Itt megpróbáljuk megérteni az MPPt típusú napelemes töltőkészülékek tényleges áramköri koncepcióját, és megismerjük ezeknek az eszközöknek a működését.
Mi az MPPT
Az MPPT a Maximum Power Point Tracking (maximális teljesítménypont-követés) rövidítése, amely kifejezetten a rendkívül hatékony napenergia-hasznosítás megszerzésére szolgál és célja.
A napelemek kiváló készülékek, mivel lehetővé teszik számunkra a naptól mentes elektromos energia hasznosítását, azonban a jelenlegi eszközök kimenetükkel nem túl hatékonyak. Mint mindannyian tudjuk, hogy a napelem kimenete közvetlenül függ a beeső napsugaraktól, mindaddig, amíg annak közeli merőlegese jó hatékonyságot kínál, amely ferde sugarakkal vagy mártó napsugárzással folyamatosan romlik.
A fentieket borús körülmények is befolyásolják.
Ezenkívül a napelem kimenete összefüggetlen feszültségszintekkel társul, amelyeknek megfelelő szabályozásra van szükségük ahhoz, hogy a terhelést működtetni lehessen, amely általában ólom savas elem.
Ólom savas akkumulátorokhoz vagy bármilyen típusú tölthető akkumulátorokhoz megfelelő névleges bemenetre van szükség, hogy ne sérüljenek meg, és optimálisan töltsenek fel. Ehhez általában töltővezérlőt vonunk be a napelem és az akkumulátor közé.
Mivel a napelem feszültsége soha nem állandó és csökken a napfény csökkenésével, a napelem árama is gyengül, ahogy a napfény intenzitása gyengül.
A fenti feltételek mellett, ha a napelem közvetlenül bármilyen terhelésen esik át, akkor az áram tovább csökkenne, ha nem hatékony kimenetet eredményezne.
Más szavakkal, egy panel hatékonysága akkor maximális, ha annak feszültsége a megadott névleges érték közelében van. Ezért például egy 18 V-os napelem maximális hatékonysággal fog működni, ha 18 V-on üzemel.
És abban az esetben, ha a napfény gyengül, és a fenti feszültség 16 V-ra csökken, mégis maximális hatékonysággal működtethetnénk, ha a 16 V-os feszültséget érintetlenül tartanánk, és a kimenetet levezetnénk anélkül, hogy ezt a feszültséget befolyásolnánk vagy leesnénk.
Az alábbi grafikon azt sugallja, hogy a napelem miért és hogyan hoz maximális hatékonyságot, ha a maximális feltételezett feszültség mellett működik.
Mi a maximális teljesítménypont vagy a térdpont
A szokásos szolár töltővezérlők csak a napelem feszültségét szabályozzák, és megfelelővé teszik a csatlakoztatott akkumulátor töltését, azonban ezek nem hajtják végre megfelelően a panel szabályozását.
A hagyományos töltőszabályozó, amely lineáris IC-ket alkalmaz az előírásoknak, nem képes megakadályozni, hogy a napelem panelt közvetlenül a csatlakoztatott akkumulátor vagy az inverter terhelje, vagy bármi, ami terhelésként csatlakoztatható.
A fenti helyzet hajlamos arra, hogy a napelem feszültségét ennek megfelelően csökkentsék, ami használatát hatékonnyá teszi, mert most a panel korlátozott abban, hogy a névleges árammennyiséget a terhelésre hozza.
Miért nem képesek ezek a lineáris vagy PWM szabályozó töltők elkerülni a napelem terhelését annak ellenére, hogy rendkívül fejlettek, pontosak és helyesek a működésükkel? Hogyan működnek a tényleges MPPT töltők?
A fenti kérdésekre adott választ sehol sem tárgyalják átfogóan a neten, ezért szükségesnek tartottam mélyreható magyarázatot adni a szokásos töltővezérlők és a tényleges MPPT közötti különbségről.
Visszatérve a fenti kérdésre, a válasz abban rejlik, hogy a lineáris szabályozós töltőkben a terhelés közvetlenül kapcsolódik a panelhez, közbenső pufferfokozat nélkül, ami nem hatékony áramátvitelt és elvezetést okoz.
Míg az MPPT meghajtókban a terhelés egy közbenső Buck Boost konverterrel van összekötve, amely hatékonyan megváltoztatja az energiafeltételeket a terheléshez, a panel napfényétől függően, biztosítva a panel minimális terhelését és a maximális áramellátást a terheléshez.
Alapvetően MPPT-ket fejlesztettek ki annak biztosítására, hogy a nettó bemeneti teljesítmény folyamatosan a kimeneti terheléshez kerüljön, függetlenül a panelrel való terheléssel való kompatibilitástól.
Hogyan segít a Buck Boost topológia az MPPT vezérlőknek a hatékonyság maximalizálásában
Ezt elsősorban az SMPS követésnövelő technológiájának segítségével érik el.
Ezért azt mondhatjuk, hogy ez a SMPS buck boost technológia ez képezi az összes MPPT-kialakítás hátsó csontját, és rendkívül hatékony lehetőséget biztosított a teljesítményszabályozás és az ellátó eszközök konfigurálására.
Az MPPT töltővezérlőkben a napelem feszültségét először nagyfrekvenciával egyenértékű pulzáló feszültséggé alakítják át.
Ezt a feszültséget egy jól méretezett kompakt ferrittranszformátor primerjébe vezetik, amely másodlagos tekercsén a szükséges áramszintet állítja elő, amely megfelel az akkumulátor meghatározott töltési sebességének.
A feszültség azonban nem felel meg az akkumulátor töltési feszültségének, ezért itt egy közönséges lineáris szabályozó van beépítve a feszültségszint megfelelő rögzítéséhez.
A fenti beállítással az akkumulátor teljesen elszigetelve marad a napelemtől, és rossz időjárási körülmények között is hatékonyan töltődik fel, mivel most már engedélyezett a napelem működése anélkül, hogy az adott pillanatban befolyásolná vagy leesne a rendelkezésre álló pillanatnyi feszültséget.
Ez elősegíti a tervezett maximális teljesítménypont-követési hatás megvalósítását, ami nem más, mint a panel minimális terheléssel történő működése, ugyanakkor ügyelve arra, hogy a csatlakoztatott terhelés az optimális teljesítményéhez szükséges teljes energiát megkapja.
Érdekes lenne tudni, hogy az SMPS miként akadályozza meg, hogy a panel vagy bármely forrás közvetlenül a terhelés hatására betöltődjön.
A titok a ferrit technológia alkalmazásának hátterében rejlik. A ferrittranszformátorok rendkívül hatékony mágneses eszközök, amelyek hatékonyan telítődnek, és hatékony átalakítást eredményeznek a bemenetről a kimenetre.
Vegyünk egy példát egy közönséges 2 amperes vasmagú transzformátor tápegységére és egy 2ampos SMPS-re. Ha a két társat teljes árammal tölti be, ami 2ampszal történik, akkor a vasmag feszültsége lényegesen csökken, míg az SMPS feszültsége csak kis mértékben vagy elhanyagolhatóan csökken ... tehát ez az SMPS alapú MPPT hatékonyságának titka lineáris IC-alapú MPPT töltővezérlőhöz képest.
Előző: A motorkerékpár lemerült akkumulátorának lemerülésvédő áramköre Következő: Konvertálja az SMPS-t napelemes töltővé
