Em qualquer sistema alimentado por energia solar, um controlador de carga solar é muito importante. Esses controladores regulam a voltagem e a corrente que vêm do painel solar para a bateria. Isso evita que a bateria sobrecarregue. Existem principalmente 4 tipos básicos de controladores de carga solar. Vamos discutir o que é o controlador de carga MPPT e como ele funciona.
O que é o controlador de carga MPPT?
A função mais básica de um sistema de energia solar é que os painéis solares coletam energia do sol e a armazenam em baterias para uso posterior. Você não pode, no entanto, simplesmente conectar seus painéis solares às suas baterias e esperar que elas carreguem. Para obter o máximo de seus painéis solares, você precisará de um controlador de carga para carregue suas baterias com eficiência. O controlador de carga de rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT) é o tipo mais eficiente de controlador de carga. Vamos discutir em detalhes o que é controlador de carga MPPT.
O que é o Rastreamento de Ponto de Potência Máxima?
Antes de entrarmos em como os controladores de carga MPPT funcionam, é importante entender como eles receberam esse nome. A tensão máxima do ponto de potência é a tensão na qual um painel solar produz a maior potência. A tensão máxima do ponto de energia muda dependendo do ambiente e da hora do dia.
MPPT controladores de carga derivam seu nome pelo fato de que eles monitoram o painel solar e calculam a tensão máxima do ponto de potência sob as condições atuais. Isso é conhecido como rastreamento de ponto de potência máxima ou MPPT para abreviar.
O que exatamente é um carregador MPPT?
As tensões operacionais ideais de painéis solares e baterias diferem. Além disso, suas tensões flutuam. Um controlador de carga MPPT é um conversor DC-DC que melhora a eficiência de um sistema solar. Isso é feito melhorando a correspondência de voltagem entre o conjunto de painéis solares e as baterias.
Uma bateria de 12 volts, por exemplo, tem uma voltagem nominal que varia dependendo do estado de carga entre um pouco mais de 10 volts e pouco menos de 13 volts. Além disso, a voltagem necessária para carregar uma bateria de 12 volts varia entre 13.5 e 14.5 volts dependendo da fase de carga.
A voltagem de saída ideal de um painel solar, por outro lado, muda com base na temperatura do painel, hora do dia, nebulosidade e outros parâmetros externos. Um painel solar de 250 watts, por exemplo, pode ter uma voltagem de trabalho ótima de 32 volts em condições perfeitas. Se o painel esquentar no sol ou em um dia quente, a voltagem ótima pode diminuir para até 26 volts.
Para compensar essas reduções de tensão no painel e o aumento da tensão de carga da bateria necessária, a tensão nominal do painel deve ser maior que a tensão da bateria. Esse diferencial de tensão desperdiça muita eletricidade na ausência de um controlador de carga MPPT.
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Como funciona o MPPT?
Quando comparado às tecnologias de controlador de derivação e modulação por largura de pulso (PWM), o rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT) é uma técnica de conversor DC-DC mais eficiente. Então, vamos ver como o MPPT funciona.
Usar um controlador de carga não MPPT é equivalente a conectando diretamente a bateria ao módulo solar. Um controlador de carga convencional pode carregar uma bateria na voltagem especificada pela bateria. Uma bateria totalmente carregada tem uma voltagem maior do que uma bateria descarregada por definição. Como resultado, a energia consumida por uma bateria vazia é geralmente menor do que a consumida por uma bateria cheia.
A questão surge quando observamos uma perda de energia que não estamos utilizando enquanto nossas baterias estão fracas. O que aconteceu com minha energia? O MPPT utiliza toda a energia do módulo controlando a voltagem do estado de carga da bateria. O controlador de carga mantém a tensão e corrente em níveis ótimos, permitindo que os módulos produzam mais energia.
Suponha que estamos utilizando um painel solar com um Vmp de 18.3 volts e um Imp de 11.48 amps. (11.48A x 18.3V = ~210 watts) Em geral, uma bateria vazia de 12V pode ter 12.2 volts. Como resultado, a bateria seria carregada a 11.48A x 12.2V = 140 Watts. Isso é muito menos do que a maior potência possível do módulo (210 watts).
Um controlador de carga MPPT aumenta a voltagem e a corrente do sistema o mais próximo possível da curva IV do módulo. Neste cenário, o controlador de carga MPPT carrega a bateria a quase 18.3 V e 11.48 A enquanto utiliza a quantidade máxima de energia do painel solar. Finalmente, a tecnologia Maximum Power Point Tracking não tem nada a ver com o rastreamento solar. O MPPT é meramente um recurso de controle do carregador de bateria. Depois disso, vamos explorar vários tipos de MPPT.
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Quais são os vários tipos de MPPT?
As tecnologias de rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT) são usadas em sistemas fotovoltaicos (PV) para maximizar continuamente a potência de saída do conjunto PV, que é determinada pela radiação solar e pela temperatura da célula. Os tipos de MPPT são amplamente agrupados em dois tipos: métodos convencionais, como o método de Perturbação e Observação (P&O) e o método de Condutância Incremental (IncCond), e métodos avançados, como o método MPPT baseado em lógica fuzzy (FL).
1. MPPT convencional
Os métodos MPPT convencionais foram propostos há muito tempo e, portanto, são bastante populares. Os principais benefícios destes são seus simplicidade e facilidade de implementação. Esses algoritmos só podem rastrear um único MPP sob iluminação uniforme.
As abordagens tradicionais são diretas, mas não conseguem distinguir entre picos locais e globais quando ocorre sombreamento parcial, portanto sua eficiência é limitada.
a. Perturbação e Observação (P&O): O algoritmo Perturb and Observe é uma variação do algoritmo tradicional que limita o espaço de busca do algoritmo, reduzindo a complexidade e melhorando o desempenho em circunstâncias climáticas uniformes e variáveis.
b. Método de condutância (IncCond): A técnica de condutância incremental é baseada na suposição de que a inclinação da curva de potência do conjunto PV é zero no MPP, resultando em, com. Dado que o MPP pode ser seguido comparando a condutância instantânea com a condutância incremental.
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2. MPPT avançado
Essas abordagens são frequentemente conhecidas como computação suave, bioinspirada (BI) ou inteligência artificial (IA). Elas são relativamente sofisticado, mas eles superam os métodos padrão em termos de desempenho de rastreamento.
Devido à sua eficiência aumentada, tecnologias avançadas de rastreamento são frequentemente usadas. Enquanto métodos convencionais e avançados têm limitações, métodos híbridos descobrem um meio de superar essas restrições.
a. MPPT baseado em lógica fuzzy: O controlador é desenvolvido para aumentar a voltagem do módulo PV. Conforme a voltagem e a corrente no painel PV mudavam, a técnica proposta usava controle baseado em lógica fuzzy (FLC) para iniciar o comando de controle para o conversor buck-boost de saída.
Os controladores de Maximum Power Point Tracking (MPPT) estão ganhando popularidade como um tópico essencial de melhoria do sistema PV. Esses controladores usam vários algoritmos, e sua eficiência, desempenho, modernismo, complexidade e velocidade de rastreamento variam. Os controladores MPPT melhoraram rapidamente e podem ser amplamente classificados como técnicas convencionais ou avançadas. Escolher a melhor abordagem MPPT ainda é um trabalho em andamento. Depois disso, vamos aprender sobre as vantagens do MPPT.
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Quais são as vantagens do MPPT?
As vantagens do MPPT são as seguintes:
1. Os carregadores MPPT realmente usam quase todos os energia disponível. Em outras palavras, ele pegará toda a energia disponível de um módulo e condicionará a voltagem e a amperagem à voltagem apropriada da bateria.
2. Vários controladores de carga MPPT podem tolerar tensões muito maiores do que a bateria.
3. Ao conectar vários módulos em série, você pode aumentar a tensão, mantendo a constante atual.
4. Tenha em mente que os carregadores MPPT têm um limite máximo Tensão de entrada DC. A solução mais avançada e, portanto, mais cara é o controlador de carga MPPT.
5. No entanto, você economiza dinheiro em fiação, módulos e racks.
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Quais são as desvantagens do MPPT?
As desvantagens do MPPT são as seguintes:
1. A maior desvantagem do Maximum Power Point Tracking ou MPPT é sua alto custo. Esse sistema normalmente custará mais do que um sistema controlador de carga padrão sem rastreamento, pois o controlador MPPT requer componentes elétricos mais complicados.
2. O controlador MPPT deve ser colocado entre o painel solar e as baterias, o sistema necessitará de mais fiação.
3. Outra desvantagem de levar isso em consideração é complexidade. Instalar e configurar um controlador MPPT exige mais conhecimento técnico do que um controlador de carga típico, o que pode aumentar os custos de instalação.
4. O sistema MPPT pode ser difícil de diagnosticar se surgirem problemas.
5. Um sistema MPPT pode evitar que as baterias carreguem completamente. Isso ocorre porque o controlador MPPT normalmente só permite que as baterias carreguem até 80%-90%, o que implica que o conjunto fotovoltaico estará operando próximo, mas não necessariamente em, seu ponto de pico de potência (PPP).
Os controladores de carga solar MPPT valem o investimento?
Os controladores de carga MPPT custam mais do que os controladores PWM. Com sistemas pequenos e simples, a despesa adicional de atualizar seu controlador pode não valer a pena. No entanto, em sistemas maiores ou em locais com clima inclemente, o maior potência e eficiência obtidas usar um controlador MPPT provavelmente compensará mais do que o custo adicional do controlador.
Ninguém gosta de desperdiçar energia. Os controladores de carga MPPT permitem que você aproveite ao máximo seus painéis solares sem ter que se preocupar com mudanças nas condições climáticas ou garantir que seus painéis solares estejam corretamente dimensionados para a voltagem da bateria.
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