PWM vs. MPPT

PWM vs. MPPT: Který z nich je lepší?

O vlastnostech obou ovladačů (PWM a MPPT) jsme se dozvěděli v předchozích kapitolách. Dobře jsme si všimli, že PWM nepřevádí zvláštní napětí na proudy, což má za následek nízkou míru převodu energie. Jinými slovy, PWM nepřenáší veškerou energii shromážděnou solárními panely na baterie, ale MPPT vždy sleduje maximální bod výkonu z panelů a podle toho upravuje své proudy a napětí, aby mohl přenášet veškerou energii shromážděnou solárními panely na baterii.

PWM vs. MPPT

PWM vs. MPPT

Konkrétní příklad to jasně vysvětlí:

Základní fyzikální vzorec:

Výkon (W) = V (V) x I (A)

Pokud použijeme nominální 12V, 100W solární panel k nabíjení 12V bateriového systému, skutečný Vmp je 17V a můžeme vypočítat jeho aktuální výstup:

I = výkon / V

I = 100/17 = 5.88 ampérů

Nyní víme, že výstup na panelu je 17 V a 5.88 A.

Scénář 1: Fotovoltaický systém je vybaven solárním regulátorem nabíjení PWM.

PWM stáhne napětí dolů na nabíjecí napětí baterie - přibližně 14V. Po průchodu PWM zůstává solární energie pouze 14 V a 5.88 A.

To je:

P = V x I = 14 x 5.88 = 82.32 W.

Scénář 2: Fotovoltaický systém je vybaven solárním regulátorem nabíjení MPPT.

MPPT nejenže stáhne napětí na 14 V, ale také zvýší proud, takže se výkon téměř rovná napájení.

Pokud tedy napětí poklesne o 17/14 = 1.21

Pak se proud na baterii zvýší o 1.21, dostaneme

5.88 x 1.21 = 7.11 A.

Celkový výkon

P = 14 x 7.11 = 99.54 W.

V tomto příkladu je ztráta energie PWM

99.54 - 82.32 = 17.22 W.

Téměř 20% energie nebylo převedeno na chemickou energii baterie. Pokud vezmeme v úvahu scénář ve velkém slunečním poli, ztráta by mohla být obrovská.

Je tedy lepší použít MPPT pro velké solární pole.

6.2 Silné stránky MPPT

a) Vysoká účinnost konverze

Pokud je váš fotovoltaický systém vybaven velkým solárním polem, MPPT by byla nejlepší volbou pro posílení přeměny solární energie, zejména v chladném počasí, protože napětí panelu stoupá s poklesem teploty. Konverzní poměr MPPT by se mohl zvýšit z 20% na 40%. To je zelená a bezplatná energie, která opravdu šetří peníze na vašem účtu.

Pole solárních panelů ve vzdálenosti

Pole solárních panelů ve vzdálenosti

b) Nižší energetické ztráty v kabelech nebo nižší náklady na nákup kabelů.

Prosím pamatuj Ohmův zákon

V (volty) = R (ohm) x I (zesilovače)

Výstupní výkon P(Watty) = V (volty) x I (zesilovače)

So

Ztráta odporu PR(W) = R (Ohm) x I.2 (Zesilovače)

Poté, pokud jsou vaše FV panely instalovány ve velké vzdálenosti od baterie, je ztráta energie odporu kabelu značná (strR = R x I2  ). Zde R představuje odpor kabelů. R se zvyšuje s délkou kabelu:

Vzorec odporu kabelu

Vzorec odporu kabelu

Pokud ale zdvojnásobíme napětí solárního pole zapojením do více sérií, podle P = V x I, nedojde ke změně celkového výkonu P, takže proud přes kabel I by měl být poloviční.

Nakonec odpor PR(W) = R (Ohm) x I.2 (Zesilovače) bude čtvrtina než dříve.

Ve skutečnosti s MPPT můžete zvýšit napětí solárního pole ještě výše, abyste snížili tok proudu.

V tomto případě zvýšíme napětí panelu, abychom snížili ztrátu odporu kabely, a protože používáme MPPT, který vždy sleduje, aby získal maximální výkon z panelů, nemáme žádné napěťové ztráty, jak může mít PWM.

Mohli bychom toto téma přezkoumat z jiného hlediska. Pokud nemůžete zvýšit napětí panelů, musíte najít nějaké řešení ke snížení odporu kabelů, protože odpor = odpor × délka / plocha se zdá být jediným způsobem použití kabelů s velkými příčnými plochami, a to bude další obrovský součet peněz na útratu.

Připomeňme, že pokud jde o malé systémy, je PWM dobrým řešením, protože je levné, ale pro velké systémy je výhodnější MPPT, aby se zlepšila míra konverze a neplýtvala kapacita solárních panelů využíváním solární energie. MPPT by se vždy používalo na systémy s vyšším výkonem.

6.3 Klady a zápory

Než se rozhodnete koupit solární regulátor nabíjení pro váš FV systém, je nutné se naučit informace z předchozího obsahu. Navrhuje se také srovnávací tabulka se seznamem rozdílů mezi PWM a MPPT. Spojili jsme tedy jejich klady a zápory, abychom vám usnadnili kontrolu.

KladyNevýhody
PWM
  • Technologie PWM je v FV systémech k dispozici po dlouhou dobu a jedná se o relativně stabilní a vyspělou technologii
  • Jsou nákladově efektivní a jsou cenově dostupné pro většinu spotřebitelů
  • PWM v současné době vydrží zatížení až 60 ampérů
  • Většina PWM má rozumnou strukturu rozptylu tepla, která jim umožňuje nepřetržitě pracovat
  • PWM se dodává v různých velikostech, aby vyhovovaly široké škále aplikací
  • Pokud se PWM aplikuje na fotovoltaické solární systémy, musí se napětí solárního panelu shodovat s napětím baterie
  • Aktuální zátěžová kapacita jednoho PWM nebyla vyvinuta a stále je pouze do 60 ampérů
  • Některé menší regulátory nabíjení PWM nemohou být uvedeny na seznamu UL kvůli jejich špatné konstrukci
  • Některé menší PWM nemají tvarovky potrubí
  • PWM má někdy problémy s rušením signálu. Řadiče generují šum v televizi nebo rádiu
  • PWM do jisté míry omezuje rozšiřování fotovoltaických solárních systémů
  • Nelze jej použít na vysokonapěťová solární pole mimo síť
MPPT
  • MPPT maximalizuje přeměnu solární energie z FV panelů a sazby mohou být o 40% účinnější než PWM
  • MPPT lze použít v případech, kdy je napětí solárního panelu vyšší než napětí baterie.
  • MPPT vydrží zatěžovací proud až 80 ampérů
  • MPPT nabízí delší záruky než PWM
  • MPPT neomezuje expanzi solárních panelů v systému
  • MPPT je jediné řešení pro hybridní solární systém
  • MPPT jsou dražší než PWM. Cena některých modelů je dvojnásobná než u řadiče nabíjení PWM
  • Protože MPPT má více komponent a funkcí, je jeho fyzická velikost větší než PWM.
  • MPPT jsou složitější, takže při dimenzování solárního pole musíme většinu času postupovat podle pokynů
  • Solární regulátor MPPT neustále nutí pole solárních panelů zapojené do řetězců

6.4 Potřebuje každý solární FV systém regulátor nabíjení?

Odpověď zní ne.

Obecně platí, že pokud váš solární panel má méně než 5 wattů na každých 100 ampérhodinových baterií, nepotřebujete solární regulátor nabíjení.

Zde je vzorec, který můžeme použít:

Kvocient = kapacita baterie (Amp Hour) / Imp solárního panelu (Amps)

Pokud je kvocient větší než 200, nepotřebujete ovladač; jinak byste měli nainstalovat ovladač.

Například pokud máte 200AH baterii a 20W panel, kvocient by byl 200 / 1.18 = 169.5; v takovém případě potřebujete ovladač.

Pokud máte 400AH baterii a 10W panel, kvocient by byl 400 / 0.59 = 677.9; v takovém případě nepotřebujete ovladač.