Pochopenie solárnej nabíjačky MPPT

Tu sa snažíme porozumieť skutočnej koncepcii obvodov regulátorov solárnej nabíjačky typu MPPt a dozvedieť sa, ako tieto zariadenia fungujú.

Čo je MPPT

MPPT znamená Maximum Power Point Tracking, koncept nabíjačky špeciálne navrhnutý a navrhnutý na získanie vysoko efektívneho využitia solárnej energie.

Solárne panely sú vynikajúce zariadenia, pretože nám umožňujú využívať bezplatnú elektrickú energiu zo slnka, avšak súčasné zariadenia nie sú svojimi výkonmi veľmi efektívne. Ako všetci vieme, výstup zo solárneho panelu priamo závisí od dopadajúcich slnečných lúčov, pokiaľ je takmer kolmý na neho a ponúka dobrú účinnosť, ktorá sa neustále zhoršuje pri šikmých lúčoch alebo klesaní slnka.

Vyššie uvedené bude ovplyvnené aj pri oblačných podmienkach.

Okrem toho je výstup solárneho panelu spojený s nekonzistentnými úrovňami napätia, ktoré vyžadujú správnu reguláciu, aby bolo možné prevádzkovať záťaž, ktorou je zvyčajne olovený akumulátor.

Olovené batérie alebo akýkoľvek druh nabíjateľnej batérie budú vyžadovať správne dimenzovaný vstup, aby sa nepoškodili a optimálne nabíjali. Za týmto účelom zvyčajne zapojíme regulátor nabíjačky medzi solárny panel a batériu.

Pretože napätie solárneho panelu nie je nikdy konštantné a klesá s klesajúcim slnečným svetlom, prúd zo solárneho panelu tiež slabne, pretože slabne aj intenzita slnečného žiarenia.

Za vyššie uvedených podmienok, ak by solárny panel bol priamo zaťažený akýmkoľvek spôsobom, jeho prúd by ďalej klesal a produkoval neefektívne výstupy.

Inými slovami, účinnosť panelu je maximálna, keď sa jeho napätie blíži k menovitej špecifikovanej hodnote. Preto napríklad 18V solárny panel bude pracovať s maximálnou účinnosťou, keď bude pracovať na 18V.

A v prípade, že slnečné svetlo bude slabšie a vyššie uvedené napätie klesne na 16 V, napriek tomu by sme ho mohli prevádzkovať s maximálnou účinnosťou, keby sme mohli udržať 16 V voltov neporušených a odvodiť výstup bez toho, aby sme ovplyvnili alebo znížili toto napätie.

Nižšie uvedený graf naznačuje, prečo a ako solárny panel produkuje maximálnu účinnosť, keď je povolené pracovať pri jeho maximálnom nepretržitom výstupe napätia.

Čo je bod maximálneho výkonu alebo bod kolena

Bežné regulátory solárnej nabíjačky regulujú iba napätie solárneho panela a sú preto vhodné na nabíjanie pripojenej batérie, avšak tieto nepracujú správne.

Bežný regulátor nabíjania, ktorý pre reguláciu využíva lineárne integrované obvody, nedokáže zabrániť tomu, aby sa solárny panel zaťažil priamo pripojenou batériou alebo invertorom alebo vôbec, čo môže byť pripojené ako záťaž.

Vyššie uvedená situácia má tendenciu zodpovedajúcim spôsobom znižovať napätie solárneho panelu, čo znemožňuje jeho efektívne využitie, pretože panel je teraz obmedzený na produkciu menovitého množstva prúdu do záťaže.

Prečo teda tieto lineárne nabíjačky alebo nabíjačky regulátorov PWM nie sú schopné vyhnúť sa zaťaženiu solárneho panelu napriek tomu, že sú pri svojej činnosti extrémne pokročilé, presné a správne? Ako fungujú skutočné nabíjačky MPPT?

Odpoveď na vyššie uvedené problémy nie je na internete komplexne riešená, preto som považoval za potrebné poskytnúť podrobné vysvetlenie rozdielov medzi bežnými regulátormi nabíjačiek a skutočnými MPPT.

Pokiaľ sa vrátime k vyššie uvedenej otázke, odpoveď spočíva v tom, že v lineárnych nabíjačkách regulátorov je záťaž priamo spojená s panelom, bez medzipamäťového stupňa, čo spôsobuje neefektívny prenos a rozptyl energie.

Zatiaľ čo v ovládačoch MPPT je záťaž pripojená prostredníctvom stredného prevodníka Buck Boost, ktorý efektívne mení podmienky napájania na záťaž v závislosti od výkonu slnečného žiarenia v paneli, čím zaisťuje minimálne zaťaženie panelu a maximálny príkon do záťaže.

V zásade boli vyvinuté MPPT, aby sa zabezpečilo, že čistý vstupný výkon bol konzistentne dodávaný do výstupného zaťaženia bez ohľadu na kompatibilitu zaťaženia s panelom.

Ako topológia Buck Boost pomáha regulátorom MPPT maximalizovať efektívnosť

To sa primárne dosahuje pomocou technológie sledovania SMPS buck boost.

Preto môžeme povedať, že je to Technológia SMPS buck boost ktorý tvorí chrbtovú kosť všetkých dizajnov MPPT a poskytuje mimoriadne efektívnu možnosť konfigurácie regulácie napájania a napájania zariadení.

V regulátoroch nabíjačky MPPT sa napätie solárneho panelu najskôr prevedie na vysokofrekvenčné ekvivalentné pulzujúce napätie.

Toto napätie sa privádza do primárneho okruhu dobre dimenzovaného kompaktného feritového transformátora, ktorý generuje požadovanú úroveň prúdu na svojom sekundárnom vinutí a zodpovedá zadanej rýchlosti nabíjania batérie.

Napätie však nemusí zodpovedať nabíjaciemu napätiu batérie, preto je tu zabudovaný obyčajný lineárny regulátor na správne zafixovanie úrovne napätia.

Pri vyššie uvedenom nastavení zostáva batéria úplne izolovaná od solárneho panelu a efektívne sa nabíja aj za nepriaznivých poveternostných podmienok, pretože teraz môže solárny panel pracovať bez toho, aby za akýchkoľvek daných podmienok ovplyvňoval alebo klesal dostupné okamžité napätie.

To pomáha implementovať zamýšľaný efekt sledovania maximálneho napájacieho bodu, ktorý nie je ničím iným, ako umožniť panelu pracovať pri minimálnom zaťažení a zároveň zaistiť, aby pripojené zaťaženie dostalo všetok výkon potrebný na jeho optimálny výkon.

Bolo by zaujímavé vedieť, ako SMPS zabraňuje načítaniu panelu alebo ľubovoľného zdroja priamo načítaním.

Tajomstvo spočíva v použití feritovej technológie. Feritové transformátory sú mimoriadne efektívne magnetické zariadenia, ktoré sa efektívne nasýtia, aby vytvorili efektívnu premenu zo vstupu na výstup.

Zoberte si príklad bežného 2-ampérového napájacieho zdroja so železným jadrom a 2ampérového SMPS. Ak naložíte dva náprotivky plným prúdom, ktorý je s 2 ampérmi, zistíte, že napätie železného jadra klesá podstatne, zatiaľ čo napätie SMPS klesá len okrajovo alebo skôr zanedbateľne ... takže toto je tajomstvo efektívnosti MPPT založeného na SMPS v porovnaní s radičom nabíjačky MPPT s lineárnym integrovaným obvodom.