מהו בקר MPPT לטעינה סולארית

MPPT היא אחת הדרכים להשתמש במשאבים של מקור אנרגיה, בין אם מדובר בסוללה סולארית או בגנרטור רוח, אך במאמר זה נדבר ספציפית על אנרגיה סולארית. התכונה העיקרית שלו היא להגביר את היעילות של מקור חלופי על ידי "משיכת" כמות האנרגיה המרבית על ידי בחירת מתח וזרם ספציפיים.

הבחירה בפרמטרים אלה מצטמצמת לניתוח מאפייני מתח הזרם של המקור וקביעת באיזה מתח וצריכת זרם ההספק המרבי ייצרך. כך קורה הקיצור MPPT - מעקב אחר נקודת כוח מרבית (מעקב אחר נקודת ההספק המרבי).

עקרונות כלליים של בקרי MPPT

במבט ראשון על השאלה, אתה עשוי לחשוב: "ובכן, השתמש במתח המרבי האפשרי, כך שיהיה זרם עומס מקסימלי (טעינת סוללה)." זה הגיוני, אבל במציאות זה לא. זה בעיקר בגלל מאפייני המתח הנוכחי של תא השמש.

במצב ההפעלה (שימושי), התא השמש (חלק אופקי של מאפיין I - V) הוא מקור זרם, כלומר זרם היציאה שלו תלוי רק במתח בקוויו. מתח היציאה (Uoutc) תלוי בהתנגדות העומס המחובר. ניתן לראות זאת ב- CVC.

בצד ימין, שם המתח הוא מקסימאלי, אתה רואה את מתח המעגל הפתוח Uxx, שמוגבל במספר האלמנטים בסוללה והמכשיר הפנימי שלהם. הזרם במקרה זה נוטה ל 0. ולהפך, בצד שמאל, שם המתח נוטה ל 0 - מתח קצר חשמלי Uкз, והזרם מוגבל על ידי כוח האלמנטים.

אם ניקח את הכוח הנוכחי של סוללת השמש באזור השימושי לערך ללא שינוי, אזי המתח ייקבע על ידי התנגדות העומס, אם הוא אינסוף, אז נצפה במצב סרק (ב RN = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх), בהתאמה, עם קצר חשמלי, את עמידות העומס נוטה לאפס, כמו מתח היציאה (ב RN = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz). ההספק המרבי יגיע ביחס מסוים של התנגדות עומס, מתח וזרם.

מה המשמעות של כל זה? אנו עוברים מסוללות לבקרים!

הבקר הוא חיבור ביניים בין סוללת השמש לסוללה, זה מסדיר את זרם הטעינה דרך PWM, למשל, או כל אחר שהמעצב בחר. אך רק הפעלת מתח ישירות מהסוללה לא אומרת להבטיח העברת כוח מרבית מהפאנלים לסוללה.

לצורך טעינה אפקטיבית, הבקר עוקב אחר הזרם שמתקבל מהסוללה ומתח היציאה שלו, כמו גם את הזרם שמספק הסוללה ואת המתח עליו. כדי לוודא זאת, אנו בוחרים 2 נקודות שרירותיות במאפיין I - V (אנו נותנים אותו כאן שוב) ומשווים את העוצמה בהן עם נקודת ההספק המרבית (TMM) המצוינת באיור, ונראה כי הזרם אינו מקסימאלי ...

נניח שיש לנו סוללה עם מתח מדורג של 12 וולט, מה שאומר שבמצב הטעון אנו מקבלים כ- 14.2-14.5 וולט במסופים, וכ- 11 וולט במצב פרוק, גם אם במקרה אחד יש לנו 13 וולט ובמקום השני - 12 וולט. אנו בוחרים במתחים כאלה עם מאפיין I - V לניתוח משוער של כוח באמצעות חיבור ישיר "פאנל סולארי - סוללה".

על פי ה- CVC, בשני המקרים, הסוללה תיתן זרם של בערך 3.6A, אנו מקבלים את הכוח הבא במהלך הטעינה:

1) 13 * 3.6 = 46.8 וואט

2) 12 * 3.6 = 43.2 ווט

ובנקודת העוצמה המרבית המסומנת במאפיין I - V:

3) 18.5 * 3.25 = 60.125W

התוצאה ברורה - ההספק ב- TMM הוא בערך 25-35% יותר, תלוי בטעינת הסוללה. אבל איך לגרום לסוללה לפטור זרם במתח של 18.5 וולט, במקום זה שנמצא על מסופי המצבר?

הכל פשוט ומורכב בו זמנית - חפש את נקודת העוצמה המרבית

כפי שצוין קודם, הבקר מותקן בין הפאנלים הסולאריים (סוללה) לסוללות, מסתבר שהוא משמש כעומס הלוחות, והסוללה כעומס הבקר, זהו גם מקור כוח משני. ניתן לייצג כל מקור כוח וכל התקן בהנדסת חשמל בצורה של התנגדות. זה נקרא התנגדות "שווה ערך" או "מופחת" (תלוי במקרה הספציפי), אשר נקבע על ידי אותו חוק אוהם, כלומר, אנו יכולים לומר כי התנגדות הקלט של הבקר היא:

Rcont = Uinput / Iin. חסרונות.

המתח של נקודת ההספק המרבית של לוחות סולאריים תלוי במספר גורמים:

• תאורה

• טמפרטורה (התלות של ה- CVC והמיקום של ה- TMM בטמפרטורה מוצגת באיור למטה);

• גיל היסודות וכו '.

לכן זה לא יעבוד להגדיר אותו קבוע ואוניברסאלי, ובנוסף הוא ישתנה בהתאם להתנגדות העומס וצריכת הזרם (המאפיין I-V האידיאלי ניתן לעיל, בפועל עדיין יהיה שיפוע כלשהו באזור העבודה).

ישנן שיטות רבות למציאת "קסם" זה. באחת ההתגלמות, בקר ה- MPPT סורק את מאפייני מתח הזרם של תאים סולאריים כדי לקבוע את הפרמטרים האופטימליים לתנאי ההפעלה הנוכחיים, למשל, על ידי שינוי זרם הכניסה, התנגדות הכניסה שלו משתנה בהתאם. באמצעות חיישני זרם ומתח, מערכת הבקרה מחשבת את ערך ההספק ומשווה אותו עם הקודם עד שהיא מגיעה לערכה המרבי. זה נקרא "שיטת הפרעה והתבוננות".

תלוי בשיטה הספציפית לקביעת TMM וההתקן הפנימי של הבקר, כולל. הקושחה שלה, החיפוש אחר TMM מתרחש בתדר מסוים. עם זאת, בפועל, רוב השיטות דומות ומבוססות על העיקרון של "לסטות ולהתבונן". בדגמים מסוימים, ניתן לקבוע את התצורה של תקופה זו בטווח שבין פעם אחת בכמה דקות לפעם אחת בכמה שעות. בהתאם לתדירות החיפוש, הביצועים הכוללים של המערכת נקבעים.

מכיוון שכתוצאה משינוי פרמטרי הקלט אנו מקבלים את העוצמה המרבית האפשרית מאלמנטים ספציפיים, המשימה הבאה היא לתת אותה לעומס, כלומר להשתמש בסוללה לטעינה. בסופו של דבר, הכל מסתכם בשליטה בממיר כוח אלקטרוני, נניח שקיבלנו זרם TMM של 5A במתח של 17.5V, זהו:

17.5 * 5 = 87.5 וואט

כך שניתן לתת לסוללה עם מתח של 12 וולט במסופים את הזרם הבא:

87.5 / 12 = 7.3A

ברוב המקרים, ההמרה מתבצעת באמצעות דולר (דולר) או ממיר דחיפה של דולר. מבנים אופייניים של ממירים שקלנו במאמר קודם.

ואילו בעת השימוש במערכת הפעלה / כיבוי או בקרי PWM זרם הכניסה והפלט יהיה שווה. מה שמביא לסילוק יעיל פחות של הכוח הזמין, למשל מכיוון שזרם הכניסה היה 5A, עם זרם פלט זה, הכוח שהוצא על טעינת הסוללות יהיה שווה ל:

12 * 5 = 60 וואט.

זה ממחיש שוב את החישובים שהוצגו בדיון על מאפייני מתח הנוכחי.

עם זאת, אסור לשקול את טכנולוגיית MPPT כתרופת פלא לאנרגיה סולארית. ההבדל ביעילות טעינת הסוללה באמצעות בקר MPPT ובקר PWM הוא קטן יותר, כך הסוללה נטענת. כאשר המתח בקוויו (Uakb) עולה, וההבדל בין אום פוחת, משתמשים בכוח גדול של לוח השמש.

בדומה לדוגמה לעיל, נניח שהמתח על הסוללה אינו 12, אלא 13.5V, בתנאי שהלוח הסולארי יעבוד עם אותם פרמטרים, הוא ייראה כך:

13.5 * 5 = 67.5 וולט

אם נעשה שימוש ב 12V 68% מההספק המרבי, אז כבר בשימוש ב 13.5V 77%. שים לב גם כי הסוללות שלך לא יהיו טעונות ללא הרף, והן לא יקבלו זרם מאותו הספק ללא הפסקה.לכן, בבקרי MPRT, מיושמים בדרך כלל כמה שלבי טעינה, למשל: MPPT (עם הספק מרבי) - השוואת - מהירה (מאולצת) - תומכת. בין היתר, כדאי לזכור כי אסור שזרם הסוללה הסולארית יעלה על הזרם המדורג של הבקר, אחרת השימוש המרבי בכוח לא מתממש.

אבל כל זה לא אומר לנו כי אין צורך להשתמש בבקרי MPPT, אלא רק שאין להפריז בהם.

העובדה נותרה שבמגזרי המחירים הנמוכים מכשירים עם טכנולוגיית MPPT יקרים יותר מ- PWM, אך לא תמיד ... לדוגמה, יש בקר MPPT "EPSolar MPPT TRACER-2210A"שעלותו נעה בין 180 $ ובקר PWM דומה במחיר דומה (180-200 $) עם זרם יציאה של 20A STECA PR2020.

במקביל, יש מכשיר PWM נוסף עם אותו זרם פלט - "SRNE SR-HP2420" עולה קצת יותר מ 20 $, בעוד MPPT מאותו יצרן "SRNE SR-ML2420" עם אותו תפוקת זרם זה עולה 85 $.

מחירים עבור כמה דגמים של בקרים, נשקול להלן.

סקירה כללית של השוק המודרני עבור בקרי MPPT

עיין בטבלה בקובץ נפרד

הטבלה אינה מציגה רשימה מלאה של פונקציות והגנות, מכיוון שהיא תופסת כמות גדולה. למידע, מערכת פונקציות טיפוסית נראית כך:

• מהקוטביות הלא נכונה של חיבור המיזם המשותף והסוללה;

• ממעגל הקצר בכניסה של לוח השמש;

• ממעגל הקצר בעומס;

• מחימום יתר;

• כיבוי לוח השמש לאחר שהגיע לסוף טעינת הסוללה;

• שפיכת עומס כאשר המתח בסוללה נמוך מדי;

• מפריצה במעגל הסוללה;

• מניעת פריקת סוללה בלוח הסולארי בלילה;

• שליטה על צריכת זרם על ידי עומס.

הטבלה משקפת את העובדה שעלות בקר ה- MPPT תלויה לא רק בזרם המקסימלי שלו (הספק), אלא גם בטווח מתחי היציאה, ברשימת הסוללות הנתמכות, ביכולת לחבר כלי תצוגה, תצוגה וניטור, ומספר גורמים נוספים. הבחירה בבקר היא מסובכת ומאוד אינדיבידואלית, כך שלפחות אין טעם לערוך השוואה ודירוג.