Panouri fotovoltaice, controler MPPT sau PWM?

[Niky Radu]

Am gasit un articol interesant in care explica foarte clar diferenta intre un controler MPPT sau PWM precum si cateva informatii importante, el poate fi vazut aici

http://www.ecovolt.ro/ro/support/ce_est ... r_mppt.htm


Ce este un controler (regulator) de incarcare cu MPPT?

articol creat de Florin Fleseriu

Aceasta sectiune acopera teoria si functionarea unui controler de incarcare solar, utilizand metoda "Urmaririi Punctului de Putere Maxima" ( Maximum Power Point Tracking). Aceasta metoda este utilizata de cele mai performate controlere de incarcare solare fabricate de producatorii de echipamente.

Un controler MPPT sau in traducere, "controler cu urmarirea punctului de putere maxima" este un convertor DC - DC care optimizeaza perfect transferul de energie intre aria de panouri solare fotovoltatice si bateria de acumulatori, reteaua nationala sau pompele solare de curent continuu. (Se mai regasesc in literatura denumite si "Power Tracker" dar nu trebuie confundate cu dispozitivele denumite "PANEL Tracker" destinate urmaririi deplasarii relative a soarelui pe cer.)


Deci ... ce inseamna pana la urma "optimizare" ?

Componentele de baza din cadrul unui sistem solar (celule solare, acumulatori) sunt dispozitive de finete dar "lipsite de inteligenta". Este de la sine inteles ca aceste sisteme solare sunt construite pentru a functiona la 12V, 24V sau 48V, tensiuni de lucru standard global. Este evident ca panourile solare trebuie sa fie capabile sa livreze curentul pentru aceste tensiuni. Sa luam ca exemplu tensiunea de lucru de 12V. In acest caz este obligatoriu ca si panourile solare cat si acumulatorii sa fie compatibili cu aceasta tensiune de lucru. In realitate nu se intampla asa. Panourile fotovoltaice furnizeaza o tensiune de aprox 16V - 17V la putere maxima ( sau in jur de 34V - 36V pentru versiunea de 24V). Acumulatorii in timpul incarcarii au o tensiune de aproximativ 13,2 - 14,2V la incarcare completa fiind un element extrem de dinamic din acest punct de vedere. Deci exista o diferenta mare de tensiune intre ceea ce furnizeaza un panou solar si tensiunea de lucru pe acumulatori.

Sa consideram un panou fotovoltaic de 120W iar din datele tehnice observam ca aceasta putere nominala este produsa cand panoul va furniza 7,1Amperi iar tensiunea ajunge la 16,9Volti. Deci 7,1A x 16,9V = 120W. In cazul in care bateria de acumulatori este foarte descarcata, tensiunea pe acumulatori este in jur de 11V. Vom constata ca la bornele bateriei vom avea o putere egala cu 7,1A x 11V = 78W !! Probabil va veti intreba unde au disparut cei 42W ? ... Raspunsul este evident . Acea putere nu a fost produsa din cauza ca nu exista o compatibilitate de tensiune intre panoul solar si acumulatori. Diferenta este intradevar enorma ... 35% ... pierdere !!!


Ce e de facut ?

Ne-am putea gandii ca una dintre solutii ar fi fabricarea panourilor solare fotovoltaice, in asa fel incat tensiunea de lucru sa fie compatibila cu cea de pe acumulatori. Nu ar fi solutia cea mai simpla de rezolvat aceasta problema? Din nefericire ... raspunsul este negativ.
Panoul solar de 120W din exemplul nostru, va produce cei 120W doar in conditii standard de iluminare ( STC - standard test condition). Daca temperatura fizica a panoului solar creste atunci tensiunea de la bornele lui va scadea. In conditii de vara, acest lucru se intampla des, ceea ce va face ca acumulatorii sa nu mai dispuna de suficienta tensiune pentru a fi incarcati.

Ce este urmarirea punctului de putere maxima ( Maximum Power Point Tracking) ?

In primul rand vom elimina confuzia creata de termenul "tracking" (urmarire).

Panel tracking - acesta este un dispozitiv mecanic care permite panoului solar sa urmareasca curba descrisa de miscarea solarelui pe cer. Acest dispozitiv permite obtinerea unei puteri maxime a panoului fotovoltaic, prin mentinerea in permanenta a unui unghi optim de incidenta a razelor solare, pe suprafata panoului. In general se accepta ca energia produsa zilnic, suplimentar prin aceasta metoda este cu 15% mai mare in perioada de iarna, iar vara se apropie de 30%.

Atentie! Unele companii pretind ca se poate obtine mai mult decat am mentionat, dar acest lucru este adevarat NUMAI in conditii de iluminare standard ( STC - standard test condition). Aceste conditii sunt ideale si nu sunt intalnite in realitate decat in mod aleator.

Maximum Power Point Tracking - acesta este un dispozitiv electronic si nu are nici o legatura cu dispozitivul mecanic prezentat anterior. Acest controler face o analiza a tensiunii de iesire a panoului solar si il compara cu cel al acumultorului. In urma acestei analize dispozitivul decide care este puterea optima care trebuie transferata spre acumulatori in asa fel incat sa fie transferat curentul maxim in Amperi, dinspre panoul solar spre bateria de acumulatori. Cu ajutorul acestui dispozitiv se obtine o crestere tipica intre 20% si 45% a cantitatii de energie transferata in perioada de iarna si intre 10% - 15% in perioada de vara. Castigul energetic depinde de conditile meteo , temperatura, starea de incarcare a acumulatorilor si alti factori.

Cele mai moderne dispozitive MPPT au un randament de conversie apropiat de 92-97%, ceea ce este un beneficiu evident.


Cum functioneaza acest dispozitiv MPPT (Maximum Power Point Tracking) ?

Sa consideram ca bateria este descarcata si tensiunea masurabila este la aproxivativ 11,5Volti, iar panoul solar de 120W descris anterior in exemplul nostru este la putere maxima. Un controler solar MPPT analizeaza cei 16,9V furnizati impreuna cu acel curent de 7,1A si declanseaza conversiea. In urma acestui proces de conversie, acumulatorul va primii o valoare de 9,6Amperi la o tensiune de 12,5V. Deci vom avea cei 120W disponibili. :)

PV Maximum Power Point Graph
Alaturat va prezentam o imagine extarsa din programul de analiza a productiei de energie electrica a unui panou fotovoltaic (faceti click pe imagine pentru marire). Daca veti analiza linia verde veti vedea ca exista o valoare maxima in partea din dreapta sus. Acela este punctul de productie maxima. Controlerul solar MPPT determina acel punct si executa convestia tensiunii si a curentului de la panoul solar in tensiunea si curentul necesar la un moment dat acumulatorului pentru incarcare.


Un controler MPPT determina precis punctul de putere maxima care este in diferit in aproape toate situatile fata de STC (Standard Test Conditions). In conditii de temperatura foarte scazuta un panou solar de 120W este capabil sa ofere mai mult de 130W putere, pentru ca in masura in care temperatura merge in jos puterea intodeauna creste. Fara un dispozitiv MPPT nu veti putea beneficia de aceasta putere suplimentara. In perioada de vara lucrurile sunt exact invers. Daca temperatura creste si puterea scade.

Controlerul de incarcare MPPT este esential in urmatoarele conditii:

Perioada de iarna si/sau cer cu nori si ploaie - cand este necesara intodeauna o putere suplimentara.

Vreme rece - panourile solare functioneaza mai bine la temperaturi scazute dar fara MPPT se pierde puterea electrica generata suplimentar. Temperaturile scazute se regasesc in perioada de iarna cand numarul de ore cu soare este mic si este necesara toata energia pentru a reincarca acumulatorii.
Cand bateria este foaret descarcata - cu cat este mai scazuta tensiunea pe acumulatori cu atat mai mult un controler MPPT introduce un curent mai mare.
Care este diferenta intre un controler MPPT (Maximum Power Point Tracker) liniar sau digital ?

Asa cum am precizat deja un controler solar MPPT este net superior fata de unul conventional. Exista pe piata mai multe tipuri de controlere MPPT, insa doar cele digitale controlate prin microprocesor produc performanta de care este nevoie. Acele contolere liniare MPPT (non digital) fabricate in "zone exotice", sunt mult mai ieftine decat cele digitale fabricate de Steca, Xantrex, Outback Power MX60 sau Morningstar, iar performanta lor reala este imposibil de determinat in mod corect.

Din determinarile efectuate de noi asupra unor controlere liniare, s-a determinat ca eficienta lor este extrem de redusa si am vazut cateva care au pierdut complet gasirea punctului de maxim blocand complet incarcarea bateriei de acumulatori. Acest lucru s-a intamplat in momentul in care am simulat trecerea unui nor sporadic deaupra unui panou solar. Controlerul liniar incerca sa determine urmatorul punctul de maxim in momentul in care a scazut iradierea solara pierzand analiza imediat ce soarele a revenit si blocand incarcarea. Practic la variatii de intensitate luminoasa poate devenii mai slab decat un controler conventional. Algoritmul de cautare liniar, este net inferior si functioneaza cu sincope in comparatie cu unul digital si asa cum am determinat deja.

[costieanu constantin]

multumim pt postare !!!
pt mine edificator.

[cornelsavu]

In teorie lucrurile suna foarte frumos chiar si in articolul de mai sus. Ce uita cel de mai sus sa spuna este faptul ca un controler mppt de cele mai multe ori are consumul propriu de curent mai mare decat un controler normal, iar in zilele de iarna cu iluminare slaba se poate ca el sa manance exact acel surplus pe care il produce. Eu din experienta proprie si folosesc panouri fotovoltaice de mai bine de 3 ani am observat ca daca vorbim de puteri de pana la 200W nu este rentabila investitia intr-un controler MPPT chiar daca in teorie totul este foarte frumos.Castigul pe care il aduce nu este justificat in fata pretului sau.

[pirvuhoratiu]

Un controler MPPT are un consum propriu in stare activa de 100-110 mA, iar cele de generatie mai noua au si optiunea de a intra in stand-by atunci cand curentul de incarcare este zero. Dar au avantajul ca pot incarca acumulatorii si atunci cand tensiunea produsa de panoul fotovoltaic este mai mica de 12 v.
Deci per total este un castig dotarea cu un controler MPPT, chiar daca este putin mai scump.

[cornelsavu]

Nu vreau sa fiu Gica contra, dar vreau sa va intreb daca ati masurat cu un ampermetru curentul pe care il da un panou fotovoltaic de 100w atunci cand tensiunea de la bornele lui este de 11v? In cel mai fericit caz culegeti 200- 300 mA, daca 100 mA ii consuma mppt-ul ( care apropo ii consuma si noaptea) nu prea va mai ramane cine stie ce.

[pirvuhoratiu]

Da, am masurat, la 8,4 V indica o incarcare cu 0,1 A. Iar noaptea, daca nu simte incarcare de la panouri intra in stand-by, deci consuma mult mai putin.
La o tensiune a panourilor de 11 V, incarca cu 1,2- 1,6 A. In trecut, cand aveam regulator normal, incarcarea incepea la o tensiune a panourilor de minim 12,6 V, adica mai mare decat tensiunea acumulatorului.
Diferenta dintre cele doua tipuri de regulatoare am observat-o imediat si nu mi-a parut rau de alegerea MPPT-ului.

[cornelsavu]

Ce putere a panourilor aveti si ce tip de regulator daca se poate caci curentul pe care spuneti ca il obtineti este destul de mare la 11V cand in mod normal radiatia solara este foarte scazuta.
Eu initial am avut acest regulator http://www.germanelectronics.ro/conrad. ... pid=111199 cu un consum propriu de 5 mA cu un panou de 100W. Mai tarziu am trecut pe MPPT http://www.germanelectronics.ro/pdf/110 ... PT_10A.pdf (dar de 20A) care cu sarcina conectata are un consum propriu de 130mA. Diferenta de pret intre cele 2 regulatoare este de 80Euro.
Cazurile in care tensiunea panourilor este sub 12.6V primavara, vara si toamna cand majoritatea folosesc rulotele offcamping sunt foarte putine, la o tensiune de peste 12.6 V ambele regulatoare incarca aproape la fel bateria.
Cei 1,2A pe care spuneti Dvs ca ii obtineti pe timp inorat sunt oricum insuficienti in offcamping, iar diferenta intre un regulator mppt bun si un pwm este de cel putin 50 Euro. Dupa parerea mea acesti minim 50 Euro mai bine sunt folositi de la inceput pentru investitia intr-o baterie mai buna si mai mare decat intr-un regulator mppt.
In cazul meu unde folosesc panourile pentru alimentarea unor camere video este ok mppt-ul caci pot avea iarna saptamani intregi inorate, dar am marit si capacitatea panourilor fiindca altfel regulatorul mai mult descarca bateria decat sa o incarce.

[pirvuhoratiu]

Puterea panourilor este de 270 W iar regulatorul este IVT, identic cu al dvs, dar de 30 A. Incarcarea depinde mult de gradul de descarcare al acumulatorului.
Cu vechiul regulator, pe timp de vara, incarcarea incepea undeva pe la ora 9 si se oprea pe la 18.
Cu IVT, incarcarea incepe cum se crapa de ziua si tine pana la asfintit.
Eu am preferat sa investesc mai mult in regulator, cu o durata de viata practic nelimitata, decat in baterii care sunt consumabile si oricum le voi inlocui in cativa ani.
Am patit si eu fenomenul de descarcare a bateriei pe timp de noapte, dar cu vechiul regulator, si l-am pus pe seama lipsei protectiei la descarcare inversa.
Am avut si zile innorate sau ploioase in care regulatorul nu incarca deloc, dar cu IVT- mppt nu am patit asa ceva.

[cornelsavu]

Deci cei 1.2 -1.6A la 11V ii obtineti din 270w de panouri solare sau din unul singur de 100 w ca sa nu se creeze confuzii?

[pirvuhoratiu]

Cu toate panourile conectate. Adica din cei 270 W.

[cornelsavu]

ok, credeam ca sunt panourile mele duse de nu reuseste un singur panou de 100W sa scoata atat.

Atunci daca o luam prin regula de trei simpla rezulta ca si la Dvs un panou de 100W in caz de iluminare slaba (ceata sau cer fff noros) ar scoate in jur de 0.4 - 0.6 A, din acestia daca scadem cei 0.13A pe care ii consuma majoritatea mppt-urilor mai raman 0.3 - 0.5A ceea ce este foarte putin.

In majoritatea cazurilor am vazut pe rulote montat un singur panou de 90 - 100W. Pentru acest caz in care se monteaza doar un singur panou nu are rost investitia intr-un controler mppt deoarece curentul castigat este foarte mic. Mai bine de banii respectivi se cumpara o baterie mai buna si mai mare care sa faca fata in zilele respective.

Daca se instaleaza mai multe panouri sa se treaca de 200W atunci intradevar un controler mppt poate deveni util .

[pirvuhoratiu]

Asta a si fost ideea, de a ma folosi cat mai eficient de energia solara.
Cu acest sistem, nu am nevoie de energie suplimentara pentru functionarea unui frigider la 12 V cu compresor, plus ceilalti consumatori, timp indelungat.
Am vazut o diferenta clara intre cele doua tipuri de regulatoare, chiar daca MPPT-ul in sine consuma mai mult. Oricum si celalalt regulator avea un consum, cred ca mai mic, dar tot avea un consum.
Iar la alegerea unui regulator, chiar daca este mai scump, ar trebui optat pentru unul de generatie mai noua, adica MPPT. Aici nu este vorba de pret ci doar de diferenta de pret dintre cele doua tipuri, care asa cum spuneati variaza in jurul a 50 eu.
Este doar o opinie, pe care eu am ales-o.