Hvad er en MPPT-controller til solopladning

MPPT er en af ​​måderne at bruge ressourcerne fra en energikilde på, hvad enten det er et solbatteri eller en vindgenerator, men i denne artikel vil vi tale specifikt om solenergi. Dets vigtigste funktion er at øge effektiviteten af ​​en alternativ kilde ved at "trække" den maksimale mængde energi ved at vælge en bestemt spænding og strøm.

Valget af disse parametre reduceres til analysen af ​​kildens nuværende spændingsegenskaber og bestemmelse ved, hvilken spænding og strømforbrug den maksimale effekt vil blive forbrugt. Sådan står forkortelsen MPPT - maksimal sporing af effektpoint (sporing af punktet med maksimal effekt).

Generelle principper for MPPT-controllere

Ved første øjekast på spørgsmålet kan du tænke: "Nå, brug den maksimale mulige spænding, så der vil være en maksimal belastningsstrøm (batteriopladning)." Dette er logisk, men i virkeligheden er det ikke. Dette skyldes primært solcellens strømspændingskarakteristik.

I driftsindstillingen (nyttig) er solcellen (vandret del af I - V-karakteristikken) en strømkilde, dvs. dens udgangsstrøm afhænger kun lidt af spændingen ved dens klemmer. Udgangsspændingen (Uoutc) afhænger af modstanden for den tilsluttede last. Dette kan vi se på CVC.

På højre side, hvor spændingen er maksimal, kan du se den åbne kredsløbsspænding Uxx, som er begrænset af antallet af elementer i batteriet og deres interne enhed. Strømmen i dette tilfælde har en tendens til 0. Og vice versa, på venstre side, hvor spændingen har en tendens til 0 - kortslutningsspænding Uкз, og strømmen er begrænset af effekten af ​​elementerne.

Hvis vi tager strømstyrken for solbatteriet i det anvendelige område til en konstant værdi, bestemmes spændingen af ​​belastningsmodstanden, hvis det er uendelig, vil vi observere tomgangstilstand (ved RN = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх), henholdsvis med en kortslutning, belastningsmodstanden vil have tendens til at være nul, ligesom udgangsspændingen (ved RN = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). Den maksimale effekt kommer med et bestemt forhold mellem belastningsmodstand, spænding og strøm.

Hvad betyder alt dette? Vi går fra batterier til controllere!

Controlleren er et mellemled mellem solbatteriet og batteriet, regulerer den ladestrømmen gennem en PWM, for eksempel eller enhver anden, som designeren har valgt. Men bare at anvende spænding direkte fra batteriet betyder ikke at sikre maksimal strømoverførsel fra panelerne til batteriet.

For en effektiv opladning overvåger controlleren den strøm, der er modtaget fra batteriet og dets udgangsspænding, såvel som den strøm, der leveres af batteriet og spændingen på det. For at sikre dette vælger vi 2 vilkårlige punkter i I - V-karakteristikken (vi giver det her igen) og sammenligner kraften i dem med det maksimale effektpunkt (TMM) angivet i figuren, hvor strømmen ser ud til ikke at være maksimal ...

Lad os sige, at vi har et batteri med en nominel spænding på 12V, hvilket betyder, at vi i den opladede tilstand får omkring 14,2-14,5 V ved klemmerne, og ca. 11V i udladet tilstand, selvom vi i det ene tilfælde har 13V og i det andet - 12V. Vi vælger sådanne spændinger med I - V-karakteristikken til en omtrentlig analyse af strømmen med en direkte forbindelse "solcellepanel - batteri".

I henhold til CVC giver batteriet i begge tilfælde en strøm på ca. 3,6A, og vi får følgende strøm transmitteret under opladningen:

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

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

Og på det punkt med maksimal effekt, der er markeret på I - V-karakteristikken:

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

Resultatet er åbenlyst - strømmen i TMM er cirka 25-35% mere, afhængigt af batteriets opladning. Men hvordan får man batteriet til at afgive strøm ved en spænding på 18,5 V, i stedet for den, der findes på batteriets klemmer?

Alt er enkelt og komplekst på samme tid - søg efter det maksimale effektpunkt

Som nævnt tidligere, er controlleren installeret mellem solcellepaneler (batteri) og batterier, det viser sig, at det fungerer som belastningen på panelerne, og batteriet som belastningen på controlleren, det er også en sekundær strømkilde. Enhver strømkilde og enhver enhed inden for elektroteknik kan repræsenteres i form af modstand. Dette kaldes "ækvivalent" eller "reduceret" modstand (afhængigt af det specifikke tilfælde), der bestemmes af den samme Ohm-lov, dvs.

Rcont = Uinput / Iin. Potro.

Spændingen for det maksimale effektpunkt for solcellepaneler afhænger af en række faktorer:

• belysning;

• temperatur (afhængigheden af ​​CVC og positionen af ​​TMM til temperaturen er vist i figuren nedenfor);

• Elementernes alder osv.

Derfor fungerer det ikke at indstille det fast og universelt, plus det ændrer sig i overensstemmelse med belastningsmodstanden og strømforbruget (den idealiserede I - V-egenskab er angivet ovenfor, i praksis vil der stadig være en vis hældning i arbejdsområdet).

Der er mange metoder til at finde denne "magiske" en. I en udførelsesform scanner MPPT-regulatoren strømspændingsegenskaberne for solceller for at bestemme de optimale parametre for aktuelle driftsbetingelser, for eksempel ved at ændre indgangsstrømmen, ændres dens indgangsmodstand i overensstemmelse hermed. Ved hjælp af strøm- og spændingssensorer beregner kontrolsystemet effektværdien og sammenligner den med den foregående, indtil den når sin maksimale værdi. Dette kaldes "forstyrrelses- og observationsmetode."

Afhængig af den specifikke metode til bestemmelse af TMM og controllerens interne enhed, inkl. dens firmware, søgningen efter TMM forekommer med en bestemt frekvens. I praksis er de fleste metoder imidlertid ens og er baseret på princippet om "afvige og observere." I nogle modeller er det muligt at konfigurere denne periode i området fra 1 gang på flere minutter til 1 gang på flere timer. Afhængig af søgefrekvensen bestemmes systemets samlede ydelse.

Da vi som følge af ændring af indgangsparametre får den maksimale effekt fra specifikke elementer, er den næste opgave at give det til belastningen, dvs. bruge batteriet til at oplade. I sidste ende kommer det hele ned til styring af en elektronisk strømkonverter, lad os sige, at vi har en TMM-strøm på 5A ved en spænding på 17,5V, dette:

17,5 * 5 = 87,5 W

Så det er muligt at give batteriet med en spænding på 12 V ved klemmerne følgende strøm:

87,5 / 12 = 7,3A

I de fleste tilfælde udføres konverteringen ved hjælp af en buck (buck) eller en buck-boost-konverter. Typiske strukturer for konvertere, vi overvejede i artiklen tidligere.

Når der bruges ON / OFF eller PWM-controllere input og output strøm ville være ens. Hvilket fører til en mindre effektiv bortskaffelse af tilgængelig strøm, for eksempel da indgangsstrømmen var 5A, med denne udgangsstrøm, ville den strøm, der bruges på opladning af batterierne være lig med:

12 * 5 = 60 watt.

Dette illustrerer endnu en gang beregningerne, der er præsenteret i diskussionen af ​​strømspændingsegenskaberne.

Du bør dog ikke overveje MPPT-teknologi som et universalmiddel for solenergi. Forskellen i batteriopladningseffektivitet ved hjælp af MPPT og PWM-controller er, jo mindre, jo mere oplades batteriet. Når spændingen ved terminalerne (Uakb) stiger, og forskellen mellem Umm falder, bruges en stor effekt fra solcellepanelet.

På samme måde som ovenstående eksempel, antag at spændingen på batteriet ikke er 12, men 13,5V, forudsat at solcellepanelet fungerer med de samme parametre, vil det se sådan ud:

13,5 * 5 = 67,5 W

Hvis der ved 12V 68% af den maksimale effekt blev brugt, anvendes 13,5V 77% allerede. Bemærk også, at dine batterier ikke oplades konstant, og at de ikke konstant modtager strøm med den samme strøm.Derfor implementeres i MPRT-controllere normalt flere opladningstrin, for eksempel: MPPT (med maksimal effekt) - udligning - hurtig (tvunget) - understøttelse. Det er blandt andet værd at huske, at solbatteriets strøm ikke må overstige regulatorens nominelle strøm, ellers maksimeres ikke strømforbruget.

Men alt dette fortæller os ikke, at MPPT-controllere ikke behøver at blive brugt, men kun at de ikke bør overvurderes.

Faktum er, at enheder med MPPT-teknologi i det lavere prissegment er dyrere end PWM, men ikke altid ... For eksempel er der en MPPT-controller "EPSolar MPPT TRACER-2210A", hvis omkostninger ligger i intervallet $ 180 og en lignende pris ($ 180-200) PWM-controller med en udgangsstrøm på 20A STECA PR2020.

På samme tid er der en anden PWM-enhed med den samme outputstrøm - "SRNE SR-HP2420" koster lidt over $ 20, mens MPPT fra den samme producent "SRNE SR-ML2420" med den samme outputstrøm koster det $ 85.

Priser for nogle modeller af controllere overvejer vi nedenfor.

Oversigt over det moderne marked for MPPT-controllere

Se tabellen i en separat fil

Tabellen indeholder ikke en komplet liste over funktioner og beskyttelse, da den optager en stor mængde. Til information ser et typisk sæt funktioner sådan ud:

• fra den forkerte polaritet i forbindelse med joint venture og batteri;

• fra kortslutning ved indgangen til solcellepanelet;

• fra kortslutning i belastningen;

• fra overophedning;

• slukke for solcellepanelet efter endt batteriladning;

• belastningsafladning, når spændingen på batteriet er for lav;

• fra et brud på batterikredsløbet;

• forhindring af batteriafladning gennem solcellepanelet om natten;

• kontrol af strømforbrug efter belastning.

Tabellen afspejler det faktum, at omkostningerne ved MPPT-regulatoren ikke kun afhænger af dens maksimale strøm (strøm), men også af række udgangsspændinger, listen over understøttede batterier, muligheden for at forbinde display, display og overvågningsværktøjer og en række andre faktorer. Valget af en controller er kompliceret og meget individuelt, så det er i det mindste meningsløst at foretage nogen sammenligning og vurdering.