Kas yra MPPT valdiklis saulės baterijoms krauti

MPPT yra vienas iš būdų, kaip naudoti energijos šaltinį, nesvarbu, ar tai būtų saulės baterija, ar vėjo generatorius, tačiau šiame straipsnyje kalbėsime konkrečiai apie saulės energiją. Pagrindinis jo bruožas yra padidinti alternatyvaus šaltinio efektyvumą, „ištraukiant“ maksimalų energijos kiekį, pasirenkant konkrečią įtampą ir srovę.

Šių parametrų pasirinkimas sumažinamas iki šaltinio srovės-įtampos charakteristikų analizės ir nustatant, kokia įtampa ir srovės suvartojimas bus sunaudotas maksimaliai. Štai kaip reiškia santrumpa MPPT - maksimalaus galios taško stebėjimas (maksimalios galios taško sekimas).

Bendrieji MPPT valdiklių principai

Iš pirmo žvilgsnio į klausimą galite pamanyti: „Na, naudokite maksimalią įmanomą įtampą, taigi bus maksimali apkrovos srovė (akumuliatoriaus įkrova)“. Tai logiška, bet iš tikrųjų taip nėra. Pirmiausia tai lemia saulės elemento srovės ir įtampos savybės.

Veikimo (naudinguoju) režimu saulės elementas (horizontalioji I - V charakteristikos dalis) yra srovės šaltinis, ty jo išėjimo srovė tik šiek tiek priklauso nuo įtampos jo gnybtuose. Išėjimo įtampa (Uoutc) taip pat priklauso nuo prijungtos apkrovos varžos. Tai galime pamatyti CVC.

Dešinėje dalyje, kur įtampa yra didžiausia, matote atviros grandinės įtampą Uхх, kurią riboja elementų skaičius akumuliatoriuje ir jų vidinis įtaisas. Srovė šiuo atveju yra lygi 0. Ir atvirkščiai, kairėje pusėje, kur įtampa linkusi į 0 - trumpojo jungimo įtampa Uкз, o srovę riboja elementų galia.

Jei imsime dabartinį saulės baterijos stiprumą naudingame plote nepakitusios vertės atžvilgiu, tada įtampa bus nustatoma pagal atsparumą apkrovai, jei ji yra begalybė, tada stebėsime tuščiosios eigos režimą (esant Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх) atitinkamai su trumpu jungimu, apkrovos atsparumu. bus lygus nuliui, kaip ir išėjimo įtampa (esant Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Didžiausia galia bus gaunama esant tam tikram apkrovos pasipriešinimo, įtampos ir srovės santykiui.

Ką visa tai reiškia? Mes perduodame iš baterijų valdikliams!

Valdiklis yra tarpinė grandis tarp saulės baterijos ir akumuliatoriaus, jis reguliuoja įkrovos srovę, pavyzdžiui, per PWM arba bet kurią kitą, kurią pasirinko dizaineris. Bet vien įtampos pritaikymas tiesiai iš akumuliatoriaus nereiškia, kad bus užtikrintas maksimalus energijos perdavimas iš plokščių į akumuliatorių.

Siekdamas efektyvaus įkrovimo, valdiklis stebi iš akumuliatoriaus gaunamą srovę ir jos išėjimo įtampą, taip pat akumuliatoriaus tiekiamą srovę ir joje esančią įtampą. Norėdami tuo įsitikinti, pasirenkame 2 savavališkus I-V charakteristikos taškus (čia vėl pateikiame) ir palyginame juose esančią galią su paveiksle nurodytu maksimaliu galios tašku (TMM), kuriame srovė atrodo ne maksimali.

Tarkime, kad mes turime akumuliatorių, kurio vardinė įtampa yra 12 V, tai reiškia, kad įkrautoje būsenoje mes gauname apie 14,2–14,5 V, o iškrovos būsenoje - apie 11 V, net jei vienu atveju turime 13 V, o kitu - 12 V. Apytiksliai galios analizei atlikti su tiesiogine jungtimi „saulės baterija - baterija“ parinksime tokias įtampa su I – V charakteristika.

Remiantis CVC, abiem atvejais baterija duos maždaug 3,6A srovę, įkrovimo metu gauname tokią energiją:

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

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

Didžiausio galingumo, pažymėto I – V charakteristika, taške:

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

Rezultatas akivaizdus - TMM galia yra maždaug 25–35% didesnė, priklausomai nuo akumuliatoriaus įkrovos. Bet kaip priversti akumuliatorių suteikti 18,5 V įtampos srovę, o ne tą, kuri yra akumuliatoriaus gnybtuose?

Viskas yra paprasta ir sudėtinga tuo pačiu metu - rasti maksimalų galios tašką

Kaip minėta anksčiau, valdiklis yra sumontuotas tarp saulės baterijų (akumuliatoriaus) ir baterijų, paaiškėja, kad jis tarnauja kaip plokščių apkrova, o baterija - kaip valdiklio apkrova, tai taip pat yra antrinis energijos šaltinis. Bet kuris energijos šaltinis ir bet kuris elektrotechnikos prietaisas gali būti vaizduojami kaip pasipriešinimas. Tai vadinama „ekvivalentu“ arba „sumažintu“ pasipriešinimu (priklausomai nuo konkretaus atvejo), kuris nustatomas pagal tą patį Ohmo įstatymą, tai yra, galime pasakyti, kad valdiklio įėjimo varža yra:

Rcont = „Uinput / Iin“. Suvart

Saulės baterijų didžiausios galios taško įtampa priklauso nuo daugelio veiksnių:

• Apšvietimas

• Temperatūra (CVC ir TMM padėties priklausomybė nuo temperatūros parodyta paveikslėlyje žemiau);

• Elementų amžius ir kt.

Todėl neveiks, kad jis būtų fiksuotas ir universalus, be to, jis keičiasi atsižvelgiant į apkrovos atsparumą ir srovės suvartojimą (idealizuota I - V charakteristika yra pateikta aukščiau, praktikoje vis tiek bus šiek tiek nuolydžio darbo srityje).

Yra daugybė metodų, kaip surasti šį „stebuklingą“. Viename įgyvendinimo variante MPPT valdiklis nuskaito saulės elementų srovės įtampos charakteristikas, kad nustatytų optimalius dabartinių darbo sąlygų parametrus, pavyzdžiui, keičiant įvesties srovę, atitinkamai keičiasi jo įėjimo varža. Naudodama srovės ir įtampos jutiklius, valdymo sistema apskaičiuoja galios vertę ir palygina ją su ankstesne, kol pasiekia maksimalią vertę. Tai vadinama „pasipiktinimo ir stebėjimo metodu“.

Priklauso nuo konkretaus TMM ir vidinio valdiklio įtaiso nustatymo metodo, įsk. programinės įrangos, TMM paieška vykdoma tam tikru dažniu. Tačiau praktikoje dauguma metodų yra panašūs ir pagrįsti principu „nukrypti ir stebėti“. Kai kuriuose modeliuose šį laikotarpį galima sukonfigūruoti nuo 1 karto per keletą minučių iki 1 karto per kelias valandas. Atsižvelgiant į paieškos dažnumą, nustatomas bendras sistemos našumas.

Kadangi pakeitus įvesties parametrus gauname maksimalią įmanomą galią iš konkrečių elementų, kita užduotis yra suteikti ją apkrovai, tai yra, naudoti akumuliatorių, kad jis būtų įkrautas. Galų gale viskas priklauso nuo elektroninio galios keitiklio valdymo, tarkime, kad gavome 5A TMM srovę, esant 17,5 V įtampai, tai:

17,5 * 5 = 87,5 W

Taigi akumuliatoriams, kurių įtampa 12 V, gnybtuose galima suteikti tokią srovę:

87,5 / 12 = 7,3A

Daugeliu atvejų konvertavimas atliekamas naudojant „buck“ („buck“) arba „buck-boost“ keitiklį („buck-boost“). Tipiškos keitiklių struktūros, kurias anksčiau aptarėme straipsnyje.

Kadangi naudojant ON / OFF arba PWM valdikliai įėjimo ir išėjimo srovė būtų lygi. Dėl šios priežasties turima galia sunaudojama mažiau efektyviai, pavyzdžiui, kadangi įvesties srovė buvo 5A, o esant šiai išvesties srovei, baterijoms įkrauti sunaudota galia būtų lygi:

12 * 5 = 60 vatų.

Tai dar kartą parodo skaičiavimus, pateiktus aptariant srovės - įtampos charakteristikas.

Tačiau neturėtumėte laikyti MPPT technologijos panacėja nuo saulės energijos. Akumuliatoriaus įkrovimo efektyvumo skirtumas naudojant MPPT ir PWM valdiklį yra kuo mažesnis, tuo daugiau akumuliatoriaus įkraunama. Kai įtampa jo gnybtuose (Uakb) pakyla, o skirtumas tarp Umm sumažėja, tada naudojama didelė saulės baterijos galia.

Panašiai kaip aukščiau pateiktame pavyzdyje, tarkime, kad akumuliatoriaus įtampa yra ne 12, o 13,5 V, jei saulės kolektorius veikia tais pačiais parametrais, jis atrodys taip:

13,5 * 5 = 67,5 W

Jei esant 12 V įtampai buvo sunaudota 68% didžiausios galios, tada esant 13,5 V 77% jau naudojama. Taip pat atminkite, kad jūsų akumuliatoriai nebus nuolat įkraunami ir jie nuolat negaus tokios pat galios srovės.Todėl MPRT valdikliuose paprastai įgyvendinami keli įkrovimo etapai, pavyzdžiui: MPPT (su maksimalia galia) - išlyginamasis - greitas (priverstinis) - palaikymas. Be kita ko, verta atsiminti, kad saulės baterijos srovė neturėtų viršyti vardinės valdiklio srovės, kitaip nebus realizuotas maksimalus energijos vartojimas.

Bet visa tai mums nesako, kad nereikia naudoti MPPT valdiklių, o tik tai, kad jų nereikėtų pervertinti.

Faktas išlieka tas, kad mažesnių kainų segmente prietaisai su MPPT technologija yra brangesni nei PWM, tačiau ne visada ... Pavyzdžiui, yra MPPT valdiklis „EPSolar MPPT TRACER-2210A“, kurio kaina svyruoja nuo 180 USD, ir panašios kainos (180–200 USD) PWM valdiklį, kurio išėjimo srovė yra 20A STECA PR2020.

Tuo pačiu metu yra dar vienas PWM įrenginys su ta pačia išėjimo srove - „SRNE SR-HP2420“ kainuoja šiek tiek daugiau nei 20 USD, tuo tarpu to paties gamintojo MPPT „SRNE SR-ML2420“ su ta pačia išėjimo srove kainuoja 85 USD.

Kai kurių modelių valdiklių kainos, mes apsvarstysime žemiau.

Šiuolaikinės MPPT valdiklių rinkos apžvalga

Lentelę žiūrėkite atskirame faile

Lentelėje nebuvo pateiktas visas funkcijų ir apsaugos sąrašas, nes ji užima labai daug. Informacija: tipiškas funkcijų rinkinys atrodo maždaug taip:

• nuo netinkamo bendros įmonės ir akumuliatoriaus jungties poliškumo;

• nuo trumpojo jungimo prie saulės kolektoriaus įėjimo;

• nuo trumpojo jungimo esant apkrovai;

• nuo perkaitimo;

• saulės baterijų skydelio išjungimas pasiekus akumuliatoriaus įkrovos pabaigą;

• apkrovos mažinimas, kai akumuliatoriaus įtampa yra per maža;

• nuo akumuliatoriaus grandinės pertraukos;

• užkirsti kelią akumuliatoriaus išsikrovimui per saulės bateriją naktį;

• srovės sunaudojimo pagal apkrovą kontrolė.

Lentelė atspindi tai, kad MPPT valdiklio kaina priklauso ne tik nuo jo maksimalios srovės (galios), bet ir nuo išėjimo įtampų diapazono, palaikomų baterijų sąrašo, galimybės prijungti ekraną, rodymo ir stebėjimo įrankius bei daugybės kitų veiksnių. Valdiklio pasirinkimas yra sudėtingas ir labai individualus, todėl lyginti ar vertinti bent jau beprasmiška.