MPPT on oluline juhtimistehnoloogia, mida kasutatakse fotogalvaanilistes elektritootmissüsteemides. MPPT-kontroller jälgib pidevalt päikesepaneelide väljundpinget reaalajas, jälgides optimaalseid pinge- ja vooluväärtusi, et tagada süsteemi maksimaalne võimsus. See tehnoloogia laeb tõhusalt akut, koordineerides samal ajal päikesepaneelide ja koormuste tööd, muutes selle päikesepaneelisüsteemi "ajuks". Käesolevas juhendis käsitletakse MPPT määratlust, tööpõhimõtteid ja tootevalikut.

 

Mis on MPPT?

Maksimaalse võimsuspunkti jälgimine (MPPT) on fotogalvaanilistes (PV) elektritootmissüsteemides kasutatav täiustatud tehnoloogia. See tuvastab ja säilitab arukalt PV-moodulite optimaalse võimsuse väljundpunkti muutuvates keskkonnatingimustes, näiteks valguse intensiivsuse ja temperatuuri muutudes. See tehnoloogia tagab, et päikesepaneelid toodavad alati maksimaalse võimaliku võimsuse, suurendades seeläbi süsteemi tõhusust ja üldist energiatootmist.

 

MPPT tähtsus

PV-mooduli väljundvõimsust mõjutavad sellised tegurid nagu temperatuur, valgustugevus ja koormus. Need tingimused põhjustavad muutusi mooduli voolu ja pinge (I-V) ning võimsuse ja pinge (P-V) iseloomulikes kõverates.

Nagu joonisel näidatud, järgivad PV-mooduli väljundpinge ja -vool I-V kõverad (oranž) ja P-V kõverad (sinine). Inverteri maksimaalse võimsuse tagamiseks peab alalisvoolu pinge töötama punases punktis, mis kujutab endast maksimaalset võimsuspunkti Pmax Vmp juures. Kui see töötab Vmp-st kõrgemal või madalamal pingel, langeb võimsus alla Pmax. Seetõttu ei suuda inverter ilma jälgimiseta säilitada optimaalset pinget ja voolu, mis toob kaasa võimsuskadu, kuigi kogu süsteem ei ole mõjutatud.

Maksimaalse võimsuspunkti pidev jälgimine on vajalik, sest iseloomulik kõver muutub valguse intensiivsuse, temperatuuri ja varjutuse muutumisel. Maksimaalne võimsuspunkt võib olla 560 V hommikul, 520 V keskpäeval ja 550 V pärastlõunal. Seega peab MPPT-regulaator pidevalt reguleerima, et tagada paneelide pidev maksimaalne võimsus kogu päeva jooksul, vältides päikeseenergia raiskamist.

 

MPPT kontrolleri tööpõhimõte

MPPT-kontroller, mida tuntakse ka kui mppt-laadimiskontroller, kasutab fotogalvaaniliste süsteemide energiatootmise optimeerimiseks MPPT-tehnoloogiat. PV-moodulimaastike MPPT-juhtimist juhivad tavaliselt DC/DC-muundurite ahelad, nagu on kujutatud allpool esitatud joonisel. Regulaator tuvastab põhisilmuse alalisvoolu ja väljundvoolu, arvutab päikesemassiivi väljundvõimsuse ja jälgib maksimaalset võimsuspunkti.

Konkreetselt on häiretakisti (R) ja MOSFET ühendatud jadasse. Stabiilse väljundpinge tingimustes muudetakse keskmist voolu läbi takisti, reguleerides MOSFETi töötsüklit, tekitades vooluhäireid. See häire muudab PV-elemendi väljundvoolu ja -pinget. Mõõtes PV-elemendi väljundvõimsuse ja -pinge muutusi enne ja pärast häiritust, määrab kontroller kindlaks järgmise tsükli häirituse suuna. Kui häire suurendab päikesepaneeli väljundvõimsust, jätkatakse samas suunas. Vastasel juhul muudab see suunda. Selline häirete ja vaatluste iteratiivne protsess tagab päikesepaneeli töö maksimaalse võimsuse juures.

MPPT laadija kontrolleri peamised tehnilised näitajad

• Jälgimise tõhusus: See näitaja mõõdab MPPT algoritmi võimet järgida maksimaalset võimsuspunkti, tavaliselt väljendatuna protsentides. See on MPPT algoritmi poolt väljastatud võimsuse ja PV-massiivi maksimaalse võimaliku võimsuse suhe teatud ajavahemiku jooksul. Suurem jälgimise tõhusus näitab, et MPPT algoritm on optimaalse võimsuse säilitamisel tõhusam.
• Reaktsioonikiirus: See näitaja näitab, kui kiiresti reageerib MPPT algoritm PV-massiivi väljundvõimsuse muutustele. Kiirem reageerimiskiirus võimaldab algoritmil kiiresti kohaneda maksimaalse võimsuspunktiga, minimeerides võimsuskadu. Reaktsioonikiirust mõõdetakse tavaliselt millisekundites.
• Stabiilsus: See näitaja on MPPT algoritmi võime jälgida järjepidevalt maksimaalset võimsuspunkti erinevates tingimustes. Sellised tegurid nagu päikesekiirgus, temperatuur ja koormus muutuvad pidevalt, mõjutades PV-massiivi väljundvõimsust. Stabiilne MPPT-algoritm suudab kiiresti kohaneda nende muutustega ja säilitada töö maksimaalse võimsuspunkti lähedal.

 

PV-süsteemide MPPT ühised algoritmid

Päikesepaneelide maksimaalse võimsuse punkti jälgimise (MPPT) tehnika on viinud erinevate juhtimismeetodite väljatöötamiseni nii teadusuuringute kui ka praktiliste rakenduste puhul kogu maailmas. Varjundamata tingimustes on PV-massiivide MPPT kontrollimiseks tavaliselt kasutatavad meetodid konstantse pinge jälgimine (CVT), häirimine ja jälgimine (P&O) ning inkrementaalne juhtivus (INC).

Allpool on esitatud nende kolme algoritmi tutvustus ja võrdlus:

1. Konstantse pinge jälgimine (CVT)

Konstantse pinge meetodi põhiprintsiip seisneb selles, et pinge PV-elementide P-U väljundkõvera maksimaalses võimsuspunktis jääb erinevate päikesepaisteliste tingimuste korral teatud konstantse väärtuse lähedale. CVT-meetodiga reguleeritakse PV-elemendi väljundpinget nii, et see püsiv pinge säiliks, võimaldades elemendi töötamist kogu tööprotsessi vältel maksimaalse võimsuspunkti lähedal.

• Eelised: CVT-meetod annab suurema väljundvõimsuse kui otsene sobitamine ja võib teatud tingimustel lihtsustada MPPT-juhtimist. Seda on lihtne rakendada, see on suhteliselt stabiilne ja sobib stabiilsete kliimatingimustega piirkondadesse, kus ei ole vaja suurt täpsust.
• Puudused: Meetodi kohanemisvõime on kehv ja täpsus on madal, kui ümbritseva keskkonna temperatuur muutub, kuna see ei suuda tõhusalt jälgida maksimaalset võimsuspunkti.

2. Häire ja vaatlus (P&O)

P&O meetod hõlmab PV-elemendi väljundpinge perioodilist häirimist (reguleerimist) ja sellest tuleneva võimsuse muutuse jälgimist. Kui võimsus suureneb, jätkatakse reguleerimist samas suunas. Kui võimsus väheneb, pööratakse suund ümber. See tagasisideahel jätkub kuni maksimaalse võimsuse saavutamiseni.

• Eelised: P&O meetodit on lihtne rakendada ja lihtne integreerida riistvarasse.
• Puudused: Reaktsioonikiirus on aeglane, mistõttu see sobib ainult stsenaariumide jaoks, kus päikesevalguse intensiivsus muutub järk-järgult, näiteks fotogalvaanilised elektrijaamad ja tänavalaternad. Lisaks võib see põhjustada väikeseid võnkumisi maksimaalse võimsuspunkti ümber, mis toob kaasa mõningase võimsuskadu.

3. Inkrementaalne juhtivus (INC)

INC-meetod kasutab PV-massiivi P-U-kõvera esimese astme tuletist, et leida maksimaalne võimsuspunkt. See meetod määrab järgmise reguleerimise suuna juhtivuse muutumise kiiruse (G = I/U) ja juhtivuse hetkeväärtuse alusel.

• Eelised: INC-meetod pakub paremat täpsust kui P&O, sest see sõltub täielikult juhtivuse muutumise kiirusest ja hetkelisest negatiivsest juhtivuse väärtusest, mitte eelnevast pingest või võimsusest. See suudab kiiresti kohaneda kiirete muutustega päikesevalguse intensiivsuses, mistõttu on see väga täpne.
• Puudused: Algoritm nõuab rohkem riistvaraandureid, mis suurendab kulusid. Seetõttu kasutatakse endiselt laialdaselt lihtsamat P&O meetodit.

 

MPPT vs. PWM: peamised erinevused ja eelised

MPPT ja PWM (impulsslaiuse modulatsioon) on kaks levinud juhtimisstrateegiat, mida kasutatakse fotogalvaanilistes (PV) süsteemides. Kuna MPPT ja PWM on põhikomponendid, mis tagavad nende süsteemide tõhusa ja stabiilse toimimise, erinevad MPPT- ja PWM-regulaatorid oluliselt funktsioonide, tõhususe ja rakendatavate stsenaariumide poolest.

1. Tööpõhimõtte erinevus

• PWM kontrollerid: PWM-regulaatorid reguleerivad voolu ja pinget voolu vooluahelas, reguleerides impulsi laiust. Mida pikem on PWM-signaali kõrgema taseme kestus, seda pikem on lülitusaeg vooluahelas, mis suurendab voolu voolamise aega läbi koormuse, reguleerides seeläbi väljundvõimsust.
• MPPT kontrollerid: MPPT-regulaatorid jälgivad päikesepaneeli pinget ja voolu reaalajas ning kasutavad optimaalse tööseisundi määramiseks spetsiaalseid algoritme. Nad reguleerivad koormuse impedantsi või tööpinget, et tagada paneeli pidev maksimaalne võimsus. See protsess on automaatne ja ei nõua inimese sekkumist.

2. Tõhusus ja tulemuslikkus

• PWM kontrollerid: PWM-regulaatoritel on suhteliselt madal kasutegur, kuna nad ei suuda täielikult ära kasutada päikesepaneeli maksimaalset väljundvõimsust, saavutades maksimaalselt 70-80% laadimise muundamise tõhususe.
• MPPT kontrollerid: MPPT-regulaatorid on oluliselt tõhusamad, kuna pinge ja voolu reaalajas jälgimine võimaldab neil jälgida maksimaalset võimsuspunkti (P=U*I). Selle tulemuseks on aku laadimine maksimaalse väljundvõimsusega, saavutades jälgimise tõhususe kuni 99% ja süsteemi üldise energiatootmise tõhususe kuni 97%, mis on umbes 50% suurem kui traditsioonilistel süsteemidel.

3. Kohaldatavad stsenaariumid

• PWM kontrollerid: Need kontrollerid sobivad suurte kulupiirangute ja madalamate tõhususnõuetega stsenaariumide jaoks. PWM-regulaatorid on oma juhtimisstrateegia lihtsuse tõttu kuluefektiivsemad ja sobivad ideaalselt odavate väikesemahuliste PV-süsteemide jaoks.
• MPPT kontrollerid: Need kontrollerid sobivad paremini stsenaariumide jaoks, mis nõuavad süsteemi suurt tõhusust. Suuremahulistes PV-elektrijaamades, hajutatud PV-elektrijaamade elektritootmissüsteemides ja muudes kõrge kasuteguriga nõuetes võivad MPPT-regulaatorid maksimeerida oma eeliseid ja parandada märkimisväärselt süsteemi üldist energiatootmise tõhusust.

 

Peamised tegurid MPPT kontrolleri valimisel

Õige MPPT-kontrolleri valimine on päikesepaneelisüsteemide tõhusa ja stabiilse toimimise seisukohast väga oluline. Siin on peamised tegurid, mida valiku tegemisel arvesse võtta:

1. Süsteemi pinge ja voolutugevus

• Sisendpinge vahemik: Veenduge, et MPPT-kontrolleri sisendpinge vahemik katab PV-mooduli väljundpinge erinevates tingimustes. Tavaliselt peaks kontrolleri sisendpinge vahemik olema suurem kui PV-mooduli lahtise ahela pinge (Voc).
• Sisendvoolu võimsus: Regulaatori sisendvoolu võimsus peaks olema vähemalt võrdne PV-mooduli lühisvooluga (Isc). Ohutuse ja tõhususe huvides on soovitatav valida vooluvõimsus 20-25% suurem kui maksimaalne lühisvool.
• Väljundpinge ja -vool: Veenduge, et kontrolleri väljundpinge ja -vool vastavad koormuse või energiasalvestusseadme nõuetele.

2. Võimsuse hinnang

• Võimsus: MPPT-regulaatori nimivõimsus peaks vastama PV-süsteemi koguvõimsusele. Veenduge, et kontroller suudab käsitleda PV-mooduli väljundvõimsust selle maksimaalses võimsuspunktis. Üldiselt peaks kontrolleri võimsus olema suurem kui PV-süsteemi maksimaalne võimsus, et vältida ülekoormust.

3. Ühilduvus

• Aku tüüp: Kui PV-süsteem sisaldab energiasalvestusseadmeid (nt akud), veenduge, et MPPT-kontroller ühildub kasutatava akutüübiga (plii-happe-, liitium-ioon-, nikkel-kadmium- jne.).
• Süsteemi arhitektuur: Valige MPPT-kontroller, mis sobib teie süsteemi ülesehitusele, olenemata sellest, kas see on võrguväline, võrku ühendatud või hübriidne.

 

Top 6 Solar MPPT kontrolleri kaubamärki

Fotogalvaanilise elektritootmise kasvava populaarsuse tõttu on päikesesüsteemi eluea pikendamiseks oluline valida kvaliteetne, kohandatav ja stabiilne päikesepaneelide kontroller. Need kontrollerid ei taga mitte ainult tõhusat tööd, vaid pakuvad ka mitmesuguseid lisafunktsioone, mis tagavad kasutusmugavuse. Siin on 6 parimat MPPT-kontrolleri kaubamärki maailmas:

1. Morningstar (USA)

Alates ettevõtte loomisest 1993. aastal on Morningstari tooteid laialdaselt kasutatud side tugijaamades, väliseiresüsteemides, saarevarustuses ja muudes keskmise ja kõrge kvaliteediga tööstuslikes rakendustes. See on usaldusväärne ja tunnustatud kaubamärk. Näiteks nende 40A 12/24V MPPT-kontrolleri hind on umbes $570.

 

2. Victron Energy (Madalmaad)

Tänu 40-aastasele kogemusele toiteallikate tootmises peetakse Victron Energy tooteid professionaalseks valikuks eraldiseisvate elektrisüsteemide jaoks. Neid kasutatakse standardvarustusena sellistel tuntud jahtmarkidel nagu Sunseeker, Ferretti ja Fairline, samuti kodumaistel jahtide ja erisõidukite tootjatel. 30A 12/24V MPPT-kontroller koos sisseehitatud Bluetoothiga on hinnaga umbes $170.

 

3. EPEVER (Hiina)

2007. aastal Pekingis asutatud EPEVER on juhtiv nimi päikeseenergiatööstuses, keskendudes päikeseenergia kontrollerite, võrguühenduseta inverterite ja hübriidelektrisüsteemide teadus- ja arendustegevusele, tootmisele, müügile ja teenindusele. Nende 30A 12/24V MPPT-kontroller on tuntud kuluefektiivsuse ja jõudluse poolest ning selle hind on umbes $90.

 

4. PHOCOS (Saksamaa)

2000. aastal Saksamaal Ulmis asutatud PHOCOS on üks maailma suurimaid võrkudeta päikeseenergiasüsteemide komponentide tootjaid. Nad toodavad päikese laadimisregulaatoreid, alalisvoolu luminofoorlampe ja muud. Näiteks nende 20A 12/24V IP68 veekindla kontrolleri hind on umbes $90.

 

5. STECA (Saksamaa)

STECA on suuremahuline professionaalne päikesepaneelide laadimiskontrollerite tootja. Nende tooted, mis on mõeldud keskmise ja väikese suurusega fotogalvaaniliste süsteemide jaoks, pakuvad tugevaid omadusi ja laadimisvoolusid vahemikus 6A kuni 140A, mis sobivad enamiku päikeseenergiasüsteemide ja alalisvoolu koormuse juhtimise jaoks.

 

6. Renogy (Hiina/USA)

2010. aastal USAs asutatud Renogy on saanud juhtivaks kaubamärgiks ülemaailmses uue energia tarbimise valdkonnas. Renogy on pühendunud sõltumatu ja puhta energia pakkumisele ning keskendub uute energiatoodete disainile, tehnoloogia uurimis- ja arendustegevusele ning ülemaailmsetele teenustele. Nende 30A 12/24V MPPT-kontroller on hinnaga umbes $130.

 

Viimane mõte

MPPT-tehnoloogia on fotogalvaanilise süsteemi hädavajalik osa. See võib tõhusalt parandada süsteemi tõhusust ja suurendada energiatootmist. Tõhusa MPPT saavutamine ei ole siiski lihtne ja nõuab paljude tehniliste raskuste ületamist. Tulevikus täiustub MPPT-tehnoloogia intelligentsete algoritmide ja tõhusa riistvara arendamisega veelgi, mis viib fotogalvaanikatööstust edasi.