ШИМ против MPPT

ШИМ против MPPT: что лучше?

Мы узнали об особенностях обоих контроллеров (PWM и MPPT) в предыдущих главах. Мы хорошо заметили, что ШИМ не преобразует дополнительное напряжение в токи, что приводит к низкой скорости преобразования мощности. Другими словами, ШИМ не передает всю энергию, собираемую солнечными панелями, в батареи, но MPPT всегда отслеживает точку максимальной мощности от панелей и соответственно регулирует свои токи и напряжение, чтобы он мог передавать всю энергию, собранную солнечной панелью. к батарее.

ШИМ против MPPT

ШИМ против MPPT

Конкретный пример ясно объяснит это:

Основная физическая формула:

Мощность (Вт) = В (Вольт) x I (Ампер)

Если мы используем солнечную панель номиналом 12 В, 100 Вт для зарядки аккумуляторной системы 12 В, фактический Vmp будет 17 В, и мы можем рассчитать его текущий выходной ток:

I = мощность / В

I = 100/17 = 5.88 ампер

Теперь мы знаем, что на выходе панели 17 В и 5.88 А.

Сценарий 1: Фотоэлектрическая система с контроллером заряда солнечной энергии PWM.

ШИМ снизит напряжение до напряжения зарядки аккумулятора - примерно 14 В. После прохождения PWM солнечная энергия остается только 14 В и 5.88 А.

То есть:

P = V x I = 14 x 5.88 = 82.32 Вт

Сценарий 2: Фотоэлектрическая система с контроллером заряда солнечной батареи MPPT.

MPPT не только снижает напряжение до 14 В, но и увеличивает ток, так что мощность почти равна отключенной.

Итак, если напряжение уменьшится на 17/14 = 1.21

Тогда ток к батарее увеличивается на 1.21, получаем

5.88 х 1.21 = 7.11 А

Полная мощность

P = 14 x 7.11 = 99.54 Вт

В этом примере мощность, расходуемая ШИМ, равна

99.54 - 82.32 = 17.22 Вт

Почти 20% энергии не было преобразовано в химическую энергию батареи. Если мы рассмотрим сценарий с большой солнечной батареей, потери могут быть огромными.

Так что лучше использовать MPPT для больших солнечных батарей.

6.2 Сильные стороны MPPT

а) Высокая эффективность преобразования

Если ваша фотоэлектрическая система поставляется с большой солнечной батареей, MPPT будет лучшим выбором для увеличения преобразования солнечной энергии, особенно в холодную погоду, поскольку напряжение панели будет расти при понижении температуры. Коэффициент конверсии MPPT может вырасти с 20% до 40%. Это экологически чистая и бесплатная энергия, которая действительно экономит ваши деньги.

Массив солнечных панелей на расстоянии

Массив солнечных панелей на расстоянии

б) Более низкие потери энергии в кабелях или более низкая стоимость покупки кабелей.

Пожалуйста, помните Формула закона Ома

В (Вольт) = R (Ом) x I (Ампер)

Выходная мощность P(Ватт) = В (Вольт) x I (Ампер)

So

Потеря сопротивления PR(Ватт) = R (Ом) x I2 (AMPS)

Затем, если ваши фотоэлектрические панели установлены на большом расстоянии от аккумуляторной батареи, потеря мощности сопротивления кабеля будет значительной (PR = R x I2  ). Здесь R представляет собой сопротивление кабелей. R увеличивается с увеличением длины кабеля:

Формула сопротивления кабеля

Формула сопротивления кабеля

Но если мы удвоим напряжение солнечной батареи, подключив их более последовательно, согласно P = V x I, нет изменения общей выходной мощности P, поэтому ток через кабель I должен быть вдвое меньше.

Наконец, сопротивление PR(Ватт) = R (Ом) x I2 (Ампер) будет на четверть, чем раньше.

Фактически, с помощью MPPT вы можете поднять напряжение солнечной батареи еще выше, чтобы уменьшить ток.

В этом случае мы увеличиваем напряжение панели, чтобы уменьшить потери сопротивления через кабели, и, поскольку мы используем MPPT, который всегда отслеживает максимальную мощность от панелей, у нас нет потерь напряжения, как это может иметь ШИМ.

Мы могли бы рассмотреть эту тему с другой стороны. Если вы не можете поднять напряжение панелей, то вам нужно найти какое-то решение для уменьшения сопротивления кабеля, так как сопротивление = удельное сопротивление × длина / площадь, кажется, единственный способ - использовать кабели с большими поперечными площадями, и это будет еще одним огромным сумма денег, которую нужно потратить.

Напомним, что когда речь идет о небольших системах, ШИМ - хорошее решение, поскольку оно недорогое, но для больших систем, чтобы улучшить скорость преобразования и не тратить впустую емкость солнечных панелей на использование солнечной энергии, предпочтительнее использовать MPPT. MPPT всегда будет применяться к системам с большей мощностью.

6.3 Плюсы и минусы

Перед принятием решения о покупке солнечного контроллера заряда для вашей фотоэлектрической системы необходимо изучить полезную информацию из предыдущего содержания. Также предлагается сравнительная таблица, в которой перечислены различия между PWM и MPPT. Итак, мы объединили их плюсы и минусы, чтобы вам было удобнее их просматривать.

ПлюсыМинусы
ШИМ
  • Технология PWM уже давно доступна в фотоэлектрических системах и является относительно стабильной и зрелой технологией.
  • Они экономичны и доступны по цене для большинства потребителей.
  • ШИМ выдерживает нагрузку до 60 ампер в настоящее время
  • Большинство ШИМ имеют разумную структуру рассеивания тепла, которая позволяет им работать непрерывно.
  • ШИМ бывают разных размеров, чтобы соответствовать широкому спектру приложений.
  • Если ШИМ применяется к фотоэлектрическим солнечным системам, напряжение солнечной панели должно соответствовать напряжению батареи.
  • Текущая допустимая нагрузка одиночного ШИМ не разработана и пока составляет всего 60 ампер.
  • Некоторые контроллеры заряда PWM меньшего размера не могут быть внесены в список UL из-за их плохой конструкции.
  • Некоторые ШИМ меньшего размера не имеют фитингов кабелепровода.
  • ШИМ иногда имеет проблемы с помехами сигнала. Контроллеры создают шум в телевизоре или радио
  • ШИМ ограничивает расширение фотоэлектрических солнечных систем до некоторой степени
  • Его нельзя применять к высоковольтным автономным солнечным батареям.
MPPT
  • MPPT максимизирует преобразование солнечной энергии от фотоэлектрических панелей, а показатели могут быть на 40% эффективнее, чем PWM
  • MPPT можно использовать в тех случаях, когда напряжение солнечной панели выше, чем напряжение батареи.
  • MPPT выдерживает ток нагрузки до 80 ампер
  • MPPT имеет более длительные гарантии, чем PWM
  • MPPT не ограничивает расширение солнечных панелей в системе
  • MPPT - единственное решение для гибридной солнечной энергосистемы
  • MPPT дороже ШИМ. Стоимость некоторых моделей вдвое выше, чем у контроллера заряда с ШИМ.
  • Поскольку MPPT имеет больше компонентов и функций, его физический размер больше, чем у PWM.
  • MPPT более сложны, поэтому в большинстве случаев нам нужно следовать руководству при выборе размера солнечной батареи.
  • Контроллер солнечной энергии MPPT постоянно вынуждает массив солнечных панелей соединяться цепочками

6.4 Требуется ли для каждой солнечной фотоэлектрической системы контроллер заряда?

Ответ - нет.

Как правило, если мощность вашей солнечной панели составляет менее 5 Вт на каждые 100 ампер-часов батареи, вам не нужен контроллер солнечного заряда.

Вот формула, которую мы можем использовать:

Коэффициент = Емкость аккумулятора (Ампер-час) / Импульс солнечной панели (Ампер)

Если частное больше 200, вам не нужен контроллер; в противном случае лучше установить контроллер.

Например, если у вас батарея на 200 Ач и панель на 20 Вт, соотношение будет 200 / 1.18 = 169.5; в этом случае вам понадобится контроллер.

Если у вас батарея 400 Ач и панель 10 Вт, то частное будет 400 / 0.59 = 677.9; в этом случае вам не нужен контроллер.