Інтернет магазин VINUR
Корзина

Принцип роботи MPPT контролера для сонячних батарей

У більшості власників електрогенеруючих установок на сонячних елементах виникають питання до функціонального призначення і принципiв роботи MPPT-контролера в складі "домашньої" електростанції. Спробуємо дати читачеві максимально детальне уявлення про це, c залученням фізики.

mppt контролер принцип роботи

Заглибимося трохи в шкільну фізику

Відомо, що сила струму в замкнутому електричному ланцюзі визначається законом Ома для повного кола, куди входять R (опір всіх зовнішніх елементів) і r (внутрішній опір джерела напруги - тобто в даному випадку власне сонячної комірки / -ок). При цьому з точки зору електротехніки кожен одиничний сонячний елемент є "поганим" напівпровідниковим діодом: у нього висока власна ємність, значний струм витоку і так далі. Також у нього є своя вольт-амперна характеристика (ВАХ), що нагадує характеристику "звичайного" діода - незважаючи на те, що сонячний елемент використовується в фотогальванічному (генеруючєму) режимі, а не для випрямлення електричного струму.

Звідси випливає, що в залежності від свого фактичного стану (фактичної зовнішньої освітленості / затіненості, температури, старіння і інших причин) внутрішній опір кожної окремої генеруючої електроенергією сонячної комірки (а з нею - і всього модуля) динамічно "плаває" в досить широкому діапазоні. Це означає, що навіть при повністю незмінному зовнішньому опорі R величина напруги U на виведення комiрка і ток I в ланцюзі будуть досить серйозно змінюватися. Оскільки знімаєма з одиничного елемента потужність є сумою U і I, вона також буде змінюватися - причому через нелінійність ВАХ графік знімаємой потужності має характерний "горбатий" вигляд, з точкою перегину, що відповідає максимуму. Таким чином, якщо додатково не "підлаштовувати" опір зовнішнього ланцюга R (навантаження) під постійно мінливі U і r сонячного елемента / -ів, то сумарне знімання потужності може впасти до 25-30% від максимально можливого для всієї батареї в даних умовах.

Контролер як проміжний елемент між сонячними модулями і навантаженням

Зі сказаного вище очевидно, що для ефективної роботи сонячних батарей між ним і споживаючим електрику навантаженням (наприклад, батареєю акумуляторів) необхідна "проміжна ланка", перетворюча струми / напруги між модулем і акумуляторами. Найбільшого поширення на ринку отримали два типи контролерів - MPPT і PWM:

1. контролер PWM(абревіатура від Pulse Width Modulation) - вiдносно простий пристрій, по суті дозуючий час, на який електрогенеруючі комiрки підключаються / відключається к / від навантаження (тим самим регулюється R навантаження і віддаються в нього струм і потужність);

2. контролер MPPT(Maximum Power Point Tracking) є високоінтелектуальним пристроєм, додатково динамічно відстежує згадану "точку максимальної потужності" (ТММ) при перетворенні струму / напруги.

MPPT контролер для сонячних батарей

Зазвичай в продаваємих пристроях реалізуються такі принципи роботи MPPT-контролерів (алгоритми управління):

  • Perturb and Observe - контролер виконує періодичне повне сканування параметрів підключеного до нього сонячного модуля і розраховує поточний стан ТММ. Зазвичай в параметрах настройки такого контролера можна задати інтервал, через який слід проводити подібне сканування - він може варіюватися від декількох хвилин до декількох годин. Мінус такого підходу в тому, на час пошуку ТММ віддача електроенергії в навантаження переривається;
  • Scan and Hold - контролер виконує початкове сканування підключеного модуля на предмет пошуку ТММ і надалі вважає її положення незмінним (тобто незалежних від затінення хмарами і інших подібних чинників) - до наступного повного сканування. Очевидно, що такий підхід забезпечує хорошу безперервність генерації, проте погано адаптується до швидко мінливих зовнішніх умов;
  • Percentage of open circuit voltage - становище ТММ динамічно визначається контролером який задається коефіцієнтом частки від напруги холостого ходу підключеного модуля. Метод відрізняється швидкістю (час переривання генерації на проведення вимірювань мало);
  • жорстка предустановка ТММ - користувач сам призначає величину напруги на модулі, яке вважається контролером фактичним становищем ТММ незалежно від зовнішніх умов. Плюси і мінуси підходу очевидні: електрогенерація не переривається, але модуль спочатку повинен бути відкалібрований (знята його фактична характеристика), а дрейф (деградація) його параметрів ніяк не відслідковуються.