākiem citiem faktoriem. Kontroliera izvēle ir sarežģīta un ļoti individuāla, tāpēc ir vismaz bezjēdzīgi veikt salīdzinājumus un vērtējumus.