MPPT контроллеры: преимущества и недостатки

MPPT контроллеры: преимущества и недостатки

Когда-то все было просто, к 12В аккумулятору подключали 12В солнечный модуль и внимательно следили, чтобы максимальный фотовольтаический ток не превышал максимальный ток контроллера заряда и система работала.

К сожалению, из-за того, что с PWM (от англ. Pulse-width modulation - широтно-импульсная модуляция, ШИМ) контроллером солнечного заряда солнечные батареи не могут заряжать аккумулятор в точке своей максимальной мощности (англ. maximum power point, MPP), возникают большие потери энергии. На графике ниже вы можете удостовериться, что площадь MPP (Vmpp * Impp), отмеченная синим, примерно на 30% больше площади PWM (Vbatt * ~Isc) в пределах кривой IV.

MPPT контроллеры: преимущества и недостатки

Таким образом, использование MPPT контроллера солнечного заряда, например , BlueSolar MPPT от компании Victron Energy, определенно предоставит преимущества.

  • Если главным требованием является генерация определенного количества электроэнергии, то использование MPPT контроллера позволит сэкономить на размерах солнечной установки, так как эффективность возрастет на 30% .

  • Если же солнечные модули уже установлены, то добавление MPPT контроллера просто добавит системе дополнительные 30% мощности.

В обоих вышеуказанных случаях потребитель остается в выигрыше!

Расчет параметров солнечной установки можно сделать, используя электрические характеристики компонентов, это поможет проверить их совместимость и безопасность совместного использования, так как расчеты будут основываться на количестве генерируемой энергии. Давайте же посмотрим на возможности использования электрических характеристик.

Наличие DC/DC преобразователя в контроллере солнечного заряда BlueSolar MPPT делает всю систему более гибкой относительно входного напряжения контроллера. Первая задача, которая стоит перед нами, состоит в поиске соответствия между фотовольтаическими модулями и контроллером, и здесь номинальное напряжение модуля, будь то 12В или 24В, большой роли уже не играет. В принципе, можно использовать любой модуль, если его параметры находятся в пределах диапазона входного напряжения контроллера заряда.

Также мы можем соединять модули не только параллельно, но и последовательно, что приведет к увеличению входной мощности и гибкости всей системы. В дополнение к этому BlueSolar MPPT имеет функцию ограничения входной мощности (ограничение силы тока), что делает его еще уникальнее и интереснее!

Теперь вы можете параллельно подключать солнечные модули без необходимости замены MPPT контроллера на более мощный. Такая особенность не только минимизирует расходы, но повышает общую генерацию всей солнечной установки!

Кроме этого, для облегчения расчетов параметров солнечной установки есть специальная электронная таблица, где уже внесены характеристики всех контроллеров Blue Solar MPPT и солнечных модулей как компании Victron Energy, так и других производителей. С этой таблицей подбор солнечного контроллера значительно облегчается.

Скачать: VE-MPPT-Calc.xlsx (74KB)

MPPT контроллеры: преимущества и недостатки

А для тех, кому также интересны и технические аспекты эксплуатации MPPT контроллеров, далее следуют некоторые подробности:

Превышение диапазона входного напряжения (как и в случае с PWM) может привести к необратимым повреждениям солнечного контроллера.

Но также мы должны рассмотреть и такую характеристику MPPT контроллера, как минимальное допустимое напряжение, без которого он просто не будет функционировать. В примерах будем использовать солнечный модуль SPM50-12 с напряжением холостого хода (Voc) 22,2В и напряжением в точке максимальной мощности (Vmpp) 18В при стандартных условиях испытаний, что подразумевает наличие излучения мощностью 1000Вт на квадратный метр, температуры в 25°С и показателя воздушной массы в 1,5. Если температура солнечного модуля выше или ниже 25°С, то его напряжение будет уменьшатся или увеличиваться из-за температурного коэффициента, в данном случае шаг изменения составит -0,34% на один °С (смотрите описание конкретного солнечного модуля).

Допустим, для примера, что у нас есть три модуля SPM50-12, подключенных к Blue Solar MPPT 150/70 в 48В системе, а температура окружающей среды -10°С; используем напряжение холостого хода модулей для предварительной проверки возможности запуска такой солнечной установки в данных температурных условиях:

Напряжение, необходимое для запуска, составляет 48В + 7В (смотрите техническое описание MPPT 150/70) = 55В. Солнечные модули будут производить 3 * (22,2В + (-0,34% от 22,2В * -35°С разницы в температуре)) = 74,5В. Полученные 74,5В выше необходимых 55В, следовательно, условия соблюдаются, все отлично!

Также давайте проверим работоспособность этой системы в точке максимальной мощности при -10°С:

Напряжение, необходимое для работы, составляет 48В + 2В (смотрите техническое описание MPPT 150/70) = 50В. Солнечные модули будут производить 3 * (18В + (-0,34% от 22,2В * -35°С разницы в температуре)) = 61,9В. Полученные 61,9В выше необходимых 50В, следовательно, условия соблюдаются, все отлично!

Давайте проведем такие же расчеты, но не для холодного дня, а для очень жаркого, когда солнечные модули нагреются до целых 70°С:

Напряжение для запуска составит все те же 48В + 7В (смотрите техническое описание MPPT 150/70) = 55В. Солнечные модули будут производить 3 * (18В + (-0,34% от 22,2В * 45°С разницы в температуре)) = 56,4В. Полученные 56,4В выше необходимых 55В, значит, условия работоспособности соблюдены!

Но теперь в точке максимальной мощности напряжение модулей будет ниже необходимого уровня:

Напряжение, необходимое для работы, составляет 48В + 2В (смотрите техническое описание MPPT 150/70) = 50В. Солнечные модули будут производить 3 * (18В + (-0,34% от 22,2В * 45°С разницы в температуре)) = 43,8В. Полученные 43,8В ниже необходимых 50В, следовательно, при такой температуре MPPT контроллер работать не будет!

Зная эффективность DC/DC преобразователя (97,5% при 48В), можно рассчитать зарядный ток от MPPT контроллера к аккумулятору (при -10°С, когда система показала свою работоспособность). 61,9В Vmpp * 2,74A Impp / 48B Напряжение аккумулятора * 0,975 КПД = 3,45А. Это гораздо ниже 70А, следовательно, вся эта сила тока будет использоваться для зарядки аккумулятора.

Если же рассматривать конфигурацию солнечной установки, более приближенную к реалиям эксплуатации в домашних автономных системах, состоящую из 10 параллельно соединенных секций из солнечных модулей, где каждая секция в свою очередь состоит из 6 последовательно соединенных модулей, то при температуре -10°С будет следующая картина:

MPPT контроллеры: преимущества и недостатки

Напряжение холостого хода Voc при -10°С будет находиться на уровне максимума MPPT контроллера - 150В, что, как отмечалось выше, может повредить контроллер.

MPPT контроллеры: преимущества и недостатки

А при высокой температуре солнечных модулей (70°С) система уже будет работать нормально! Взяв такую конфигурацию соединения солнечных модулей в качестве базы, теперь можно экспериментировать с добавлением дополнительных модулей, используя для этого упоминавшуюся выше электронную таблицу. Увеличивая количество параллельно соединенных секций, мы увидим, что контроллер начнет снижать мощность. Большим преимуществом при этом будет тот факт, что для достижения максимальной выходной мощности контроллера может требоваться и меньшее излучение. И так как цена солнечных модулей имеет тенденцию к снижению, это особенность весьма интересна.

Обратите внимание, что вы можете использовать заранее “сконфигурированные” минимальные и максимальные температуры. На графиках были приведены и другие примеры солнечных установок, где также видна зависимость напряжения от температуры.

Удачи в использовании контроллера солнечного заряда Blue Solar MPPT!


Рейтинг и отзывы: 1 1 1 1 1 5/5 на основе 1 голоса