Κατανόηση του MPPT Solar Charger

Εδώ προσπαθούμε να κατανοήσουμε την πραγματική έννοια κυκλώματος των ελεγκτών ηλιακών φορτιστών τύπου MPPt και να μάθουμε πώς λειτουργούν αυτές οι συσκευές.

Τι είναι το MPPT

Το MPPT σημαίνει Maximum Power Point Tracking, μια έννοια φορτιστή ειδικά σχεδιασμένη και σχεδιασμένη για την απόκτηση υψηλής απόδοσης ηλιακής ισχύος.

Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι εξαιρετικές συσκευές, δεδομένου ότι μας επιτρέπουν να αξιοποιήσουμε δωρεάν ηλεκτρική ενέργεια από τον ήλιο, ωστόσο οι σημερινές συσκευές δεν είναι πολύ αποδοτικές με τις εξόδους τους. Όπως όλοι γνωρίζουμε ότι η έξοδος από το ηλιακό θερμοσίφωνα εξαρτάται άμεσα από τις προσπίπτουσες ακτίνες του ήλιου, αρκεί να είναι σχεδόν κάθετη πάνω του και προσφέρει καλή απόδοση, η οποία συνεχίζει να χειροτερεύει με κεκλιμένες ακτίνες ή βυθισμένη θέση του ήλιου.

Τα παραπάνω επηρεάζονται επίσης με συννεφιά.

Επιπλέον, μια έξοδος ηλιακού συλλέκτη σχετίζεται με ασυνεπή επίπεδα τάσης που χρειάζονται κατάλληλη ρύθμιση για να λειτουργήσει το φορτίο που είναι συνήθως μια μπαταρία μολύβδου οξέος.

Οι μπαταρίες μολύβδου οξέος ή κάθε είδους φόρτιση μπαταρίας θα απαιτούν κατάλληλη ονομαστική είσοδο, ώστε να μην καταστραφεί και να φορτιστεί βέλτιστα. Για αυτό συνήθως συμπεριλαμβάνουμε έναν ελεγκτή φορτιστή μεταξύ του ηλιακού πλαισίου και της μπαταρίας.

Καθώς η τάση του ηλιακού συλλέκτη δεν είναι ποτέ σταθερή και μειώνεται με την πτώση του φωτός του ήλιου, το ρεύμα από το ηλιακό πάνελ γίνεται επίσης ασθενέστερο καθώς η ένταση του ηλιακού φωτός εξασθενεί

Με τις παραπάνω συνθήκες εάν το ηλιακό πάνελ υποβληθεί σε οποιοδήποτε είδος φόρτωσης άμεσα, το ρεύμα θα πέσει περαιτέρω παράγοντας αναποτελεσματικές εξόδους.

Με άλλα λόγια, η απόδοση ενός πίνακα είναι μέγιστη όταν η τάση του είναι κοντά στην ονομαστική καθορισμένη τιμή. Ως εκ τούτου, για παράδειγμα ένα ηλιακό πάνελ 18V θα λειτουργεί με τη μέγιστη απόδοση όταν λειτουργεί στα 18V.

Και σε περίπτωση που το φως του ήλιου εξασθενεί και η παραπάνω τάση πέσει στα 16V, ωστόσο θα μπορούσαμε να το λειτουργήσουμε με τη μέγιστη απόδοση αν μπορούσαμε να διατηρήσουμε τα 16V volt άθικτα και να αντλήσουμε την έξοδο χωρίς να επηρεάσουμε ή να μειώσουμε αυτήν την τάση.

Το παρακάτω γράφημα δείχνει γιατί και πώς ένα ηλιακό πλαίσιο παράγει τη μέγιστη απόδοση όταν του επιτρέπεται να λειτουργεί με τη μέγιστη έξοδο περιστασιακής τάσης.

Τι είναι το μέγιστο σημείο ισχύος ή το σημείο γόνατος

Οι συνηθισμένοι ελεγκτές ηλιακού φορτιστή ρυθμίζουν μόνο την τάση του ηλιακού πλαισίου και το καθιστούν κατάλληλο για τη φόρτιση της συνδεδεμένης μπαταρίας, ωστόσο αυτοί δεν εφαρμόζουν σωστά τον κανονισμό του πίνακα.

Ο συμβατικός ρυθμιστής φορτιστή που χρησιμοποιεί γραμμικά IC για τους κανονισμούς δεν μπορεί να εμποδίσει το ηλιακό πάνελ να φορτωθεί απευθείας από τη συνδεδεμένη μπαταρία ή τον μετατροπέα ή οτιδήποτε άλλο μπορεί να συνδεθεί ως φορτίο.

Η παραπάνω κατάσταση τείνει να μειώσει την τάση του ηλιακού πλαισίου, καθιστώντας έτσι τη χρήση του αναποτελεσματική, διότι τώρα ο πίνακας περιορίζεται από την παραγωγή της ονομαστικής ποσότητας ρεύματος στο φορτίο.

Γιατί λοιπόν αυτοί οι γραμμικοί φορτιστές ή οι ρυθμιστές PWM δεν μπορούν να αποφύγουν τη φόρτωση του ηλιακού πλαισίου παρά το γεγονός ότι είναι εξαιρετικά προηγμένοι, ακριβείς και σωστοί στις λειτουργίες τους; Πώς λειτουργούν οι πραγματικοί φορτιστές MPPT;

Η απάντηση στα παραπάνω ζητήματα δεν αναφέρεται πουθενά στο Διαδίκτυο, επομένως θεώρησα απαραίτητο να δώσω μια εις βάθος εξήγηση σχετικά με τη διαφορά μεταξύ των συνηθισμένων ελεγκτών φορτιστή και του πραγματικού MPPT.

Επιστρέφοντας στην παραπάνω ερώτηση, η απάντηση έγκειται στο γεγονός ότι σε γραμμικούς φορτιστές ρυθμιστή το φορτίο συνδέεται άμεσα με τον πίνακα, χωρίς ενδιάμεσο στάδιο προσωρινής αποθήκευσης, προκαλώντας αναποτελεσματική μεταφορά ισχύος και απαγωγή.

Ενώ στους οδηγούς MPPT, το φορτίο συνδέεται μέσω ενός ενδιάμεσου μετατροπέα Buck Boost, ο οποίος αλλάζει αποτελεσματικά τις συνθήκες ισχύος στο φορτίο ανάλογα με την ισχύ του ηλιακού φωτός στον πίνακα, διασφαλίζοντας την ελάχιστη φόρτωση του πίνακα και τη μέγιστη παροχή ισχύος στο φορτίο.

Βασικά αναπτύχθηκαν MPPT για να διασφαλιστεί ότι η καθαρή ισχύς εισόδου παρέχεται με συνέπεια στο φορτίο εξόδου ανεξάρτητα από τη συμβατότητα φορτίου με τον πίνακα.

Πώς το Buck Boost Topology βοηθά τους ελεγκτές MPPT να μεγιστοποιήσουν την απόδοση

Αυτό επιτυγχάνεται κυρίως με τη βοήθεια μιας τεχνολογίας παρακολούθησης SMPS buck boost.

Επομένως μπορούμε να πούμε ότι είναι Τεχνολογία ενίσχυσης SMPS buck που αποτελεί το πίσω μέρος όλων των σχεδίων MPPT και παρέχει μια εξαιρετικά αποτελεσματική επιλογή διαμόρφωσης ρύθμισης ισχύος και τροφοδοσίας συσκευών.

Στους ελεγκτές φορτιστή MPPT, η τάση του ηλιακού πλαισίου μετατρέπεται πρώτα σε παλλόμενη τάση ισοδύναμης υψηλής συχνότητας.

Αυτή η τάση εφαρμόζεται στην κύρια μονάδα ενός συμπαγούς μετασχηματιστή φερρίτη, ο οποίος παράγει το απαιτούμενο επίπεδο ρεύματος στη δευτερεύουσα περιέλιξή του, ταιριάζοντας με τον καθορισμένο ρυθμό φόρτισης της μπαταρίας.

Ωστόσο, η τάση ενδέχεται να μην ταιριάζει με την τάση φόρτισης της μπαταρίας, επομένως εδώ ενσωματώνεται ένας συνηθισμένος γραμμικός ρυθμιστής για τον σωστό καθορισμό του επιπέδου τάσης.

Με την παραπάνω ρύθμιση, η μπαταρία παραμένει εντελώς απομονωμένη από το ηλιακό πάνελ και φορτίζεται αποτελεσματικά ακόμη και σε κακές καιρικές συνθήκες, καθώς τώρα το ηλιακό πλαίσιο επιτρέπεται να λειτουργεί χωρίς να επηρεάζεται ή να μειώνεται η διαθέσιμη στιγμιαία τάση του υπό οποιαδήποτε δεδομένη κατάσταση.

Αυτό βοηθά στην εφαρμογή του επιδιωκόμενου εφέ παρακολούθησης μέγιστου σημείου ισχύος, το οποίο δεν είναι παρά να επιτρέπει στον πίνακα να λειτουργεί με ελάχιστη φόρτωση, διασφαλίζοντας όμως ότι το συνδεδεμένο φορτίο λαμβάνει την πλήρη ισχύ που απαιτείται για τη βέλτιστη απόδοσή του.

Θα ήταν ενδιαφέρον να μάθουμε πώς ένα SMPS εμποδίζει το πάνελ ή οποιαδήποτε πηγή να φορτωθεί απευθείας από το φορτίο.

Το μυστικό βρίσκεται πίσω από τη χρήση της τεχνολογίας φερρίτη. Οι μετασχηματιστές φερρίτη είναι εξαιρετικά αποτελεσματικές μαγνητικές συσκευές που κορεσθούν αποτελεσματικά για να παράγουν αποτελεσματική μετατροπή από είσοδο σε έξοδο.

Πάρτε το παράδειγμα ενός συνηθισμένου τροφοδοτικού μετασχηματιστή πυρήνα σιδήρου 2 amp και SMPS 2amp. Εάν φορτώσετε τους δύο ομολόγους με πλήρες ρεύμα που είναι με 2amps, θα διαπιστώσετε ότι η τάση του πυρήνα σιδήρου πέφτει σημαντικά, ενώ η τάση SMPS μειώνεται μόνο οριακά ή μάλλον αμελητέα…. σε σύγκριση με έναν γραμμικό ελεγκτή φορτιστή MPPT που βασίζεται σε IC.