W każdym systemie zasilanym energią słoneczną regulator ładowania słonecznego jest bardzo ważny. Te regulatory regulują napięcie i prąd płynące z panelu słonecznego do akumulatora. Zapobiega to przeładowaniu akumulatora. Istnieją głównie 4 podstawowe typy regulatorów ładowania słonecznego. Omówmy, czym jest regulator ładowania MPPT i jak działa.
Czym jest kontroler ładowania MPPT?
Najbardziej podstawową funkcją systemu zasilania słonecznego jest gromadzenie energii słonecznej przez panele słoneczne i przechowywanie jej w bateriach do późniejszego wykorzystania. Nie możesz jednak po prostu podłączyć paneli słonecznych do baterii i oczekiwać, że się naładują. Aby w pełni wykorzystać możliwości paneli słonecznych, będziesz potrzebować regulatora ładowania, aby skutecznie ładuj swoje baterie. Kontroler ładowania MPPT (Maximum Power Point Tracking) jest najefektywniejszym rodzajem kontrolera ładowania. Omówmy szczegółowo, czym jest kontroler ładowania MPPT.
Czym jest śledzenie punktu maksymalnej mocy?
Zanim przejdziemy do omówienia działania regulatorów ładowania MPPT, warto zrozumieć, skąd wzięła się ich nazwa. Maksymalne napięcie punktu mocy to napięcie, przy którym panel słoneczny wytwarza największą moc. Napięcie punktu mocy zmienia się w zależności od otoczenia i pory dnia.
Kontrolery ładowania MPPT zawdzięczają swoją nazwę monitorowaniu panelu słonecznego i obliczaniu maksymalnego napięcia punktu mocy w danych warunkach . Jest to znane jako śledzenie maksymalnego punktu mocy, w skrócie MPPT.
Czym właściwie jest ładowarka MPPT?
Idealne napięcia robocze paneli słonecznych i akumulatorów różnią się. Co więcej, ich napięcia ulegają wahaniom. Kontroler ładowania MPPT to przetwornica DC-DC , która poprawia wydajność systemu fotowoltaicznego. Osiąga się to poprzez lepsze dopasowanie napięcia między układem paneli słonecznych a akumulatorami.
Na przykład akumulator 12 V ma napięcie znamionowe, które zmienia się w zależności od stanu naładowania, od nieco ponad 10 V do nieco poniżej 13 V. Ponadto napięcie wymagane do naładowania akumulatora 12 V waha się od 13.5 do 14.5 V w zależności od fazy ładowania.
Z drugiej strony idealne napięcie wyjściowe panelu słonecznego zmienia się w zależności od temperatury panelu, pory dnia, zachmurzenia i innych parametrów zewnętrznych. Na przykład 250-watowy panel słoneczny może mieć optymalne napięcie robocze 32 woltów w idealnych warunkach. Jeśli panel nagrzeje się na słońcu lub w ciepły dzień, optymalne napięcie może spaść nawet do 26 woltów.
Aby uwzględnić te redukcje napięcia w panelu i zwiększone napięcie ładowania akumulatora, znamionowe napięcie panelu musi być większe niż napięcie akumulatora. Ta różnica napięć marnuje dużo energii elektrycznej w przypadku braku kontrolera ładowania MPPT.
Przeczytaj także: Czym jest kontroler ładowania PWM?
Jak działa MPPT?
W porównaniu do technologii sterownika bocznikowego i modulacji szerokości impulsu (PWM), śledzenie punktu maksymalnej mocy (MPPT) jest bardziej wydajną techniką konwertera DC-DC. Zobaczmy więc, jak działa MPPT.
Użycie kontrolera ładowania bez MPPT jest równoważne bezpośredniemu podłączeniu akumulatora do modułu fotowoltaicznego. Konwencjonalny kontroler ładowania może ładować akumulator do napięcia określonego przez akumulator. Z definicji w pełni naładowany akumulator ma wyższe napięcie niż akumulator rozładowany. W rezultacie, moc pobierana przez rozładowany akumulator jest zazwyczaj mniejsza niż przez akumulator naładowany.
Pytanie pojawia się, gdy obserwujemy stratę mocy, której nie wykorzystujemy, podczas gdy nasze akumulatory są rozładowane. Co się stało z moją mocą? MPPT wykorzystuje całą moc modułu, kontrolując napięcie ładowania akumulatora . Kontroler ładowania utrzymuje napięcie i prąd na optymalnym poziomie, umożliwiając modułom generowanie maksymalnej mocy.
Załóżmy, że wykorzystujemy panel słoneczny o Vmp 18.3 V i Imp 11.48 A. (11.48 A x 18.3 V = ~210 W). Zasadniczo, pusty akumulator 12 V może mieć 12.2 V. W rezultacie akumulator będzie ładowany przy 11.48 A x 12.2 V = 140 W. Jest to znacznie mniej niż maksymalna możliwa moc modułu (210 W).
Kontroler ładowania MPPT podnosi napięcie i prąd systemu do wartości jak najbardziej zbliżonych do krzywej IV modułu. W tym scenariuszu kontroler ładowania MPPT ładuje akumulator napięciem bliskim 18.3 V i 11.48 A, wykorzystując jednocześnie maksymalną moc paneli słonecznych. Technologia śledzenia punktu maksymalnej mocy (Maximum Power Point Tracking) nie ma nic wspólnego ze śledzeniem słońca. MPPT to jedynie funkcja sterowania ładowaniem akumulatora. Przyjrzyjmy się teraz różnym typom MPPT.
Przeczytaj także: Jak działa falownik hybrydowy?
Jakie są różne typy MPPT?
Technologie śledzenia punktu maksymalnej mocy (MPPT) są wykorzystywane w systemach fotowoltaicznych (PV) w celu ciągłej maksymalizacji mocy wyjściowej paneli fotowoltaicznych, która jest determinowana przez promieniowanie słoneczne i temperaturę ogniw. Typy MPPT można ogólnie podzielić na dwie grupy : metody konwencjonalne, takie jak metoda zaburzeń i obserwacji (P&O) oraz metoda inkrementalnej przewodności (IncCond), oraz metody zaawansowane, takie jak metoda MPPT oparta na logice rozmytej (FL).
1. Konwencjonalny MPPT
Konwencjonalne metody MPPT zostały zaproponowane dawno temu i dlatego cieszą się dużą popularnością. Ich głównymi zaletami są prostota i łatwość wdrożenia. Algorytmy te mogą śledzić tylko jeden MPPT przy równomiernym oświetleniu.
Tradycyjne podejścia są proste, jednak nie potrafią odróżnić szczytów lokalnych od globalnych w przypadku występowania częściowego zacienienia, stąd ich skuteczność jest ograniczona.
a. Zaburzenie i obserwacja (P&O): Algorytm zaburzeń i obserwacji jest odmianą tradycyjnego algorytmu, która ogranicza przestrzeń poszukiwań algorytmu, obniżając złożoność i zwiększając wydajność w przypadku jednorodnych i zmiennych warunków pogodowych.
b. Metoda przewodnictwa (IncCond): Technika przewodnictwa przyrostowego opiera się na założeniu, że nachylenie krzywej mocy panelu fotowoltaicznego wynosi zero w punkcie MPP, co skutkuje, przy czym MPP można śledzić, porównując przewodnictwo chwilowe z przewodnictwem przyrostowym.
Przeczytaj także: 5 różnych typów konstrukcji montażowych do paneli słonecznych
2. Zaawansowany MPPT
Podejścia te są często określane jako obliczenia miękkie, bioinspirowane (BI) lub sztuczna inteligencja (AI). Są stosunkowo zaawansowane , ale przewyższają standardowe metody pod względem śledzenia wydajności.
Ze względu na zwiększoną wydajność często stosuje się zaawansowane technologie śledzenia. Podczas gdy konwencjonalne i zaawansowane metody mają ograniczenia, hybrydowe metody odkrywają sposób na pokonanie tych ograniczeń.
a. MPPT oparty na logice rozmytej: Kontroler został opracowany w celu zwiększenia napięcia modułu fotowoltaicznego. Wraz ze zmianą napięcia i prądu w panelu fotowoltaicznym, proponowana technika wykorzystywała sterowanie oparte na logice rozmytej (FLC) do inicjowania polecenia sterującego do wyjściowego przetwornicy buck-boost.
Kontrolery Maximum Power Point Tracking (MPPT) zyskują popularność jako istotny temat udoskonalania systemów PV. Kontrolery te wykorzystują różne algorytmy, a ich wydajność, wydajność, nowoczesność, złożoność i prędkość śledzenia są różne. Kontrolery MPPT szybko się rozwijają i można je ogólnie klasyfikować jako techniki konwencjonalne lub zaawansowane. Wybór najlepszego podejścia MPPT jest nadal w toku. Następnie poznajmy zalety MPPT.
Zobacz także: 3 główne typy systemów fotowoltaicznych
Jakie są zalety MPPT?
Zalety MPPT są następujące:
1. Ładowarki MPPT w rzeczywistości wykorzystują niemal całą dostępną moc . Innymi słowy, pobierają całą dostępną moc z modułu i dostosowują napięcie i natężenie do odpowiedniego napięcia akumulatora.
2. Niektóre regulatory ładowania MPPT mogą tolerować znacznie wyższe napięcia niż akumulator.
3. Łącząc szeregowo wiele modułów, można zwiększyć napięcie, utrzymując jednocześnie stały prąd.
4. Należy pamiętać, że ładowarki MPPT mają maksymalne napięcie wejściowe DC . Najbardziej zaawansowanym, a co za tym idzie, najdroższym rozwiązaniem jest kontroler ładowania MPPT.
5. Mimo wszystko pozwala zaoszczędzić pieniądze na okablowaniu, modułach i stelażach.
Przeczytaj także: 5 głównych zalet oświetlenia ulicznego zasilanego energią słoneczną
Jakie są wady MPPT?
Wady MPPT są następujące:
1. Największą wadą śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT) jest jego wysoki koszt . Taki system zazwyczaj kosztuje więcej niż standardowy kontroler ładowania bez śledzenia, ponieważ kontroler MPPT wymaga bardziej skomplikowanych komponentów elektrycznych.
2. Kontroler MPPT należy umieścić pomiędzy panelem słonecznym a akumulatorami, gdyż system będzie wymagał większej ilości okablowania.
3. Kolejną wadą uwzględnienia tego jest złożoność . Instalacja i konfiguracja kontrolera MPPT wymaga większej wiedzy technicznej niż w przypadku typowego kontrolera ładowania, co może zwiększyć koszty instalacji.
4. W przypadku wystąpienia problemów z diagnostyką układu MPPT mogą wystąpić trudności.
5. System MPPT może uniemożliwić całkowite naładowanie akumulatorów . Dzieje się tak, ponieważ kontroler MPPT zazwyczaj pozwala na naładowanie akumulatorów tylko do 80%-90%, co oznacza, że panel fotowoltaiczny będzie pracował w pobliżu, ale niekoniecznie w punkcie mocy szczytowej (PPP).
Czy regulatory ładowania MPPT Solar są warte inwestycji?
Kontrolery ładowania MPPT są droższe niż kontrolery PWM. W przypadku małych, prostych systemów, dodatkowy koszt modernizacji kontrolera może nie być opłacalny. Jednak w większych systemach lub w miejscach o niekorzystnych warunkach pogodowych, większa moc i wydajność uzyskana dzięki zastosowaniu kontrolera MPPT prawdopodobnie z nawiązką zrekompensuje dodatkowy koszt.
Nikt nie lubi marnować energii. Kontrolery ładowania MPPT pozwalają w pełni wykorzystać panele słoneczne bez obaw o zmieniające się warunki pogodowe lub upewnienia się, że panele słoneczne są prawidłowo dopasowane do napięcia akumulatora.
Polecane: Komponenty systemu solarnego podłączonego do sieci
