PWM مقابل MPPT

PWM مقابل MPPT: أيهما أفضل؟

لقد تعلمنا عن ميزات كل من وحدات التحكم (PWM & MPPT) في الفصول السابقة. لاحظنا جيدًا أن PWM لا يحول الجهد الإضافي إلى تيارات ، مما يؤدي إلى معدلات تحويل منخفضة للطاقة. بمعنى آخر ، لا تنقل PWM كل الطاقة التي يتم تجميعها بواسطة الألواح الشمسية إلى البطاريات ، ولكن MPPT دائمًا ما تتعقب أقصى نقطة للطاقة من الألواح وتعديل التيارات والجهد وفقًا لذلك حتى يمكنها نقل كل الطاقة التي تم جمعها بواسطة الألواح الشمسية إلى البطارية.

PWM مقابل MPPT

PWM مقابل MPPT

مثال ملموس سوف يشرح ذلك بوضوح:

الصيغة الفيزيائية الأساسية:

الطاقة (واط) = V (فولت) × أنا (أمبير)

إذا استخدمنا لوحة شمسية بجهد 12 فولت ، 100 وات لشحن نظام بطارية 12 فولت ، فإن Vmp الفعلي هو 17 فولت ، ويمكننا حساب ناتجها الحالي:

أنا = الطاقة / الخامس

أنا = 100/17 = 5.88 أمبير

نحن نعلم الآن أن إخراج اللوحة هو 17 فولت و 5.88 أمبير.

السيناريو شنومكس: النظام الكهروضوئي مزود بجهاز تحكم الشحن الشمسي PWM.

سوف يسحب PWM الجهد لأسفل إلى جهد شحن البطارية - تقريبًا 14 فولت. بعد المرور عبر PWM ، تظل الطاقة الشمسية 14 فولت و 5.88 أمبير فقط.

وهذا هو:

P = V x I = 14 x 5.88 = 82.32 واط

السيناريو شنومكس: النظام الكهروضوئي مزود بجهاز التحكم بالشحن الشمسي MPPT.

لا يقوم MPPT بسحب الجهد إلى 14 فولت فحسب ، بل يزيد أيضًا من التيار ، بحيث تعادل الطاقة تقريبًا انقطاع التيار الكهربائي.

لذلك ، إذا انخفض الجهد بمقدار 17/14 = 1.21

ثم يزداد التيار إلى البطارية بمقدار 1.21 ، نحصل عليه

5.88 × 1.21 = 7.11 أمبير

إجمالي الطاقة خارج

P = 14 × 7.11 = 99.54 واط

في هذا المثال ، الطاقة المهدرة بواسطة PWM هي

99.54 - 82.32 = 17.22 واط

لم يتم تحويل ما يقرب من 20٪ من الطاقة إلى طاقة كيميائية للبطارية. إذا أخذنا في الاعتبار السيناريو في مجموعة شمسية كبيرة ، فقد تكون الخسارة هائلة.

لذلك ، من الأفضل استخدام MPPT لمجموعة كبيرة من الطاقة الشمسية.

6.2 نقاط القوة في MPPT

أ) كفاءة التحويل العالية

إذا كان النظام الكهروضوئي الخاص بك مزودًا بمجموعة كبيرة من الطاقة الشمسية ، فإن MPPT سيكون الخيار الأفضل لتعزيز تحويل الطاقة الشمسية ، خاصة في الطقس البارد ، نظرًا لأن جهد اللوحة سيرتفع مع انخفاض درجة الحرارة. يمكن أن يرتفع معدل تحويل MPPT من 20٪ إلى 40٪. هذه طاقة خضراء وحرة توفر المال حقًا في فاتورتك.

مجموعة الألواح الشمسية في المسافة

مجموعة الألواح الشمسية في المسافة

ب) انخفاض فقدان الطاقة في الكابلات أو انخفاض تكلفة شراء الكابلات.

أرجوك تذكر صيغة قانون أوم

V (فولت) = R (أوم) × أنا (أمبير)

انتاج الطاقة P(واط) = V (فولت) × أنا (أمبير)

So

خسارة المقاومة PR(واط) = R (أوم) × أنا2 (أمبير)

بعد ذلك ، إذا تم تثبيت الألواح الكهروضوئية الخاصة بك على مسافة طويلة من بنك البطارية ، فإن فقد الطاقة لمقاومة الكبلات يكون كبيرًا (PR = ص س أنا2  ). تمثل R هنا مقاومة الكابلات. يزيد R مع زيادة طول الكابل:

صيغة مقاومة الكابلات

صيغة مقاومة الكابلات

ولكن إذا ضاعفنا جهد المصفوفة الشمسية عن طريق توصيلها بأسلاك في سلاسل أكثر ، وفقًا لـ P. = V x I ، لا يوجد تغيير في إجمالي خرج الطاقة P، لذلك يجب أن يكون التيار عبر الكبل نصف.

أخيرًا المقاومة P.R(واط) = R (أوم) × أنا2 (أمبير) سيكون ربع من ذي قبل.

في الواقع ، باستخدام MPPT ، يمكنك رفع جهد المصفوفة الشمسية بشكل أعلى لتقليل التدفق الحالي.

في هذه الحالة ، نقوم بزيادة جهد اللوحة لتقليل فقد المقاومة من خلال الكابلات ، وبما أننا نستخدم MPPT ، الذي يتتبع دائمًا حصاد الطاقة القصوى من الألواح ، فليس لدينا أي هدر للجهد مثل PWM.

يمكننا مراجعة هذا الموضوع من ناحية أخرى. إذا لم تتمكن من رفع جهد الألواح ، فعليك أن تجد بعض الحلول لتقليل مقاومة الكابل ، حيث أن المقاومة = المقاومة × الطول / المساحة ، يبدو أن الطريقة الوحيدة هي استخدام الكابلات ذات المساحات العرضية الكبيرة ، وهذا سيكون ضخمًا آخر مبلغ من المال للإنفاق.

للتلخيص ، عندما يتعلق الأمر بالأنظمة الصغيرة ، يعد PWM حلاً جيدًا لأنه غير مكلف ، ولكن بالنسبة للأنظمة الكبيرة ، من أجل تحسين معدلات التحويل وعدم إهدار سعة الألواح الشمسية لتسخير الطاقة الشمسية ، يفضل MPPT. سيتم دائمًا تطبيق MPPT على أنظمة الطاقة الأعلى.

6.3 إيجابيات وسلبيات

يعد تعلم المعلومات الواعية من المحتوى السابق أمرًا ضروريًا قبل اتخاذ قرار شراء وحدة تحكم شحن شمسية لنظام الطاقة الكهروضوئية. يُقترح أيضًا جدول مقارنة ، يسرد الفرق بين PWM و MPPT. لذلك ، قمنا بتجميع مزاياها وعيوبها معًا لجعل المراجعة أكثر ملاءمة لك.

الايجابياتسلبيات
PWM
  • كانت تقنية PWM متاحة في الأنظمة الكهروضوئية لفترة طويلة وهي تقنية مستقرة نسبيًا وناضجة
  • فهي فعالة من حيث التكلفة وبأسعار معقولة لمعظم المستهلكين
  • يمكن لـ PWM تحمل ما يصل إلى 60 أمبير في الوقت الحالي
  • تتمتع معظم PWMs بهيكل تبديد حرارة معقول يسمح لها بالعمل باستمرار
  • تأتي PWM بأحجام مختلفة لتناسب مجموعة واسعة من التطبيقات
  • إذا تم تطبيق PWM على الأنظمة الشمسية الكهروضوئية ، فيجب أن يتطابق جهد اللوحة الشمسية مع جهد بنك البطارية
  • لم يتم تطوير سعة التحميل الحالية لـ PWM واحدة ولا تزال تصل إلى 60 أمبير فقط
  • لا يمكن إدراج بعض وحدات التحكم بالشحن PWM الأصغر حجمًا في قائمة UL نظرًا لتصميم هيكلها الرديء
  • بعض PWM أصغر حجمًا لا تحتوي على تجهيزات للقناة
  • يعاني PWM من مشاكل تداخل الإشارة أحيانًا. تولد أجهزة التحكم ضوضاء في التلفزيون أو أجهزة الراديو
  • يحد PWM من توسع الأنظمة الشمسية الكهروضوئية إلى حد ما
  • لا يمكن تطبيقها على مصفوفات الطاقة الشمسية خارج الشبكة ذات الجهد العالي
MPPT
  • تعمل MPPT على زيادة تحويل الطاقة الشمسية من الألواح الكهروضوئية ، ويمكن أن تكون المعدلات أكثر كفاءة بنسبة 40 ٪ من PWM
  • يمكن استخدام MPPT في الحالات التي يكون فيها جهد الألواح الشمسية أعلى من جهد البطارية.
  • يمكن أن تتحمل MPPT ما يصل إلى 80 أمبير تحميل الحالي
  • تتميز MPPT بضمانات أطول من PWM
  • لا يحد MPPT من توسع الألواح الشمسية في النظام
  • MPPT هو الحل الوحيد لنظام الطاقة الشمسية الهجين
  • MPPT أغلى من PWM. تسعير بعض الموديلات هو ضعف سعر جهاز التحكم في الشحن PWM
  • نظرًا لأن MPPT تحتوي على المزيد من المكونات والوظائف ، فإن حجمها المادي أكبر من PWM.
  • تعد MPPT أكثر تعقيدًا ، لذلك في معظم الوقت ، نحتاج إلى اتباع دليل عند تغيير حجم المصفوفة الشمسية
  • تعمل وحدة التحكم الشمسية MPPT باستمرار على إجبار مجموعة الألواح الشمسية السلكية في سلاسل

6.4 هل يحتاج كل نظام من أنظمة الطاقة الشمسية إلى جهاز تحكم في الشحن؟

الجواب هو لا.

بشكل عام ، إذا كانت لوحتك الشمسية أقل من 5 واط لكل بطارية 100 أمبير ساعة ، فلن تحتاج إلى وحدة تحكم في الشحن بالطاقة الشمسية.

إليك صيغة يمكننا استخدامها:

الحاصل = سعة البطارية (أمبير ساعة) / تأثير الألواح الشمسية (أمبير)

إذا كان حاصل القسمة أكبر من 200 ، فلن تحتاج إلى وحدة تحكم ؛ خلاف ذلك ، من الأفضل تثبيت وحدة تحكم.

على سبيل المثال ، إذا كان لديك بطارية بقوة 200 أمبير ولوحة 20 وات ، فسيكون حاصل القسمة 200 / 1.18 = 169.5 ؛ في هذه الحالة ، أنت بحاجة إلى وحدة تحكم.

إذا كان لديك بطارية 400 أمبير ولوحة 10 وات ، فسيكون الحاصل 400 / 0.59 = 677.9 ؛ في هذه الحالة ، لا تحتاج إلى وحدة تحكم.