Что такое и для чего используются MPPT контроллеры для солнечных станций?

Для того чтобы увеличить производительность солнечной электростанции без добавления солнечных панелей, то следует применять солнечный контроллер со слежением за точкой максимальной мощности maximum power point tracking (MPPT) солнечной батареи. Такой контроллер позволяет увеличить выработку электроэнергии по сравнению с ШИМ контроллерами.

MPPT контроллеры появились на рынке в конце 80-х годов. Сейчас их применение стало практически повсеместно и в будущем, скорее всего, все контроллеры будут иметь функцию слежения за ТММ солнечного модуля. Сейчас на рынке появились MPPT контроллеры с улучшенной схемотехникой, надежными электронными компонентами и с управлением с помощью микропроцессора.

За счет чего MPPT контроллер повышает выработку солнечной электростанции?

В схемах с применением простых контроллеров, солнечный модули подключается к аккумулятору напрямую, таким образом напряжение их сравнивается. На практике оптимальное напряжение солнечной панели почти всегда отличается от напряжения на аккумуляторе. Типичный 12В аккумулятор требует для полного заряда поддерживать напряжение 14,4В в течение 2-4 часов. Эта стадия называется стадией абсорбции (насыщения).

Вольт-Амперная хараткеристика солнечной панели

Глядя на типичную вольт-амперную характеристику солнечной батареи, можно увидеть, что производительность энергии может быть увеличена, если контроллер заряда будет следить за точкой максимальной мощности солнечной батареи MMP.

MPPT контроллер отслеживает ток и напряжение на солнечной батарее, перемножает их значения и определяет наилучшее сочетание значений тока и напряжения, при которых мощность панели будет максимальной. Встроенный процессор также следит, на какой стадии заряда находится аккумулятор (наполнение, насыщение, выравнивание, поддержка) и на основании этого определяет, какой ток должен подаваться в аккумуляторы.

Точка максимальной мощности может вычисляться разными способами. В простейшем случае контроллер последовательно снижает напряжение от точки холостого хода до напряжения на аккумуляторе. Точка максимальной мощности будет находиться где-то в промежутке между этими значениями.

MPPT повышении выработки энергии от солнечного модуля

Положение точки максимальной мощности зависит от нескольких параметров — от уровня солнечной интенсивности, затенения солнечной панели, температуры, разнородности используемых модулей и т.д. MPPT Контроллер периодически меняет значение точки от найденной на предыдущей стадии в обе стороны, и если мощности при этом увеличивается, то он переходит на работу в этой точке. Теоретически, при поиске ТММ теряется немного энергии, но эта потеря очень незначительна по сравнению в той дополнительной энергией, которую обеспечивает MPPT контроллер.

Количество дополнительно полученной энергии при использовании MPPT контроллера сложно однозначно определить. Основными факторами, влияющими на дополнительную выработку. являются температура и степень заряженности аккумуляторных батарей. Наибольшая добавка к выработке будет при низких температурах модуля и разряженных батареях.

Точка максимальной мощности солнечной батареи при разных температурах модуля

На рисунке показано, как может меняться напряжение в точке максимальной мощности при разных температурах солнечной панели. Чем горячее солнечный модуль, тем меньше напряжение на нём и, соответственно, выработка энергии солнечной батареей снижается. В какие-то моменты точка максимальной мощности может быть ниже напряжения на аккумуляторе, и в этом случае вы не получите никакого выигрыша в выработке энергии по сравнению с ШИМ контроллером. Такое же влияние оказывает и частичное затенение солнечной батареи.

Поэтому обычно при использовании MPPT контроллеров необходимо коммутировать солнечные батареи на более высокое напряжение. Большинство контроллеров может отслеживать точку максимальной мощности достаточно в широких пределах. Такое решение также позволит повысить выработку энергии солнечной батареей при пониженных освещенностях. Однако, не нужно делать слишком большую разницу между входным и выходным напряжением, иначе КПД контроллера падает.

Предпосылки для применения MPPT контроллера.

Текущая цена MPPT контроллеров позволяет эффективно их применять при мощности модулей от 200 Вт. Или если напряжение солнечного модуля нестандартное. Это позволит увеличить выработку фотоэлектрической системы без добавления фотоэлектрических модулей. На данный момент на рынке представлены MPPT контроллеры имеющие несколько MPPT входов для оптимизации полей солнечной станции имеющих разное ориентирование относительно юга. Следует заметить, что все современные сетевые и гибридные фотоэлектрические инверторы используют слежение за точкой максимальной мощности солнечных батарей.