Az MPPT fontos szabályozási technológia a fotovoltaikus energiatermelő rendszerekben. Az MPPT-vezérlő folyamatosan, valós időben figyeli a napelemek kimeneti feszültségét, és követi az optimális feszültség- és áramértékeket, hogy a rendszer maximális teljesítményt érjen el. Ez a technológia hatékonyan tölti az akkumulátort, miközben koordinálja a napelemek és a terhelések működését, így a napelemes fotovoltaikus rendszer "agya". Ez az útmutató az MPPT definícióját, működési elveit és termékválasztását mutatja be.

 

Mi az MPPT?

A maximális teljesítménypont követés (MPPT) a fotovoltaikus (PV) energiatermelő rendszerekben alkalmazott fejlett technológia. Intelligens módon azonosítja és fenntartja a PV-modulok optimális teljesítménykimeneti pontját változó környezeti feltételek, például a fényerősség és a hőmérséklet változásai mellett. Ez a technológia biztosítja, hogy a napelemek mindig a lehető legnagyobb teljesítményt adják le, ezáltal növelve a rendszer hatékonyságát és teljes energiatermelését.

 

Az MPPT fontossága

A PV-modulok teljesítményét olyan tényezők befolyásolják, mint a hőmérséklet, a fényerősség és a terhelés. Ezek a körülmények változásokat okoznak a modul áram-feszültség (I-V) és teljesítmény-feszültség (P-V) jelleggörbéjében.

Amint az ábrán látható, a PV-modul kimeneti feszültsége és árama az I-V görbéket (narancssárga) és a P-V görbéket (kék) követi. Ahhoz, hogy az inverter maximális teljesítményt adjon le, az egyenfeszültségnek a piros ponton kell működnie, amely a Pmax maximális teljesítménypontot jelenti Vmp-nél. Ha a Vmp-nél magasabb vagy alacsonyabb feszültségen működik, a teljesítmény a Pmax alá esik. Követés nélkül tehát az inverter nem tudja fenntartani az optimális feszültséget és áramot, ami teljesítményveszteséghez vezet, még akkor is, ha a teljes rendszer nem sérül.

A maximális teljesítménypont folyamatos követése azért szükséges, mert a jelleggörbe a fényerősség, a hőmérséklet és az árnyékolás változásával eltolódik. A maximális teljesítménypont reggel 560 V, délben 520 V, délután pedig 550 V lehet. Ezért az MPPT-szabályozónak folyamatosan alkalmazkodnia kell ahhoz, hogy a napelemek a nap folyamán folyamatosan maximális teljesítményt szolgáltassanak, elkerülve a napenergia pazarlását.

 

Az MPPT vezérlő működési elve

Az MPPT-vezérlő, más néven mppt napelemes töltésszabályozó az MPPT technológiát alkalmazza a fotovoltaikus rendszerek energiatermelésének optimalizálására. A PV-modul tömbök MPPT vezérlését általában DC/DC átalakító áramkörökkel kezelik, ahogyan az alábbi ábrán látható. A vezérlő érzékeli a fő hurok egyenfeszültségét és kimeneti áramát, kiszámítja a napelemes tömb kimeneti teljesítményét, és követi a maximális teljesítménypontot.

Pontosabban, egy zavaró ellenállás (R) és egy MOSFET sorba van kötve. Stabil kimeneti feszültség mellett az ellenálláson átfolyó átlagos áramot a MOSFET munkaciklusának beállításával változtatjuk, így létrehozva az áram perturbációját. Ez a perturbáció megváltoztatja a PV-cella kimeneti áramát és feszültségét. A PV-cella kimeneti teljesítményének és feszültségének a perturbáció előtti és utáni változásainak mérésével a vezérlő meghatározza a következő ciklus perturbációjának irányát. Ha a perturbáció növeli a napelem kimeneti teljesítményét, akkor a rendszer ugyanabban az irányban folytatja. Ellenkező esetben az irány megfordul. A perturbáció és a megfigyelés iteratív folyamata biztosítja, hogy a napelem a maximális teljesítményponton működjön.

Az MPPT töltésvezérlő legfontosabb műszaki mutatói

• Nyomon követési hatékonyság: Ez a mutató azt méri, hogy az MPPT algoritmus mennyire képes követni a maximális teljesítménypontot, jellemzően százalékban kifejezve. Ez az MPPT-algoritmus által kimenő teljesítmény és a PV-mező egy bizonyos időszak alatt elérhető maximális teljesítményének aránya. A magasabb követési hatékonyság azt jelzi, hogy az MPPT algoritmus hatékonyabban tartja fenn az optimális teljesítményt.
• Válaszsebesség: Ez a mutató arra utal, hogy az MPPT algoritmus milyen gyorsan reagál a PV-mező kimenő teljesítményének változásaira. A gyorsabb reakciósebesség lehetővé teszi az algoritmus számára, hogy gyorsan a maximális teljesítményponthoz igazodjon, minimalizálva a teljesítményveszteséget. A válaszsebességet általában milliszekundumokban mérik.
• Stabilitás: Ez a mutató az MPPT algoritmus azon képessége, hogy változó körülmények között is következetesen követi a maximális teljesítménypontot. Az olyan tényezők, mint a napsugárzás, a hőmérséklet és a terhelés folyamatosan változnak, és befolyásolják a PV-tömb kimenő teljesítményét. Egy stabil MPPT-algoritmus gyorsan alkalmazkodik ezekhez a változásokhoz, és képes a maximális teljesítménypont közelében tartani a működést.

 

Közös algoritmusok az MPPT-hez PV rendszerekben

A PV-táblák maximális teljesítménypont-követési (MPPT) technikája világszerte különböző szabályozási módszerek kifejlesztéséhez vezetett mind a kutatásban, mind a gyakorlati alkalmazásokban. Árnyékolatlan körülmények között a PV-táblák MPPT-jének általánosan használt szabályozási módszerei közé tartozik a konstans feszültségkövetés (CVT), a zavarás és megfigyelés (P&O), valamint az inkrementális vezetés (INC).

Az alábbiakban bemutatjuk és összehasonlítjuk ezt a három algoritmust:

1. Állandó feszültségkövetés (CVT)

Az állandó feszültség módszer alapelve az, hogy a PV-cellák kimeneti P-U görbéjének maximális teljesítménypontján a feszültség különböző besugárzási körülmények között egy bizonyos állandó érték közelében marad. A CVT-módszer úgy szabályozza a PV-cella kimeneti feszültségét, hogy ezt az állandó feszültséget fenntartsa, lehetővé téve a cella számára, hogy a működési folyamat során végig a maximális teljesítménypont közelében működjön.

• Előnyök: A CVT-módszer nagyobb kimenő teljesítményt eredményez, mint a közvetlen illesztés, és bizonyos körülmények között egyszerűsítheti az MPPT-szabályozást. Egyszerűen megvalósítható, viszonylag stabil, és olyan stabil éghajlati viszonyokkal rendelkező területeken alkalmazható, ahol nincs szükség nagy pontosságra.
• Hátrányok: A módszer alkalmazkodóképessége gyenge, és a környezeti hőmérséklet változásakor a pontosság alacsony, mivel nem képes hatékonyan követni a maximális teljesítménypontot.

2. Perturbáció és megfigyelés (P&O)

A P&O módszer során a PV-cella kimeneti feszültségét időszakosan megzavarják (beállítják), és megfigyelik a teljesítmény ebből adódó változását. Ha a teljesítmény növekszik, a beállítás ugyanabban az irányban folytatódik. Ha a teljesítmény csökken, az irány megfordul. Ez a visszacsatolási hurok a maximális teljesítménypont eléréséig tart.

• Előnyök: A P&O módszer egyszerűen megvalósítható és könnyen integrálható a hardverbe.
• Hátrányok: A reakciósebesség lassú, ezért csak olyan helyzetekben alkalmazható, ahol a napfény intenzitása fokozatosan változik, mint például a fotovoltaikus erőművek és az utcai lámpák. Ezenkívül a maximális teljesítménypont körüli kis oszcillációkat okozhat, ami némi teljesítményveszteséghez vezet.

3. Inkrementális vezetőképesség (INC)

Az INC-módszer a PV-tábla P-U-görbéjének első rendű deriváltját használja a maximális teljesítménypont meghatározásához. Ez a módszer a következő beállítás irányát a vezetőképesség változásának mértéke (G = I/U) és a vezetőképesség pillanatnyi értéke alapján határozza meg.

• Előnyök: Az INC-módszer jobb pontosságot kínál, mint a P&O, mivel teljes mértékben a vezetőképesség-változási sebességtől és a pillanatnyi negatív vezetőképesség-értéktől függ, nem pedig a korábbi feszültségtől vagy teljesítménytől. Gyorsan alkalmazkodik a napfény intenzitásának gyors változásaihoz, így rendkívül pontos.
• Hátrányok: Az algoritmus több hardveres érzékelőt igényel, ami növeli a költségeket. Ennek eredményeképpen az egyszerűbb P&O módszert még mindig széles körben használják.

 

MPPT vs. PWM: legfontosabb különbségek és előnyök

Az MPPT és a PWM (impulzusszélesség-moduláció) a fotovoltaikus (PV) rendszerekben használt két gyakori szabályozási stratégia. Az MPPT- és PWM-szabályozók, mint e rendszerek hatékony és stabil működését biztosító kulcskomponensek, funkciójuk, hatékonyságuk és alkalmazható forgatókönyvek tekintetében jelentősen különböznek egymástól.

1. Különbség a működési elvben

• PWM-vezérlők: A PWM-vezérlők az impulzusszélesség beállításával szabályozzák a feszültséget és az áramot az áramkörben. Minél hosszabb a PWM jelben a magas szintű időtartam, annál hosszabb a kapcsolási idő az áramkörben, ami megnöveli a terhelésen átfolyó áram idejét, ezáltal szabályozva a kimenő teljesítményt.
• MPPT vezérlők: Az MPPT-vezérlők valós időben figyelik a napelem feszültségét és áramát, és speciális algoritmusok segítségével meghatározzák az optimális működési állapotot. Úgy állítják be a terhelés impedanciáját vagy az üzemi feszültséget, hogy a panel mindig a maximális teljesítményen működjön. Ez a folyamat automatikus, és nem igényel emberi beavatkozást.

2. Hatékonyság és teljesítmény

• PWM-vezérlők: A PWM-vezérlők viszonylag alacsony hatásfokkal rendelkeznek, mivel nem tudják teljes mértékben kihasználni a napelem maximális teljesítményét, legfeljebb 70-80% töltési konverziós hatékonyságot érnek el.
• MPPT vezérlők: Az MPPT-vezérlők lényegesen hatékonyabbak, mivel a feszültség és az áram valós idejű megfigyelésével lehetővé teszik számukra a maximális teljesítménypont (P=U*I) követését. Ennek eredményeképpen az akkumulátor maximális kimeneti teljesítményű töltése, akár 99% követési hatékonyság és a rendszer teljes energiatermelési hatékonysága akár 97%, ami körülbelül 50%-vel magasabb, mint a hagyományos rendszereké.

3. Alkalmazható forgatókönyvek

• PWM-vezérlők: Ezek a vezérlők alkalmasak olyan forgatókönyvekhez, amelyekben magas költségkorlátok és alacsonyabb hatékonysági követelmények vannak érvényben. Vezérlési stratégiájuk egyszerűsége miatt a PWM-vezérlők költséghatékonyabbak, és ideálisak az alacsony költségű, kis méretű PV energiatermelő rendszerekhez.
• MPPT vezérlők: Ezek a vezérlők jobban megfelelnek a nagy rendszerhatékonyságot igénylő forgatókönyvekhez. A nagyméretű PV erőművekben, az elosztott PV energiatermelő rendszerekben és más nagy hatékonyságú követelményekben az MPPT-szabályozók maximalizálhatják előnyeiket, és jelentősen javíthatják a rendszer teljes energiatermelési hatékonyságát.

 

Az MPPT-vezérlő kiválasztásának legfontosabb tényezői

A megfelelő MPPT-szabályozó kiválasztása kulcsfontosságú a napelemes rendszerek hatékony és stabil működéséhez. Az alábbiakban bemutatjuk a legfontosabb tényezőket, amelyeket figyelembe kell vennie a kiválasztás során:

1. Rendszerfeszültség és áram

• Bemeneti feszültségtartomány: Győződjön meg arról, hogy az MPPT-vezérlő bemeneti feszültségtartománya lefedi a PV-modul kimeneti feszültségét különböző körülmények között. Általában a vezérlő bemeneti feszültségtartományának nagyobbnak kell lennie, mint a PV-modul nyitott áramköri feszültsége (Voc).
• Bemeneti áramkapacitás: A szabályozó bemeneti áramkapacitásának legalább a PV-modul rövidzárlati áramával (Isc) kell megegyeznie. A biztonság és a hatékonyság érdekében ajánlott a maximális rövidzárlati áramnál 20-25%-vel nagyobb áramkapacitást választani.
• Kimeneti feszültség és áram: Győződjön meg arról, hogy a vezérlő kimeneti feszültsége és árama megfelel a terhelés vagy az energiatároló eszköz követelményeinek.

2. Teljesítményérték

• Teljesítmény: Az MPPT-vezérlő névleges teljesítményének meg kell egyeznie a PV-rendszer teljes teljesítményével. Győződjön meg arról, hogy a vezérlő képes kezelni a PV-modul kimenő teljesítményét a maximális teljesítményponton. Általában a vezérlő teljesítménykapacitásának nagyobbnak kell lennie, mint a PV-rendszer maximális teljesítménye a túlterhelés elkerülése érdekében.

3. Kompatibilitás

• Akkumulátor típusa: Akkumulátor típusa: Ha a PV-rendszer energiatároló eszközöket (például akkumulátorokat) tartalmaz, győződjön meg arról, hogy az MPPT-vezérlő kompatibilis a használt akkumulátor típusával (ólom-sav, lítium-ion, nikkel-kadmium stb.).
• Rendszerarchitektúra: Válassza ki a rendszer felépítésének megfelelő MPPT-vezérlőt, legyen az hálózaton kívüli, hálózatra csatlakoztatott vagy hibrid rendszer.

 

Top 6 napelemes MPPT vezérlő márka

A fotovoltaikus energiatermelés növekvő népszerűségével a napelemes rendszer élettartamának meghosszabbításához elengedhetetlen a kiváló minőségű, alkalmazkodó és stabil napelemes szabályozó kiválasztása. Ezek a szabályozók nemcsak a hatékony működést biztosítják, hanem a felhasználó kényelmét szolgáló számos további funkciót is kínálnak. Íme a világ 6 legjobb MPPT-vezérlő márkája:

1. Morningstar (USA)

1993-as alapítása óta a Morningstar termékeit széles körben használják kommunikációs bázisállomásokban, terepi megfigyelésben, szigetüzemű áramellátásban és más közepes és csúcskategóriás ipari alkalmazásokban. Megbízható és elismert márka. Például a 40A 12/24V-os MPPT-vezérlőjük ára $570 körül van.

 

2. Victron Energy (Hollandia)

A tápegységek gyártása terén szerzett 40 éves tapasztalatával a Victron Energy termékei a professzionális választásnak számítanak az önálló áramellátó rendszerek esetében. Ezeket a termékeket olyan neves jachtmárkák, mint a Sunseeker, a Ferretti és a Fairline, valamint a hazai jacht- és speciális járműgyártók alapfelszerelésként használják. A 30A 12/24V-os MPPT-vezérlő beépített Bluetooth-szal $170 körüli áron kapható.

 

3. EPEVER (Kína)

A 2007-ben Pekingben alapított EPEVER a napenergia-ipar vezető neve, amely a napelemes szabályozók, a hálózaton kívüli inverterek és a hibrid energiarendszerek kutatás-fejlesztésére, gyártására, értékesítésére és szervizelésére összpontosít. A költséghatékonyságáról és teljesítményéről ismert 30A 12/24V MPPT szabályozójuk ára $90 körül van.

 

4. PHOCOS (Németország)

A 2000-ben a németországi Ulmban alapított PHOCOS a világ egyik legnagyobb gyártója a hálózaton kívüli napenergia-rendszerek alkatrészeinek. Napelemes töltésszabályozókat, egyenáramú fénycsöveket és még sok mást gyártanak. Például a 20A 12/24V-os IP68-as IP68-as vízálló szabályozójuk ára $90 körül van.

 

5. STECA (Németország)

A STECA a napelemes töltésszabályozók nagyméretű professzionális gyártója. A közepes és kis méretű fotovoltaikus rendszerekhez tervezett termékeik robusztus funkciókat és 6A-tól 140A-ig terjedő töltőáramokat kínálnak, amelyek a legtöbb napenergia-rendszerhez és egyenáramú terhelésvezérléshez alkalmasak.

 

6. Renogy (Kína/USA)

A 2010-ben az Egyesült Államokban alapított Renogy mára a globális fogyasztói új energiák vezető márkájává vált. A független és tiszta energia biztosítása mellett elkötelezett Renogy az új energiával kapcsolatos terméktervezésre, technológiai kutatás-fejlesztésre és globális szolgáltatásokra összpontosít. A 30A 12/24V-os MPPT vezérlőjük ára $130 körül van.

 

Utolsó gondolat

Az MPPT technológia a fotovoltaikus rendszer elengedhetetlen része. Hatékonyan javíthatja a rendszer hatékonyságát és növelheti az energiatermelést. A hatékony MPPT megvalósítása azonban nem könnyű, és számos technikai nehézség leküzdését igényli. A jövőben az intelligens algoritmusok és a hatékony hardverek fejlesztésével az MPPT-technológia tovább fog fejlődni, ami a fotovoltaikus iparágat előreviszi.