في أي نظام يعمل بالطاقة الشمسية، يُعدّ جهاز التحكم في شحن الطاقة الشمسية بالغ الأهمية. فهو يُنظّم الجهد والتيار الكهربائيين القادمين من اللوح الشمسي إلى البطارية، مما يُجنّبها الشحن الزائد. هناك أربعة أنواع رئيسية من أجهزة التحكم في شحن الطاقة الشمسية. دعونا نناقش ماهية جهاز التحكم في شحن MPPT وكيفية عمله.
ما هو جهاز التحكم في الشحن MPPT؟
الوظيفة الأساسية لنظام الطاقة الشمسية هي تجميع الألواح الشمسية للطاقة من الشمس وتخزينها في بطاريات لاستخدامها لاحقًا. مع ذلك، لا يمكنك ببساطة توصيل الألواح الشمسية بالبطاريات وتوقع شحنها. لتحقيق أقصى استفادة من الألواح الشمسية، ستحتاج إلى وحدة تحكم في الشحن. شحن البطاريات بكفاءةوحدة تحكم الشحن بتتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) هي الأكثر كفاءة. دعونا نناقش بالتفصيل ماهية وحدة تحكم الشحن MPPT.
ما هو تتبع نقطة الطاقة القصوى؟
قبل أن نتطرق إلى آلية عمل وحدات تحكم الشحن MPPT، من المهم فهم سبب تسميتها بهذا الاسم. أقصى جهد لنقطة القدرة هو الجهد الذي تنتج اللوحة الشمسية أكبر قدر من الطاقة. يتغير الحد الأقصى لجهد نقطة الطاقة اعتمادًا على البيئة المحيطة والوقت من اليوم.
MPPT وحدات التحكم في الشحن مشتقة اسمهم من حقيقة أن يقومون بمراقبة اللوحة الشمسية وحساب أقصى جهد لنقطة الطاقة في ظل الظروف الحاليةيُعرف هذا باسم تتبع نقطة الطاقة القصوى أو MPPT للاختصار.
ما هو شاحن MPPT بالضبط؟
تختلف جهدات التشغيل المثالية للألواح الشمسية والبطاريات. علاوة على ذلك، تتقلب جهداتها. وحدة تحكم الشحن MPPT هي محول DC-DC يُحسّن كفاءة نظام الطاقة الشمسية. ويتحقق ذلك من خلال تحسين تطابق الجهد بين مجموعة الألواح الشمسية والبطاريات.
على سبيل المثال، لبطارية ١٢ فولت جهد اسمي يختلف باختلاف حالة الشحن، ويتراوح بين أكثر بقليل من ١٠ فولت وأقل بقليل من ١٣ فولت. كما يتراوح الجهد اللازم لشحن بطارية ١٢ فولت بين ١٣.٥ و١٤.٥ فولت، حسب مرحلة الشحن.
من ناحية أخرى، يتغير جهد الخرج المثالي للوح الشمسي بناءً على درجة حرارة اللوح، والوقت من اليوم، وحالة الغيوم، وغيرها من العوامل الخارجية. على سبيل المثال، قد يكون جهد التشغيل الأمثل للوحة شمسية بقدرة 250 واط 32 فولت في ظل ظروف مثالية. إذا ارتفعت درجة حرارة اللوح في الشمس أو في يوم دافئ، فقد ينخفض الجهد الأمثل إلى 26 فولت.
لمراعاة انخفاض الجهد في اللوحة وزيادة جهد شحن البطارية اللازم، يجب أن يكون جهد اللوحة المُصنّف أكبر من جهد البطارية. يُهدر هذا الفارق في الجهد قدرًا كبيرًا من الكهرباء في حالة عدم وجود وحدة تحكم شحن MPPT.
اقرأ أيضا: ما هو وحدة التحكم في الشحن PWM؟
كيف تعمل MPPT؟
بالمقارنة مع تقنيات مُتحكم التحويلة وتعديل عرض النبضة (PWM)، يُعد تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) تقنية تحويل تيار مستمر-تيار مستمر أكثر كفاءة. فلنرَ كيف يعمل MPPT.
إن استخدام وحدة تحكم شحن غير MPPT يعادل ربط البطارية مباشرة بوحدة الطاقة الشمسية. يمكن لوحدة تحكم الشحن التقليدية شحن بطارية بالجهد الذي تحدده البطارية. البطارية المشحونة بالكامل لها جهد أعلى من البطارية المستنفدة، بطبيعتها. ونتيجة لذلك، تكون الطاقة المستهلكة من البطارية الفارغة عادةً أقل من تلك المستهلكة من البطارية الممتلئة.
السؤال الذي يطرح نفسه عندما نلاحظ انخفاضًا في الطاقة لا نستخدمها مع نفاد طاقة بطارياتنا. ماذا حدث لطاقتي؟ يستخدم MPPT طاقة الوحدة بأكملها عن طريق التحكم في جهد حالة شحن البطارية. يحافظ جهاز التحكم في الشحن على الجهد والتيار عند المستويات المثلى، مما يسمح للوحدات بإنتاج أكبر قدر من العصير.
لنفترض أننا نستخدم لوحة شمسية بجهد 18.3 فولت وجهد 11.48 أمبير (11.48 أمبير × 18.3 فولت = حوالي 210 واط). بشكل عام، قد تحتوي بطارية 12 فولت فارغة على 12.2 فولت. نتيجةً لذلك، سيتم شحن البطارية عند 11.48 أمبير × 12.2 فولت = 140 واط. وهذا أقل بكثير من أعلى قدرة ممكنة للوحدة (210 واط).
وحدة تحكم شحن MPPT يرفع الجهد والتيار في هذا السيناريو، يشحن جهاز التحكم في شحن MPPT البطارية بجهد يقارب 18.3 فولت و11.48 أمبير مع الاستفادة القصوى من طاقة الألواح الشمسية. وأخيرًا، لا علاقة لتقنية تتبع نقطة الطاقة القصوى بتتبع الشمس، بل هي مجرد ميزة للتحكم في شاحن البطارية. بعد ذلك، دعونا نستكشف أنواع MPPT المختلفة.
اقرأ أيضا: كيف يعمل العاكس الهجين؟
ما هي أنواع MPPT المختلفة؟
تُستخدم تقنيات تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) في أنظمة الطاقة الكهروضوئية (PV) لزيادة طاقة خرج مصفوفة الطاقة الكهروضوئية باستمرار، والتي تُحددها الإشعاعات الشمسية ودرجة حرارة الخلية. تُصنف أنواع MPPT بشكل عام إلى: نوعين:الطرق التقليدية مثل طريقة الاضطراب والملاحظة (P&O) وطريقة الموصلية المتزايدة (IncCond)، والطرق المتقدمة مثل طريقة MPPT القائمة على المنطق الضبابي (FL).
1. MPPT التقليدية
طُرحت طرق MPPT التقليدية منذ زمن طويل، ولذلك تحظى بشعبية كبيرة. ومن أهم فوائدها: البساطة والسهولة التنفيذ. لا تستطيع هذه الخوارزميات تتبع سوى MPP واحد تحت إضاءة موحدة.
إن الطرق التقليدية واضحة، ولكنها لا تستطيع التمييز بين القمم المحلية والعالمية عندما يحدث التظليل الجزئي، وبالتالي فإن كفاءتها محدودة.
أ. الاضطراب والملاحظة (P&O): خوارزمية الاضطراب والمراقبة هي أحد أشكال الخوارزمية التقليدية التي تحد من مساحة البحث الخاصة بالخوارزمية، مما يقلل من التعقيد ويعزز الأداء في ظل ظروف الطقس المتجانسة والمتغيرة.
ب. طريقة التوصيل (IncCond): تعتمد تقنية التوصيل التزايدي على افتراض أن ميل منحنى طاقة مصفوفة الخلايا الكهروضوئية يساوي صفرًا عند نقطة الطور القصوى، مما ينتج عنه، مع. وبما أن نقطة الطور القصوى يمكن تتبعها بمقارنة التوصيل اللحظي بالتوصيل التزايدي.
اقرأ أيضا: 5 أنواع مختلفة من هياكل تركيب الطاقة الشمسية
2. MPPT المتقدم
تُعرف هذه الأساليب غالبًا باسم الحوسبة الناعمة، أو المستوحاة من علم الأحياء (BI)، أو الذكاء الاصطناعي (AI). وهي متطور نسبيًاومع ذلك فإنها تتفوق على الطرق القياسية من حيث تتبع الأداء.
نظراً لكفاءتها المتزايدة، تُستخدم تقنيات التتبع المتقدمة بكثرة. وبينما تنطوي الطرق التقليدية والمتقدمة على قيود، تجد الطرق الهجينة وسيلةً للتغلب على هذه القيود.
أ. MPPT القائم على المنطق الضبابي: طُوِّرَت وحدة التحكم لتعزيز جهد وحدة الطاقة الكهروضوئية. مع تغير الجهد والتيار عبر لوحة الطاقة الكهروضوئية، استخدمت التقنية المقترحة نظام تحكم قائم على المنطق الضبابي (FLC) لبدء أمر التحكم في مُحوِّل خفض الجهد وتعزيزه.
تكتسب وحدات تحكم تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) شعبية متزايدة كعنصر أساسي في تحسين أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تستخدم هذه الوحدات خوارزميات متنوعة، وتختلف كفاءتها وأدائها وحداثتها وتعقيدها وسرعة تتبعها. وقد شهدت وحدات تحكم MPPT تطورًا سريعًا، ويمكن تصنيفها عمومًا كتقنيات تقليدية أو متقدمة. لا يزال اختيار أفضل نهج MPPT قيد التطوير. بعد ذلك، دعونا نتعرف على مزايا MPPT.
انظر أيضا: 3 أنواع رائدة من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
ما هي مزايا MPPT؟
مزايا MPPT هي كما يلي:
1. تستخدم شواحن MPPT في الواقع كل ما يقرب من الطاقة المتاحة. بمعنى آخر، سيتم أخذ كل الطاقة المتوفرة من الوحدة وتكييف الجهد والتيار إلى جهد البطارية المناسب.
2. يمكن للعديد من وحدات التحكم في الشحن MPPT أن تتحمل جهدًا أكبر بكثير من البطارية.
3. من خلال توصيل العديد من الوحدات على التوالي، يمكنك زيادة الجهد مع الحفاظ على ثابت التيار.
4. ضع في اعتبارك أن شواحن MPPT لها حد أقصى العاصمة المدخلات الجهدالحل الأكثر تقدمًا وبالتالي الأكثر تكلفة هو وحدة التحكم في الشحن MPPT.
5. ومع ذلك، فهو يوفر لك المال على الأسلاك والوحدات والرفوف.
اقرأ أيضا: 5 مزايا رئيسية لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية
ما هي عيوب MPPT؟
عيوب MPPT هي كما يلي:
1. إن عيب نظام تتبع نقطة الطاقة القصوى أو MPPT هو أنه التكلفة العالية. عادةً ما يكلف هذا النظام أكثر من نظام التحكم في الشحن القياسي غير المتتبع نظرًا لأن وحدة التحكم MPPT تتطلب مكونات كهربائية أكثر تعقيدًا.
2. يجب وضع وحدة التحكم MPPT بين اللوحة الشمسية والبطاريات، وسوف يتطلب النظام المزيد من الأسلاك.
3. هناك عيب آخر لأخذ هذا في الاعتبار وهو تعقيد. يتطلب تثبيت وتكوين وحدة تحكم MPPT خبرة فنية أكبر من وحدة تحكم الشحن التقليدية، مما قد يؤدي إلى زيادة تكاليف التثبيت.
4. قد يكون من الصعب تشخيص نظام MPPT في حالة ظهور مشاكل.
5. قد يكون نظام MPPT منع شحن البطاريات تمامًا. وذلك لأن وحدة التحكم MPPT تسمح عادةً بشحن البطاريات حتى 80%-90% فقط، مما يعني أن مجموعة الخلايا الكهروضوئية سيتم تشغيل المحطة بالقرب من نقطة ذروة الطاقة (PPP)، ولكن ليس بالضرورة عندها.
هل تستحق وحدات التحكم في شحن الطاقة الشمسية MPPT الاستثمار؟
وحدات تحكم شحن MPPT أغلى من وحدات تحكم PWM. في الأنظمة الصغيرة والبسيطة، قد لا تستحق التكلفة الإضافية لتحديث وحدة التحكم هذه العناء. مع ذلك، في الأنظمة الأكبر حجمًا أو في المناطق ذات الأحوال الجوية العاتية، تم الحصول على قوة وكفاءة أكبر من المرجح أن يؤدي استخدام وحدة تحكم MPPT إلى تعويض التكلفة الإضافية لوحدة التحكم.
لا أحد يستمتع بإهدار الطاقة. تتيح لك وحدات التحكم في الشحن MPPT الاستفادة القصوى من ألواحك الشمسية دون القلق بشأن تقلبات الطقس أو التأكد من أن حجم ألواحك الشمسية يتناسب مع جهد البطارية.
