MPPT-Solarladeregler – Funktion, Dimensionierung und Auswahl

Was ist ein Maximum Power Point Tracking (MMPT) Solarladeregler?

Was ist Maximum Power Point Tracking oder ein MPPT-Ladegerät?

Der MPPT oder „Maximum Power Point Tracking Die Steuerungen sind viel ausgefeilter als die PWM-Steuerungen und ermöglichen es dem Solarpanel, an seinem maximalen Leistungspunkt oder genauer gesagt mit der optimalen Spannung für maximale Leistungsabgabe zu laufen. Mit dieser intelligenten Technologie können MPPT-Solarladeregler basierend auf der Spannung und Spannung des angeschlossenen Solarmoduls bis zu 30 % effektiver sein.

Als allgemeine Referenz können MPPT-Laderegler in allen Systemen mit höherer Leistung verwendet werden, die zwei oder mehr Solarmodule verwenden oder wenn die Modulspannung (V_mp ) ist 8 V oder höher als die Batteriespannung – siehe vollständige Definition unten.

Der MPPT ist im Wesentlichen ein effektiver DC-zu-DC-Wandler zur Maximierung der Ausgangsleistung eines Solarpanels. Der erste MPPT wurde 1985 von einer kleinen australischen Firma namens AERL erfunden und ist heute in fast allen netzgekoppelten Solarwechselrichtern und vielen Solarladereglern nützlich.

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Die Betriebstheorie des MPPT-Solarladereglers ist aufgrund des wechselnden Sonnenlichts (Einstrahlung) auf dem Solarmodul im Laufe des Tages elementar. Spannung und Strom des Panels variieren kontinuierlich. Um die meiste Elektrizität zu erhalten, fegt der Tracker mit dem höchsten Leistungspunkt entlang der Modulspannung, um den „Sweet Spot“ oder die optimale Kombination aus Spannung und Strom zu finden, um die meiste Leistung bereitzustellen. Der MPPT ist so programmiert, dass er die Spannung kontinuierlich überwacht und ändert, um unabhängig von den Wetterbedingungen den meisten Strom zu produzieren.

Beachten Sie, dass normalerweise nur High-End-MPPT-Controller Teilverschattungen erkennen oder mehrere Steckdosen überwachen. Durch den Einsatz dieser Technologie verbessert sich die Leistung des Solarmoduls und die erzeugte Energiemenge kann bis zu 30 % höher sein als beim PWM-Solarladeregler.

Das Funktionsprinzip des MPPT-Solarladereglers

Die Leistung der Photovoltaikanlage ist nicht linear. Sie wird durch die Sonneneinstrahlung, die Temperatur der Atmosphäre und den Lastzustand bestimmt.

Bei konstanter Sonnenlichtintensität und Umgebungstemperatur kann die Photovoltaikanlage mit verschiedenen Ausgangsspannungen betrieben werden. Es kann jedoch die Leistungsqualität des Photovoltaik-Arrays bei einer Grenze von nur einer Ausgangsspannung erreichen. An diesem Punkt überschreitet der Arbeitspunkt des Photovoltaik-Arrays die höchste Schwelle der Ausgangsleistungs-Spannungskurve, die als „Maximaler Leistungspunkt“ gilt.

Daher ist es notwendig, den Betriebspunkt des Photovoltaik-Arrays zu ändern, um ihn nahe am Punkt der vollen Leistung zu halten, um seine Gesamtleistung zu steigern. Dieses Konzept ist als „Maximum Power Point Tracking“ bekannt.

Es folgt das typische Blockdiagramm eines MPPT-Solarladereglers.

Leistung und Vorteile des MPPT-Solarladereglers

Lassen Sie uns nun den MPPT-Solarladeregler mit dem allgemeinen Solarladeregler gleichsetzen.

Der General Solar Charge Controller ist wie ein manuelles Autogetriebe. Wenn wir das Getriebe bei steigender Motordrehzahl nicht entsprechend anheben würden, würde die Geschwindigkeit des Autos zweifellos beeinträchtigt werden.

Bis zur Auslieferung müssen die Ladeparameter des allgemeinen Solarladereglers eingestellt werden. Der MPPT-Solarladeregler kann jedoch den vollen Leistungspunkt des Solarmoduls in Echtzeit überwachen, um maximale Leistung zu erzielen. Je höher die Spannung, desto höher die Spitzenleistung und desto höher die Ladeeffizienz.

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Die Leistung des mit dem MPPT-Solarladeregler integrierten Solarstromsystems ist 50 Prozent höher als die eines herkömmlichen Solarladereglers. Nach realistischer Einschätzung liegt diese Zahl jedoch bei 20 bis 30 Prozent, je nach Umgebungsatmosphäre und Stromverlust.

Abschließend lässt sich sagen, dass aufgrund der Baukosten die im Wohnmobil montierte Solarpanelfläche reduziert wird. Außerdem würde es aufgrund der flachen Installation des Wohnmobil-Solarmoduls zu einem erheblichen Produktivitätsverlust kommen.

Es muss auch ein geeigneter Solarladeregler verwendet werden, um die maximale Leistung des Solar-Wohnmobilsystems zu erreichen.

Dimensionierung eines MPPT-Solarladereglers

Lassen Sie uns dies anhand eines grundlegenden Beispiels verstehen. Weitere Einzelheiten finden Sie im nächsten Beispiel.

Angenommen, Sie haben 4 x 100-Watt-Solarmodule auf dem Dach und alle sind in Reihe geschaltet. Jedes der Panels hat eine Leerlaufspannung von 22,5 V. Welche MPPT-Controller-Bewertung ist richtig?

Antwort-

Die Serienspannung beträgt =22,5 x 4

V =90 V

Die auf dem MPPT-Controller angegebene Nennspannung sollte 90 V betragen oder der Controller sollte 90 V akzeptieren

Da MPPT-Controller ihre Leistung begrenzen, können Sie das Array so groß darstellen, wie Sie möchten, und der Controller kann die Ausgabe einschränken. Dies bedeutet jedoch, dass die Maschine nicht so effektiv ist, wie sie sein sollte. MPPT-Controller haben einen Verstärker, der damit gelesen wird, z. B. ein 40-Ampere-MPPT-Controller. Wenn die Panels 80 A Strom erzeugen können, kann der MPPT-Laderegler nur 40 A Strom erzeugen, egal was passiert.

MPPT-Controller haben einen Verstärker, der damit gelesen wird, z. B. ein 40-Ampere-MPPT-Controller. Im Gegensatz zu PWM ist die Eingangsspannung von MPPT-Controllern viel höher als die der Batteriebänke, die sie aufladen. Dies liegt an der einzigartigen Eigenschaft des MPPT-Controllers, die Spannung auf die Bankspannung der Batterie zu senken und dann den Strom zu erhöhen, um fehlende Leistung auszugleichen. Sie müssen keine hohe Eingangsspannung verwenden, um Reihenschaltungen in kleinen Systemen zu verhindern, aber dies ist in größeren Systemen sehr nützlich.

Nehmen wir an, die Controller-Markierung gibt an, dass sie 12-V- oder 24-V-Batteriebänke aufnehmen kann. Achten Sie auf die Bedeutung von Rov. Wenn es sich beispielsweise um Rov-40 handelt, ist der Strom die Rate bei 40 Ampere.

Drittens sollten wir uns die höchste Solareingangsspannung ansehen. Wenn der MPPT-Controller beispielsweise 100 Volt Eingangsspannung aufnehmen kann, kann er bis zu 100 Volt aufnehmen und auf Ihre 12-V- oder 24-V-Batterie herunterschalten. Nehmen wir an, Sie haben 4 x 100-Watt-Module in Reihe geschaltet, jedes mit einer Leerlaufspannung von 22,5 V. Die 4 der Sequenz ist 4 x 22,5 V =90 Volt, was der Controller berücksichtigt.

Beispiel

Lassen Sie uns dies anhand eines Beispiels hier verstehen. Angenommen, ein Raum hat die folgenden DC-Lasten, die für 24 V ausgelegt sind; vier 25-W-Lampen und zwei 25-W-Lüfter

Alle oben genannten Lasten werden von zwei parallel geschalteten PV-Modulen gespeist, jedes PV-Modul hat einen maximalen Leistungspunktstrom IMP von 5 A und einen Kurzschlussstrom ISC von 8 A. Jetzt müssen wir die Nennspannung des Systems, den Nennstrom des PV-Arrays und den Nennlaststrom des Solarladereglers finden?

Gesamt-DC-Last =(Anzahl der Lampen × Leistung jeder Lampe) + (Anzahl Lüfter × Leistung jedes Lüfters)

Gesamt-DC-Last =(4 × 25) + (2 × 25) =100 + 50 =150 W

Die Nennsystemspannung des Solarladereglers ist gleich der Nennspannung der Last und des Panel-Arrays.

Nennstrom des PV-Arrays =2 × 8 (Kurzschlussstrom jedes PV-Moduls beträgt 7 A und sind parallel geschaltet)

Nennstrom des PV-Arrays =16 A

Unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors von 1,25 beträgt der Nennstrom des PV-Arrays 1,25 × 16 =20 A

Nennlaststrom =DC-Gesamtlast / Systemnennspannung =150 / 24

Nennlaststrom =6,25 A

Auf diese Weise benötigen Sie einen 6,25 A MPPT-Solarladeregler für die PV-Anlage. Siehe mehr gelöstes Beispiel für die Dimensionierung von PWM- und MMPT-Ladereglern im vorherigen Beitrag.

Was sind die verschiedenen Arten von Solarladereglern?

Drei Arten von Solarladereglern

1) Einfache 1- oder 2-Phasen-Steuerung: hat geschaltete Transistoren, um die Spannung in ein oder zwei Stufen zu regeln.

2) PWM (pulsweitenmoduliert) :Dies ist die traditionelle Form des Ladereglers, z. B. Xantrex, Blue Sky usw. Sie sind im Moment die Industrienorm.

3) Maximum Power Point Tracking (MPPT): MPPT identifiziert die optimale Betriebsspannung und Stromstärke des Solarpanel-Displays und stimmt mit der der elektrischen Zellenbank überein.

Wie man den besten Laderegler für einen Job auswählt

MPPT vs. PWM-Laderegler

MPPT

MPPT (Maximum Power Point Tracking) ist eine moderne und effektivere Technologie. Da die Leistung und Spannung von Solarmodulen steigt, benötigen immer mehr Module MPPT-Laderegler.

Bei MPPT-Reglern gelangt der ankommende Solarstrom mit einer vergleichsweise höheren Spannung herein und der Regler reduziert die Spannung für das korrekte Laden der Batterie. Der eingehende Strom steigt proportional mit vernachlässigbaren Verlusten, was zu einem hocheffektiven Solarladegerät führt.

PWM

PWM-Laderegler (Pulsweitenmodulation) hängen von älterer, weniger zuverlässiger Hardware ab und ermöglichen es Ihnen, die Spannung des Solarmoduls an die Batteriespannung anzupassen. Wenn Sie beispielsweise ein nominales 12-Volt-Solarpanel über einen PWM-Laderegler betreiben möchten, benötigen Sie eine 12-Volt-Batteriebank.

PWM-Controller sind nicht annähernd so zuverlässig und können aufgrund mangelnder Effizienz etwa 20 % der eingehenden Leistung verlieren. Beispielsweise gibt ein 100-Watt/12-Volt-Panel unter Spitzenbedingungen etwa 5,5 Ampere bei 18 Volt aus. Die Verwendung eines PWM-Controllers reduziert die Leistung auf etwa 14,5 Volt bei 5,5 Ampere oder 80 Watt (14,5 V x 5,5 A =80 Watt).

Es gibt Einschränkungen bei der Auswahl der Ausrüstung, einschließlich der Verwendung von nominellen 12- oder 24-Volt-Solarmodulen. Normalerweise sind PWM-Controller kleiner und haben strenge Einschränkungen bei der verfügbaren Ausrüstung, da sie die gleiche Spannung wie die Batteriebank benötigen.

Aus diesem Grund halten die meisten unserer Privatkunden an MPPT-Controllern für größere Systeme fest. PWM-Laderegler sind auch für kleinere Anwendungen wie Wohnmobile, kleine netzunabhängige Hütten und abgelegene Industriestandorte bekannt, die begrenzte Strommengen benötigen.

Gerätekompatibilität

Wir können Laderegler an Solaranlagen mit identischen elektrischen Eigenschaften anpassen. Um den besten Controller auszuwählen, sehen Sie sich die folgenden Attribute an:

• Eingangsspannung: die höchste Spannung, die der Controller tragen kann. Im Allgemeinen reicht von 100 bis 600 VDC für MPPT-Laderegler.
• Batteriespannung: Die Spannung des Ladereglers muss mit der Bankspannung der Batterie übereinstimmen. Die meisten kleinen Controller haben 12 V oder 24 V, während größere Controller normalerweise auf 12/24/36/48 Volt eingestellt sind.
• Aktuell: Vollladungsampere, z. B. 100 Ampere für FM100 AFCI
• Batterietyp: Stellen Sie sicher, dass der Laderegler für den von Ihnen verwendeten Batterietyp ausgelegt ist (die meisten Laderegler sind für Blei-Säure-Batterien ausgelegt, daher ist dieser Punkt für Li-Ion-Batterien von Bedeutung.)

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Code-Compliance und Sicherheit

Überprüfen Sie, ob der Controller akkreditiert wurde, um die kommunalen Baunormen und Sicherheitsgesetze einzuhalten. Suchen Sie nach den folgenden Informationen:

• UL-gelistet nach UL 1741
• Erdschlussschutz (GFCI)
• UL 458 (für mobile Anwendungen)
• Störlichtbogenschutz (AFCI)

Online-Überwachung

Die meisten Controller können sich mit einem Tracking-Dienst verbinden, sodass Sie die Leistung Ihres Geräts aus der Ferne überprüfen können. Erkunden Sie kompatible Tracking-Portale, um sicherzustellen, dass sie alle Funktionen bieten, die Sie benötigen, um den Erfolg Ihres Geräts zu verfolgen. In bestimmten Fällen erfordert die Fernüberwachung und -steuerung zusätzliche Hardware.

Kommunikation

Viele Laderegler werden mit Wechselrichtern, Batterieanzeigen, Autogeneratorstartern, Li-Ionen-Batterien usw. vernetzt. Überprüfen Sie die Netzwerkfähigkeit des Controllers, um sicherzustellen, dass er gut mit anderen Aspekten des Geräts zusammenspielt.

Hilfssteuerung

Hilfssteuerung ermöglicht es dem Controller, andere Gerätekomponenten abhängig von vom Endbenutzer definierten Kriterien automatisch zu trennen. Es ist nützlich für die Überwachung von kabelgebundenen Geräten wie automatischen Startschaltern, Lastumleitung und mehr. Es beinhaltet normalerweise das Hinzufügen von angemessen abgestuften Relais, um Ihre Systeme mit Strom zu versorgen.

Effizienz &Eigenverbrauch

Der Laderegler selbst nimmt Strom auf, was bedeutet, dass seine Signalverarbeitung nicht 100 % zuverlässig ist. Achten Sie auf einen geringen Eigenverbrauch und leistungsstarke Laderegler. Die meisten MPPT-Laderegler sind zu 98 % effektiv oder besser, während PWM-Regler und kostengünstigere MPPT-Lösungen hinterherhinken.

Anwendungen von MPPT-Solarladereglern

Das folgende grundlegende Installationssystem für Solarmodule zeigt die wichtige Regel eines Solarladereglers und eines Wechselrichters. Der Wechselrichter (der Gleichstrom von Batterien und Solarmodulen in Wechselstrom umwandelt) wird verwendet, um die Wechselstromgeräte über den Laderegler anzuschließen. Andererseits können die DC-Verbraucher direkt an den Solarladeregler angeschlossen werden, um den Gleichstrom über PV-Module und Akkumulatoren in die Verbraucher einzuspeisen.

Ein Solar-Straßenbeleuchtungssystem ist ein System, das ein PV-Modul verwendet, um Sonnenlicht in Gleichstrom umzuwandeln. Das Gerät verwendet nur Gleichstrom und enthält einen Solarladeregler, um Gleichstrom im Batteriefach zu speichern, damit er tagsüber oder nachts nicht sichtbar ist.

Das Solar-Home-System verwendet die vom PV-Modul erzeugte Energie zur Versorgung von Haushaltsgeräten oder anderen Haushaltsgeräten. Das Gerät enthält einen Solarladeregler zum Speichern von Gleichstrom in der Batteriebank und einen Anzug für den Einsatz in Umgebungen, in denen kein Stromnetz verfügbar ist.

Das Hybridsystem besteht aus verschiedenen Energiequellen, um eine Vollzeit-Notstromversorgung oder andere Zwecke bereitzustellen. Es integriert typischerweise eine Solaranlage mit anderen Erzeugungsmitteln wie Dieselgeneratoren und erneuerbaren Energiequellen (Windturbinengenerator und Wasserkraftgenerator usw.). Es enthält einen Solarladeregler zum Speichern von Gleichstrom in einer Batteriebank.

Das solare Wasserpumpsystem ist ein System, das Solarenergie nutzt, um Wasser aus natürlichen und Oberflächenreservoirs für das Haus, das Dorf, die Wasseraufbereitung, die Landwirtschaft, die Bewässerung, die Viehzucht und andere Anwendungen zu pumpen.

Der MPPT-Solarladeregler minimiert die Komplexität jedes Systems und hält die Leistung des Systems hoch. Darüber hinaus können Sie es mit verschiedenen anderen Energiequellen verwenden.