Разбиране на MPPT слънчево зарядно устройство

Тук ние се опитваме да разберем действителната концепция на веригата на соларните контролери за тип MPPt и да научим как работят тези устройства.

Какво е MPPT

MPPT означава Maximum Power Point Tracking, зарядно устройство, специално предназначено и проектирано за придобиване на високоефективно използване на слънчева енергия.

Слънчевите панели са отлични устройства, тъй като ни позволяват да използваме безплатна електрическа енергия от слънцето, но настоящите устройства не са много ефективни с изхода си. Както всички знаем, изходът от слънчевия панел директно зависи от падащите лъчи на слънцето, стига неговият перпендикуляр на него да предлага добра ефективност, която продължава да се влошава при наклонени лъчи или потапяне на слънцето.

Горното се повлиява и при облачни условия.

Освен това изходът на слънчевия панел е свързан с непостоянни нива на напрежение, което се нуждае от правилно регулиране, за да работи натоварването, което обикновено е оловна батерия.

Оловно-киселинните батерии или всякакъв вид зареждащи се батерии ще изискват правилно номинален вход, за да не се повредят и да се заредят оптимално. За това обикновено включваме контролер на зарядно устройство между слънчевия панел и батерията.

Тъй като напрежението на слънчевия панел никога не е постоянно и пада с падаща слънчева светлина, токът от слънчевия панел също става по-слаб, тъй като интензивността на слънчевата светлина става по-слаба.

При горните условия, ако слънчевият панел претърпи някакъв вид натоварване директно, токът му допълнително ще намалее, произвеждайки неефективни изходи.

С други думи, ефективността на панела е максимална, когато напрежението му е близо до номиналната определена стойност. Следователно, като пример 18V слънчев панел ще работи с максимална ефективност, когато работи на 18V.

И в случай, че слънчевата светлина стане по-слаба и горното напрежение падне до 16V, все пак бихме могли да работим с максимална ефективност, ако можем да запазим 16V волта непокътнати и да изведем изхода, без да влияем или отпадаме това напрежение.

Дадената по-долу графика подсказва защо и как слънчевият панел произвежда максимална ефективност, когато му е позволено да работи при максимално косвено изходно напрежение.

Коя е точката на максимална мощност или точка на коляното

Обикновените контролери за слънчево зарядно устройство регулират само напрежението на слънчевия панел и го правят подходящо за зареждане на свързаната батерия, но те не извършват правилно регулирането на панела.

Конвенционалният регулатор на зарядното устройство, който използва линейни интегрални схеми за регулациите, не може да предотврати натоварването на слънчевия панел директно от свързаната батерия или инвертора или каквото и да е свързано като товар.

Горната ситуация обикновено намалява напрежението на слънчевия панел, което прави неговото използване неефективно, тъй като сега панелът има ограничение да произвежда номиналното количество ток към товара.

И така, защо тези линейни или PWM зарядни устройства не могат да избегнат натоварването на слънчевия панел, въпреки че са изключително напреднали, точни и правилни в работата си? Как работят действителните MPPT зарядни устройства?

Отговорът на горните въпроси никъде не е разгледан изчерпателно в мрежата, поради което счетох за необходимо да се предостави задълбочено обяснение относно разликата между обикновените контролери за зарядно устройство и действителния MPPT.

Връщайки се към горния въпрос, отговорът се крие във факта, че при зарядните устройства с линейни регулатори натоварването е директно свързано с панела, без междинен буферен етап, което води до неефективен трансфер и разсейване на мощността.

Докато при MPPT драйверите натоварването е свързано чрез междинен преобразувател Buck Boost, който ефективно променя условията на мощност спрямо товара в зависимост от мощността на слънчевата светлина върху панела, осигурявайки минимално натоварване на панела и максимално подаване на мощност към товара.

По принцип MPPT са разработени, за да се гарантира, че нетната входяща мощност се доставя последователно към изходния товар, независимо от съвместимостта на натоварването с панела.

Как Buck Boost Topology помага на MPPT контролерите да увеличат максимално ефективността

Това се постига предимно с помощта на проследяваща SMPS технология за увеличаване на долара.

Следователно можем да кажем, че това е SMPS технология за увеличаване на долара който формира задната кост на всички MPPT дизайни и е предоставил изключително ефективна опция за конфигуриране на устройства за регулиране на мощността и захранване.

В контролерите за зарядно устройство MPPT напрежението на слънчевия панел първо се преобразува във високочестотно еквивалентно пулсиращо напрежение.

Това напрежение се прилага към първичната част на добре оразмерен компактен феритен трансформатор, който генерира необходимото ниво на ток при неговата вторична намотка, отговарящо на определената скорост на зареждане на батерията.

Напрежението обаче може да не съвпада с напрежението на зареждане на батерията, затова тук е вграден обикновен линеен регулатор за правилно фиксиране на нивото на напрежението.

С горната настройка батерията остава напълно изолирана от слънчевия панел и се зарежда ефективно дори при лоши метеорологични условия, тъй като сега слънчевият панел има право да работи, без да влияе или отпада наличното моментно напрежение при дадено условие.

Това помага да се реализира планираният ефект на проследяване на максимална мощност, което е нищо друго освен позволяване на панела да работи при минимално натоварване, като същевременно се уверява, че свързаният товар получава пълната мощност, необходима за оптималната му работа.

Би било интересно да се знае как SMPS предотвратява натоварването на панела или друг източник директно от товара.

Тайната се крие зад използването на феритна технология. Феритните трансформатори са изключително ефективни магнитни устройства, които ефективно насищат, за да генерират ефективно преобразуване от вход към изход.

Вземете за пример обикновеното захранване с трансформатор от железен сердечник с 2 ампера и SMPS с 2 ампера. Ако заредите двата колеги с пълен ток, който е с 2 ампера, ще откриете, че напрежението на желязната сърцевина спада значително, докато напрежението SMPS спада само незначително или по-скоро незначително .... така че това е тайната зад ефективността на базиран на SMPS MPPT в сравнение с линеен IC базиран MPPT зарядно устройство.