In qualsiasi sistema alimentato a energia solare, un regolatore di carica solare è molto importante. Questi regolatori regolano la tensione e la corrente che provengono dal pannello solare alla batteria. Ciò salva la batteria dal sovraccarico. Esistono principalmente 4 tipi base di regolatori di carica solare. Discutiamo di cosa è il regolatore di carica MPPT e come funziona.
Che cosa è il regolatore di carica MPPT?
La funzione più basilare di un sistema di energia solare è quella dei pannelli solari che raccolgono l'energia dal sole e la immagazzinano in batterie per un uso successivo. Tuttavia, non puoi semplicemente collegare i pannelli solari alle batterie e aspettarti che si carichino. Per ottenere il massimo dai tuoi pannelli solari, avrai bisogno di un regolatore di carica per carica in modo efficiente le tue batterie. Il regolatore di carica con inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) è il tipo più efficiente di regolatore di carica. Discutiamo in dettaglio cos'è il regolatore di carica MPPT.
Che cos'è il Maximum Power Point Tracking?
Prima di addentrarci nel funzionamento dei regolatori di carica MPPT, è importante capire l'origine del loro nome. La tensione del punto di massima potenza (MPPT) è la tensione alla quale un pannello solare produce la massima potenza. La tensione del punto di massima potenza varia a seconda delle condizioni ambientali e dell'ora del giorno.
I regolatori di carica MPPT prendono il nome dal fatto che monitorano il pannello solare e calcolano la tensione del punto di massima potenza in base alle condizioni attuali . Questo processo è noto come inseguimento del punto di massima potenza, o MPPT in breve.
Cos'è esattamente un caricabatterie MPPT?
Le tensioni operative ideali dei pannelli solari e delle batterie sono diverse. Inoltre, le loro tensioni sono soggette a fluttuazioni. Un regolatore di carica MPPT è un convertitore DC-DC che migliora l'efficienza di un impianto solare. Ciò si ottiene ottimizzando l'adattamento di tensione tra l'array di pannelli solari e le batterie.
Una batteria da 12 volt, ad esempio, ha una tensione nominale che varia a seconda dello stato di carica tra poco più di 10 volt e poco meno di 13 volt. Inoltre, la tensione richiesta per caricare una batteria da 12 volt varia tra 13.5 e 14.5 volt a seconda della fase di carica.
La tensione di uscita ideale di un pannello solare, d'altro canto, cambia in base alla temperatura del pannello, all'ora del giorno, alla nuvolosità e ad altri parametri esterni. Un pannello solare da 250 watt, ad esempio, può avere una tensione di lavoro ottimale di 32 volt in condizioni perfette. Se il pannello si riscalda al sole o in una giornata calda, la tensione ottimale può scendere fino a 26 volt.
Per tenere conto di queste riduzioni di tensione nel pannello e dell'aumentata tensione di carica della batteria necessaria, la tensione nominale del pannello deve essere maggiore della tensione della batteria. Questa differenza di tensione spreca molta elettricità in assenza di un regolatore di carica MPPT.
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Come funziona l'MPPT?
Rispetto alle tecnologie shunt controller e pulse width modulation (PWM), maximum power point tracking (MPPT) è una tecnica di conversione DC-DC più efficiente. Vediamo quindi come funziona MPPT.
L'utilizzo di un regolatore di carica non MPPT equivale a collegare direttamente la batteria al modulo solare. Un regolatore di carica convenzionale può caricare una batteria alla tensione specificata dalla batteria stessa. Per definizione, una batteria completamente carica ha una tensione superiore a quella di una batteria scarica. Di conseguenza, la potenza assorbita da una batteria scarica è generalmente inferiore a quella assorbita da una batteria carica.
La domanda sorge spontanea quando osserviamo una perdita di potenza che non stiamo sfruttando mentre le nostre batterie sono quasi scariche. Che fine ha fatto la mia energia? Il regolatore MPPT sfrutta tutta la potenza del modulo controllando la tensione dello stato di carica della batteria . Il regolatore di carica mantiene la tensione e la corrente a livelli ottimali, consentendo ai moduli di produrre la massima energia.
Supponiamo di utilizzare un pannello solare con un Vmp di 18.3 volt e un Imp di 11.48 ampere. (11.48 A x 18.3 V = ~210 watt) In generale, una batteria scarica da 12 V può avere 12.2 volt. Di conseguenza, la batteria verrebbe caricata a 11.48 A x 12.2 V = 140 Watt. Ciò è molto inferiore alla massima potenza possibile del modulo (210 watt).
Un regolatore di carica MPPT aumenta la tensione e la corrente del sistema fino a raggiungere valori il più possibile vicini alla curva I-V del modulo. In questo scenario, il regolatore di carica MPPT carica la batteria a circa 18.3 V e 11.48 A, sfruttando al massimo la potenza del pannello solare. Infine, la tecnologia di inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) non ha nulla a che vedere con l'inseguimento solare. L'MPPT è semplicemente una funzione di controllo del caricabatterie. Ora, esploriamo i vari tipi di MPPT.
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Quali sono i vari tipi di MPPT?
Le tecnologie di inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) vengono utilizzate nei sistemi fotovoltaici (FV) per massimizzare continuamente la potenza di uscita dell'array FV, che è determinata dalla radiazione solare e dalla temperatura delle celle. I tipi di MPPT si suddividono in due categorie principali : metodi convenzionali come il metodo di perturbazione e osservazione (P&O) e il metodo di conduttanza incrementale (IncCond), e metodi avanzati come il metodo MPPT basato sulla logica fuzzy (FL).
1. MPPT convenzionale
I metodi MPPT convenzionali sono stati proposti molto tempo fa e sono quindi piuttosto diffusi. I principali vantaggi di questi metodi sono la semplicità e la facilità di implementazione. Tuttavia, questi algoritmi possono tracciare un solo punto di massima potenza (MPP) in condizioni di illuminazione uniforme.
Gli approcci tradizionali sono semplici, ma non riescono a distinguere tra picchi locali e globali quando si verifica un'ombreggiatura parziale, quindi la loro efficienza è limitata.
a. Perturbazione e Osservazione (P&O): L'algoritmo Perturb and Observe è una variante dell'algoritmo tradizionale che limita lo spazio di ricerca, riducendo la complessità e migliorando le prestazioni in condizioni meteorologiche uniformi e variabili.
b. Metodo della conduttanza (IncCond): La tecnica della conduttanza incrementale si basa sul presupposto che la pendenza della curva di potenza dell'array fotovoltaico sia zero al MPP, risultando in, con. Dato che il MPP può essere seguito confrontando la conduttanza istantanea con la conduttanza incrementale.
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2. MPPT avanzato
Questi approcci sono spesso noti come soft computing, bio-ispirati (BI) o intelligenza artificiale (AI). Sono relativamente sofisticati , eppure superano i metodi standard in termini di prestazioni di tracciamento.
Grazie alla loro maggiore efficienza, le tecnologie di tracciamento avanzate vengono spesso utilizzate. Mentre i metodi convenzionali e avanzati hanno delle limitazioni, i metodi ibridi scoprono un modo per superare queste restrizioni.
a. MPPT basato sulla logica fuzzy: Il controllore è sviluppato per migliorare la tensione del modulo fotovoltaico. Al variare della tensione e della corrente ai capi del pannello fotovoltaico, la tecnica proposta utilizza un controllo basato sulla logica fuzzy (FLC) per avviare il comando di controllo al convertitore buck-boost di uscita.
I controller Maximum Power Point Tracking (MPPT) stanno guadagnando popolarità come argomento essenziale per il miglioramento del sistema fotovoltaico. Questi controller utilizzano vari algoritmi e la loro efficienza, prestazioni, modernità, complessità e velocità di tracciamento variano. I controller MPPT sono migliorati rapidamente e possono essere ampiamente classificati come tecniche convenzionali o avanzate. La scelta del miglior approccio MPPT è ancora un work in progress. Dopo questo, impariamo i vantaggi di MPPT.
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Quali sono i vantaggi dell'MPPT?
I vantaggi dell'MPPT sono i seguenti:
1. I caricabatterie MPPT utilizzano praticamente tutta la potenza disponibile . In altre parole, prelevano tutta la potenza disponibile da un modulo e ne regolano la tensione e l'amperaggio in base alla tensione appropriata della batteria.
2. Diversi regolatori di carica MPPT possono tollerare tensioni molto più elevate di quelle della batteria.
3. Collegando numerosi moduli in serie, è possibile aumentare la tensione mantenendo costante la corrente.
4. Tieni presente che i caricabatterie MPPT hanno una tensione di ingresso CC massima . La soluzione più avanzata e quindi più costosa è il regolatore di carica MPPT.
5. Tuttavia, consente di risparmiare denaro su cablaggio, moduli e rack.
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Quali sono gli svantaggi dell'MPPT?
Gli svantaggi dell'MPPT sono i seguenti:
1. Il principale svantaggio del sistema di inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) è il suo costo elevato . Un sistema di questo tipo costa in genere di più rispetto a un sistema di controllo della carica standard senza inseguimento, poiché il controller MPPT richiede componenti elettrici più complessi.
2. Il regolatore MPPT deve essere posizionato tra il pannello solare e le batterie; il sistema richiederà più cavi.
3. Un altro svantaggio nel tenere conto di questo aspetto è la complessità . L'installazione e la configurazione di un regolatore MPPT richiedono maggiori competenze tecniche rispetto a un tipico regolatore di carica, il che potrebbe aumentare i costi di installazione.
4. Il sistema MPPT può essere difficile da diagnosticare in caso di problemi.
5. Un sistema MPPT può impedire la completa ricarica delle batterie . Questo perché il regolatore MPPT normalmente consente alle batterie di caricarsi solo fino all'80%-90%, il che implica che l'impianto fotovoltaico funzionerà vicino, ma non necessariamente al suo punto di massima potenza (PPP).
I regolatori di carica solare MPPT valgono l'investimento?
I regolatori di carica MPPT costano di più rispetto ai regolatori PWM. Nei sistemi piccoli e semplici, la spesa aggiuntiva per l'aggiornamento del regolatore potrebbe non essere giustificata. Tuttavia, nei sistemi più grandi o in luoghi con condizioni meteorologiche avverse, la maggiore potenza ed efficienza ottenute con un regolatore MPPT compenseranno probabilmente ampiamente il costo aggiuntivo del regolatore stesso.
A nessuno piace sprecare energia. I regolatori di carica MPPT ti consentono di ottenere il massimo dai tuoi pannelli solari senza doverti preoccupare delle mutevoli condizioni meteorologiche o di assicurarti che i tuoi pannelli solari siano correttamente dimensionati per la tensione della batteria.
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