MPPT to komponent elektroniczny, który ma za zadanie maksymalizować moc uzyskiwaną z paneli fotowoltaicznych. Jego zastosowanie ma istotny wpływ na efektywność całej instalacji. W systemach on-grid dostępne są falowniki różnych producentów, z których każdy oferuje własne podejście do technologii MPPT. W przypadku instalacji off-grid istnieje możliwość wyboru między systemem z MPPT a tańszym rozwiązaniem bez tej funkcji.
Przeczytaj także:
- Bon energetyczny 2024 – dla kogo i ile wyniesie?
- Czym jest zabezpieczenie AFCI w falownikach?
- Czym jest pętla indukcyjna w fotowoltaice?
Co to jest regulator ładowania MPPT?
MPPT, czyli Maximum Power Point Tracking, to proces śledzenia punktu mocy maksymalnej, który ma na celu optymalizację obciążenia instalacji fotowoltaicznej, aby odbiornik uzyskiwał jak największą moc. W przypadku, gdy odbiornikiem jest sieć energetyczna, funkcję MPPT pełni inwerter sieciowy. Natomiast w instalacjach off-grid, gdzie odbiornikiem jest akumulator, MPPT znajduje się w regulatorze ładowania.
MPPT steruje parametrem napięcia, aby znaleźć optymalny punkt, w którym moc jest największa. Moc jest to iloczyn napięcia i natężenia prądu. Zwiększanie napięcia początkowo prowadzi do wzrostu mocy, jednak po pewnym czasie zaczyna ją obniżać, zgodnie z charakterystyką prądowo-napięciową modułu fotowoltaicznego. Ta charakterystyka przedstawia zależność między natężeniem prądu a napięciem na końcach badanego elementu.
W jaki sposób działa regulator MPPT?
Jeśli ktoś zastanawia się, jak działa solarny regulator ładowania MPPT i skąd wie, w którym miejscu znajduje się punkt mocy maksymalnej, to musi mieć świadomość, że określenie tego nie jest takie proste. Należy także wiedzieć, że regulator nieustannie monitoruje napięcie i prąd, który generują panele fotowoltaiczne. Analizując te parametry, wylicza on oraz ustala optymalne napięcie i prąd pracy, aby zagwarantować maksymalną moc wyjściową panelu PV. Istnieje także kilka metod, które pozwalają śledzić maksymalny punkt mocy.
Metoda perturbacji i obserwacji
Obwody MPPT nieustannie dostosowują napięcie i monitorują uzyskiwaną moc. Jeśli okazuje się, że podwyższenie napięcia prowadzi do wzrostu mocy, proces ten jest kontynuowany, dopóki moc nie zacznie się zmniejszać. Nawet gdy rzeczywisty punkt mocy maksymalnej pozostaje w jednym miejscu, napięcie i moc są wciąż dynamicznie modyfikowane.
Metoda przyrostowej przewodności
MPPT monitoruje drobne zmiany w napięciu i prądzie, jednocześnie przewidując skutki tych zmian. Choć metoda ta wymaga bardziej złożonych obliczeń, pozwala na wyeliminowanie wahań napięcia i mocy, a także zapewnia bardziej precyzyjne rezultaty.
Metoda temperaturowa
Przyjmuje się, że jedynym czynnikiem wpływającym na napięcie w fotowoltaice jest temperatura. Taka metoda jest skuteczna jedynie w warunkach bezcieniowych. Wystarczy precyzyjnie zmierzyć temperaturę ogniwa i porównać ją z odpowiednim wzorcem, aby określić maksymalny punkt mocy. Choć jest to proste rozwiązanie, staje się całkowicie nieadekwatne w przypadku pojawienia się cienia.
Niejednorodny cień stanowi poważne wyzwanie dla działania MPPT, ponieważ tworzy wiele lokalnych punktów maksymalnej mocy. Jeśli MPPT zatrzyma się na takim lokalnym punkcie i będzie go śledzić, efektywność instalacji zostanie obniżona na czas, w którym cień będzie obecny na modułach fotowoltaicznych. Wysokiej jakości regulatory są wyposażone w algorytmy do śledzenia globalnego punktu mocy. To sprawia, że znacznie lepiej radzą sobie w warunkach zacienienia. Szczegóły dotyczące działania tych algorytmów są jednak często pilnie strzeżoną tajemnicą producentów.
Zaawansowane regulatory są jednym z powodów, dla których warto wziąć pod uwagę inwestycję w droższe systemy oparte na wysokiej jakości podzespołach. Wszystkie falowniki sieciowe wykorzystywane w instalacjach on-grid mają wbudowane układy MPPT. Natomiast w instalacjach off-grid można zdecydować się na użycie tańszych regulatorów ładowania PWM, które nie posiadają funkcji MPPT.
Solarny regulator ładowania MPPT czy PWM?
Nie wszystkie regulatory ładowania posiadają funkcję MPPT, a jej obecność nie zawsze jest konieczna. Regulatory ładowania bez tej funkcji są znane jako urządzenia PWM. Choć MPPT są droższe niż PWM, to jednak oferują wyższą wydajność oraz umożliwiają podłączenie większej liczby modułów fotowoltaicznych.
Każdy regulator ładowania ma za zadanie kontrolować proces ładowania akumulatora, aby zapobiec jego uszkodzeniu. Podstawowym parametrem monitorowanym przez te urządzenia jest napięcie. Dla akumulatora 12V zakres akceptowalnego napięcia wynosi od 10,8 do 14,4V. Jeśli spadnie ono poniżej 10,8V, czyli gdy bateria będzie rozładowana, regulator odłączy ją po to, aby chronić ją przed uszkodzeniem. Z kolei przy wzroście napięcia powyżej 14,4V regulator odłączy akumulator, aby zapobiec jego przeładowaniu.
Podczas ładowania akumulatora z paneli fotowoltaicznych, zarówno regulatory PWM, jak i MPPT, dbają o to, aby napięcie nie było zbyt wysokie. Bez nich podłączenie instalacji fotowoltaicznej o napięciu 40V do akumulatora o napięciu 12V mogłoby spowodować jego uszkodzenie. To właśnie w tym aspekcie leży główna różnica między PWM a MPPT.
Regulatory PWM po prostu odcinają nadmiarowe napięcie, natomiast regulatory MPPT wykorzystują przetwornicę DC-DC do konwersji prądu o wysokim napięciu z paneli fotowoltaicznych na prąd o napięciu odpowiednim dla akumulatora. W praktyce oznacza to, że PWM nie wykorzystuje nadmiarowej mocy, podczas gdy MPPT efektywnie ją przekształca i wykorzystuje do ładowania baterii. Przy stosowaniu regulatorów ładowania PWM konieczne jest dopasowanie napięcia instalacji fotowoltaicznej do napięcia akumulatora.
Regulatory PWM, nawet jeśli są prawidłowo dobrane, mogą być mniej efektywne od MPPT. W przypadku mniejszych instalacji takie straty mogą być do zaakceptowania. Jeśli jednak do akumulatora 12V podłączona zostanie instalacja fotowoltaiczna o napięciu 40V, straty będą już znaczne. Dlatego w większych systemach fotowoltaicznych zaleca się stosowanie regulatorów MPPT, gdyż regulatory PWM mogą powodować marnowanie energii generowanej przez panele fotowoltaiczne.
Jak dobrać panele fotowoltaiczne do regulatora PWM i MPPT?
Regulator ładowania PWM charakteryzuje się dwoma istotnymi parametrami – maksymalnym natężeniem prądu ładowania oraz maksymalnym napięciem. Najczęściej spotykane wartości to 30V dla akumulatorów 12V i 50V dla akumulatorów 24V.
Przy doborze paneli fotowoltaicznych należy upewnić się, że maksymalne wartości nie zostaną przekroczone, zgodnie z danymi zawartymi w specyfikacji technicznej oraz instrukcji obsługi. Renomowani producenci określają limity zarówno dla tych parametrów, jak i dla mocy wyrażonej w watach. Dla regulatorów PWM zaleca się stosowanie połączeń równoległych, co pozwala na zwiększenie natężenia prądu bez podnoszenia napięcia.
W przypadku regulatorów MPPT również należy zwrócić uwagę na maksymalne wartości napięcia prądu określone przez producenta. Ważne jest to, aby uwzględnić dopuszczalną moc łączną paneli fotowoltaicznych dla określonego napięcia akumulatora. Korzystając z regulatorów MPPT, nie powinno się przekraczać 90% maksymalnego napięcia podanego przez producenta, biorąc pod uwagę możliwość wzrostu napięcia na panelach, szczególnie w miesiącach zimowych.
Co się dzieje, gdy przekroczone zostaną maksymalne wartości? Wzrost o 10-20% zazwyczaj nie powoduje problemów, ale większe przekroczenia mogą prowadzić do włączenia się zabezpieczenia przeciwprzepięciowego. Skutkuje to wyłączeniem regulatora do czasu spadku napięcia. W przypadku tańszych i gorszej jakości urządzeń może dojść do trwałego uszkodzenia. Przekroczenie o więcej niż 20% może skutkować przegrzaniem, a nawet stopieniem regulatora.
