PWM kontra MPPT

PWM vs. MPPT: który z nich jest lepszy?

O funkcjach obu kontrolerów (PWM i MPPT) dowiedzieliśmy się w poprzednich rozdziałach. Dobrze zauważyliśmy, że PWM nie przekształca dodatkowego napięcia w prądy, co skutkuje niskimi współczynnikami konwersji mocy. Innymi słowy, PWM nie przenosi całej energii zebranej przez panele słoneczne do akumulatorów, ale MPPT zawsze śledzi maksymalny punkt mocy z paneli i odpowiednio dostosowuje jego prądy i napięcie, aby mógł przenieść całą energię zebraną przez panel słoneczny do akumulatora.

PWM kontra MPPT

PWM kontra MPPT

Konkretny przykład jasno to wyjaśni:

Podstawowy wzór fizyczny:

Moc (waty) = V (wolty) x I (amper)

Jeśli użyjemy nominalnego panelu słonecznego 12 V, 100 W do ładowania systemu akumulatorów 12 V, rzeczywiste Vmp wynosi 17 V i możemy obliczyć jego prąd wyjściowy:

I = moc / V

I = 100/17 = 5.88 amperów

Teraz wiemy, że wyjście panelu wynosi 17 V i 5.88 A.

Scenariusz 1: System fotowoltaiczny jest wyposażony w regulator ładowania słonecznego PWM.

PWM obniży napięcie do napięcia ładowania akumulatora - około 14V. Po przejściu przez PWM energia słoneczna pozostaje tylko 14 V i 5.88 A.

Czyli:

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

Scenariusz 2: System fotowoltaiczny jest wyposażony w regulator ładowania słonecznego MPPT.

MPPT nie tylko obniża napięcie do 14 V, ale także zwiększa prąd, dzięki czemu moc jest prawie równa mocy.

Tak więc, jeśli napięcie spadnie o 17/14 = 1.21

Wtedy prąd do akumulatora wzrasta o 1.21, otrzymujemy

5.88 x 1.21 = 7.11A

Całkowita moc

P = 14 x 7.11 = 99.54 W.

W tym przykładzie moc tracona przez PWM wynosi

99.54 - 82.32 = 17.22 W.

Prawie 20% energii nie zostało przekształcone w energię chemiczną akumulatora. Jeśli weźmiemy pod uwagę scenariusz dotyczący dużego panelu słonecznego, strata może być ogromna.

Dlatego lepiej jest używać MPPT do dużych paneli słonecznych.

6.2 Mocne strony MPPT

a) Wysoka wydajność konwersji

Jeśli twój system fotowoltaiczny jest wyposażony w duży panel słoneczny, MPPT byłby najlepszym wyborem do zwiększenia konwersji energii słonecznej, szczególnie w zimne dni, ponieważ napięcie panelu wzrośnie wraz ze spadkiem temperatury. Współczynnik konwersji MPPT może wzrosnąć z 20% do 40%. To zielona i darmowa energia, która naprawdę oszczędza pieniądze na rachunku.

Tablica paneli słonecznych w oddali

Tablica paneli słonecznych w oddali

b) Mniejsze straty energii w kablach lub niższy koszt zakupu kabli.

Proszę pamiętaj Wzór na prawo Ohma

V (wolty) = R (om) x I (amper)

Moc wyjściowa P.(Waty) = V (V) x I (A)

So

Utrata rezystancji P.R(Waty) = R (Ohm) x I2 (Ampery)

Następnie, jeśli panele fotowoltaiczne są zainstalowane w dużej odległości od baterii akumulatorów, strata mocy rezystancji kabla jest znaczna (strR = R x I2  ). Tutaj R reprezentuje rezystancję kabli. R rośnie wraz ze wzrostem długości kabla:

Wzór na rezystancję kabla

Wzór na rezystancję kabla

Ale jeśli podwoimy napięcie panelu słonecznego, podłączając je w większej liczbie szeregów, zgodnie z P = V x I, nie ma zmiany całkowitej mocy wyjściowej P.więc prąd płynący przez kabel powinien wynosić połowę.

Wreszcie opór P.R(Waty) = R (Ohm) x I2 (Amps) będzie kwadrans niż wcześniej.

W rzeczywistości dzięki MPPT można jeszcze bardziej podnieść napięcie panelu słonecznego, aby zmniejszyć przepływ prądu.

W tym przypadku zwiększamy napięcie panelu, aby zmniejszyć utratę rezystancji przez kable, a ponieważ używamy MPPT, który zawsze śledzi maksymalną moc z paneli, nie mamy strat napięcia, jakie może mieć PWM.

Moglibyśmy przejrzeć ten temat z innego aspektu. Jeśli nie możesz podnieść napięcia paneli, to musisz znaleźć rozwiązanie, aby zmniejszyć rezystancję kabla, ponieważ rezystancja = rezystywność × długość / powierzchnia, wydaje się, że jedynym sposobem jest użycie kabli o dużych powierzchniach poprzecznych, a to będzie kolejny ogromny suma pieniędzy do wydania.

Podsumowując, jeśli chodzi o małe systemy, PWM jest dobrym rozwiązaniem, ponieważ jest niedrogie, ale w przypadku dużych systemów, aby poprawić współczynniki konwersji i nie marnować zdolności paneli słonecznych do wykorzystywania energii słonecznej, preferowany jest MPPT. MPPT byłby zawsze stosowany w systemach o większej mocy.

6.3 Plusy i minusy

Przed podjęciem decyzji o zakupie regulatora ładowania słonecznego do systemu fotowoltaicznego konieczne jest zdobycie wiedzy z poprzednich treści. Sugerowana jest również tabela porównawcza, przedstawiająca różnice między PWM i MPPT. Dlatego zebraliśmy razem ich zalety i wady, aby ułatwić Ci przeglądanie.

ZALETYWady
PWM
  • Technologia PWM jest dostępna w systemach PV od dawna i jest technologią stosunkowo stabilną i dojrzałą
  • Są opłacalne i dostępne dla większości konsumentów
  • PWM może obecnie wytrzymać obciążenie do 60 amperów
  • Większość PWM ma rozsądną strukturę rozpraszania ciepła, która pozwala im pracować w sposób ciągły
  • PWM jest dostępny w różnych rozmiarach, aby dopasować się do szerokiego zakresu zastosowań
  • Jeśli PWM jest stosowany do fotowoltaicznych systemów słonecznych, napięcie panelu słonecznego musi być zgodne z napięciem baterii akumulatorów
  • Obecna obciążalność pojedynczego PWM nie została opracowana i nadal wynosi tylko do 60 amperów
  • Niektóre mniejsze kontrolery ładowania PWM nie mogą znajdować się na liście UL ze względu na ich złą konstrukcję
  • Niektóre mniejsze PWM nie mają złączek przewodów
  • PWM czasami ma problemy z zakłóceniami sygnału. Kontrolery generują szum w telewizorze lub radiu
  • PWM w pewnym stopniu ogranicza ekspansję fotowoltaicznych systemów słonecznych
  • Nie można go stosować do paneli słonecznych poza siecią wysokiego napięcia
MPPT
  • MPPT maksymalizuje konwersję energii słonecznej z paneli fotowoltaicznych, a wskaźniki mogą być o 40% bardziej wydajne niż PWM
  • MPPT może być stosowany w przypadkach, gdy napięcie panelu słonecznego jest wyższe niż napięcie akumulatora.
  • MPPT może wytrzymać prąd obciążenia do 80 amperów
  • MPPT oferuje dłuższe gwarancje niż PWM
  • MPPT nie ogranicza rozbudowy paneli słonecznych w systemie
  • MPPT to jedyne rozwiązanie dla hybrydowego systemu zasilania energią słoneczną
  • MPPT są droższe niż PWM. Cena niektórych modeli jest dwukrotnie wyższa niż w przypadku kontrolera ładowania PWM
  • Ponieważ MPPT ma więcej komponentów i funkcji, jego rozmiar fizyczny jest większy niż PWM.
  • MPPT są bardziej skomplikowane, więc przez większość czasu musimy postępować zgodnie z wytycznymi podczas wymiarowania panelu słonecznego
  • Sterownik słoneczny MPPT stale wymusza układ paneli słonecznych w łańcuchach

6.4 Czy każdy system fotowoltaiczny potrzebuje kontrolera ładowania?

Odpowiedź brzmi nie.

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli twój panel słoneczny ma mniej niż 5 watów na każde 100 amperogodzin baterii, nie potrzebujesz kontrolera ładowania słonecznego.

Oto formuła, której możemy użyć:

Iloraz = pojemność baterii (amperogodzina) / imp panelu słonecznego (ampery)

Jeśli iloraz jest większy niż 200, kontroler nie jest potrzebny; w przeciwnym razie lepiej zainstaluj kontroler.

Na przykład, jeśli masz baterię 200 Ah i panel 20 W, iloraz wyniósłby 200 / 1.18 = 169.5; w takim przypadku potrzebujesz kontrolera.

Jeśli masz akumulator 400AH i panel 10W, iloraz wyniósłby 400 / 0.59 = 677.9; w takim przypadku nie potrzebujesz kontrolera.