У чому відмінність MPPT контролерів заряду?

Розглянемо теорію і практику експлуатації MPPT контролерів "Максимальна силова точка відстеження", використовувану в покращених сонячних контролери заряду.

MPPT контролер являє собою електронний пристрій з вбудованим конвертором постійного струму DC/DC, який оптимізує параметри енергії між сонячними батареями і акумуляторними батареями. Простіше кажучи, вони перетворюють високу вихідну напругу постійного струму від сонячних батарей до низької напруги, необхідного для зарядки акумуляторних батарей.

Отже, що значить «оптимізувати параметри енергії»?    

Більшість сонячних панелей виробляються і називаються умовно 12 - вольтовими. Заковика в тому, що "номінально", насправді, майже всі "12-вольт" сонячні панелі видають від 16 до 18 Вольт при номінальному навантаженні. Проблема в тому, що номінальні 12-вольт акумуляторні батареї досить близькі до фактичних 12 Вольт - від 10,5 до 12,7 Вольт, в залежності від стану заряду. Для успішної зарядки більшість акумуляторних батарей вимагають до 14,4 Вольт.

Припустимо, ми придбали сонячну панель 130 Вт

На практиці сонячна панель видає 130 Вт лише при певній напрузі і струмі. Експериментально ця сонячна батарея розрахована на 7,52 Ампер при 17,3 Вольт. (7,52Ах17,3В= 130 Вт).

Тепер розглянемо, чому панель 130 Вт не видає 130 Вт зарядки або куди йдуть наші Вати? Так що ж відбувається, коли ви підключаєте панель 130 Вт до акумулятора через звичайний контролер заряду?

На жаль, те, що відбувається, далеко не дає 130 Вт. Ваша сонячна панель видає 7,5 Ампер. Ваша акумуляторна батарея просаджує напруга при зарядці до 12 Вольт. Відповідно маємо потужність зарядки акумулятора : 7,5 Ампер Х 12 Вольт = 90 Вт. Ви втратили більше 40 Вт, але ж заплатили за 130 Вт! Де ж поділися 40 Вт? Вони просто не виробляються із-за слабкого перетворення (немає оптимізації параметрів) між панеллю і акумулятором. При дуже низькому заряді батареї, скажімо 10,5 Вольт ситуація ще гірше - ви можете втратити цілих 35% потужності (11 Вольт х 7,4 = 81,4 Вт). Ви втратили близько 48 Вт. Ви можете подумати - чому б просто не зробити панелі так, щоб вони виробляли 14 Вольт або близько того, щоб відповідати батареї?

Є багато факторів. Панелі потужністю 130 Вт розраховані при повному сонячному світлі і при певній температурі. Якщо температура сонячної панелі не стандартна, ви не отримаєте 17,4 Вольт. Чим вище експлуатаційна температура панелі, тим нижче вона видає напругу, а отже - менше енергії. У багатьох жарких кліматичних зонах, ви можете отримати до 16 Вольт. Якщо ви отримуєте до 15 Вольт з панелі, у вас не буде достатньої напруги для зарядки батареї. Сонячні ж батареї повинні мати достатньо свободи дій, щоб в будь-яких умовах виконувати своє призначення. У зв'язку з такою не стикуванням і потрібен контролер МРРТ.

Яка вигода від використання контролерів MPPT?

Вона прямо пропорційна сезонним умовам. MPPT контролери, як правило, засновані на цифровій технології управління. Такий контролер заряду постійно промацує на виході з панелей напруга, і порівнює його з напругою батареї. Потім контролер обчислює оптимальне значення струму і напруги в конкретний момент часу. Виконує необхідну оптимізацію (перетворення) щоб отримати максимальну потужність зарядки.

Більшість сучасних MPPT контролерів мають ККД 93-97% ефективності перетворення. Ви зазвичай отримуєте від 20% до 45% збільшення потужності взимку і 10%-15% влітку. Фактичний коефіцієнт підсилення може широко варіювати в залежності від погоди, температури, рівня заряду акумулятора, та інших факторів.

Як працює MPPT технологія?

Припустимо, акумулятор розряджений до 12 Вольт. MPPT бачить, що на сонячній батареї 17,3 Вольт і 7,52 Ампера і перетворює його вниз, так що те, що батарея отримує тепер 10,8 Ампер на 12 Вольт.

Тепер у вас реально отримано майже 130 Вт. Це спрощене пояснення - на самому контролер заряду MPPT відстежує точку максимальної потужності, яка буде відрізнятися майже у всіх ситуаціях. При дуже низьких температурах 120 Вт панель насправді здатні виробити більш 130 Вт. З іншого боку, в дуже жарких умовах, потужність падає - ви втрачаєте потужність, коли температура підвищується. Саме тому ви отримаєте менший приріст потужності в літній час.

MPPT контролери є найбільш ефективним при наступних умовах:

• Зима, і/або хмарні або туманні дні - коли додаткова потужність необхідна найбільше. МРРТ може змінюватися постійно для отримання максимальної потужності заряду батареї.
• Холодна погода - сонячні батареї працюють краще при низьких температурах, але без MPPT ви втрачаєте велику частину цього переваги, коли сонячні години мінімальні.
• Низький заряд батареї - чим нижчий стан заряду батареї, тим більше контролер MPPT вкладає в них.
• Довгі проводи. При зарядці акумулятора 12 Вольт і відстані в 30 метрів до панелі падіння напруги і втрати потужності можуть бути значними, якщо ви використовуєте дуже великий провід. Це може бути дуже дорого. Але якщо у вас є чотири 12 Вольт панелей, з'єднаних послідовно на 48 вольт, втрати потужності значно менше, і контролер буде конвертувати висока напруга до 12 Вольт на батарею. Це також означає, що якщо у вас висока напруга на панелях досягнуто послідовним підключенням, Ви можете використовувати набагато менше проводів.

Отже, тепер повернемося до початкового питання - Що таке MPPT?   

В основі цифрового контролера MPPT лежить DC/DC перетворювач. Він приймає вхідна напруга постійного струму від сонячних панелей, змінять його на високочастотне змінне, і перетворює його назад в інше постійне напруга і струм в точності співпадаючими з панелями батарей. MPPT контролери працюють на дуже високих частотах, як правило, у 20-80 кГц. Перевага високочастотних ланцюгів в тому, що вони можуть бути розроблені з дуже високою ефективністю трансформації (перетворення) на дрібних деталях.

Є кілька цифрових (тобто лінійних аналогових) контролери заряду MPPT . Це набагато простіше і дешевше, ніж цифрові. Вони ефективніше (максимум на 10%), але їх ефективність короткочасно може падати. Приміром, якщо пройде хмара над панеллю.

Висновок: Використання МРРТ контролерів дає можливість більш повно використовувати потенціал сонячних батарей і як наслідок знімати на 15-45 % більше електроенергії порівняно з іншими контролерами.

Справжній МРРТ контролер коштує досить дорого і починається від $150 і більше в залежності від пропускається струму і технічних характеристик.

Бюджетні, відносно недорогі МРРТ контролери нічого спільного з МРРТ не мають. В кращому випадку - просунуті PWM контролери.