Mi az MPPT vezérlő a napelemes töltéshez?

Az MPPT az energiaforrások erőforrásainak felhasználásának egyik módja, legyen az napelem vagy szélgenerátor, de ebben a cikkben kifejezetten a napenergiáról beszélünk. Ennek fő jellemzője az alternatív források hatékonyságának növelése azáltal, hogy egy adott feszültség és áram kiválasztásával meghúzza a maximális energiamennyiséget.

Ezeknek a paramétereknek a megválasztása a forrás áram-feszültség jellemzőinek elemzésére korlátozódik, és meghatározza, hogy a maximális teljesítmény melyik feszültség és áramfogyasztás mellett kerül felhasználásra. Így jelentkezik a rövidítés MPPT - maximális teljesítménypont-követés (a maximális teljesítmény pontjának követése).

Az MPPT vezérlők általános alapelvei

Első pillantásra a kérdésre gondolkodhat: "Nos, használja a lehető legnagyobb feszültséget, így lesz a maximális terhelési áram (az akkumulátor töltése)." Ez logikus, de a valóságban nem az. Ez elsősorban a napelem áramerősség-jellemzőinek tudható be.

Működési (hasznos) módban a napelem (az I - V jellemző vízszintes része) áramforrás, azaz kimeneti áram csak kissé függ a végpontján lévő feszültségtől. A kimeneti feszültség (Uoutc) a csatlakoztatott terhelés ellenállásától függ. Ezt láthatjuk a CVC-n.

A jobb oldalon, ahol a feszültség maximális, az Uхх nyitott áramkör feszültsége látható, amelyet az elem és az azok belső elemének száma korlátoz. Az áram ebben az esetben nulla. És fordítva, a bal oldalon, ahol a feszültség 0-ra esik - Uкз rövidzárlati feszültség, és az áramot az elemek teljesítménye korlátozza.

Ha a napelemes akkumulátor jelenlegi erősségét változatlan értékre vesszük a hasznos területen, akkor a feszültséget a terhelési ellenállás határozza meg, ha végtelen, akkor a szabadjárati üzemmódot (Rн = ∞ out Uoutc = Uр.хх), rövidzárlat mellett megfigyeljük, a terhelési ellenállás nulla lesz, mint a kimeneti feszültség (Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). A maximális teljesítmény a terhelési ellenállás, a feszültség és az áram bizonyos arányán jön létre.

Mit jelent ez az egész? Az elemektől a vezérlőkig továbbadunk!

A vezérlő egy közbenső kapcsolat a napkollektor és az akkumulátor között, szabályozza a töltési áramot például egy PWM-en, vagy bármilyen más módon, amelyet a tervező választott. De a feszültség közvetlenül az akkumulátorról történő alkalmazása nem azt jelenti, hogy biztosítani kell a panelek és az akkumulátor maximális áramátvitelét.

A hatékony töltés érdekében a vezérlő figyeli az akkumulátort és annak kimeneti feszültségét, valamint az akkumulátor által szolgáltatott áramot és az akkumulátor feszültségét. Ennek biztosítása érdekében kiválasztunk 2 tetszőleges pontot az I - V karakterisztikán (újra megadjuk), és összehasonlítjuk a bennük lévő teljesítményt az ábrán feltüntetett maximális teljesítményponttal (TMM), amelynél az áram nem tűnik maximálisnak ...

Tegyük fel, hogy van egy akkumulátorunk 12V névleges feszültséggel, ami azt jelenti, hogy feltöltött állapotban körülbelül 14,2-14,5 V-ot kapunk a kivezetéseknél, és körülbelül 11 V-ot kap lemerült állapotban, akkor is, ha az egyik esetben 13 V, a másikban pedig 12 V van. Az I - V karakterisztikával választjuk meg az ilyen feszültségeket a hatalom hozzávetőleges elemzéséhez, közvetlen „napelem - elem” csatlakozással.

A CVC szerint mindkét esetben az akkumulátor kb. 3,6 A áramot ad, a töltés alatt a következő energiát kapjuk:

1) 13 * 3,6 = 46,8 W

2) 12 * 3,6 = 43,2 W

És az I - V karakterisztikán megjelölt legnagyobb teljesítmény pontján:

3) 18,5 * 3,25 = 60,125 W

Az eredmény nyilvánvaló - a TMM teljesítménye kb. 25-35% -kal nagyobb, az akkumulátor töltöttségétől függően. De hogyan lehet az akkumulátort 18,5 V-os feszültséggel bocsátani, ahelyett, hogy az akkumulátor kapcsán lenne?

Minden egyszerû és bonyolult egyszerre - keresse meg a maximális teljesítménypontot

Mint korábban megjegyeztük, a vezérlőt a napelemek (akkumulátor) és az elemek közé telepítik, kiderül, hogy a panelek terheléseként szolgál, az akkumulátor pedig a vezérlő terheléseként, ugyanakkor másodlagos energiaforrás is. Bármely energiaforrás és bármilyen eszköz az elektrotechnikában ábrázolható ellenállás formájában. Ezt nevezzük "egyenértékű" vagy "csökkentett" ellenállásnak (az adott esettől függően), amelyet ugyanaz az Ohmi törvény határoz meg, vagyis azt mondhatjuk, hogy a vezérlő bemeneti ellenállása:

Rcont = Uinput / Iin. Potro.

A napelemek maximális teljesítménypontjának feszültsége számos tényezőtől függ:

• világítás;

• hőmérséklet (a CVC és a TMM helyzetét a hőmérséklettől függően az alábbi ábra mutatja);

• Az elemek kora stb.

Ezért nem fog rögzített és univerzális beállítást végezni, ráadásul a terhelési ellenállásnak és az áramfogyasztásnak megfelelően változik (az idealizált I - V karakterisztikát fentebb adjuk meg, a gyakorlatban továbbra is lesz némi lejtő a munkaterületen).

Számos módszer létezik ennek a "varázslatnak" a megtalálására: Az egyik kiviteli alakban az MPPT vezérlő beolvassa a napelemek áram-feszültség jellemzőit, hogy meghatározza az optimális paramétereket az aktuális működési körülményekhez, például a bemeneti áram megváltoztatásával a bemeneti ellenállása ennek megfelelően megváltozik. Áram- és feszültségérzékelőkkel a vezérlőrendszer kiszámítja a teljesítmény értékét és összehasonlítja az előzővel, amíg el nem éri a maximális értékét. Ezt nevezzük "perturbációs és megfigyelési módszernek".

A TMM meghatározására szolgáló konkrét módszertől és a vezérlő belső eszközétől függően, beleértve a firmware-jén, a TMM keresése bizonyos gyakorisággal történik. A gyakorlatban azonban a legtöbb módszer hasonló, és az "eltérés és megfigyelés" elvén alapulnak. Bizonyos modellekben ez az időtartam konfigurálható az 1-es idő néhány perc alatt, az 1-es idő több órában. A keresés gyakoriságától függően meghatározzák a rendszer teljes teljesítményét.

Mivel a bemeneti paraméterek megváltoztatásának eredményeként az egyes elemekből a lehető legnagyobb energiát kapjuk, a következő feladat az, hogy a terheléshez adjuk, vagyis az akkumulátort használjuk a töltéshez. Végül az egész egy elektronikus teljesítmény-átalakító vezérlésére vezet, mondjuk, hogy 5A-os TMM áramot kaptunk 17,5 V feszültséggel, ez:

17,5 * 5 = 87,5 W

Tehát az akkumulátort 12 V-os feszültséggel lehet a következő áramkörön kapni:

87,5 / 12 = 7,3A

A legtöbb esetben az átalakítást egy dollárral (buck) vagy egy buck-boost átalakítóval (buck-boost) hajtják végre. Az átalakítók tipikus szerkezete, amelyeket a cikkben korábban megvizsgáltunk.

Mivel ON / OFF vagy PWM vezérlők a bemeneti és a kimeneti áram egyenlő lenne. Ez a rendelkezésre álló energia kevésbé hatékony elidegenítéséhez vezet, mivel például a bemeneti áram 5A volt, ezzel a kimeneti árammal az akkumulátorok töltésére felhasznált energia egyenlő:

12 * 5 = 60 watt.

Ez ismét szemlélteti az áram - feszültség jellemzőinek megbeszélésében bemutatott számításokat.

Az MPPT technológiát azonban nem szabad csodaszernek tekinteni a napenergia számára. Az MPPT és a PWM vezérlő használatával az akkumulátor töltöttségi szintje közötti különbség annál kisebb, annál több az akkumulátor. Amikor a feszültség a végén (Uakb) növekszik, és az Umm közötti különbség csökken, akkor a napelem nagy teljesítményét használja fel.

Tegyük fel, hogy a fenti példához hasonlóan az akkumulátor feszültsége nem 12, hanem 13,5 V, feltéve, hogy a napelem ugyanazon paraméterekkel működik, így néz ki:

13,5 * 5 = 67,5 W

Ha 12 V feszültségnél a maximális teljesítmény 68% -át használták, akkor 13,5 V feszültségnél a 77% már felhasznált. Vegye figyelembe azt is, hogy az akkumulátorok nem töltődnek folyamatosan, és nem fognak állandóan ugyanazt az áramot kapni.Ezért az MPRT vezérlőkben a töltés több szakaszát általában végrehajtják, például: MPPT (maximális teljesítményű) - kiegyenlítő - gyors (kényszerített) - támogató. Többek között érdemes emlékezni arra, hogy a napelemes akkumulátor árama nem haladhatja meg a vezérlő névleges áramát, különben nem valósul meg a maximális energiafelhasználás.

Mindez azonban nem azt mondja nekünk, hogy az MPPT vezérlőket nem kell használni, hanem csak azt, hogy nem szabad túlbecsülni őket.

Az a tény, hogy az alacsonyabb árú szegmensekben az MPPT technológiával rendelkező eszközök drágábbak, mint a PWM, de nem mindig ... Például van egy MPPT vezérlő "EPSolar MPPT TRACER-2210A", amelynek költsége 180 USD tartományban van, és hasonló árakon (180-200 USD) PWM vezérlő 20A kimeneti árammal STECA PR2020.

Ugyanakkor van egy másik PWM eszköz, azonos kimeneti árammal - "SRNE SR-HP2420" valamivel több, mint 20 dollárba kerül, míg ugyanazon gyártó MPPT-je "SRNE SR-ML2420" ugyanazzal a kimeneti árammal 85 dollárba kerül.

Az egyes vezérlőmodellek árait az alábbiakban szemléltetjük.

Az MPPT vezérlők modern piacának áttekintése

Lásd a táblázatot egy külön fájlban

A táblázat nem nyújt teljes listát a funkciókról és a védelemről, mivel nagyon sok helyet foglal el. Tájékoztatásul a tipikus funkciókészlet így néz ki:

• a közös vállalat és az akkumulátor rossz polaritása miatt;

• rövidzárlatból a napelem bejáratánál;

• rövidzárlat miatt a terhelésben;

• a túlmelegedéstől;

• kapcsolja ki a napelemet, miután elérte az akkumulátor töltöttségét;

• terheléscsökkentés, ha az akkumulátor feszültsége túl alacsony;

• az akkumulátor áramkörének szakadása miatt;

• az akkumulátor éjjeli lemerülésének megakadályozása a napelemen keresztül;

• az áramfogyasztás ellenőrzése terhelés alapján.

A táblázat tükrözi azt a tényt, hogy az MPPT vezérlő költsége nem csak a maximális áramtól (teljesítmény), hanem a kimeneti feszültség tartományától, a támogatott akkumulátorok listájától, a kijelző, a kijelző és a megfigyelő eszközök csatlakoztatásának képességétől és számos egyéb tényezőtől is függ. A vezérlő kiválasztása bonyolult és nagyon egyedi, tehát legalább értelmetlen összehasonlításokat és értékeléseket végezni.