Solar şarj için bir MPPT denetleyicisi nedir

MPPT, ister güneş pili ister rüzgar jeneratörü olsun, bir enerji kaynağının kaynaklarını kullanmanın yollarından biridir, ancak bu makalede özellikle güneş enerjisi hakkında konuşacağız. Ana özelliği, belirli bir voltaj ve akım seçerek maksimum enerji miktarını “çekerek” alternatif bir kaynağın verimliliğini artırmaktır.

Bu parametrelerin seçimi, kaynağın akım-voltaj karakteristiklerinin analizine ve hangi voltaj ve akım tüketiminde maksimum gücün tüketileceğine karar verilir. Kısaltmanın anlamı budur MPPT - Maksimum Güç Noktası İzleme (maksimum güç noktasını izleme).

MPPT Denetleyicilerinin Genel Prensipleri

Soruya ilk bakışta şunu düşünebilirsiniz: “Peki, mümkün olan maksimum voltajı kullanın, böylece maksimum yük akımı olacak (pil şarjı).” Bu mantıklı, ama gerçekte öyle değil. Bu öncelikle güneş pilinin akım-voltaj özelliğinden kaynaklanmaktadır.

Çalışma (faydalı) modunda, güneş pili (I - V karakteristiğinin yatay kısmı) bir akım kaynağıdır, yani çıkış akımı terminallerindeki voltaja sadece biraz bağlıdır. Çıkış gerilimi (Uoutc) bağlı yükün direncine bağlıdır. Bunu CVC'de görebiliyoruz.

Voltajın maksimum olduğu sağ kısımda, bataryadaki ve dahili cihazlarındaki eleman sayısı ile sınırlı olan açık devre voltajı Uхх görürsünüz. Bu durumda akım 0'a eğilimlidir. Ve tersi, sol tarafta, voltajın 0 - kısa devre gerilimi Uкз'a eğilimi vardır ve akım, elemanların gücü ile sınırlıdır.

Güneş pilinin mevcut gücünü sabit bir değer için faydalı alanda alırsak, voltaj yük direnciyle belirlenir, sonsuz ise, rölanti modunu (Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Uр.хх'da) sırasıyla kısa devre, yük direnci ile gözlemleyeceğiz çıkış voltajı gibi sıfıra eğilimlidir (Rн = ∞ ⇒ Uoutc = Ucz'da). Maksimum güç, belirli bir yük direnci, voltaj ve akım oranında olacaktır.

Bütün bunlar ne anlama geliyor? Pillerden kontrolörlere geçiyoruz!

Denetleyici, güneş pili ve pil arasında bir ara bağlantıdır, şarj akımını bir PWM aracılığıyla veya tasarımcının seçtiği herhangi bir başka şekilde düzenler. Ancak doğrudan aküden voltaj uygulamak, panellerden aküye maksimum güç aktarımı sağlamak anlamına gelmez.

Etkili bir şarj için kontrolör pilden alınan akımı ve çıkış voltajını, ayrıca pil tarafından sağlanan akımı ve üzerindeki voltajı izler. Bundan emin olmak için, I - V karakteristiğinde 2 keyfi nokta seçiyoruz (burada tekrar veriyoruz) ve içlerindeki gücü, akımda maksimum gibi görünmeyen şekilde gösterilen maksimum güç noktası (TMM) ile karşılaştırıyoruz ...

Diyelim ki, nominal voltajı 12 V olan bir aküye sahibiz, yani şarjlı durumda terminallerde yaklaşık 14.2-14.5 V ve deşarj durumunda yaklaşık 11V elde ediyoruz, bir durumda 13V ve diğerinde - 12V. Doğrudan bağlantı “güneş paneli - pil” ile gücün yaklaşık analizi için I - V karakteristikli bu tür voltajları seçeceğiz.

CVC'ye göre, her iki durumda da, pil yaklaşık 3.6A akım verecektir, şarj sırasında aşağıdaki gücü iletiriz:

1) 13 * 3.6 = 46.8 W

2) 12 * 3.6 = 43.2 W

Ve I - V karakteristiğinde işaretlenen maksimum güç noktasında:

3) 18.5 * 3.25 = 60.125W

Sonuç açıktır - TMM'deki güç, pilin şarjına bağlı olarak yaklaşık% 25-35 daha fazladır. Ancak, pilin terminallerinde bulunanın yerine, pilin 18.5V'luk bir voltajda nasıl akmasını sağlamak için?

Her şey aynı anda basit ve karmaşıktır - maksimum güç noktasını arayın

Daha önce belirtildiği gibi, kontrolör güneş panelleri (pil) ve piller arasında kurulur, panellerin yükü olarak hizmet ettiği ve pilin kontrolörün yükü olarak hizmet ettiği ortaya çıkar, aynı zamanda ikincil bir güç kaynağıdır. Herhangi bir güç kaynağı ve elektrik mühendisliğindeki herhangi bir cihaz direnç şeklinde temsil edilebilir. Buna, aynı Ohm yasası tarafından belirlenen "eşdeğer" veya "azaltılmış" direnç denir (spesifik duruma bağlı olarak), yani, kontrolörün giriş direncinin şöyle olduğunu söyleyebiliriz:

Rcont = Uinput / Iin. Potro.

Güneş panellerinin maksimum güç noktasının voltajı bir dizi faktöre bağlıdır:

• aydınlatma;

• sıcaklık (CVC'nin bağımlılığı ve TMM'nin sıcaklık üzerindeki konumu aşağıdaki şekilde gösterilmiştir);

• Elemanların yaşı vb.

Bu nedenle, sabit ve evrensel olarak ayarlanmayacaktır, ayrıca yük direnci ve akım tüketimine göre değişir (idealize edilmiş I - V özelliği yukarıda verilmiştir, pratikte çalışma alanında hala bir miktar eğim olacaktır).

Bu "büyüyü" bulmak için birçok yöntem vardır: Bir düzenlemede, MPPT kontrolörü, örneğin giriş akımını değiştirerek, giriş direncini değiştirerek, mevcut çalışma koşulları için en uygun parametreleri belirlemek için güneş pillerinin akım-voltaj karakteristiklerini tarar. Akım ve gerilim sensörlerini kullanarak, kontrol sistemi güç değerini hesaplar ve maksimum değerine ulaşana kadar bir öncekiyle karşılaştırır. Buna "pertürbasyon ve gözlem yöntemi" denir.

TMM'yi ve kontrol cihazının dahili cihazını belirlemek için özel yönteme bağlı olarak, dahil. TMM araması belirli bir frekansta gerçekleşir. Bununla birlikte, uygulamada, çoğu yöntem benzerdir ve "sapma ve gözlemleme" ilkesine dayanır. Bazı modellerde, bu süreyi birkaç dakika içinde 1 kez ile birkaç saat içinde 1 kez arasında yapılandırmak mümkündür. Aramanın sıklığına bağlı olarak, sistemin genel performansı belirlenir.

Giriş parametrelerini değiştirmenin bir sonucu olarak, belirli elemanlardan mümkün olan maksimum gücü elde ettiğimizden, bir sonraki görev, yüke vermek, yani şarj etmek için pili kullanmaktır. Sonunda, hepsi bir elektronik güç dönüştürücüsünü kontrol etmeye geliyor, diyelim ki 17.5V'luk bir voltajda 5A TMM akımı var, bu:

17,5 * 5 = 87,5 W

Böylece terminale 12 V'luk bir voltaj ile aküye aşağıdaki akım vermek mümkündür:

87,5 / 12 = 7,3A

Çoğu durumda, dönüştürme bir kova (kova) veya bir kova yükseltme dönüştürücü (kova yükseltme) kullanılarak gerçekleştirilir. Daha önce makalede ele aldığımız dönüştürücülerin tipik yapıları.

Oysa ON / OFF veya PWM kontrolörleri giriş ve çıkış akımı eşit olacaktır. Bu, mevcut gücün daha az verimli bir şekilde atılmasına yol açar, örneğin, giriş akımı 5A olduğundan, bu çıkış akımıyla, pilleri şarj etmek için harcanan güç aşağıdakilere eşit olacaktır:

12 * 5 = 60 watt.

Bu, akım - voltaj karakteristiklerinin tartışılmasında sunulan hesaplamaları bir kez daha göstermektedir.

Ancak, MPPT teknolojisini güneş enerjisi için her derde deva olarak görmemelisiniz. MPPT ve PWM denetleyicisini kullanan pil şarj verimliliğindeki fark daha küçüktür, pil daha fazla şarj edilir. Terminallerindeki voltaj (Uakb) yükseldiğinde ve Umm arasındaki fark azaldığında, güneş panelinin büyük bir gücü kullanılır.

Yukarıdaki örneğe benzer şekilde, güneş panelinin aynı parametrelerle çalışması şartıyla pil üzerindeki voltajın 12 değil, 13.5V olduğunu varsayalım:

13,5 * 5 = 67,5 W

12V'de maksimum gücün% 68'i kullanılmışsa, 13.5V'de% 77 zaten kullanılır. Ayrıca pillerinizin sürekli şarj edilmeyeceğini ve sürekli olarak aynı güçte akım almayacağını unutmayın.Bu nedenle, MPRT kontrolörlerinde genellikle birkaç şarj aşaması uygulanır, örneğin: MPPT (maksimum güçle) - eşitleme - hızlı (zorlamalı) - destekleme. Diğer şeylerin yanı sıra, güneş pilinin akımının kontrolörün nominal akımını geçmemesi gerektiğini hatırlamakta fayda var, aksi takdirde maksimum güç kullanımı gerçekleşmez.

Ancak tüm bunlar MPPT denetleyicilerinin kullanılması gerekmediğini değil, sadece fazla tahmin edilmemeleri gerektiğini söylüyor.

Gerçek şu ki, MPPT teknolojisine sahip düşük fiyat segmentli cihazlarda PWM'den daha pahalı, ancak her zaman değil ... Örneğin, bir MPPT denetleyicisi var "EPSolar MPPT TRACER-2210A"maliyeti 180 $ ve 20A çıkış akımına sahip benzer fiyatlı (180-200 $) PWM kontrolörü STECA PR2020.

Aynı zamanda, aynı çıkış akımına sahip başka bir PWM cihazı var - "SRNE SR-HP2420" Aynı üreticiden MPPT olurken 20 dolardan biraz fazla maliyet "SRNE SR-ML2420" aynı çıkış akımı ile 85 $ maliyeti.

Bazı kontrolör modelleri için fiyatları aşağıda ele alacağız.

MPPT denetleyicileri için modern pazara genel bakış

Tabloyu ayrı bir dosyada görün

Tablo, büyük miktarda yer aldığından işlevlerin ve korumaların tam bir listesini sağlamaz. Bilgi için, tipik bir işlev kümesi şuna benzer:

• ortak girişim ve pil bağlantısının yanlış polaritesinden;

• güneş panelinin girişindeki kısa devreden;

• yükteki kısa devreden;

• aşırı ısınmadan;

• pil şarjının sonuna ulaştıktan sonra güneş panelinin kapatılması;

• akü üzerindeki voltaj çok düşük olduğunda yük atma;

• pil devresindeki bir kesintiden;

• geceleri güneş panelinden pil deşarjının önlenmesi;

• akım tüketiminin yük ile kontrolü.

Tablo, MPPT denetleyicisinin maliyetinin sadece maksimum akımına (güç) değil, aynı zamanda çıkış voltajları aralığına, desteklenen pillerin listesine, ekran, ekran ve izleme araçlarına bağlanma yeteneğine ve diğer bazı faktörlere de bağlı olduğunu göstermektedir. Bir denetleyici seçimi karmaşık ve çok bireyseldir, bu nedenle en azından karşılaştırma ve derecelendirme yapmak anlamsızdır.