PWM vs. MPPT

PWM vs. MPPT: Qual é o melhor?

Aprendemos sobre os recursos de ambos os controladores (PWM e MPPT) nos capítulos anteriores. Notamos bem que o PWM não converte tensão extra em correntes, o que resulta em baixas taxas de conversão de energia. Em outras palavras, o PWM não transfere toda a energia que é coletada pelos painéis solares para as baterias, mas o MPPT está sempre rastreando o ponto de potência máxima dos painéis e ajustando suas correntes e voltagem de forma que possa transferir toda a energia coletada pelo painel solar à bateria.

PWM vs. MPPT

PWM vs. MPPT

Um exemplo concreto irá explicar isso claramente:

A fórmula física básica:

Potência (watts) = V (Volts) x I (Amps)

Se usarmos um painel solar nominal de 12 V, 100 W para carregar um sistema de bateria de 12 V, o Vmp real é 17 V, e podemos calcular sua saída de corrente:

I = Potência / V

I = 100/17 = 5.88 amperes

Agora sabemos que a saída do painel é 17V e 5.88A.

Cenário 1: O sistema fotovoltaico é com controlador de carga solar PWM.

O PWM reduzirá a tensão para a tensão de carga da bateria - aproximadamente 14V. Depois de passar pelo PWM, a energia solar permanece apenas 14V e 5.88A.

Isto é:

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

Cenário 2: O sistema fotovoltaico está com o controlador de carregamento solar MPPT.

O MPPT não apenas reduz a tensão para 14 V, mas também aumenta a corrente, de modo que a potência é quase igual à saída.

Então, se a tensão diminuir em 17/14 = 1.21

Em seguida, a corrente para a bateria aumenta em 1.21, obtemos

5.88 x 1.21 = 7.11A

Sem energia total

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

Neste exemplo, a energia desperdiçada pelo PWM é

99.54 - 82.32 = 17.22W

Quase 20% da energia não foi convertida em energia química da bateria. Se considerarmos o cenário em um grande painel solar, a perda pode ser enorme.

Portanto, é melhor usar MPPT para grandes painéis solares.

6.2 Os pontos fortes do MPPT

a) Alta eficiência de conversão

Se o seu sistema fotovoltaico vem com um grande painel solar, o MPPT seria a melhor escolha para aumentar a conversão de energia solar, especialmente em climas frios, pois a tensão do painel aumentará com a queda da temperatura. A taxa de conversão de MPPT pode aumentar de 20% para 40%. Isso é energia verde e gratuita que realmente economiza dinheiro em sua conta.

Conjunto de painéis solares à distância

Conjunto de painéis solares à distância

b) Menor perda de energia em cabos ou menor custo para compra de cabos.

Por favor lembre-se Fórmula da lei de Ohm

V (Volts) = R (Ohm) x I (Amps)

Potência de saída P(Watts) = V (Volts) x I (Amps)

So

Perda de resistência PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Amps)

Então, se seus painéis fotovoltaicos forem instalados a uma longa distância de seu banco de baterias, a perda de energia da resistência do cabo é considerável (PR = R x I2  ) Aqui, R representa a resistência dos cabos. R aumenta conforme o comprimento do cabo aumenta:

Fórmula de resistência do cabo

Fórmula de resistência do cabo

Mas se dobrarmos a voltagem do painel solar, conectando-os em mais séries, de acordo com P = V x I, não há mudança na potência total de saída P, então a corrente através do cabo que eu deveria ser metade.

Finalmente, a resistência PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Amps) será um quarto do que antes.

Na verdade, com o MPPT, você pode aumentar a tensão do painel solar ainda mais para reduzir o fluxo de corrente.

Neste caso, aumentamos a tensão do painel para reduzir a perda de resistência através dos cabos e, como estamos usando MPPT, que sempre rastreia para obter a potência máxima dos painéis, não temos desperdício de tensão como o PWM pode ter.

Poderíamos revisar este tópico de outro aspecto. Se você não pode aumentar a tensão dos painéis, então você tem que encontrar uma solução para reduzir a resistência do cabo, como resistência = resistividade x comprimento / área, parece que a única maneira é usar cabos com grandes áreas transversais, e isso será outro enorme soma de dinheiro para gastar.

Para recapitular, quando se trata de sistemas pequenos, o PWM é uma boa solução por ser barato, mas para sistemas grandes, a fim de melhorar as taxas de conversão e não desperdiçar a capacidade do painel solar de aproveitar a energia solar, o MPPT é preferível. MPPT sempre seria aplicado a sistemas de alta potência.

6.3 Prós e contras

É necessário aprender informações com conhecimento do conteúdo anterior antes de tomar a decisão de comprar um controlador de carregamento solar para seu sistema fotovoltaico. Uma tabela de comparação, listando a diferença entre PWM e MPPT, também é sugerida. Portanto, reunimos seus prós e contras para tornar mais conveniente sua revisão.

PrósContras
PWM
  • A tecnologia PWM está disponível em sistemas fotovoltaicos há muito tempo e é uma tecnologia relativamente estável e madura
  • Eles são econômicos e acessíveis para a maioria dos consumidores
  • PWM pode suportar até 60 amperes de carga atualmente
  • A maioria dos PWMs tem uma estrutura de dissipação de calor razoável que lhes permite trabalhar continuamente
  • O PWM vem em tamanhos diferentes para se adequar a uma ampla gama de aplicações
  • Se o PWM for aplicado a sistemas solares fotovoltaicos, a voltagem do painel solar deve corresponder à do banco de baterias
  • A capacidade de carga atual de um único PWM não foi desenvolvida e ainda é de apenas 60 amperes
  • Alguns controladores de carga PWM menores não podem ser listados pela UL devido ao seu projeto de estrutura pobre
  • Alguns PWM de tamanho menor não têm encaixes de conduíte
  • O PWM às vezes tem problemas de interferência de sinal. Os controladores geram ruído na TV ou rádios
  • PWM limita a expansão de sistemas solares fotovoltaicos em certa medida
  • Não pode ser aplicado a painéis solares de alta tensão fora da rede
MPPT
  • MPPT maximiza a conversão de energia solar de painéis fotovoltaicos e as taxas podem ser 40% mais eficientes do que PWM
  • O MPPT pode ser usado nos casos em que a voltagem do painel solar é superior à voltagem da bateria.
  • MPPT pode suportar até 80 amperes de corrente de carga
  • MPPT oferece garantias mais longas do que PWM
  • MPPT não limita expansão de painéis solares no sistema
  • MPPT é a única solução para um sistema de energia solar híbrido
  • MPPT são mais caros do que PWM. O preço de alguns modelos é o dobro de um controlador de carga PWM
  • Como o MPPT tem mais componentes e funções, seu tamanho físico é maior do que o PWM.
  • MPPT são mais complicados, então, na maioria das vezes, precisamos seguir um guia ao dimensionar o painel solar
  • O controlador solar MPPT constantemente força o painel solar conectado em cordas

6.4 Todo sistema fotovoltaico solar precisa de um controlador de carregamento?

A resposta é não.

Geralmente, se o seu painel solar tem menos de 5 watts para cada 100 amp / hora de bateria, você não precisa de um controlador de carregamento solar.

Aqui está uma fórmula que podemos usar:

Quociente = Capacidade da bateria (Amp-hora) / Imp do painel solar (Amps)

Se o quociente for maior que 200, você não precisa de um controlador; caso contrário, é melhor você instalar um controlador.

Por exemplo, se você tiver uma bateria de 200AH e painel de 20W, o quociente seria 200 / 1.18 = 169.5; neste caso, você precisa de um controlador.

Se você tiver bateria de 400AH e painel de 10W, o quociente seria 400 / 0.59 = 677.9; neste caso, você não precisa de um controlador.