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 explicarmos como os controladores de carga MPPT funcionam, é importante entender a origem do seu nome. A tensão do ponto de máxima potência (MPPT) é a tensão na qual um painel solar produz a maior potência. Essa tensão varia dependendo do ambiente e da hora do dia.
Os controladores de carga MPPT recebem esse nome porque monitoram o painel solar e calculam a tensão do ponto de máxima potência sob as condições de corrente . Isso é conhecido como rastreamento do ponto de máxima potência ou MPPT, abreviadamente.
O que exatamente é um carregador MPPT?
As tensões de operação ideais dos painéis solares e das baterias são diferentes. Além disso, suas tensões flutuam. Um controlador de carga MPPT é um conversor CC-CC que melhora a eficiência de um sistema solar. Isso é conseguido otimizando a correspondência de tensão 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.
Leia também: O que é um controlador de carga PWM?
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.
Utilizar um controlador de carga que não seja MPPT equivale a conectar a bateria diretamente ao módulo solar. Um controlador de carga convencional pode carregar uma bateria na tensão especificada por ela. Uma bateria totalmente carregada tem, por definição, uma tensão mais alta do que uma bateria descarregada. Consequentemente, a energia consumida por uma bateria descarregada geralmente é menor do que a consumida por uma bateria totalmente carregada.
A questão surge quando observamos uma perda de energia que não estamos utilizando enquanto nossas baterias estão descarregando. O que aconteceu com a minha energia? O MPPT aproveita toda a energia do módulo controlando a tensão do estado de carga da bateria . O controlador de carga mantém a tensão e a corrente em níveis ideais, permitindo que os módulos produzam a maior quantidade de energia possível.
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 eleva a tensão e a corrente do sistema o mais próximo possível da curva IV do módulo. Nesse cenário, o controlador de carga MPPT carrega a bateria a aproximadamente 18.3 V e 11.48 A, utilizando a potência máxima do painel solar. Por fim, a tecnologia de Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT) não tem relação com o rastreamento solar. O MPPT é simplesmente um recurso de controle do carregador de bateria. A seguir, vamos explorar os diferentes tipos de MPPT.
Leia também: Como funciona um inversor híbrido?
Quais são os vários tipos de MPPT?
As tecnologias de Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT, na sigla em inglês) são utilizadas em sistemas fotovoltaicos (FV) para maximizar continuamente a potência de saída do arranjo FV, que é determinada pela radiação solar e pela temperatura das células. 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 desses métodos são a simplicidade e a facilidade de implementação. Esses algoritmos só conseguem 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 Perturbar e Observar é uma variação do algoritmo tradicional que limita o espaço de busca do algoritmo, reduzindo a complexidade e melhorando o desempenho em condições climáticas uniformes e variáveis.
b. Método da condutância (IncCond): A técnica da condutância incremental baseia-se na premissa de que a inclinação da curva de potência do arranjo fotovoltaico é zero no MPP (Ponto de Máxima Potência), resultando em, com. Dado que o MPP pode ser acompanhado comparando a condutância instantânea com a condutância incremental.
Leia também: 5 tipos diferentes de estruturas de montagem solar
2. MPPT avançado
Essas abordagens são frequentemente conhecidas como computação flexível, bioinspirada (BI) ou inteligência artificial (IA). Elas são relativamente sofisticadas , mas 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 foi desenvolvido para otimizar a tensão do módulo fotovoltaico. À medida que a tensão e a corrente no painel fotovoltaico variam, a técnica proposta utiliza um controlador baseado em lógica fuzzy (FLC) para enviar o comando de controle ao 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.
Veja também: 3 principais tipos de sistemas fotovoltaicos
Quais são as vantagens do MPPT?
As vantagens do MPPT são as seguintes:
1. Os carregadores MPPT utilizam praticamente toda a potência disponível . Em outras palavras, eles aproveitam toda a potência disponível de um módulo e ajustam a tensão e a amperagem para a tensão adequada da bateria.
2. Vários controladores de carga MPPT podem tolerar tensões muito maiores do que a bateria.
3. Conectando vários módulos em série, você pode aumentar a tensão mantendo a corrente constante.
4. Lembre-se de que os carregadores MPPT têm uma tensão máxima de entrada CC . 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.
Leia também: 5 grandes vantagens da iluminação pública solar
Quais são as desvantagens do MPPT?
As desvantagens do MPPT são as seguintes:
1. A principal desvantagem do Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT) é o seu alto custo . Um sistema desse tipo normalmente custa mais do que um controlador de carga padrão, sem rastreamento, já que o controlador MPPT requer componentes elétricos mais complexos.
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 a complexidade . A instalação e configuração de 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 impedir que as baterias carreguem completamente. Isso ocorre porque o controlador MPPT normalmente permite que as baterias carreguem apenas até 80%-90%, o que implica que o conjunto fotovoltaico estará operando próximo, mas não necessariamente no, seu ponto de potência máxima (PPP).
Os controladores de carga solar MPPT valem o investimento?
Controladores de carga MPPT custam mais do que controladores PWM. Em sistemas pequenos e simples, o custo adicional de atualização do controlador pode não compensar. No entanto, em sistemas maiores ou em locais com condições climáticas adversas, a maior potência e eficiência obtidas com o uso de um controlador MPPT provavelmente compensarão 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.
Recomendado: Componentes para sistema solar conectado à rede
