PWM so với MPPT

PWM so với MPPT: Cái nào tốt hơn?

Chúng ta đã tìm hiểu về các tính năng của cả hai bộ điều khiển (PWM & MPPT) trong các chương trước. Chúng tôi cũng lưu ý rằng PWM không chuyển đổi điện áp phụ thành dòng điện, dẫn đến tỷ lệ chuyển đổi công suất thấp. Nói cách khác, PWM không chuyển tất cả năng lượng được thu thập bởi các tấm pin mặt trời sang pin, nhưng MPPT luôn theo dõi điểm công suất tối đa từ các tấm pin và điều chỉnh dòng điện và điện áp của nó cho phù hợp để nó có thể chuyển tất cả năng lượng thu được bởi tấm pin mặt trời sang pin.

PWM so với MPPT

PWM so với MPPT

Một ví dụ cụ thể sẽ giải thích rõ điều này:

Công thức vật lý cơ bản:

Công suất (watt) = V (Volts) x I (Amps)

Nếu chúng tôi sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời 12V, 100W danh định để sạc hệ thống pin 12V, Vmp thực tế là 17V và chúng tôi có thể tính toán đầu ra hiện tại của nó:

I = Công suất / V

I = 100/17 = 5.88 amps

Bây giờ chúng ta biết đầu ra của bảng điều khiển là 17V và 5.88A.

Kịch bản 1: Hệ thống quang điện có bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời PWM.

PWM sẽ kéo điện áp xuống điện áp sạc pin - xấp xỉ 14V. Sau khi đi qua PWM, năng lượng mặt trời chỉ còn lại 14V và 5.88A.

Đó là:

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

Kịch bản 2: Hệ thống quang điện với bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời MPPT.

MPPT không chỉ kéo điện áp xuống 14V, mà còn làm tăng dòng điện, do đó nguồn điện gần như tương đương với nguồn điện.

Vì vậy, nếu hiệu điện thế giảm 17/14 = 1.21

Khi đó dòng điện vào acquy tăng 1.21, ta được

5.88 x 1.21 = 7.11A

Mất điện toàn bộ

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

Trong ví dụ này, công suất bị lãng phí bởi PWM là

99.54 - 82.32 = 17.22W

Gần 20% năng lượng không được chuyển đổi thành năng lượng hóa học của pin. Nếu chúng ta xem xét kịch bản trong một mảng năng lượng mặt trời lớn, tổn thất có thể rất lớn.

Vì vậy, tốt hơn nên sử dụng MPPT cho mảng năng lượng mặt trời lớn.

6.2 Điểm mạnh của MPPT

a) Hiệu suất chuyển đổi cao

Nếu hệ thống quang điện của bạn đi kèm với một mảng năng lượng mặt trời lớn, MPPT sẽ là lựa chọn tốt nhất để tăng cường chuyển đổi năng lượng mặt trời, đặc biệt là trong thời tiết lạnh, vì điện áp bảng điều khiển sẽ tăng lên khi nhiệt độ giảm xuống. Tỷ lệ chuyển đổi MPPT có thể tăng từ 20% lên 40%. Đó là năng lượng xanh và miễn phí thực sự tiết kiệm tiền trên hóa đơn của bạn.

Mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở khoảng cách xa

Mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở khoảng cách xa

b) Giảm tổn thất năng lượng trong cáp hoặc giảm chi phí mua cáp.

Hãy nhớ Công thức định luật Ohm

V (Vôn) = R (Ohm) x I (Amps)

Công suất đầu ra P(Watts) = V (Volts) x I (Amps)

So

Mất sức đề kháng PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Amps)

Sau đó, nếu các tấm PV của bạn được lắp đặt cách xa ngân hàng pin của bạn một khoảng cách xa, thì khả năng mất điện của điện trở cáp là đáng kể (PR = R x I2  ). Ở đây R đại diện cho điện trở của cáp. R tăng khi chiều dài cáp tăng:

Công thức điện trở cáp

Công thức điện trở cáp

Nhưng nếu chúng ta tăng gấp đôi Điện áp của mảng năng lượng mặt trời bằng cách nối chúng thành nhiều chuỗi hơn, theo P = V x I, không có sự thay đổi tổng công suất đầu raP, vì vậy dòng điện qua cáp tôi phải là một nửa.

Cuối cùng, lực cản PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Amps) sẽ là một phần tư so với trước đây.

Trên thực tế, với MPPT, bạn có thể tăng điện áp của mảng năng lượng mặt trời cao hơn nữa để giảm dòng điện.

Trong trường hợp này, chúng tôi tăng điện áp của bảng điều khiển để giảm tổn thất điện trở qua cáp và vì chúng tôi đang sử dụng MPPT, luôn theo dõi để thu công suất tối đa từ các bảng, chúng tôi không có lãng phí điện áp như PWM có thể có.

Chúng tôi có thể xem xét chủ đề này từ một khía cạnh khác. Nếu bạn không thể tăng điện áp bảng điều khiển, thì bạn phải tìm ra một số giải pháp để giảm điện trở của cáp, vì điện trở = điện trở suất × chiều dài / diện tích, có vẻ như cách duy nhất là sử dụng cáp có diện tích ngang lớn và đó sẽ là một vấn đề lớn số tiền cần chi tiêu.

Tóm lại, khi nói đến các hệ thống nhỏ, PWM là một giải pháp tốt vì nó không tốn kém, nhưng đối với các hệ thống lớn, để cải thiện tỷ lệ chuyển đổi và không lãng phí công suất khai thác năng lượng mặt trời của bảng điều khiển thì MPPT được ưu tiên hơn. MPPT sẽ luôn được áp dụng cho các hệ thống điện cao hơn.

6.3 Ưu và nhược điểm

Tìm hiểu thông tin kiến ​​thức từ nội dung trước là cần thiết trước khi đưa ra quyết định mua bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời cho hệ thống PV của bạn. Một bảng so sánh, liệt kê sự khác biệt giữa PWM và MPPT, cũng được đề xuất. Vì vậy, chúng tôi tổng hợp những ưu và nhược điểm của chúng lại với nhau để giúp bạn thuận tiện hơn khi xem xét.

Ưu điểmNhược điểm
PWM
  • Công nghệ PWM đã có mặt trong các hệ thống PV từ lâu và là một công nghệ tương đối ổn định và trưởng thành
  • Chúng tiết kiệm chi phí và phù hợp với túi tiền của hầu hết người tiêu dùng
  • PWM hiện có thể chịu tải tới 60 ampe
  • Hầu hết các PWM đều có cấu trúc tản nhiệt hợp lý cho phép chúng hoạt động liên tục
  • PWM có nhiều kích cỡ khác nhau để phù hợp với nhiều ứng dụng
  • Nếu PWM được áp dụng cho các hệ thống năng lượng mặt trời quang điện, điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời phải phù hợp với điện áp của ngân hàng pin
  • Khả năng tải hiện tại của một PWM duy nhất chưa được phát triển và vẫn chỉ lên đến 60 ampe
  • Một số bộ điều khiển phí PWM có kích thước nhỏ hơn không thể được liệt kê UL do thiết kế cấu trúc kém của chúng
  • Một số PWM có kích thước nhỏ hơn không có phụ kiện của ống dẫn
  • PWM đôi khi có vấn đề về nhiễu tín hiệu. Bộ điều khiển tạo ra tiếng ồn trong TV hoặc radio
  • PWM hạn chế sự mở rộng của các hệ thống năng lượng mặt trời quang điện ở một mức độ nào đó
  • Nó không thể được áp dụng cho các mảng năng lượng mặt trời không nối lưới điện áp cao
MPPT
  • MPPT tối đa hóa việc chuyển đổi năng lượng mặt trời từ các tấm pin PV và tỷ lệ có thể hiệu quả hơn 40% so với PWM
  • MPPT có thể được sử dụng trong trường hợp điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời cao hơn điện áp pin.
  • MPPT có thể chịu được dòng tải lên đến 80 ampe
  • MPPT có bảo hành lâu hơn PWM
  • MPPT không hạn chế việc mở rộng các tấm pin mặt trời trong hệ thống
  • MPPT là giải pháp duy nhất cho hệ thống điện mặt trời hỗn hợp
  • MPPT đắt hơn PWM. Giá của một số mô hình cao gấp đôi so với bộ điều khiển sạc PWM
  • Vì MPPT có nhiều thành phần và chức năng hơn nên kích thước vật lý của nó lớn hơn PWM.
  • MPPT phức tạp hơn, vì vậy, hầu hết thời gian, chúng ta cần làm theo hướng dẫn khi định kích thước mảng năng lượng mặt trời
  • Bộ điều khiển năng lượng mặt trời MPPT liên tục bắt buộc mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời có dây theo chuỗi

6.4 Có phải mọi hệ thống điện mặt trời đều cần bộ điều khiển sạc không?

Câu trả lời là không.

Nói chung, nếu bảng điều khiển năng lượng mặt trời của bạn ít hơn 5 watt cho mỗi pin 100 amp giờ, thì bạn không cần bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời.

Đây là công thức chúng ta có thể sử dụng:

Thương số = Dung lượng pin (Amp giờ) / Imp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời (Amps)

Nếu thương số lớn hơn 200, bạn không cần bộ điều khiển; nếu không, bạn nên cài đặt một bộ điều khiển.

Ví dụ: nếu bạn có pin 200AH và bảng điều khiển 20W, thương số sẽ là 200 / 1.18 = 169.5; trong trường hợp này, bạn cần một bộ điều khiển.

Nếu bạn có pin 400AH và bảng điều khiển 10W, thương số sẽ là 400 / 0.59 = 677.9; trong trường hợp này, bạn không cần bộ điều khiển.