Hva er en MPPT-kontroller for sol lading

MPPT er en av måtene å bruke ressursene til en energikilde, enten det er et solbatteri eller en vindgenerator, men i denne artikkelen vil vi snakke spesifikt om solenergi. Hovedfunksjonen er å øke effektiviteten til en alternativ kilde ved å "trekke" den maksimale mengden energi ved å velge en bestemt spenning og strøm.

Valget av disse parametrene reduseres til analysen av strømspenningsegenskapene til kilden og bestemmer ved hvilken spenning og strømforbruk den maksimale effekten vil forbrukes. Det er slik forkortelsen står for MPPT - Maksimal sporing av effektpunkter (sporer punktet med maksimal effekt).

Generelle prinsipper for MPPT-kontrollere

Ved første øyekast på spørsmålet, kan du tenke: "Vel, bruk maksimal mulig spenning, så det vil være en maksimal belastningsstrøm (batterilading)." Dette er logisk, men i virkeligheten er det ikke. Dette skyldes først og fremst strømspenningskarakteristikken til solcellen.

I driftsmodus er solcellen (horisontal del av I - V-karakteristikken) en strømkilde, det vil si at utgangsstrømmen bare avhenger av spenningen ved terminalene. Utgangsspenningen (Uoutc) avhenger av motstanden til den tilkoblede lasten. Dette kan vi se på CVC.

På høyre side, der spenningen er maksimal, ser du åpen kretsspenning Uxx, som er begrenset av antall elementer i batteriet og deres interne enhet. Strømmen i dette tilfellet har en tendens til 0. Og omvendt, på venstre side, der spenningen har en tendens til 0 - kortslutningsspenning Uкз, og strømmen er begrenset av kraften til elementene.

Hvis vi tar strømstyrken til solbatteriet i det nyttige området for en uendret verdi, vil spenningen bli bestemt av belastningsmotstanden, hvis det er uendelig, så vil vi se hvilemodus (ved RN = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх), henholdsvis med en kortslutning, belastningsmotstanden vil ha en tendens til null, som utgangsspenningen (ved RN = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Maksimal effekt vil komme til et visst forhold mellom belastningsmotstand, spenning og strøm.

Hva betyr alt dette? Vi går fra batterier til kontrollere!

Kontrolleren er en mellomkobling mellom solbatteriet og batteriet, regulerer den ladestrømmen gjennom en PWM, for eksempel eller en hvilken som helst annen som designeren har valgt. Men bare å bruke spenning direkte fra batteriet betyr ikke at du sikrer maksimal kraftoverføring fra panelene til batteriet.

For en effektiv ladning overvåker kontrolleren strømmen som mottas fra batteriet og dens utgangsspenning, så vel som strømmen som leveres av batteriet og spenningen på det. For å sikre deg dette, velger vi 2 vilkårlige punkter på I - V-karakteristikken (vi gir den her igjen) og sammenligner kraften i dem med det maksimale effektpunktet (TMM) som er angitt i figuren, hvor strømmen ser ut til å ikke være maksimal ...

La oss si at vi har et batteri med en nominell spenning på 12V, noe som betyr at vi i ladet tilstand får rundt 14,2-14,5 V ved terminalene, og ca 11V i utladet tilstand, selv om vi i ett tilfelle har 13V og i det andre - 12V. Vi vil velge slike spenninger med I - V-karakteristikken for en omtrentlig analyse av strømmen med direkte tilkobling "solcellepanel - batteri".

I følge CVC vil batteriet i begge tilfeller gi en strøm på omtrent 3,6A, og vi får overført følgende strøm under ladningen:

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

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

Og på punktet med maksimal effekt merket med I - V-karakteristikken:

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

Resultatet er åpenbart - kraften i TMM er omtrent 25-35% mer, avhengig av batteriets lading. Men hvordan få batteriet til å gi av strøm ved en spenning på 18,5V, i stedet for den som er til stede på terminalene til batteriet?

Alt er enkelt og sammensatt på samme tid - søk etter det maksimale effektpunktet

Som nevnt tidligere er kontrolleren installert mellom solcellepanelene (batteriet) og batteriene, det viser seg at det fungerer som belastningen på panelene, og batteriet som belastningen på kontrolleren, det er også en sekundær strømkilde. Hvilken som helst strømkilde og enhver enhet innen elektroteknikk kan være representert i form av motstand. Dette kalles "ekvivalent" eller "redusert" motstand (avhengig av det spesifikke tilfellet), som bestemmes av den samme Ohm-loven, det vil si, vi kan si at inngangsmotstanden til kontrolleren er:

Rcont = Uinput / Iin. Potro.

Spenningen til det maksimale effektpunktet til solcellepaneler avhenger av en rekke faktorer:

• belysning;

• temperaturen (avhengigheten av CVC og plasseringen av TMM på temperaturen er vist i figuren nedenfor);

• Alder på elementer osv.

Derfor vil det ikke fungere å stille den fast og universell, pluss at den endres i samsvar med belastningsmotstanden og strømforbruket (den idealiserte I - V-karakteristikken er gitt ovenfor, i praksis vil det fortsatt være en del helling i arbeidsområdet).

Det er mange metoder for å finne denne "magiske" en. I en utførelse skanner MPPT-kontrolleren strømspenningskarakteristikkene til solceller for å bestemme de optimale parametrene for aktuelle driftsforhold, for eksempel ved å endre inngangsstrømmen, endres inngangsmotstanden deretter. Ved hjelp av strøm- og spenningssensorer beregner styringssystemet effektverdien og sammenligner den med den forrige til den når sin maksimale verdi. Dette kalles "forstyrrelses- og observasjonsmetode."

Avhengig av den spesifikke metoden for å bestemme TMM og den interne enheten til kontrolleren, inkl. firmware, søket etter TMM skjer med en viss frekvens. Imidlertid er de fleste metoder i praksis like og er basert på prinsippet om "avvike og observere." I noen modeller er det mulig å konfigurere denne perioden i området fra 1 gang på flere minutter til 1 gang på flere timer. Avhengig av søkets frekvens bestemmes systemets samlede ytelse.

Siden vi som et resultat av endring av inngangsparametere får maksimal mulig effekt fra spesifikke elementer, er den neste oppgaven å gi den til belastningen, det vil si bruke batteriet til å lade. Til slutt kommer det hele ned til å styre en elektronisk kraftomformer, la oss si at vi fikk en TMM-strøm på 5A ved en spenning på 17,5V, dette er:

17,5 * 5 = 87,5 W

Så det er mulig å gi batteriet med en spenning på 12 V ved terminalene følgende strøm:

87,5 / 12 = 7,3A

I de fleste tilfeller utføres konverteringen ved hjelp av en buck (buck) eller en buck-boost-omformer. Typiske strukturer for omformere vi vurderte i artikkelen tidligere.

Mens du bruker ON / OFF eller PWM-kontrollere inngangs- og utgangsstrøm vil være lik. Noe som fører til en mindre effektiv disponering av tilgjengelig strøm, for eksempel siden inngangsstrømmen var 5A, med denne utgangsstrømmen, vil strømmen som ble brukt på å lade batteriene være lik:

12 * 5 = 60 watt.

Dette illustrerer nok en gang beregningene som er presentert i diskusjonen av strømspenningskarakteristikkene.

Du bør imidlertid ikke vurdere MPPT-teknologi som et universalmiddel for solenergi. Forskjellen i batteriladingseffektivitet ved bruk av MPPT og PWM-kontroller er jo mindre, jo mer lades batteriet. Når spenningen ved terminalene (Uakb) stiger, og forskjellen mellom Umm avtar, brukes en stor kraft fra solcellepanelet.

På samme måte som i eksemplet ovenfor, antar at spenningen på batteriet ikke er 12, men 13,5V, forutsatt at solcellepanelet fungerer med de samme parametrene, vil det se slik ut:

13,5 * 5 = 67,5W

Hvis ved 12V 68% av den maksimale effekten ble brukt, er allerede ved 13,5V 77% brukt. Vær også oppmerksom på at batteriene ikke blir kontinuerlig ladet, og at de ikke får strøm med samme strøm konstant.Derfor, i MPRT-kontroller, implementeres vanligvis flere ladetrinn, for eksempel: MPPT (med maksimal effekt) - utjevning - raskt (tvunget) - støtte. Det er blant annet verdt å huske at strømmen til solbatteriet ikke må overstige den nominelle strømmen til kontrolleren, ellers oppnås ikke maksimal bruk av strøm.

Men alt dette forteller oss ikke at MPPT-kontrollere ikke trenger å bli brukt, men bare at de ikke bør overvurderes.

Faktum gjenstår at i enheter med lavere pris er enheter med MPPT-teknologi dyrere enn PWM, men ikke alltid ... For eksempel er det en MPPT-kontroller "EPSolar MPPT TRACER-2210A", hvis kostnader er i området $ 180, og en lignende priset ($ 180-200) PWM-kontroller med en utgangsstrøm på 20A STECA PR2020.

Samtidig er det en annen PWM-enhet med samme utgangsstrøm - "SRNE SR-HP2420" koster litt over $ 20, mens MPPT fra samme produsent "SRNE SR-ML2420" med samme utgangsstrøm, koster den $ 85.

Prisene for noen modeller av kontrollere, vil vi vurdere nedenfor.

Oversikt over det moderne markedet for MPPT-kontrollere

Se tabellen i en egen fil

Tabellen inneholder ikke en fullstendig liste over funksjoner og beskyttelse, siden den opptar en stor mengde. For informasjon ser et typisk sett med funksjoner ut noe slik:

• fra feil polaritet i tilkoblingen til joint venture og batteri;

• fra kortslutning ved inngangen til solcellepanelet;

• fra kortslutning i belastningen;

• fra overoppheting;

• slå av solcellepanelet etter å ha nådd enden av batteriladningen;

• lastuttak når spenningen på batteriet er for lav;

• fra et brudd i batterikretsen;

• forhindrer utladning av batteriet gjennom solcellepanelet om natten;

• kontroll av strømforbruk etter last.

Tabellen gjenspeiler det faktum at kostnadene for MPPT-kontrolleren ikke bare avhenger av dens maksimale strøm (strøm), men også av rekkevidden for utgangsspenninger, listen over støttede batterier, muligheten til å koble til skjerm, display og overvåkingsverktøy og en rekke andre faktorer. Valget av en kontroller er komplisert og veldig individuelt, så det er i det minste meningsløst å gjøre sammenligninger og rangeringer.