MPPT е важна технология за управление, използвана във фотоволтаичните системи за производство на електроенергия. Контролерът MPPT непрекъснато следи изходното напрежение на соларните панели в реално време, като проследява оптималните стойности на напрежението и тока, за да гарантира, че системата постига максимална изходна мощност. Тази технология ефективно зарежда батерията, като същевременно координира работата на слънчевите панели и натоварванията, което я прави "мозък" на фотоволтаичната система. В това ръководство ще бъдат разгледани определението, принципите на работа и изборът на продукти за MPPT.

 

Какво представлява MPPT?

Проследяването на максималната точка на мощност (MPPT) е съвременна технология, използвана във фотоволтаичните (PV) системи за производство на електроенергия. Тя интелигентно идентифицира и поддържа оптималната точка на изходна мощност на фотоволтаичните модули при променящи се условия на околната среда, като например промени в интензивността на светлината и температурата. Тази технология гарантира, че соларните панели винаги произвеждат максималната възможна мощност, като по този начин повишават ефективността и цялостното производство на енергия от системата.

 

Значението на MPPT

Изходната мощност на фотоволтаичния модул се влияе от фактори като температура, интензивност на светлината и натоварване. Тези условия предизвикват промени в характеристиките на модула за ток и напрежение (I-V) и мощност и напрежение (P-V).

Както е показано на фигурата, изходното напрежение и токът на фотоволтаичния модул следват I-V кривата (оранжева) и P-V кривата (синя). За да се гарантира, че инверторът извежда максимална мощност, постоянното напрежение трябва да работи в червената точка, която представлява точката на максимална мощност Pmax при Vmp. Ако той работи при напрежение, по-високо или по-ниско от Vmp, мощността пада под Pmax. Следователно без проследяване инверторът не успява да поддържа оптималните напрежение и ток, което води до загуба на мощност, въпреки че цялостната система остава незасегната.

Необходимо е непрекъснато проследяване на максималната точка на мощност, тъй като характеристичната крива се променя при промени в интензитета на светлината, температурата и засенчването. Максималната точка на мощност може да бъде 560 V сутрин, 520 V на обяд и 550 V следобед. Следователно контролерът MPPT трябва постоянно да се настройва, за да гарантира, че панелите постоянно предоставят максимална мощност през целия ден, като се избягва разхищението на слънчева енергия.

 

Принцип на работа на контролера MPPT

Контролерът MPPT, известен също като контролер за соларен заряд MPPT, използва технологията MPPT за оптимизиране на производството на енергия във фотоволтаични системи. MPPT контролът на масиви от фотоволтаични модули обикновено се управлява от DC/DC преобразувателни схеми, както е показано на фигурата по-долу. Контролерът открива напрежението и изходния ток на главния контур, изчислява изходната мощност на соларния масив и проследява точката на максимална мощност.

По-конкретно, последователно са свързани смущаващ резистор (R) и MOSFET. При стабилни условия на изходното напрежение средният ток през резистора се променя чрез регулиране на работния цикъл на MOSFET, като се създава смущение на тока. Тази пертурбация променя изходния ток и напрежение на фотоволтаичната клетка. Чрез измерване на промените в изходната мощност и напрежението на фотоволтаичната клетка преди и след смущението, контролерът определя посоката на смущението за следващия цикъл. Ако смущението увеличава изходната мощност на фотоволтаичния панел, то продължава в същата посока. В противен случай се обръща посоката. Този повтарящ се процес на смущения и наблюдение гарантира, че слънчевият панел работи в точката на максимална мощност.

Ключови технически показатели за MPPT контролер за зареждане

• Ефективност на проследяването: Този показател измерва способността на алгоритъма MPPT да следва максималната точка на мощност, като обикновено се изразява в проценти. Това е съотношението между мощността, изведена от алгоритъма MPPT, и максималната възможна мощност на фотоволтаичния масив за определен период. По-високата ефективност на следене показва, че алгоритъмът MPPT е по-ефективен при поддържането на оптимална изходна мощност.
• Скорост на реакция: Този показател се отнася до това колко бързо алгоритъмът MPPT реагира на промените в изходната мощност на фотоволтаичния масив. По-високата скорост на реакция позволява на алгоритъма бързо да се адаптира към точката на максимална мощност, като свежда до минимум загубите на мощност. Скоростта на реакция обикновено се измерва в милисекунди.
• Стабилност: Този показател е способността на алгоритъма MPPT да проследява последователно максималната точка на мощност при различни условия. Фактори като слънчева радиация, температура и товар се променят постоянно, което се отразява на изходната мощност на фотоволтаичния масив. Стабилният MPPT алгоритъм може бързо да се адаптира към тези промени и да поддържа работа близо до точката на максимална мощност.

 

Общи алгоритми за MPPT във фотоволтаични системи

Техниката за проследяване на максималната мощност (MPPT) за фотоволтаични масиви доведе до разработването на различни методи за управление както в научните изследвания, така и в практическите приложения в световен мащаб. В условия на незасенчване често използваните методи за управление на MPPT във фотоволтаични масиви включват проследяване на постоянно напрежение (CVT), пертурбация и наблюдение (P&O) и инкрементална проводимост (INC).

По-долу е представено въведение и сравнение на тези три алгоритъма:

1. Проследяване на постоянно напрежение (CVT)

Основният принцип на метода на постоянното напрежение е, че напрежението в точката на максимална мощност на изходната P-U крива на фотоволтаичните клетки остава близо до определена постоянна стойност при различни условия на ослънчаване. Методът CVT контролира изходното напрежение на фотоволтаичната клетка, за да поддържа това постоянно напрежение, което позволява на клетката да работи близо до точката на максимална мощност по време на работния процес.

• Предимства: Методът CVT дава по-висока изходна мощност от директното съгласуване и може да опрости управлението на MPPT при определени условия. Той е лесен за прилагане, относително стабилен и подходящ за райони със стабилни климатични условия, където не се изисква висока точност.
• Недостатъци: Адаптивността на метода е слаба, а точността му е ниска при промяна на околната температура, тъй като не успява да проследи ефективно точката на максимална мощност.

2. Пертурбация и наблюдение (P&O)

Методът P&O включва периодично смущаване (регулиране) на изходното напрежение на фотоволтаичната клетка и наблюдение на получената промяна в мощността. Ако мощността се увеличава, регулирането продължава в същата посока. Ако мощността намалява, посоката се обръща. Този цикъл на обратна връзка продължава, докато се достигне точката на максимална мощност.

• Предимства: Методът P&O е лесен за прилагане и лесно се интегрира в хардуера.
• Недостатъци: Скоростта на реакция е бавна, което я прави подходяща само за сценарии, при които интензивността на слънчевата светлина се променя постепенно, като например фотоволтаични електроцентрали и улични лампи. Освен това той може да предизвика малки колебания около точката на максимална мощност, което води до известна загуба на мощност.

3. Инкрементална проводимост (INC)

Методът INC използва производната от първи ред на P-U кривата на фотоволтаичния масив, за да намери точката на максимална мощност. Този метод определя посоката на следващото регулиране въз основа на скоростта на изменение на проводимостта (G = I/U) и моментната стойност на проводимостта.

• Предимства: Методът INC предлага по-добра точност от P&O, тъй като зависи изцяло от скоростта на промяна на проводимостта и моментната отрицателна стойност на проводимостта, а не от предишното напрежение или мощност. Той може бързо да се адаптира към бързите промени в интензивността на слънчевата светлина, което го прави много точен.
• Недостатъци: Алгоритъмът изисква повече хардуерни сензори, което увеличава разходите. В резултат на това по-простият метод P&O все още се използва широко.

 

MPPT срещу PWM: основни разлики и предимства

MPPT и ШИМ (широчинно-импулсна модулация) са две често използвани стратегии за управление във фотоволтаичните системи (PV). Като ключови компоненти, които осигуряват ефективна и стабилна работа на тези системи, MPPT и PWM контролерите се различават значително по отношение на функциите, ефективността и приложимите сценарии.

1. Разлика в принципа на работа

• ШИМ контролери: ШИМ контролерите регулират напрежението и тока във веригата чрез регулиране на ширината на импулса. Колкото по-голяма е продължителността на високото ниво в ШИМ сигнала, толкова по-дълго е времето за превключване във веригата, което увеличава времето, през което токът протича през товара, като по този начин се контролира изходната мощност.
• MPPT контролери: Контролерите MPPT следят напрежението и тока на слънчевия панел в реално време и използват специални алгоритми за определяне на оптималното работно състояние. Те регулират импеданса на товара или работното напрежение, за да гарантират, че панелът винаги работи с максималната си мощност. Този процес е автоматичен и не изисква човешка намеса.

2. Ефективност и изпълнение

• ШИМ контролери: ШИМ контролерите имат сравнително ниска ефективност, тъй като не могат да използват напълно максималната изходна мощност на слънчевия панел, като постигат най-много 70-80% ефективност на преобразуване на зареждането.
• MPPT контролери: Контролерите MPPT са значително по-ефективни, като наблюдението на напрежението и тока в реално време им позволява да следят точката на максимална мощност (P=U*I). Това води до зареждане на батерията с максимална изходна мощност, като се постига ефективност на проследяване до 99% и обща ефективност на генериране на енергия от системата до 97%, което е с около 50% повече от традиционните системи.

3. Приложими сценарии

• ШИМ контролери: Тези контролери са подходящи за сценарии с високи ценови ограничения и по-ниски изисквания за ефективност. Поради простотата на тяхната стратегия за управление, PWM контролерите са по-рентабилни и са идеални за евтини, малки системи за производство на електроенергия от фотоволтаици.
• MPPT контролери: Тези контролери са по-подходящи за сценарии, изискващи висока ефективност на системата. В големи фотоволтаични електроцентрали, разпределени фотоволтаични системи за производство на електроенергия и други изисквания за висока ефективност, MPPT контролерите могат да увеличат максимално своите предимства и значително да подобрят общата ефективност на системата за производство на електроенергия.

 

Ключови фактори при избора на MPPT контролер

Изборът на правилния MPPT контролер е от решаващо значение за ефективната и стабилна работа на фотоволтаичните системи. Ето кои са основните фактори, които трябва да вземете предвид при избора си:

1. Напрежение и ток на системата

• Обхват на входното напрежение: Уверете се, че обхватът на входното напрежение на MPPT контролера покрива изходното напрежение на фотоволтаичния модул при различни условия. Обикновено диапазонът на входното напрежение на контролера трябва да бъде по-висок от напрежението на отворената верига (Voc) на фотоволтаичния модул.
• Капацитет на входния ток: Капацитетът на входния ток на контролера трябва да бъде поне равен на тока на късо съединение (Isc) на фотоволтаичния модул. За безопасност и ефективност се препоръчва да се избере токов капацитет, който е с 20-25% по-висок от максималния ток на късо съединение.
• Изходно напрежение и ток: Уверете се, че изходното напрежение и токът на контролера отговарят на изискванията на товара или устройството за съхранение на енергия.

2. Рейтинг на мощността

• Капацитет на захранването: Номиналната мощност на контролера MPPT трябва да съответства на общата мощност на фотоволтаичната система. Уверете се, че контролерът може да обработва изходната мощност на фотоволтаичния модул в неговата максимална точка на мощност. Обикновено мощността на контролера трябва да е по-висока от максималната мощност на фотоволтаичната система, за да се предотврати претоварване.

3. Съвместимост

• Тип батерия: Ако фотоволтаичната система включва устройства за съхранение на енергия (например батерии), уверете се, че MPPT контролерът е съвместим с типа на използваната батерия (оловно-кисела, литиево-йонна, никел-кадмиева и т.н.).
• Архитектура на системата: Изберете контролер MPPT, подходящ за архитектурата на вашата система, независимо дали тя е автономна, свързана към мрежата или хибридна.

 

Топ 6 марки слънчеви MPPT контролери

С нарастващата популярност на фотоволтаичното производство на енергия изборът на висококачествен, адаптивен и стабилен соларен контролер е от съществено значение за удължаване на експлоатационния живот на соларната система. Тези контролери не само осигуряват ефективна работа, но и предлагат различни допълнителни функции за удобство на потребителя. Ето кои са 6-те най-добри марки MPPT контролери в света:

1. Morningstar (САЩ)

От създаването си през 1993 г. продуктите на Morningstar се използват широко в комуникационни базови станции, мониторинг на полето, островно електрозахранване и други средни и високотехнологични индустриални приложения. Това е надеждна и добре разпознаваема марка. Например, цената на техния 40A 12/24V MPPT контролер е около $570.

 

2. Victron Energy (Нидерландия)

С 40-годишен опит в производството на захранващи устройства, продуктите на Victron Energy се възприемат като професионален избор за автономни захранващи системи. Те се използват като стандартно оборудване на реномирани марки яхти като Sunseeker, Ferretti и Fairline, както и от местни производители на яхти и специални превозни средства. Цената на 30A 12/24V MPPT контролер с вграден Bluetooth е около $170.

 

3. EPEVER (Китай)

Основана през 2007 г. в Пекин, EPEVER е водеща компания в соларната индустрия, която се фокусира върху научноизследователска и развойна дейност, производство, продажби и обслужване на соларни контролери, инвертори за автономна работа и хибридни енергийни системи. Известен със своята рентабилност и производителност, техният 30A 12/24V MPPT контролер е на цена около $90.

 

4. PHOCOS (Германия)

Създадена през 2000 г. в Улм, Германия, PHOCOS е един от най-големите производители на компоненти за автономни системи за слънчева енергия в света. Произвеждат се соларни зарядни контролери, постояннотокови флуоресцентни лампи и др. Например, техният 20A 12/24V IP68 водоустойчив контролер е на цена около $90.

 

5. STECA (Германия)

STECA е мащабен професионален производител на слънчеви зарядни контролери. Техните продукти, предназначени за средни и малки фотоволтаични системи, предлагат надеждни характеристики и зарядни токове от 6А до 140А, подходящи за повечето соларни системи и управление на постояннотокови товари.

 

6. Renogy (Китай/САЩ)

Основана през 2010 г. в САЩ, Renogy се превърна във водеща марка в областта на новата енергия за потребителите в световен мащаб. Ангажирана с осигуряването на независима и чиста енергия, Renogy се фокусира върху проектирането на нови енергийни продукти, научноизследователската и развойна дейност в областта на технологиите и глобалните услуги. Цената на техния 30A 12/24V MPPT контролер е около $130.

 

Заключителна мисъл

Технологията MPPT е незаменима част от фотоволтаичната система. Тя може ефективно да подобри ефективността на системата и да увеличи производството на електроенергия. Постигането на ефективен MPPT обаче не е лесно и изисква преодоляването на много технически трудности. В бъдеще, с разработването на интелигентни алгоритми и ефективен хардуер, технологията MPPT ще се усъвършенства допълнително, което ще даде тласък на фотоволтаичната индустрия.