Kaj je MPPT?

Tukaj je smešna stvar, ki se je zgodila prejšnji torek. Bil sem na kavi z Davom iz naše ekipe za nabavo (saj veste, tip, ki se vedno pritožuje nad dobavnimi roki dobaviteljev) in me je vprašal: "Kaj so vse te stvari MPPT, o katerih govoriš na sestankih za raziskave in razvoj?"

Pošteno vprašanje, res. Te kratice mečemo naokrog kot konfete na poroki, vendar večina ljudi zunaj inženirskega mehurčka nima prav nobenega pojma, o čem govorimo.

MPPT je kratica za Maximum Power Point Tracking. In ne, kljub temu, kako se sliši v nekaterih prodajnih brošurah, to ni neka čarobna črna skrinjica, ki samo "naredi vaše sončne celice boljše." Pravzaprav je precej preprosto, ko se odpravite mimo zastrašujočega imena.

Prav, torej si predstavljajte to. Na strehi imate nameščen sončni kolektor. Zdi se dovolj preprosto – sončna svetloba ga zadene, elektrika pride ven, delo opravljeno. Le da ni tako preprosto, kajne?

Sončne plošče so čudne. Ne dajejo vam samo stalne količine moči, ne glede na to, kaj počnete z njimi. Napetost in tok, ki ju proizvajajo, se spreminjata glede na to, kakšno obremenitev priključite nanje, in tukaj je zanimivo: obstaja samo ENA specifična kombinacija napetosti in toka, pri kateri dobite največjo možno moč te plošče.

To imenujemo točka največje moči ali MPP. Privlačno ime, vem.

Zdaj se ta točka nenehno premika. Oblak prehaja nad glavo? MPP se premika. Temperaturne spremembe? MPP se premika. Se plošča nekoliko zapraši? Uganili ste, MPP se premika. Kot da bi z zavezanimi očmi poskušal zadeti premikajočo se tarčo.

To je Sarah (naša vodilna oblikovalka sistema – briljantna ženska, grozen okus po kavi) prejšnji mesec opisala stranki: "Predstavljajte si, da poskušate napolniti vedro z vodo, vendar se tlak v pipi nenehno spreminja in morate nenehno prilagajati, kako daleč odprete ventil, da dosežete najboljši pretok." Ni popolno, vendar je razumelo bistvo.

Preden je MPPT postal standard – tukaj govorimo o sredini devetdesetih let prejšnjega stoletja – je večina solarnih naprav uporabljala tako imenovane krmilnike PWM. PWM je kratica za Pulse Width Modulation, kar je samo domiseln način za povedati, da zelo hitro vklopijo in izklopijo povezavo med vašo ploščo in baterijo za nadzor polnjenja.

Težava? Krmilniki PWM v bistvu znižajo napetost vaše plošče, da se ujema z napetostjo baterije. Torej, če imate 36 V sončno ploščo in 12 V baterijo, samo... zavržete ogromen kos te napetosti. To je tako, kot da bi kupili športni avto in ga vozili le v prvi prestavi. Seveda deluje, ampak v čem je fora?

Pravzaprav še vedno imam eno od teh starodavnih PWM enot v svoji garaži iz projekta, ki smo ga naredili leta 2009. Zdaj je lep obtežilnik za papir.

MPPT

Krmilnik MPPT je bistveno drugačen. Namesto da napetost vaše plošče preprosto spusti na raven baterije, uporablja pretvornik DC-DC (mislite si na to kot elektronski menjalnik), da dejansko pretvori to višjo napetost v večji tok pri nižji napetosti baterije.

Tukaj je del fizike, vendar obljubim, da bom kratek: Moč=Napetost × Tok. Torej, če imate 36 V pri 3 A iz vaše plošče (108 W), lahko krmilnik MPPT to pretvori v približno 12 V pri 9 A (tudi 108 W, minus nekaj izgub). Prejmete ENAKO moč, le v drugačni obliki, ki jo vaša baterija dejansko lahko porabi.

Toda počakaj, še več je! (Gledal sem preveč reklamnih oglasov)

Krmilnik MPPT te pretvorbe ne izvede le enkrat in jo pokliče na dan. Nenehno meri izhod plošče, prilagaja obremenitev, ki jo predstavlja plošči, znova meri in se prilagaja, da bi našel tisto najboljšo točko – točko največje moči – kjer iz vaše plošče v danem trenutku odvzame absolutno največ možne moči.

Ta ples izvaja več desetkrat na sekundo. Ves dan, vsak dan.

Tukaj postane zanimivo in kjer podjetja, kot je naše, porabijo preveč časa za prepiranje na sestankih tehničnega pregleda.

Obstaja veliko različnih algoritmov za sledenje MPP:

Moti in opazuj (P&O)– To je stari zanesljiv. Krmilnik premakne delovno točko v eno smer, preveri, ali se je moč povečala ali zmanjšala, nato pa ponovno ustrezno premakne. Preprosto, učinkovito, vendar lahko niha okoli MPP kot pijanec, ki išče ključavnico. To uporabljamo v naši seriji modelov S-150, ker je preverjeno in poceni za izvedbo.

Inkrementalna prevodnost– Matematično bolj eleganten, menda bolj natančen. V resnici? Nikoli nisem videl, da bi deloval dramatično bolje kot P&O v-resničnih pogojih, kljub temu, kar trdijo akademski članki. Lansko poletje (od junija do avgusta 2022) smo oba testirali-drug ob-drugem tri mesece in razlika v pridobivanju energije je bila manjša od 2 %. Ni vredno dodatnih stroškov obdelave za večino aplikacij.

Delna napetost odprtega tokokroga– Ugiba na podlagi napetosti odprtega tokokroga plošče-. Hitro, a manj natančno. Nekatere poceni kitajske enote to uporabljajo in lahko rečete – so primerne, a ne odlične.

Potem imate vse modne novejše metode – nevronske mreže, mehko logiko, nadzor drsnega načina. In poglejte, prepričan sem, da imajo svoje mesto v raziskovalnih laboratorijih in nišnih aplikacijah, toda za 95 % namestitev? P&O dobro opravi svoje delo.

Tom iz našega trženjskega oddelka nas vztrajno spodbuja k uvedbi »MPPT-powered AI« za vznemirjenje. Nenehno mu govorimo, da nevronske mreže nimajo smisla za to aplikacijo in da bi le povečale stroške in zapletle brez prave koristi. Ta argument traja že od oktobra. Pošlji pomoč.

MPPT

"Toda koliko bolje JE?" – Vsak. Samski. Stranka. Srečanje.

V redu, tukaj je nekaj dejanskih številk iz terenskih testov, ki smo jih izvajali v letu 2022:

V naših obratih v južni Španiji (regija Málaga, če ste radovedni) smo videli:

MPPT v primerjavi s PWM: 25-30 % več pridobljene energije v povprečju

Najboljše izboljšanje: 45 % (to je bilo decembra z delnim senčenjem)

Najslabše izboljšanje: 15 % (sredi-poleti, jasni dnevi, ko tudi PWM deluje relativno dobro)

Izboljšanje je največje, ko:

Napetost vaše plošče je veliko višja od napetosti baterije

Imate delno senčenje

Temperatura se zelo spreminja

V nizu imate neujemajoče se plošče

Najmanjša je, ko je vse idealno – kar v bistvu nikoli ni v realnem svetu.

Ne bom vas dolgočasil s celotnim diagramom vezja, ampak tukaj je osnovna topologija:

Večina krmilnikov MPPT kot stopnjo moči uporablja zniževalni pretvornik (stop-navzdol), ojačevalni pretvornik (stop-navzgor) ali zniževalni-pretvornik (lahko oboje). Običajno se odločimo za topologijo buck, ker ima večina sončnih kolektorjev višjo napetost kot baterije, ki jih polnijo.

Nadzorni del ima običajno:

Mikrokrmilnik (v naši premium liniji uporabljamo serijo STM32)

Senzorji napetosti in toka

Temperaturni senzorji (za ploščo, baterijo in sam krmilnik)

Nekakšen uporabniški vmesnik (LCD zaslon, Bluetooth, karkoli)

To je res to. Vsa čarovnija je v programski opremi – algoritmu, ki se odloči, kako prilagoditi delovno točko.

Naš novi model X-300, ki ga lansiramo naslednji mesec (uradna objava na razstavi SolarTech Expo v Amsterdamu 8. marca – pridite pozdravit, če ste tam!) uporablja dvojedrni procesor, tako da lahko izvajamo varnostni nadzor neodvisno od algoritma MPPT. Malo pretirano? mogoče. Toda po tistem incidentu s tekmečevo enoto, ki je lani zagorela v Avstraliji (ne bom imenoval imen, vendar ste verjetno slišali za to), ne bomo tvegali.

"MPPT vam daje več moči iz vaših plošč"– Ne. Vaša plošča proizvede tisto, kar proizvede na podlagi sončne svetlobe. MPPT samo zagotavlja, da UPORABLJATE vso to razpoložljivo moč, namesto da jo zapravljate.

"Z majhnimi sistemi ne potrebujete MPPT"– Smeti. Tudi majhen sistem koristi. Seveda je absolutni dobiček energije manjši, vendar je odstotek-enak.

"MPPT je samo za-sisteme mrežnih vezi"– Tudi narobe. Odlično deluje pri polnjenju baterije, kjer dejansko vidimo največ naše prodaje.

"Vsi krmilniki MPPT so v osnovi enaki"– Ha! Povej to inženirski ekipi. Mesece porabimo za optimizacijo učinkovitosti, toplotnega upravljanja in zanesljivosti. Toda priznam, da bi lahko povprečnemu uporabniku kitajska enota za 50 GBP in naš krmilnik za 400 GBPzdi sepodobno. Dokler poceni ne odpove po šestih mesecih, tj.

Poglejte, prodati bi vam moral naše izdelke, vendar naj bom iskren (ne povejte svojemu šefu, da sem rekel to):

Če imate zelo majhen sistem (pod 50 W), kratek kabel, se napetost vaše plošče zelo ujema z napetostjo baterije in imate omejen proračun – PWM je morda v redu. Nekaj energije boste pustili na mizi, a včasih je to sprejemljiv kompromis-.

Lani smo imeli stranko, ki je želela napajati majhno vremensko postajo v Škotskem višavju. 20W plošča, 12 V baterija, proračun 30 GBP. Priporočam poceni krmilnik PWM. Vseeno je kupil našo enoto MPPT, ker je "želel najboljše." Pošteno, to je njegov denar, a donosnost naložbe te odločitve verjetno nikoli.

Kam gre ta tehnologija? No, opažamo nekaj trendov:

Porazdeljeni MPPT– Namesto enega velikega krmilnika za celotno polje, manjši optimizatorji na vsaki plošči. Bolje za senčenje, vendar povečuje stroške in zapletenost. Trenutno jih preizkušamo v pilotnem projektu na Norveškem.

Povezljivost v oblaku– Vsi želijo, da se njihov solarni krmilnik pogovarja z njihovim pametnim telefonom. Seveda, zakaj pa ne. Naša aplikacija je pravzaprav precej spodobna, četudi sam tako rečem. Ogledate si lahko-uspešnost v realnem času, pretekle podatke in vas opozori, če je kaj narobe. Prejšnji teden smo objavili posodobitev, ki popravlja--oceno napolnjenosti baterije – prej je bila ocena približno 5 % preveč optimistična.

Boljši algoritmi– To je moja osebna obsesija. Delal sem na napovednem algoritmu, ki uporablja podatke vremenske napovedi za-preventivno prilagajanje parametrov sledenja. Ali deluje? včasih. Je vredno truda? Žirija je še zunaj.

MPPT

To delam dovolj dolgo, da poznam pogoste napake:

Pravilno ga določite– Ne kupujte krmilnika 60A MPPT za ploščo 10A. To je potratno. Prav tako ga ne premajhnite, če mislite, da boste prihranili denar. Samo poškodovali ga boste, ko boste pozneje neizogibno dodali več plošč.

Naj bo na hladnem– Te stvari ustvarjajo toploto. Ne nameščajte ga v zaprto škatlo na neposredno sončno svetlobo. Da, ljudje to dejansko počnejo. Ne, ne razumem zakaj.

Senzor temperature baterije– Uporabi! Polnilna napetost mora biti temperaturno-kompenzirana. Sobna temperatura in sredina Sahare zahtevata različne napetosti.

Dimenzioniranje kabla– Prejmemo VELIKO klicev o tem, da krmilniki ne delujejo pravilno, in skoraj vedno so premajhni kabli vzrok za padec napetosti. Uporabite prekleti kalkulator velikosti kabla na našem spletnem mestu.

Nastavitve so pomembne– Privzete nastavitve so konzervativne. Preberite priročnik (vem, šokanten predlog) in ga konfigurirajte za svoj tip baterije.

Torej, kaj je MPPT? To je v bistvu pameten elektronski povezovalec, ki zagotavlja, da vaša sončna plošča in baterija delujeta čim bolj učinkovito, pri čemer se nenehno prilagaja spreminjajočim se pogojem, da iz vaše namestitve iztisnete vsak možni vat.

Je vredno tega? Za večino inštalacij absolutno. Dodatni stroški krmilnika MPPT nad PWM se povrnejo s povečanim izkoriščanjem energije v letu ali dveh.

Ali smo pristranski, ker jih prodajamo? seveda. Vendar tudi verjamemo vanje, sicer ne bi zadnjih 15 let porabili za izpopolnjevanje tehnologije in izgradnjo nedvomno nekaterih najboljših krmilnikov MPPT na trgu. (In ja, vem, da vsako podjetje to trdi, naše pa dejansko pravi. Borite se z mano.)

Kakor koli že, če imate vprašanja, jih postavite v komentarje ali mi pošljite e-pošto. Ali še bolje, ujemite me marca na amsterdamski razstavi. Jaz bom tisti, ki bo pil preveč kave in razlagal MPPT vsem, ki bodo poslušali.

Oh, in hitra priključitev – združite svoj MPPT zionska litijeva baterijače lahko. Lastnost hitrega polnjenja dejansko omogoča pravilno delovanje krmilnika v kratkih zimskih dneh. To kombinacijo preizkušamo od lanskega leta in povečanje učinkovitosti je res vredno omeniti.