Што такое MPPT?

Такім чынам, вось смешная рэч, якая адбылася ў мінулы аўторак. Я піў каву з Дэйвам з нашай групы па закупках (вы ведаеце, хлопец, які заўсёды скардзіцца на тэрміны выканання пастаўшчыкамі), і ён спытаў мяне: "Што за ўсё гэта ў MPPT, пра што вы працягваеце разважаць на сустрэчах па НДДКР?"

Справядлівае пытанне, сапраўды. Мы раскідваем гэтыя абрэвіятуры, як канфеці на вяселлі, але большасць людзей за межамі інжынернай бурбалкі абсалютна не разумеюць, пра што мы гаворым.

MPPT азначае адсочванне максімальнай магутнасці. І не, нягледзячы на тое, што гэта гучыць у некаторых гандлёвых брашурах, гэта не нейкая чароўная чорная скрыня, якая проста "робіць вашы сонечныя панэлі лепш". На самай справе гэта даволі проста, калі вы адышлі ад жахлівай назвы.

Так, уявіце гэта. У вас на даху ўстаноўлена сонечная панэль. Здаецца, досыць проста - на яго трапляе сонечнае святло, з'яўляецца электрычнасць, праца зроблена. За выключэннем таго, што гэта не так проста, праўда?

Сонечныя батарэі - гэта дзіўна. Яны не проста даюць вам пастаянную колькасць энергіі незалежна ад таго, што вы з імі робіце. Напружанне і ток, якія яны вырабляюць, змяняюцца ў залежнасці ад таго, якую нагрузку вы да іх падключаеце, і вось галоўнае: ёсць толькі АДНА спецыфічная камбінацыя напружання і току, пры якой вы атрымліваеце максімальную магчымую магутнасць гэтай панэлі.

Мы называем гэта кропкай максімальнай магутнасці, або MPP. Гучнае імя, я ведаю.

Цяпер гэтая кропка пастаянна рухаецца. Воблака праходзіць над галавой? MPP рухаецца. Перапады тэмпературы? MPP рухаецца. Панэль крыху запылілася? Вы ўжо здагадаліся, MPP рухаецца. Гэта як спроба трапіць у рухомую мішэнь з завязанымі вачыма.

Гэта тое, што Сара (наш вядучы дызайнер сістэмы – геніяльная жанчына, жудасны смак кавы) апісала кліенту ў мінулым месяцы: «Уявіце, што вы спрабуеце напоўніць вядро вадой, але ціск у кране пастаянна змяняецца, і вам трэба пастаянна рэгуляваць, наколькі далёка вы адкрываеце клапан, каб атрымаць найлепшую хуткасць патоку». Не ідэальна, але гэта дало сутнасць.

Да таго, як MPPT стаў стандартам - мы гаворым тут пра сярэдзіну 1990-х гадоў - у большасці сонечных установак выкарыстоўваліся так званыя ШІМ-кантролеры. ШІМ расшыфроўваецца як шыротна-імпульсная мадуляцыя, што з'яўляецца проста мудрагелістым спосабам сказаць, што яны вельмі хутка ўключаюць і выключаюць сувязь паміж вашай панэллю і батарэяй, каб кантраляваць зарадку.

Праблема? ШІМ-кантролеры ў асноўным зніжаюць напружанне вашай панэлі ў адпаведнасці з напругай акумулятара. Такім чынам, калі ў вас ёсць сонечная панэль на 36 В і батарэя на 12 В, вы проста... выкідваеце велізарную частку гэтага напружання. Гэта як купіць спартыўны аўтамабіль і ездзіць на ім толькі на першай перадачы. Вядома, гэта працуе, але які ў гэтым сэнс?

У мяне ў гаражы ўсё яшчэ ёсць адзін з гэтых старажытных блокаў ШІМ з праекта, які мы рабілі ў 2009 годзе. Цяпер гэта добрая прэс-пап'е.

MPPT

Кантролер MPPT прынцыпова іншы. Замест таго, каб проста зніжаць напружанне вашай панэлі да ўзроўню акумулятара, ён выкарыстоўвае пераўтваральнік пастаяннага -пастаяннага току (думайце пра гэта як пра электронную каробку перадач), каб фактычна пераўтварыць больш высокае напружанне ў большы ток пры меншым напрузе акумулятара.

Вось трохі фізікі, але я абяцаю быць кароткім: Магутнасць=Напружанне × Ток. Такім чынам, калі ў вас ёсць 36 В пры 3 А ад вашай панэлі (108 Вт), кантролер MPPT можа пераўтварыць гэта прыкладна ў 12 В пры 9 А (таксама 108 Вт, мінус некаторыя страты). Вы атрымліваеце тую ж энергію, толькі ў іншай форме, якую можа выкарыстоўваць ваш акумулятар.

Але пачакайце, ёсць яшчэ! (Я глядзеў занадта шмат рэкламных ролікаў)

Кантролер MPPT не проста выконвае гэта пераўтварэнне адзін раз і выклікае яго праз дзень. Ён пастаянна вымярае выходную магутнасць панэлі, наладжвае нагрузку, якую яна стварае для панэлі, вымярае зноў і працягвае наладжваць, каб знайсці тую добрую кропку - кропку максімальнай магутнасці - дзе ён здабывае абсалютна максімальную магутнасць з вашай панэлі ў любы момант.

Ён выконвае гэты танец дзясяткі разоў у секунду. Цэлы дзень, кожны дзень.

Вось дзе гэта становіцца цікавым і дзе такія кампаніі, як наша, марнуюць занадта шмат часу на спрэчкі на сустрэчах па тэхнічным аглядзе.

Існуе мноства розных алгарытмаў адсочвання MPP:

Абураць і назіраць (P&O)– Гэта стары надзейны. Кантролер падштурхоўвае працоўную кропку ў адным кірунку, правярае, павялічылася ці панізілася магутнасць, затым зноў падштурхоўвае адпаведна. Просты, эфектыўны, але можа вагацца вакол MPP, як п'яны, які спрабуе знайсці замочную шчыліну. Мы выкарыстоўваем гэта ў нашай серыі Model S-150, таму што гэта праверана і танна ўкараняць.

Інкрыментальная праводнасць– Больш матэматычна элегантны, нібыта больш дакладны. У рэальнасці? Я ніколі не бачыў, каб ён працаваў значна лепш, чым P&O, у рэальных-умоў свету, нягледзячы на тое, што сцвярджаюць навуковыя артыкулы. Мінулым летам (з чэрвеня па жнівень 2022 г.) мы правяралі абедзве -побач-побач на працягу трох месяцаў (з чэрвеня па жнівень 2022 г.), і розніца ва ўраджаі энергіі была менш за 2%. Не варта дадатковых выдаткаў на апрацоўку для большасці прыкладанняў.

Дробавае напружанне халасты ланцуг– Робіць здагадку на аснове напружання-разамкнутага ланцуга панэлі. Хуткі, але менш дакладны. Некаторыя з танных кітайскіх прылад выкарыстоўваюць гэта, і вы можаце сказаць - яны адэкватныя, але не выдатныя.

Тады ў вас ёсць усе мудрагелістыя новыя метады - нейронавыя сеткі, недакладная логіка, кіраванне слізгальным рэжымам. І паглядзіце, я ўпэўнены, што яны маюць сваё месца ў даследчых лабараторыях і нішавых прыкладаннях, але для 95% установак? P&O выдатна выконвае сваю працу.

Том з нашага аддзела маркетынгу працягвае падштурхоўваць нас да ўкаранення "MPPT-на базе штучнага інтэлекту" з-за фактару шуму. Мы ўвесь час гаворым яму, што нейронавыя сеткі не маюць сэнсу для гэтага прыкладання і толькі дададуць кошту і складанасці без рэальнай карысці. Гэты аргумент цягнецца з кастрычніка. Адправіць дапамогу.

MPPT

"Але наколькі гэта лепш?" – Кожны. Халасты. Кліент. Сустрэча.

Добра, вось некаторыя фактычныя лічбы палявых выпрабаванняў, якія мы праводзілі на працягу 2022 года:

У нашых устаноўках на поўдні Іспаніі (рэгіён Малага, калі вам цікава), мы ўбачылі:

MPPT супраць ШІМ: у сярэднім на 25-30% больш энергіі

Лепшае паляпшэнне: 45% (гэта было ў снежні з частковым зацяненнем)

Найгоршае паляпшэнне: 15% (сярэдзіна-лета, ясныя дні, калі нават ШІМ працуе адносна добра)

Паляпшэнне найбольшае, калі:

Напружанне панэлі нашмат вышэй, чым напружанне батарэі

У вас частковае зацяненне

Тэмпература моцна адрозніваецца

У масіве панэлі не супадаюць

Яно найменшае, калі ўсё ідэальна - чаго ў рэальным свеце ў прынцыпе не бывае.

Я не буду стамляць вас поўнай схемай, але вось асноўная тапалогія:

Большасць кантролераў MPPT выкарыстоўваюць паніжальны пераўтваральнік (-уніз), павышаючы пераўтваральнік (павышаючы-) або паніжальны-павышаючы пераўтваральнік (можа рабіць абодва) у якасці каскаду харчавання. Звычайна мы выкарыстоўваем паніжаную тапалогію, таму што большасць сонечных панэляў маюць больш высокае напружанне, чым батарэі, якія яны зараджаюць.

Раздзел кіравання звычайна мае:

Мікракантролер (у прэміум-лінейцы мы выкарыстоўваем серыю STM32)

Датчыкі напругі і току

Датчыкі тэмпературы (для панэлі, батарэі і самога кантролера)

Нейкі карыстацкі інтэрфейс (ВК-экран, Bluetooth, што заўгодна)

Гэта сапраўды так. Уся магія заключаецца ў праграмным забеспячэнні - алгарытме, які вырашае, як наладзіць рабочую кропку.

Наша новая мадэль X-300, якую мы запускаем у наступным месяцы (афіцыйнае аб'яву на выставе SolarTech Expo ў Амстэрдаме 8 сакавіка - прыходзьце і павітайцеся, калі вы там!) выкарыстоўвае двух'ядравы працэсар, таму мы можам праводзіць маніторынг бяспекі незалежна ад алгарытму MPPT. Перабор? магчыма. Але пасля таго інцыдэнту з узгараннем адзінкі канкурэнта ў Аўстраліі ў мінулым годзе (не буду называць імёны, але вы, напэўна, чулі пра гэта), мы не рызыкуем.

«MPPT дае вам больш энергіі ад вашых панэляў»– Не. Ваша панэль вырабляе тое, што вырабляе на аснове сонечнага святла. MPPT гарантуе, што вы выкарыстоўваеце ўсю даступную магутнасць, а не марнуеце яе.

«Вам не патрэбны MPPT з невялікімі сістэмамі»– Смецце. Нават невялікая сістэма прыносіць карысць. Безумоўна, абсалютны прырост энергіі меншы, але ў працэнтах- ён такі ж.

"MPPT прызначаны толькі для-сеткавых сістэм"— Таксама няправільна. Выдатна працуе для зарадкі акумулятара, дзе мы і прадаём большую частку продажаў.

«Усе кантролеры MPPT у асноўным аднолькавыя»– Ха! Скажыце гэта камандзе інжынераў. Мы трацім месяцы на аптымізацыю эфектыўнасці, кіравання тэмпературай і надзейнасці. Але я прызнаю, што звычайнаму карыстальніку кітайскі блок коштам 50 фунтаў стэрлінгаў і наш кантролер коштам 400 фунтаў стэрлінгаў могуцьздаеццападобныя. Пакуль танны не выйдзе з ладу праз паўгода, гэта значыць.

Паслухайце, я павінен прадаць вам нашы прадукты, але дазвольце мне быць шчырым (не кажыце майму босу, што я сказаў гэта):

Калі ў вас вельмі маленькая сістэма (менш за 50 Вт), кароткі кабель, напружанне вашай панэлі дакладна адпавядае напружэнню акумулятара, і ў вас абмежаваны бюджэт - ШІМ можа падысці. Вы пакінеце трохі энергіі на стале, але часам гэта прымальны кампраміс-.

У мінулым годзе ў нас быў кліент, які хацеў забяспечыць харчаваннем невялікую метэастанцыю ў Шатландскім нагор'і. 20W-панэль, батарэя 12 В, бюджэт 30 фунтаў. Я параіў танны ШІМ-кантролер. Ён усё роўна купіў наш блок MPPT, таму што "ён хацеў лепшага". Па праўдзе кажучы, гэта яго грошы, але рэнтабельнасць інвестыцый ад гэтага рашэння, верагодна, ніколі.

Куды ідзе гэтая тэхналогія? Што ж, мы бачым некалькі тэндэнцый:

Размеркаваны MPPT– Замест аднаго вялікага кантролера для ўсяго масіва меншыя аптымізатары на кожнай панэлі. Лепш для зацянення, але дадае кошту і складанасці. Зараз мы тэстуем іх у пілотным праекце ў Нарвегіі.

Падключэнне да воблака– Усе хочуць, каб іх сонечны кантролер размаўляў са смартфонам. Вядома, чаму б і не. Наша праграма на самай справе даволі прыстойная, нават калі я так кажу. Вы можаце бачыць-прадукцыйнасць у рэальным часе, гістарычныя даныя, і гэта папярэдзіць вас, калі нешта не так. На мінулым тыдні мы выпусцілі абнаўленне, якое выпраўляе стан батарэі-для-ацэнкі зарада - раней гэта было прыкладна на 5% занадта аптымістычным.

Лепшыя алгарытмы– Гэта мая асабістая апантанасць. Я працаваў над алгарытмам прагназавання, які выкарыстоўвае даныя прагнозу надвор'я для-папярэджання карэкціроўкі параметраў адсочвання. Ці працуе гэта? Часам. Ці варта гэта намаганняў? Журы яшчэ няма.

MPPT

Раблю гэта дастаткова доўга, каб ведаць тыповыя памылкі:

Вызначце правільны памер– Не купляйце кантролер 60A MPPT для панэлі 10A. Гэта марнатраўна. У роўнай ступені не памяншайце яго памер, думаючы, што вы зэканоміце грошы. Вы проста пашкодзіце яго, калі пазней непазбежна дадасце дадатковыя панэлі.

Захоўвайце ў прахалодзе– Гэтыя рэчы вылучаюць цяпло. Не ўстанаўлівайце яго ў закрытай скрынцы пад прамымі сонечнымі прамянямі. Так, людзі сапраўды гэта робяць. Не, я не разумею чаму.

Датчык тэмпературы акумулятара– Скарыстайцеся! Напружанне зарадкі павінна быць-з тэмпературнай кампенсацыяй. Пакаёвая тэмпература і сярэдзіна Сахары патрабуюць рознага напружання.

Памер кабеля– Мы атрымліваем так шмат званкоў аб тым, што кантролеры не працуюць належным чынам, і амаль заўсёды падзенне напружання выклікаюць кабелі нізкага памеру. Скарыстайцеся калькулятарам памеру кабеля на нашым сайце.

Налады маюць значэнне– Налады па змаўчанні кансерватыўныя. Прачытайце інструкцыю (я ведаю, шакуючая прапанова) і наладзьце яе для вашага тыпу батарэі.

Такім чынам, што такое MPPT? Па сутнасці, гэта разумны электронны падборшчык, які гарантуе, што ваша сонечная панэль і батарэя працуюць разам як мага больш эфектыўна, пастаянна падладжваючыся пад зменлівыя ўмовы, каб выціснуць кожны магчымы ват з вашай устаноўкі.

Ці варта гэта таго? Для большасці установак, абсалютна. Дадатковыя выдаткі на кантролер MPPT над ШІМ акупляюцца павелічэннем ураджаю энергіі на працягу года-двух.

Мы прадузятыя, таму што мы іх прадаем? Вядома. Але мы таксама верым у іх, інакш мы б не марнавалі апошнія 15 гадоў на ўдасканаленне тэхналогіі і стварэнне, магчыма, адных з лепшых кантролераў MPPT на рынку. (І так, я ведаю, што кожная кампанія так гаворыць, але наша на самой справе так. Змагайцеся са мной.)

У любым выпадку, калі ў вас ёсць пытанні, задайце іх у каментарах або напішыце мне электронны ліст. Ці яшчэ лепш, злавіце мяне на выставе ў Амстэрдаме ў сакавіку. Я буду той, хто будзе піць занадта шмат кавы і тлумачыць MPPT усім, хто будзе слухаць.

Ах, і хуткі штэкер - спалучыце MPPT з anіённая літыевая батарэякалі зможаш. Характарыстыка хуткай зарадкі сапраўды дазваляе кантролеру нармальна працаваць у кароткія зімовыя дні. Мы тэсціравалі гэтую камбінацыю з мінулага года, і павышэнне эфектыўнасці, шчыра кажучы, вартае згадкі.