MPPT este o tehnologie de control importantă utilizată în sistemele de generare a energiei fotovoltaice. Un controler MPPT monitorizează continuu tensiunea de ieșire a panourilor solare în timp real, urmărind valorile optime de tensiune și curent pentru a se asigura că sistemul atinge puterea maximă de ieșire. Această tehnologie încarcă eficient bateria în timp ce coordonează funcționarea panourilor solare și a sarcinilor, devenind astfel "creierul" sistemului solar fotovoltaic. Acest ghid va detalia definiția, principiile de funcționare și selecția produselor pentru MPPT.

 

Ce este MPPT?

Urmărirea punctului de putere maximă (MPPT) este o tehnologie avansată utilizată în sistemele de generare a energiei fotovoltaice (PV). Aceasta identifică și menține în mod inteligent punctul optim de ieșire a puterii modulelor fotovoltaice în condiții de mediu variabile, cum ar fi schimbările de intensitate a luminii și de temperatură. Această tehnologie garantează că panourile solare produc întotdeauna puterea maximă posibilă, sporind astfel eficiența și generarea globală de energie a sistemului.

 

Importanța MPPT

Puterea de ieșire a unui modul fotovoltaic este influențată de factori precum temperatura, intensitatea luminii și sarcina. Aceste condiții determină modificări ale curbelor caracteristice curent-tensiune (I-V) și putere-tensiune (P-V) ale modulului.

Așa cum este ilustrat în figură, tensiunea și curentul de ieșire ale modulului fotovoltaic urmează curbele I-V (portocaliu) și P-V (albastru). Pentru a se asigura că invertorul produce puterea maximă, tensiunea continuă trebuie să funcționeze la punctul roșu, care reprezintă punctul de putere maximă Pmax la Vmp. Dacă funcționează la o tensiune mai mare sau mai mică decât Vmp, puterea scade sub Pmax. Prin urmare, fără urmărire, invertorul nu reușește să mențină tensiunea și curentul optime, ceea ce duce la pierderi de putere, chiar dacă sistemul global nu este afectat.

Urmărirea continuă a punctului de putere maximă este necesară deoarece curba caracteristică se modifică în funcție de intensitatea luminii, temperatură și umbrire. Punctul de putere maximă ar putea fi 560 V dimineața, 520 V la prânz și 550 V după-amiaza. Prin urmare, controlerul MPPT trebuie să se ajusteze constant pentru a se asigura că panourile furnizează în mod constant puterea maximă pe tot parcursul zilei, evitând risipa de energie solară.

 

Principiul de funcționare al controlerului MPPT

Regulatorul MPPT, cunoscut și ca regulator de încărcare solară MPPT, utilizează tehnologia MPPT pentru a optimiza generarea de energie în sistemele fotovoltaice. Controlul MPPT al rețelelor de module fotovoltaice este, în general, gestionat de circuitele convertoarelor CC/CC, așa cum este prezentat în figura de mai jos. Regulatorul detectează tensiunea DC și curentul de ieșire din bucla principală, calculează puterea de ieșire a grupului solar și urmărește punctul de putere maximă.

Mai exact, o rezistență de perturbare (R) și un MOSFET sunt conectate în serie. În condiții de tensiune de ieșire stabilă, curentul mediu prin rezistor este modificat prin ajustarea ciclului de funcționare al MOSFET-ului, creând o perturbare a curentului. Această perturbare modifică curentul și tensiunea de ieșire a celulei fotovoltaice. Prin măsurarea modificărilor puterii și tensiunii de ieșire a celulei fotovoltaice înainte și după perturbare, controlerul determină direcția perturbării din ciclul următor. Dacă perturbarea crește puterea de ieșire a panoului solar, aceasta continuă în aceeași direcție. În caz contrar, se inversează direcția. Acest proces iterativ de perturbare și observare asigură funcționarea panoului solar la punctul său de putere maximă.

Indicatori tehnici cheie pentru controlerul de încărcare MPPT

• Eficiența urmăririi: Acest indicator măsoară capacitatea algoritmului MPPT de a urmări punctul de putere maximă, exprimat de obicei ca procent. Este raportul dintre puterea furnizată de algoritmul MPPT și puterea maximă posibilă a matricei fotovoltaice pe o anumită perioadă. O eficiență de urmărire mai mare indică un algoritm MPPT mai eficient în menținerea puterii de ieșire optime.
• Viteza de răspuns: Acest indicator se referă la rapiditatea cu care algoritmul MPPT reacționează la modificările puterii de ieșire a matricei fotovoltaice. O viteză de răspuns mai mare permite algoritmului să se adapteze rapid la punctul de putere maximă, minimizând pierderea de putere. Viteza de răspuns este măsurată de obicei în milisecunde.
• Stabilitate: Acest indicator este capacitatea algoritmului MPPT de a urmări în mod constant punctul de putere maximă în condiții variate. Factori precum radiația solară, temperatura și sarcina se modifică constant, afectând puterea de ieșire a matricei fotovoltaice. Un algoritm MPPT stabil se poate adapta rapid la aceste schimbări și menține funcționarea aproape de punctul de putere maximă.

 

Algoritmi comuni pentru MPPT în sistemele fotovoltaice

Tehnica de urmărire a punctului de putere maximă (MPPT) pentru rețelele fotovoltaice a condus la dezvoltarea diferitelor metode de control atât în cercetare, cât și în aplicații practice la nivel mondial. În condiții de neumbră, metodele de control utilizate în mod obișnuit pentru MPPT în matricele fotovoltaice includ urmărirea tensiunii constante (CVT), perturbarea și observarea (P&O) și conductivitatea incrementală (INC).

Mai jos este prezentată o introducere și o comparație a acestor trei algoritmi:

1. Urmărirea tensiunii constante (CVT)

Principiul de bază al metodei tensiunii constante este că tensiunea la punctul de putere maximă de pe curba P-U de ieșire a celulelor fotovoltaice rămâne aproape de o anumită valoare constantă în diferite condiții de insolație. Metoda CVT controlează tensiunea de ieșire a celulei fotovoltaice pentru a menține această tensiune constantă, permițând celulei să funcționeze aproape de punctul de putere maximă pe tot parcursul procesului său de lucru.

• Avantaje: Metoda CVT produce o putere de ieșire mai mare decât potrivirea directă și poate simplifica controlul MPPT în anumite condiții. Este simplu de implementat, relativ stabil și potrivit pentru zonele cu condiții climatice stabile, unde nu este necesară o precizie ridicată.
• Dezavantaje: Adaptabilitatea metodei este slabă și precizia este scăzută atunci când temperatura ambiantă se modifică, deoarece nu reușește să urmărească eficient punctul de putere maximă.

2. Perturbare și observare (P&O)

Metoda P&O presupune perturbarea (ajustarea) periodică a tensiunii de ieșire a celulei fotovoltaice și observarea modificării puterii rezultate. Dacă puterea crește, ajustarea continuă în aceeași direcție. Dacă puterea scade, direcția este inversată. Această buclă de feedback continuă până când se atinge punctul de putere maximă.

• Avantaje: Metoda P&O este simplu de implementat și ușor de integrat în hardware.
• Dezavantaje: Viteza de răspuns este lentă, ceea ce îl face potrivit doar pentru scenarii în care intensitatea luminii solare se modifică treptat, cum ar fi centralele fotovoltaice și lămpile stradale. În plus, acesta poate provoca mici oscilații în jurul punctului de putere maximă, ceea ce duce la unele pierderi de putere.

3. Conductanța incrementală (INC)

Metoda INC utilizează derivata de ordinul întâi a curbei P-U a rețelei fotovoltaice pentru a găsi punctul de putere maximă. Această metodă determină direcția următoarei ajustări pe baza ratei de variație a conductanței (G = I/U) și a valorii instantanee a conductanței.

• Avantaje: Metoda INC oferă o precizie mai bună decât P&O deoarece depinde în întregime de rata de schimbare a conductanței și de valoarea conductanței negative instantanee, nu de tensiunea sau puterea anterioară. Metoda se poate adapta rapid la schimbările rapide ale intensității luminii solare, ceea ce o face foarte precisă.
• Dezavantaje: Algoritmul necesită mai mulți senzori hardware, ceea ce crește costul. Ca urmare, metoda mai simplă P&O este încă utilizată pe scară largă.

 

MPPT vs. PWM: Principalele diferențe și avantaje

MPPT și PWM (Pulse Width Modulation) sunt două strategii comune de control utilizate în sistemele fotovoltaice (PV). În calitate de componente-cheie care asigură funcționarea eficientă și stabilă a acestor sisteme, controlerele MPPT și PWM diferă semnificativ în ceea ce privește funcția, eficiența și scenariile aplicabile.

1. Diferența în principiul de funcționare

• Controlere PWM: Controlerele PWM reglează tensiunea și curentul în circuit prin ajustarea lățimii impulsului. Cu cât este mai lungă durata de nivel înalt a semnalului PWM, cu atât este mai lung timpul de comutare în circuit, ceea ce crește timpul în care curentul trece prin sarcină, controlând astfel puterea de ieșire.
• Controlere MPPT: Controlerele MPPT monitorizează tensiunea și curentul panoului solar în timp real și utilizează algoritmi specifici pentru a determina starea optimă de funcționare. Acestea ajustează impedanța sarcinii sau tensiunea de funcționare pentru a se asigura că panoul funcționează întotdeauna la puterea maximă de ieșire. Acest proces este automat și nu necesită intervenție umană.

2. Eficiență și performanță

• Controlere PWM: Controlerele PWM au o eficiență relativ scăzută, deoarece nu pot utiliza pe deplin puterea maximă de ieșire a panoului solar, atingând o eficiență de conversie a încărcării de cel mult 70-80%.
• Controlere MPPT: Controlerele MPPT sunt semnificativ mai eficiente, monitorizarea în timp real a tensiunii și curentului permițându-le să urmărească punctul de putere maximă (P=U*I). Acest lucru duce la încărcarea bateriei cu puterea maximă de ieșire, obținându-se o eficiență de urmărire de până la 99% și o eficiență globală a generării de energie a sistemului de până la 97%, care este cu aproximativ 50% mai mare decât în cazul sistemelor tradiționale.

3. Scenarii aplicabile

• Controlere PWM: Aceste controlere sunt potrivite pentru scenarii cu constrângeri ridicate în materie de costuri și cerințe de eficiență reduse. Datorită simplității strategiei lor de control, controlerele PWM sunt mai rentabile și sunt ideale pentru sistemele de generare a energiei fotovoltaice la scară mică, cu costuri reduse.
• Controlere MPPT: Aceste controlere sunt mai potrivite pentru scenariile care necesită o eficiență ridicată a sistemului. În centralele fotovoltaice la scară largă, în sistemele de generare a energiei fotovoltaice distribuite și în alte cerințe de eficiență ridicată, controlerele MPPT își pot maximiza avantajele și pot îmbunătăți semnificativ eficiența generală a sistemului de generare a energiei.

 

Factori cheie în selectarea unui controler MPPT

Alegerea regulatorului MPPT potrivit este esențială pentru funcționarea eficientă și stabilă a sistemelor fotovoltaice solare. Iată factorii cheie de care trebuie să țineți cont atunci când faceți selecția:

1. Tensiunea și curentul sistemului

• Intervalul tensiunii de intrare: Asigurați-vă că intervalul de tensiune de intrare al regulatorului MPPT acoperă tensiunea de ieșire a modulului fotovoltaic în diferite condiții. De obicei, gama de tensiuni de intrare a controlerului trebuie să fie mai mare decât tensiunea în circuit deschis (Voc) a modulului fotovoltaic.
• Capacitatea curentului de intrare: Capacitatea curentului de intrare a regulatorului trebuie să fie cel puțin egală cu curentul de scurtcircuit (Isc) al modulului fotovoltaic. Pentru siguranță și eficiență, este recomandat să alegeți o capacitate de curent cu 20-25% mai mare decât curentul maxim de scurtcircuit.
• Tensiune și curent de ieșire: Asigurați-vă că tensiunea și curentul de ieșire ale regulatorului îndeplinesc cerințele sarcinii sau ale dispozitivului de stocare a energiei.

2. Putere nominală

• Capacitate de alimentare: Puterea nominală a controlerului MPPT trebuie să corespundă puterii totale a sistemului fotovoltaic. Asigurați-vă că regulatorul poate gestiona puterea de ieșire a modulului fotovoltaic la punctul său de putere maximă. În general, capacitatea de putere a controlerului trebuie să fie mai mare decât puterea maximă a sistemului fotovoltaic pentru a preveni supraîncărcarea.

3. Compatibilitate

• Tip baterie: Dacă sistemul fotovoltaic include dispozitive de stocare a energiei (cum ar fi baterii), asigurați-vă că regulatorul MPPT este compatibil cu tipul de baterie utilizat (plumb-acid, litiu-ion, nichel-cadmiu etc.).
• Arhitectura sistemului: Alegeți un controler MPPT potrivit pentru arhitectura sistemului dvs., indiferent dacă este off-grid, conectat la rețea sau hibrid.

 

Top 6 mărci de controlere solare MPPT

Odată cu creșterea popularității generării de energie fotovoltaică, selectarea unui controler solar de înaltă calitate, adaptabil și stabil este esențială pentru prelungirea duratei de viață a unui sistem solar. Aceste controlere nu numai că asigură o funcționare eficientă, dar oferă și diverse caracteristici suplimentare pentru confortul utilizatorului. Iată care sunt cele mai importante 6 mărci de controlere MPPT din lume:

1. Morningstar (SUA)

De la înființarea sa în 1993, produsele Morningstar au fost utilizate pe scară largă în stațiile de bază de comunicații, monitorizarea pe teren, alimentarea cu energie electrică a insulelor și alte aplicații industriale medii și high-end. Este o marcă de încredere și bine recunoscută. De exemplu, controlerul lor MPPT 40A 12/24V are un preț de aproximativ $570.

 

2. Victron Energy (Țările de Jos)

Cu 40 de ani de experiență în producția de surse de alimentare, produsele Victron Energy sunt considerate alegerea profesională pentru sistemele de alimentare autonome. Acestea sunt utilizate ca echipament standard la mărci renumite de iahturi, precum Sunseeker, Ferretti și Fairline, precum și de către producătorii interni de iahturi și vehicule speciale. Regulatorul MPPT 30A 12/24V cu Bluetooth încorporat are un preț de aproximativ $170.

 

3. EPEVER (China)

Înființată în 2007 în Beijing, EPEVER este un nume de top în industria solară, concentrându-se pe cercetare și dezvoltare, producție, vânzări și servicii de controlere solare, invertoare off-grid și sisteme energetice hibride. Cunoscut pentru rentabilitate și performanță, regulatorul lor 30A 12/24V MPPT are un preț de aproximativ $90.

 

4. PHOCOS (Germania)

Înființată în 2000 în Ulm, Germania, PHOCOS este unul dintre cei mai mari producători din lume de componente pentru sisteme de energie solară fără rețea. Ei produc controlere de încărcare solare, lămpi fluorescente DC și multe altele. De exemplu, regulatorul lor rezistent la apă IP68 de 20A 12/24V are un preț de aproximativ $90.

 

5. STECA (Germania)

STECA este un producător profesionist pe scară largă de controlere de încărcare solare. Produsele lor, concepute pentru sisteme fotovoltaice la scară medie și mică, oferă caracteristici robuste și curenți de încărcare variind de la 6A la 140A, potrivite pentru majoritatea sistemelor de energie solară și pentru controlul sarcinii DC.

 

6. Renogy (China/SUA)

Înființată în 2010 în SUA, Renogy a devenit o marcă de top în domeniul energiei noi pentru consumatori la nivel mondial. Angajată să furnizeze energie independentă și curată, Renogy se concentrează pe proiectarea de noi produse energetice, cercetare și dezvoltare tehnologică și servicii globale. Prețul controlerului MPPT 30A 12/24V este de aproximativ $130.

 

Gândul final

Tehnologia MPPT este o parte indispensabilă a sistemului fotovoltaic. Ea poate îmbunătăți în mod eficient eficiența sistemului și poate crește producția de energie. Cu toate acestea, realizarea unui MPPT eficient nu este ușoară și necesită depășirea multor dificultăți tehnice. În viitor, odată cu dezvoltarea algoritmilor inteligenți și a hardware-ului eficient, tehnologia MPPT va fi îmbunătățită și mai mult, făcând ca industria fotovoltaică să progreseze.