MPPT nedir?

İşte geçen Salı günü yaşanan komik bir olay. Tedarik ekibimizden Dave ile kahve içiyordum (bilirsiniz, her zaman tedarikçi teslim sürelerinden şikayet eden adam) ve bana şunu sordu: "Ar-Ge toplantılarında bahsettiğiniz tüm bu MPPT meselesi nedir?"

Gerçekten adil bir soru. Bu kısaltmaları bir düğünde konfeti gibi etrafa saçıyoruz, ancak mühendislik balonunun dışındaki çoğu insanın neden bahsettiğimize dair hiçbir fikri yok.

MPPT, Maksimum Güç Noktası Takibi anlamına gelir. Ve hayır, bazı satış broşürlerinde öyle söylense de, bu sadece "güneş panellerinizi daha iyi hale getiren" sihirli bir kara kutu değil. Korkutucu ismi aştığınızda aslında oldukça basittir.

Peki, şunu hayal et. Çatınızda bir güneş paneli var. Yeterince basit görünüyor; güneş ışığı ona çarpıyor, elektrik çıkıyor ve iş bitiyor. Ama o kadar da basit değil, değil mi?

Güneş panelleri tuhaf. Onlarla ne yaparsanız yapın, size sabit miktarda güç vermezler. Ürettikleri voltaj ve akım, onlara bağladığınız yüke bağlı olarak değişir ve işte asıl önemli nokta: o panelden mümkün olan maksimum gücü alabileceğiniz yalnızca BİR spesifik voltaj ve akım kombinasyonu vardır.

Buna Maksimum Güç Noktası veya MPP diyoruz. Akılda kalıcı bir isim, biliyorum.

Artık bu nokta sürekli hareket ediyor. Bulut yukarıdan mı geçiyor? MPP hareket eder. Sıcaklık değişiklikleri? MPP hareket eder. Panel biraz tozlanıyor mu? Tahmin ettiniz, MPP hareket ediyor. Gözleriniz bağlıyken hareketli bir hedefi vurmaya çalışmak gibi.

Sarah'nın (baş sistem tasarımcımız – harika bir kadın, kahvenin tadı berbat) geçen ay bir müşteriye anlattığı şey buydu: "Bir kovayı suyla doldurmaya çalıştığınızı, ancak musluk basıncının sürekli değiştiğini ve en iyi akış hızını elde etmek için vanayı ne kadar açacağınızı sürekli ayarlamanız gerektiğini hayal edin." Mükemmel değil ama konuyu anladı.

MPPT standart hale gelmeden önce - burada 1990'ların ortasından bahsediyoruz - çoğu güneş enerjisi kurulumu PWM kontrolörleri dediğimiz şeyleri kullanıyordu. PWM, Darbe Genişliği Modülasyonu anlamına gelir; bu, şarjı kontrol etmek için paneliniz ile piliniz arasındaki bağlantıyı gerçekten hızlı bir şekilde açıp kapattıklarını söylemenin süslü bir yoludur.

Sorun? PWM denetleyicileri temel olarak panel voltajınızı akü voltajınıza uyacak şekilde düşürür. Yani eğer 36V'luk bir güneş paneliniz ve 12V'luk bir piliniz varsa, bu voltajın büyük bir kısmını çöpe atmış olursunuz. Bu, bir spor araba satın alıp onu yalnızca birinci viteste kullanmaya benzer. Elbette işe yarıyor ama ne anlamı var ki?

Aslında 2009'da yaptığımız bir projeden kalma bu eski PWM birimlerinden biri hala garajımda duruyor. Artık güzel bir kağıt ağırlığı.

MPPT

Bir MPPT denetleyicisi temelde farklıdır. Panel voltajınızı sadece pil seviyesine düşürmek yerine, daha yüksek voltajı daha düşük pil voltajında daha fazla akıma dönüştürmek için bir DC-DC dönüştürücü (bunu bir elektronik dişli kutusu olarak düşünün) kullanır.

İşte fizik kısmı ama kısa tutacağıma söz veriyorum: Güç=Gerilim × Akım. Yani panelinizden 3A'da 36V (108W) varsa, MPPT kontrol cihazı bunu 9A'da kabaca 12V'a (ayrıca 108W, eksi bazı kayıplar) dönüştürebilir. AYNI gücü, yalnızca pilinizin gerçekten kullanabileceği farklı bir biçimde elde edersiniz.

Ama durun, dahası da var! (Çok fazla tanıtım filmi izliyorum)

MPPT denetleyicisi bu dönüşümü yalnızca bir kez yapıp bir gün sonra çağırmaz. Sürekli olarak panelin çıkışını ölçer, panele sunduğu yükü ayarlar, yeniden ölçüm yapar ve herhangi bir anda panelinizden mümkün olan en fazla gücü çektiği o tatlı noktayı (Maksimum Güç Noktası) bulmak için ayarlama yapmaya devam eder.

Bu dansı saniyede onlarca kez yapıyor. Bütün gün, her gün.

İşte iş burada ilginçleşiyor ve bizimki gibi şirketlerin teknik inceleme toplantılarında tartışmaya çok fazla zaman harcadığı yer.

MPP'yi izlemek için birçok farklı algoritma vardır:

Rahatsız Et ve Gözlemle (P&O)– Bu eski güvenilir. Kontrolör, çalışma noktasını bir yönde iter, gücün arttığını veya azaldığını kontrol eder ve buna göre tekrar dürtür. Basit, etkili ama anahtar deliği bulmaya çalışan bir sarhoş gibi MPP'nin etrafında salınabiliyor. Bunu Model S-150 serimizde kullanıyoruz çünkü kanıtlanmış ve uygulaması ucuz.

Artımlı İletkenlik– Matematiksel olarak daha zarif, güya daha doğru. Gerçekte mi? Akademik makalelerin iddia ettiğine rağmen, gerçek-dünya koşullarında P&O'dan önemli ölçüde daha iyi performans gösterdiğini hiç görmedim. Geçen yaz üç ay boyunca (Haziran-Ağustos 2022) her ikisini de yan yana-yan yana-test ettik ve enerji hasadındaki fark %2'den azdı. Çoğu uygulama için ekstra işlem yüküne değmez.

Kesirli Açık Devre Gerilimi– Panelin açık-devre voltajına göre bir tahminde bulunur. Hızlı ama daha az doğru. Bazı ucuz Çin birimleri bunu kullanıyor ve şunu anlayabilirsiniz ki bunlar yeterli ama mükemmel değil.

O zaman sinir ağları, bulanık mantık, kayan kipli kontrol gibi tüm yeni ve şık yöntemlere sahip olursunuz. Ve bakın, eminim araştırma laboratuarlarında ve özel uygulamalarda yerlerine sahiptirler, ama kurulumların %95'inde? P&O işini gayet iyi yapıyor.

Pazarlama departmanımızdan Tom, dedikodu faktörü için "Yapay Zeka- destekli MPPT'yi uygulamaya koymamız için bizi zorlamaya devam ediyor. Ona sinir ağlarının bu uygulama için bir anlam ifade etmediğini ve gerçek bir fayda sağlamadan yalnızca maliyet ve karmaşıklık katacağını söyleyip duruyoruz. Bu tartışma Ekim ayından bu yana sürüyor. Yardım gönderin.

MPPT

"Ama ne kadar iyi?" - Her. Bekar. Müşteri. Toplantı.

Tamam, işte 2022 boyunca yürüttüğümüz saha testlerinden elde edilen bazı gerçek rakamlar:

Güney İspanya'daki tesislerimizde (merak ediyorsanız Malaga bölgesi) şunu gördük:

MPPT ve PWM: Ortalama %25-30 daha fazla enerji hasadı

En iyi gelişme: %45 (bu, kısmi gölgelemeyle Aralık ayındaydı)

En kötü gelişme: %15 (-yaz ortası, açık günler, PWM'nin bile nispeten iyi çalıştığı zamanlar)

İyileşme şu durumlarda en büyük olur:

Panel voltajınız akü voltajından çok daha yüksek

Kısmi gölgelemeniz var

Sıcaklık çok değişiyor

Dizide eşleşmeyen panelleriniz var

Her şey ideal olduğunda en küçüktür; bu da aslında gerçek dünyada asla olmaz.

Sizi tam bir devre şemasıyla sıkmayacağım ama işte temel topoloji:

Çoğu MPPT denetleyicisi, güç aşaması olarak bir düşürücü dönüştürücü (adım-aşağı), yükseltici dönüştürücü (yükseltici-yukarı) veya düşürücü-yükseltici dönüştürücü (her ikisini de yapabilir) kullanır. Genellikle Buck topolojisini tercih ediyoruz çünkü çoğu güneş paneli, şarj ettikleri pillerden daha yüksek voltaja sahiptir.

Kontrol bölümü genellikle şunları içerir:

Mikrodenetleyici (premium serimizde STM32 serisini kullanıyoruz)

Gerilim ve akım sensörleri

Sıcaklık sensörleri (panel, pil ve denetleyicinin kendisi için)

Bir çeşit kullanıcı arayüzü (LCD ekran, Bluetooth, her neyse)

Gerçekten bu kadar. İşin sihri tamamen yazılımda, yani çalışma noktasının nasıl ayarlanacağına karar veren algoritmada gizli.

Gelecek ay piyasaya süreceğimiz yeni Model X-300'ümüz (8 Mart'ta Amsterdam'daki SolarTech Expo'da resmi duyuru – oradaysanız gelip merhaba deyin!) çift çekirdekli bir işlemci kullanıyor, böylece güvenlik izlemesini MPPT algoritmasından bağımsız olarak çalıştırabiliyoruz. Biraz fazla mı? Belki. Ancak geçen yıl Avustralya'da rakibin biriminin alev almasıyla yaşanan olaydan sonra (isim vermeyeceğim ama muhtemelen duymuşsunuzdur), işi şansa bırakmıyoruz.

"MPPT panellerinizden daha fazla güç almanızı sağlar"– Hayır. Paneliniz güneş ışığına göre ürettiğini üretir. MPPT, mevcut gücün tamamını boşa harcamak yerine KULLANMANIZI sağlar.

"Küçük sistemlerde MPPT'ye ihtiyacınız yok"- Zırva. Küçük bir sistem bile fayda sağlar. Elbette mutlak enerji kazancı daha küçüktür, ancak yüzde-olarak aynıdır.

"MPPT yalnızca ızgara-bağlantı sistemleri içindir"– Ayrıca yanlış. Satışlarımızın çoğunu gördüğümüz pil şarjı için harika çalışıyor.

"Tüm MPPT denetleyicileri temelde aynıdır"– Ha! Bunu mühendislik ekibine söyle. Verimliliği, termal yönetimi ve güvenilirliği optimize etmek için aylar harcıyoruz. Ama itiraf etmeliyim ki, ortalama bir kullanıcı için 50 £'luk bir Çin birimi ve 400 £'luk kontrol cihazımızgözükmekbenzer. Ta ki ucuz olan altı ay sonra başarısız olana kadar.

Bakın, ürünlerimizi size satmam gerekiyor ama dürüst olayım (bunu söylediğimi patronuma söylemeyin):

Çok küçük bir sisteminiz (50W'ın altında), kısa bir kablo hattınız varsa, panel voltajınız akü voltajınızla yakından eşleşiyorsa ve kısıtlı bir bütçeniz varsa - PWM iyi olabilir. Masada biraz enerji bırakacaksınız, ancak bazen bu kabul edilebilir bir-değişimdir.

Geçen yıl Scottish Highlands. 20W paneli, 12V pil, £30 bütçeyle küçük bir meteoroloji istasyonuna güç sağlamak isteyen bir müşterimiz vardı. Ucuz bir PWM kontrol cihazı önerdim. MPPT ünitemizi yine de "en iyisini istediği" için satın aldı. Yeterince adil, bu onun parası, ancak bu kararın yatırım getirisi muhtemelen hiçbir zaman olmayacak.

Bu teknoloji nereye gidiyor? Birkaç trend görüyoruz:

Dağıtılmış MPPT– Tüm dizi için tek bir büyük denetleyici yerine, her panelde daha küçük optimize ediciler. Gölgelendirme için daha iyidir ancak maliyeti ve karmaşıklığı arttırır. Şu anda bunları Norveç'teki bir pilot projede test ediyoruz.

Bulut bağlantısı– Herkes güneş kontrol cihazının akıllı telefonuyla konuşmasını ister. Tabii, neden olmasın. Uygulamamız aslında oldukça iyi, kendim de söylesem bile. Gerçek-zamanlı performansı ve geçmiş verileri görebilirsiniz; bir sorun olduğunda sizi uyarır. Geçen hafta pil durumu-şarj-tahminini düzelten bir güncelleme yayınladık; önceden %5 civarında fazla iyimser görünüyordu.

Daha iyi algoritmalar– Bu benim kişisel takıntım. İzleme parametrelerini önceden-ayarlamak için hava tahmini verilerini kullanan bir tahmin algoritması üzerinde çalışıyorum. Çalışıyor mu? Bazen. Bu çabaya değer mi? Jüri hâlâ dışarıda.

MPPT

Yaygın hataları bilecek kadar uzun süredir bunu yapıyorum:

Doğru şekilde boyutlandırın– 10A panel için 60A MPPT denetleyici satın almayın. Bu israf. Aynı şekilde, tasarruf edeceğinizi düşünerek boyutunu küçültmeyin. Daha sonra kaçınılmaz olarak daha fazla panel eklediğinizde ona zarar verirsiniz.

Serin tut– Bunlar ısı üretir. Doğrudan güneş ışığına maruz kalacak şekilde kapalı bir kutuya monte etmeyin. Evet, insanlar aslında bunu yapıyor. Hayır, nedenini anlamıyorum.

Pil sıcaklık sensörü– Kullan şunu! Şarj voltajı sıcaklık-dengeli olmalıdır. Oda sıcaklığı ve Sahra'nın ortası farklı voltajlar gerektirir.

Kablo boyutlandırma– Denetleyicilerin düzgün çalışmadığı konusunda çok fazla çağrı alıyoruz ve bu durum neredeyse her zaman voltaj düşüşüne neden olan küçük boyutlu kablolardır. Web sitemizdeki kahrolası kablo boyutu hesaplayıcıyı kullanın.

Ayarlar önemlidir– Varsayılan ayarlar muhafazakardır. Kılavuzu okuyun (biliyorum, şok edici bir öneri) ve onu kendi pil tipinize göre yapılandırın.

Peki MPPT nedir? Temel olarak, güneş panelinizin ve pilinizin mümkün olduğunca verimli bir şekilde birlikte çalışmasını sağlayan, sisteminizden mümkün olan her watt'ı sıkmak için sürekli olarak değişen koşullara uyum sağlayan akıllı bir elektronik çöpçatandır.

Buna değer mi? Çoğu kurulum için kesinlikle. Bir MPPT kontrol cihazının PWM üzerindeki ekstra maliyeti, bir veya iki yıl içinde artan enerji hasadı ile kendini amorti eder.

Sattığımız için mi önyargılıyız? Elbette. Ama aynı zamanda onlara da inanıyoruz, aksi takdirde son 15 yılımızı teknolojiyi geliştirmek ve piyasadaki tartışmasız en iyi MPPT denetleyicilerinden bazılarını oluşturmak için harcamazdık. (Ve evet, her şirketin bunu söylediğini biliyorum ama bizimki aslında öyle. Kavga edin benimle.)

Neyse, sorularınız varsa yorumlara yazın veya bana e-posta gönderin. Ya da daha iyisi beni Mart ayındaki Amsterdam fuarında yakalayın. Çok fazla kahve içip dinleyen herkese MPPT'yi açıklayan kişi ben olacağım.

Ve hızlı bir fiş; MPPT'nizi biriyonik lityum pilEğer yapabilirsen. Hızlı şarj özelliği aslında denetleyicinin kısa kış günlerinde düzgün çalışmasını sağlar. Bu kombinasyonu geçen yıldan beri test ediyoruz ve verimlilik kazanımlarından gerçekten bahsetmeye değer.