PWM frente a MPPT

PWM vs. MPPT: ¿Cuál es mejor?

Hemos aprendido sobre las características de ambos controladores (PWM y MPPT) en capítulos anteriores. Observamos bien que PWM no convierte el voltaje adicional en corrientes, lo que da como resultado tasas de conversión de energía bajas. En otras palabras, PWM no transfiere toda la energía que recolectan los paneles solares a las baterías, pero MPPT siempre rastrea el punto de máxima potencia de los paneles y ajusta sus corrientes y voltaje en consecuencia para que pueda transferir toda la energía recolectada por el panel solar. a la batería.

PWM frente a MPPT

PWM frente a MPPT

Un ejemplo concreto lo explicará claramente:

La fórmula física básica:

Potencia (vatios) = V (voltios) x I (amperios)

Si usamos un panel solar nominal de 12V, 100W para cargar un sistema de batería de 12V, el Vmp real es de 17V y podemos calcular su salida de corriente:

I = Potencia / V

I = 100/17 = 5.88 amperios

Ahora sabemos que la salida del panel es de 17 V y 5.88 A.

Escenario 1: El sistema fotovoltaico es con controlador de carga solar PWM.

PWM reducirá el voltaje hasta el voltaje de carga de la batería, aproximadamente 14V. Después de pasar por el PWM, la energía solar solo queda 14V y 5.88A.

Esto es:

P = V x yo = 14 x 5.88 = 82.32 W

Escenario 2: El sistema fotovoltaico es con el controlador de carga solar MPPT.

El MPPT no solo reduce el voltaje a 14 V, sino que también aumenta la corriente, de modo que la potencia casi equivale a apagarse.

Entonces, si el voltaje disminuye en 17/14 = 1.21

Luego, la corriente a la batería aumenta en 1.21, obtenemos

5.88 x 1.21 = 7.11 A

Total de energía

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

En este ejemplo, la energía desperdiciada por PWM es

99.54 - 82.32 = 17.22 W

Casi el 20% de la energía no se convirtió en energía química de la batería. Si consideramos el escenario en una gran matriz solar, la pérdida podría ser tremenda.

Por lo tanto, es mejor usar MPPT para paneles solares grandes.

6.2 Los puntos fuertes de MPPT

a) Alta eficiencia de conversión

Si su sistema fotovoltaico viene con una matriz solar grande, MPPT sería la mejor opción para aumentar la conversión de energía solar, especialmente en climas fríos, ya que el voltaje del panel aumentará a medida que desciende la temperatura. La tasa de conversión de MPPT podría aumentar del 20% al 40%. Eso es energía verde y gratuita que realmente ahorra dinero en su factura.

Matriz de paneles solares en la distancia

Matriz de paneles solares en la distancia

b) Menor pérdida de energía en cables o menor costo de compra de cables.

Por favor recuerde Fórmula de la ley de Ohm

V (voltios) = R (ohmios) x I (amperios)

Potencia de salida P(Watts) = V (Voltios) x I (Amperios)

So

Pérdida de resistencia PR(Vatios) = R (ohmios) x I2 (Amperios)

Entonces, si sus paneles fotovoltaicos están instalados a una gran distancia de su banco de baterías, la pérdida de potencia de la resistencia del cable es considerable (PR = R x yo2  ). Aquí R representa la resistencia de los cables. R aumenta a medida que aumenta la longitud del cable:

Fórmula de resistencia del cable

Fórmula de resistencia del cable

Pero si duplicamos el voltaje de la matriz solar cableándolos en más series, según P = V x I, no hay cambios en la salida de potencia total P, por lo que la corriente a través del cable debería ser la mitad.

Finalmente, la resistencia PR(Vatios) = R (ohmios) x I2 (Amperios) será un cuarto que antes.

De hecho, con MPPT, podría aumentar aún más el voltaje del panel solar para reducir el flujo de corriente.

En este caso, aumentamos el voltaje del panel para reducir la pérdida de resistencia a través de los cables, y dado que estamos usando MPPT, que siempre rastrea para recolectar la máxima potencia de los paneles, no tenemos desperdicio de voltaje como el que puede tener PWM.

Podríamos revisar este tema desde otro aspecto. Si no puede aumentar el voltaje de los paneles, entonces debe buscar alguna solución para reducir la resistencia del cable, ya que resistencia = resistividad × longitud / área, parece que la única forma es usar cables con áreas transversales grandes, y esa será otra enorme suma de dinero para gastar.

En resumen, cuando se trata de sistemas pequeños, PWM es una buena solución ya que es económico, pero para sistemas grandes, para mejorar las tasas de conversión y no desperdiciar la capacidad del panel solar de aprovechar la energía solar, es preferible MPPT. MPPT siempre se aplicaría a sistemas de mayor potencia.

6.3 Pros y contras

Es necesario aprender información experta del contenido anterior antes de tomar la decisión de comprar un controlador de carga solar para su sistema fotovoltaico. También se sugiere una tabla de comparación que enumere la diferencia entre PWM y MPPT. Por lo tanto, reunimos sus pros y contras para que sea más conveniente para usted revisar.

VentajasDesventajas
PWM
  • La tecnología PWM ha estado disponible en sistemas fotovoltaicos durante mucho tiempo y es una tecnología relativamente estable y madura.
  • Son rentables y asequibles para la mayoría de los consumidores.
  • PWM puede soportar una carga de hasta 60 amperios actualmente
  • La mayoría de los PWM tienen una estructura de disipación de calor razonable que les permite trabajar de forma continua
  • PWM viene en diferentes tamaños para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones
  • Si se aplica PWM a sistemas solares fotovoltaicos, el voltaje del panel solar debe coincidir con el del banco de baterías
  • La capacidad de carga actual de un solo PWM no se ha desarrollado y todavía es de solo 60 amperios
  • Algunos controladores de carga PWM de tamaño más pequeño no pueden ser listados por UL debido a su diseño de estructura deficiente
  • Algunos PWM de menor tamaño no tienen accesorios de conducto
  • PWM tiene problemas de interferencia de señal a veces. Los controladores generan ruido en TV o radios
  • PWM limita la expansión de los sistemas solares fotovoltaicos hasta cierto punto
  • No se puede aplicar a paneles solares de alto voltaje fuera de la red.
MPPT
  • MPPT maximiza la conversión de energía solar de paneles fotovoltaicos, y las tasas pueden ser un 40% más eficientes que PWM
  • MPPT se puede utilizar en los casos en que el voltaje del panel solar es mayor que el voltaje de la batería.
  • MPPT puede soportar hasta 80 amperios de corriente de carga
  • MPPT ofrece garantías más largas que PWM
  • MPPT no limita la expansión de paneles solares en el sistema
  • MPPT es la única solución para un sistema de energía solar híbrido
  • MPPT es más caro que PWM. El precio de algunos modelos es el doble que el de un controlador de carga PWM
  • Dado que MPPT tiene más componentes y funciones, su tamaño físico es mayor que PWM.
  • Los MPPT son más complicados, por lo que la mayoría de las veces, necesitamos seguir una guía al dimensionar el panel solar
  • El controlador solar MPPT obliga constantemente a la matriz de paneles solares cableada en cadenas

6.4 ¿Todos los sistemas solares fotovoltaicos necesitan un controlador de carga?

La respuesta es no.

Por lo general, si su panel solar tiene menos de 5 vatios por cada 100 amperios por hora de batería, entonces no necesita un controlador de carga solar.

Aquí hay una fórmula que podemos usar:

Cociente = Capacidad de la batería (amperios hora) / Imp del panel solar (amperios)

Si el cociente es mayor que 200, no necesita un controlador; de lo contrario, será mejor que instales un controlador.

Por ejemplo, si tiene una batería de 200AH y un panel de 20W, el cociente sería 200 / 1.18 = 169.5; en este caso, necesita un controlador.

Si tiene una batería de 400AH y un panel de 10W, el cociente sería 400 / 0.59 = 677.9; en este caso, no necesita un controlador.