Bộ điều khiển sạc mppt là gì?
Phần này mô tả lý thuyết và hoạt động của “Theo dõi điểm công suất tối đa” được sử dụng trong bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời.
mppt hay Trình theo dõi điểm công suất cực đại là một bộ chuyển đổi DC sang DC điện tử giúp tối ưu hóa sự phù hợp giữa một mảng năng lượng mặt trời (bảng quang điện) và một ngân hàng pin hoặc lưới điện. Nói tóm lại, chúng chuyển đổi đầu ra DC có điện áp cao hơn của các tấm pin mặt trời (và một số tua-bin gió) thành điện áp thấp hơn cần thiết để sạc pin.
(Những thứ này đôi khi được gọi đơn giản là “thiết bị theo dõi điểm năng lượng” – đừng nhầm lẫn với thiết bị theo dõi bảng điều khiển, là giá đỡ bảng điều khiển năng lượng mặt trời đi theo hoặc theo dõi mặt trời).
Hãy xem bộ điều khiển sạc mppt của chúng tôi.
Vậy “tối ưu hóa” nghĩa là gì?
Pin năng lượng mặt trời là thứ gọn gàng. Thật không may, họ không thông minh lắm. Pin cũng vậy – trên thực tế, pin hết sức ngu ngốc. Hầu hết các tấm quang điện có điện áp danh định là 12 vôn. Đánh bắt là “danh nghĩa”. Trên thực tế, hầu hết tất cả các tấm pin mặt trời “12 volt” đều được thiết kế để tạo ra điện áp từ 16 đến 18 volt. Vấn đề là pin 12 volt danh nghĩa rất gần với 12 volt thực tế – 10,5 đến 12,7 volt tùy thuộc vào trạng thái sạc. Ở trạng thái sạc, hầu hết các pin cần khoảng 13,2 đến 14,4 vôn để sạc đầy – đây là mức điện áp rất khác so với hầu hết các bảng được thiết kế để xuất ra.
OK, bây giờ chúng ta có tấm pin mặt trời 130 watt nhỏ gọn này. Vấn đề đầu tiên là nó được đánh giá ở mức 130 watt ở một điện áp và dòng điện nhất định. Kyocera kc-130 được đánh giá ở mức 7,39 ampe ở mức 17,6 volt. (7,39 ampe nhân 17,6 vôn = 130 watt).
Bắt 22 ngay bây giờ
Tại sao 130 watt không bằng 130 watt
Watt của tôi đã biến đi đâu?
Vậy điều gì sẽ xảy ra khi bạn kết nối bảng điều khiển 130 watt này với pin của mình thông qua bộ điều khiển sạc thông thường?
Thật không may, điều đó không xảy ra ở mức 130 watt.
Bảng điều khiển của bạn phát ra 7,4 ampe. Pin của bạn đang sạc ở mức 12 vôn: 7,4 ampe nhân 12 vôn = 88,8 watt. Bạn đã mất hơn 41 watt – nhưng bạn đã trả tiền cho 130 watt. Công suất 41 watt đó sẽ chẳng đi đến đâu cả, nó chỉ không được sản xuất do sự kết hợp kém giữa bảng điều khiển và pin. Với pin rất yếu, chẳng hạn như 10,5 vôn, thậm chí còn tệ hơn – bạn có thể mất tới 35% (11 vôn x 7,4 ampe = 81,4 watt. Bạn mất khoảng 48 watt. [Lưu ý kỹ thuật: năng lượng bị mất đang thực sự chuyển đổi trở nên nóng . Thực ra nó không bị mất, chỉ là bộ điều khiển sạc không sử dụng được thôi.]
Bạn có thể nghĩ ra một giải pháp – tại sao không làm bảng điều khiển sao cho nó có hiệu điện thế khoảng 14 vôn để phù hợp với pin?
Câu hỏi #22a là bảng điều khiển được đánh giá ở mức 130 watt dưới ánh nắng mặt trời đầy đủ ở một nhiệt độ cụ thể (stc – hoặc điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn). Nếu bảng điều khiển năng lượng mặt trời nóng, bạn sẽ không nhận được 17,4 volt. Ở nhiệt độ ở nhiều vùng khí hậu nóng, bạn có thể nhận được điện áp dưới 16 vôn. Nếu bạn bắt đầu với bảng 15 vôn (như một số bảng được gọi là bảng “tự điều chỉnh”), bạn sẽ gặp rắc rối vì không có đủ điện áp để sạc pin. Các tấm pin mặt trời phải có đủ thời gian tích hợp để hoạt động trong những điều kiện khắc nghiệt nhất. Bảng điều khiển sẽ chỉ ngồi đó trông thật ngớ ngẩn và pin của bạn sẽ kém hơn bình thường.
Không ai thích cục pin yếu.
Theo dõi điểm công suất tối đa là gì?
Thuật ngữ “theo dõi” hơi khó hiểu:
Theo dõi bảng điều khiển – Đây là vị trí của bảng điều khiển trên giá đỡ theo hướng mặt trời. Phổ biến nhất là các nhà máy zombie. Những thứ này tối ưu hóa đầu ra bằng cách đi theo mặt trời trên bầu trời để có được ánh sáng mặt trời tối đa. Những thứ này thường sẽ cung cấp cho bạn thêm khoảng 15% vào mùa đông và tối đa 35% vào mùa hè.
Điều này hoàn toàn ngược lại với tính thời vụ của bộ điều khiển mppt. Vì các tấm pin mát hơn nhiều vào mùa đông nên chúng tạo ra nhiều năng lượng hơn. Do ngày ngắn hơn nên mùa đông thường là thời điểm bạn cần nhiều năng lượng nhất từ các tấm pin mặt trời.
MPPT là theo dõi điện tử – thường là kỹ thuật số. Bộ điều khiển sạc xem xét đầu ra của bảng điều khiển và so sánh nó với điện áp của pin. Sau đó, nó tìm ra mức năng lượng tối ưu mà bảng điều khiển có thể sạc pin. Nó nhận và chuyển đổi nó thành điện áp tối ưu để có cường độ dòng điện tối đa vào pin. (Hãy nhớ rằng cường độ dòng điện trong pin mới quan trọng). Hầu hết các mppt hiện đại có hiệu suất chuyển đổi khoảng 93-97%. Bạn thường nhận được mức tăng sức mạnh từ 20% đến 45% vào mùa đông và mức tăng sức mạnh 10-15% vào mùa hè. Mức tăng thực tế có thể thay đổi nhiều do thời tiết, nhiệt độ, trạng thái sạc pin và các yếu tố khác.
Với giá năng lượng mặt trời giảm và giá điện tăng, các hệ thống hòa lưới đang trở nên phổ biến. Có sẵn một số nhãn hiệu bộ biến tần chỉ nối lưới (tức là không có pin). Tất cả điều này được tích hợp vào mppt. Hiệu suất chuyển đổi mppt là khoảng 94% đến 97%.
Cách hoạt động của tính năng theo dõi điểm công suất tối đa
Đây là lúc tối ưu hóa hoặc theo dõi điểm sức mạnh tối đa xuất hiện. Giả sử pin của bạn yếu ở mức 12 volt. MPpt lấy 17,6 vôn ở 7,4 ampe và chuyển đổi nó xuống để pin hiện nhận được 10,8 ampe ở 12 vôn. Bây giờ bạn còn lại gần 130 watt và mọi người đều hài lòng.
Lý tưởng nhất là để chuyển đổi năng lượng 100%, bạn sẽ nhận được khoảng 11,3 ampe ở 11,5 vôn, nhưng bạn phải cung cấp cho pin điện áp cao hơn để tạo ra dòng điện đầu vào. Đây là một lời giải thích đơn giản – trong thực tế, đầu ra của bộ điều khiển sạc mppt có thể liên tục thay đổi để điều chỉnh nhằm đạt được cường độ dòng điện tối đa cho pin.
On the left is a screenshot from the Maui Solar Software “PV-Design Pro” computer program (click on the picture for full-size image). If you look at the green line, you will see that it has a sharp peak at the upper right – that represents the maximum power point. What an MPPT controller does is “look” for that exact point, then does the voltage/current conversion to change it to exactly what the battery needs. In real life, that peak moves around continuously with changes in light conditions and weather.
mppt theo dõi điểm công suất tối đa, điểm này sẽ khác với xếp hạng stc (điều kiện kiểm tra tiêu chuẩn) trong hầu hết mọi trường hợp. Trong điều kiện rất lạnh, bảng điều khiển 120 watt thực sự có thể cung cấp hơn 130 watt khi công suất đầu ra tăng lên khi bảng điều khiển nguội đi – nhưng nếu bạn không có cách nào đó để theo dõi điểm công suất đó, Bạn sẽ mất nó. Mặt khác, trong điều kiện quá nóng, điện năng giảm xuống – khi nhiệt độ tăng lên, bạn sẽ mất điện. Đó là lý do tại sao bạn nhận được ít lợi ích hơn trong mùa hè.
mppt hiệu quả nhất trong các điều kiện sau:
Mùa đông và/hoặc những ngày nhiều mây hoặc sương mù – khi cần thêm nguồn điện nhất.
- Thời tiết lạnh – Các tấm pin mặt trời hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ lạnh, nhưng không có mppt, bạn sẽ mất hầu hết chúng. Thời tiết lạnh giá thường xảy ra nhiều nhất vào mùa đông – đây là thời điểm ít có ánh nắng mặt trời và bạn cần năng lượng nhiều nhất để sạc pin.
- Pin yếu – trạng thái sạc của pin càng thấp, dòng điện mppt nạp vào pin càng nhiều – một lần nữa khi nhu cầu về nguồn điện bổ sung là lớn nhất. Bạn có thể có cả hai.
- Dây điện dài – Nếu bạn đang sạc pin 12 vôn và bảng điều khiển của bạn cách xa hơn 100 feet, hiện tượng sụt áp và mất điện có thể là đáng kể trừ khi bạn sử dụng dây điện rất dày. Điều đó có thể rất tốn kém. Nhưng nếu bạn có bốn bảng 12 volt mắc nối tiếp với 48 volt, tổn thất điện năng sẽ ít hơn nhiều và bộ điều khiển sẽ chuyển đổi điện áp cao từ pin thành 12 volt. Điều đó cũng có nghĩa là nếu bạn có thiết lập bảng điện áp cao cấp nguồn cho bộ điều khiển, bạn có thể sử dụng dây nhỏ hơn.
Được rồi, bây giờ quay lại câu hỏi ban đầu – mppt là gì?
Cách thức hoạt động của MPPT:
Bộ theo dõi điểm nguồn là bộ chuyển đổi DC sang DC tần số cao. Họ lấy đầu vào DC từ các tấm pin mặt trời, thay đổi nó thành AC tần số cao và chuyển đổi ngược lại thành điện áp và dòng điện một chiều khác để khớp chính xác các tấm pin với pin. mppt hoạt động ở tần số âm thanh rất cao, thường trong khoảng 20-80 khz. Ưu điểm của các mạch tần số cao là chúng có thể được thiết kế với các máy biến áp rất hiệu quả và các thành phần nhỏ. Việc thiết kế các mạch tần số cao có thể phức tạp vì các bộ phận của mạch “phát sóng” giống như cách mà các máy phát vô tuyến gây nhiễu sóng vô tuyến và truyền hình. Cách ly và triệt tiêu tiếng ồn trở nên rất quan trọng.
Có một số điều khiển sạc mppt phi kỹ thuật số (tức là tuyến tính) xung quanh. Chúng dễ xây dựng và thiết kế hơn so với kỹ thuật số và rẻ hơn. Chúng cải thiện phần nào hiệu quả, nhưng hiệu quả tổng thể có thể rất khác nhau – chúng tôi đã thấy một số mất “điểm theo dõi” và thực sự trở nên tồi tệ hơn. Điều này thỉnh thoảng xảy ra nếu các đám mây đi qua bảng điều khiển – mạch tuyến tính tìm kiếm điểm ngọt ngào tiếp theo, nhưng khi mặt trời ló dạng, nó đã ở quá sâu để tìm lại. Rất may, không còn nhiều nữa.
Trình theo dõi điểm nguồn (và tất cả các bộ chuyển đổi DC sang DC) hoạt động bằng cách lấy dòng điện đầu vào DC, biến nó thành dòng điện xoay chiều, đưa nó qua một máy biến áp (thường là máy biến áp hình xuyến, một loại máy biến áp hình xuyến) và chỉnh lưu nó trở lại DC, tiếp theo là bộ điều chỉnh đầu ra. Trong hầu hết các bộ chuyển đổi DC-to-DC, đây là một quy trình điện tử hoàn toàn – không có thông tin tình báo thực sự nào liên quan ngoài một số quy định về điện áp đầu ra. Bộ điều khiển sạc cho các tấm pin mặt trời đòi hỏi phải thông minh hơn, vì điều kiện ánh sáng và nhiệt độ thay đổi suốt cả ngày và điện áp pin cũng thay đổi.
Trình theo dõi năng lượng thông minh
Tất cả các mẫu bộ điều khiển mppt kỹ thuật số gần đây đều được điều khiển bằng bộ vi xử lý. Họ biết khi nào cần điều chỉnh đầu ra được gửi đến pin, họ thực sự tắt trong vài micro giây và “nhìn” vào bảng điều khiển năng lượng mặt trời và pin và thực hiện bất kỳ điều chỉnh nào cần thiết. Mặc dù không thực sự mới (công ty aerl của Úc đã có từ năm 1985), nhưng chỉ gần đây các bộ vi xử lý điện tử mới trở nên đủ rẻ để tiết kiệm chi phí trong các hệ thống nhỏ hơn (bảng dưới 1kW). bộ điều khiển sạc mppt hiện được sản xuất bởi một số công ty như outback power, xantrex xw-scc, blue sky energy, apollo Solar, Midnite Solar, Morningstar, v.v.
