Принцип роботи MPPT контролера для сонячних батарей

Ефективність функціонування домашньої сонячної електростанції багато в чому визначає MPPT контролер принцип роботи і функціонування якого викликає чимало запитань у користувачів. Але щоб розібратися в цьому, варто згадати дещо зі шкільної програми з фізики.

Назад до основ

Відповідно до закону Ома, щодо повного ланцюга, сила струму в замкненому електроланцюзі залежить від опору зовнішніх компонентів (R) та внутрішнього опору джерела напруги (r), яким, у цій ситуації, є осередки сонячної батареї. Причому, якщо розглядати схему з боку електротехніки, то кожен осередок – це досить посередній напівпровідниковий діод, з великою індивідуальною ємністю та суттєвим струмом витоку. Крім цього, вона має власну вольт-амперну характеристику (ВАХ), схожу з властивостями стандартного діода, хоча осередок і не випрямляє електрострум, а бере участь у генеруючому процесі.

Таким чином, з урахуванням рівня освітленості або тіні, температурних показників, «віку» осередку та інших факторів, рівень опору кожного генеруючого елемента, а значить і всієї панелі, коливатиметься у досить суттєвому діапазоні. Тому, навіть якщо зовнішній опір буде стабільним, напруга (U) на виході з комірки, як і струм (I) в електроланцюзі, буде відчутно змінюватися. При цьому, враховуючи, що потужність кожного осередку – це похідна I та U, її показник теж змінюватиметься. Отже, опір навантаження (R) вимагає безперервного підстроювання під напругу, що змінюється, і опір осередків. В іншому випадку, очікується загального падіння потужності до чверті, від можливостей всієї сонячної панелі.

Саме для цього служить контролер, що виконує перетворення струму та напруги, що надходять від панелей на акумулятори.

Види та особливості контролерів

До найбільш затребуваних відносяться пристрої типу:

• PWM (Pulse Width Modulation), що є досить простими приладами, що підключають панель до навантаження і відключають від неї, на певний період часу, регулюючи, таким чином, опір навантаження, а також потужність і струм, що передаються їй;
  
• MPPT (Maximum Power Point Tracking) – інтелектуальні вироби, що відстежують, у процесі перетворення струму та напруги та точки максимальної потужності (ТММ).
  

Що ж до контролерів МРРТ, то їх роботі використовуються такі алгоритми:

• Perturb and Observe, що передбачає виконання з певною періодичністю сканування характеристик панелі, підключеної до контролера, з розрахунком поточного положення ТММ. Налаштування цих пристроїв дають змогу встановлювати інтервали сканування, з потрібною періодичністю. До недоліків такого методу варто віднести зупинку передачі електроенергії навантаження на період сканування;
  
• Scan and Hold, заснований на проведенні початкового сканування панелі для визначення ТММ, яка стає незмінною, до наступної перевірки, незалежно від глибини тіні та інших факторів. Такий метод сприяє безперервності генерації, але не відрізняється гарною адаптацією до швидких змін зовнішніх умов;
  
• Percentage of open circuit voltage, з динамічним визначенням ТММ, як задається коефіцієнтом частки від напруги підключеної панелі, при її роботі в холосту. Такий спосіб виділяється короткими паузами генерації, необхідними для виконання вимірювань, можливістю встановлення необхідної величини напруги, яке буде постійним, незалежним від зовнішніх факторів. Тобто, процес електрогенерації є практично безперервним, але панель має бути попередньо відкалібрована. Крім того, деградація параметрів не може відстежуватися.