Изучение солнечных фотоэлектрических элементов

Контроллер со слежением за точкой максимальной мощности

Если необходимо увеличить выработку энергии солнечными батареями без добавления солнечных панелей, то нужно заменить солнечный контроллер на «Maximum Power Point Tracker» (MPPT) со слежением за точкой максимальной мощности (ТММ) солнечной батареи.

Типичный MPPT-контроллер постоянно отслеживает ток и напряжение на солнечной батарее, перемножает их значения и определяет пару ток-напряжение, при которых мощность солнеч­ной батареи будет максимальной. Встроенный процессор также следит, на какой стадии заряда находится аккумуляторная бата­рея (наполнение, насыщение, выравнивание, поддержка), и на ос­новании этого определяет, какой ток должен подаваться в неё. Одновременно процессор может давать команды на индикацию параметров на табло (при наличии), хранение данных, и т.п.

Точка максимальной мощности может вычисляться разными способами. Методы поиска точки максимальной мощности (ТММ) тоже различны [7].

1) Обычно используется метод «Perturb and Observe». То есть проводится периодическое полное сканирование всей вольт-амперной характеристики солнечной батареи (обычно раз в два часа), находится ТММ, и до следующего полного сканирования контроллер ищет и вычисляет колебания мощности солнечной батареи и сдвигает рабочую точку на новое напряжение, если при нем мощность больше. Практически во всех контроллерах при­меняется именно этот метод. Недостатком его считается посто­янная необходимость проводить измерения, во время которых ге­нерация энергии от панелей прерывается. Различные производи­тели подбирают параметры поиска - глубину и частоту итераций, периодичность полного сканирования, чтобы наиболее опти­мально отслеживать точку максимальной мощности солнечной батареи и получать оптимальное количество энергии от Солнца.

• Второй метод - «Scan and Hold». После первичного скани­рования напряжение устанавливается на уровне найденной точки и держится до следующего полного сканирования. Такой метод хорош там, где нет облаков и затенения панелей. Преимущества - высокая скорость работы, практически нет прерывания генерации на измерения.
• Третий метод - «Percentage of open circuit voltage». Замеря­ется напряжение холостого хода (U_xx), и рабочая точка выбирает­ся на уровне (U_xx к), где к может быть от 0 до 1 (по умолчанию к равен 0,8). Точка держится до следующего сканирования. Та­кой метод хорош там, где нет облаков и затенения панелей. Пре­имущества - высокая скорость работы, практически нет преры­вания генерации на измерения.
• Четвертый метод - жесткий выбор рабочей точки. Назнача­ется любое напряжение, которое контроллер будет поддерживать. Никаких измерений и вычислений он уже не делает, то есть рабо­тает постоянно. Недостаток - выбранное напряжение может быть далеко от реальной ТММ. Однако, если точно известно, при каком напряжении батарея вырабатывает максимальную мощность, и солнечная батарея работает практически постоянно при ясном небе, то можно использовать и этот метод. При запуске системы нужно задать напряжение, которое контроллер будет поддержи­вать; оно вычисляется по параметрам конкретной солнечной ба­тареи.

Положение ТММ зависит от освещенности панелей, темпера­туры, разнородности используемых панелей и т.д. Контроллер периодически пытается немного «отойти» от найденной на предыдущей стадии точки в обе стороны, и если мощность 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 с той дополнительной энергией, которую обеспечивает МРРТ-контроллер. Количество дополнительно полученной энергии при этом трудно определить однозначно. Основными факторами, влияющими на дополни­тельную выработку, являются температура и степень зараженно­сти аккумуляторной батареи. Наибольшая добавка к выработке будет при низких температурах панели и разряженных батареях (рис. 1.22).

Напряжение солнечной панели в точке максимальной мощ­ности может меняться при разных температурах панели (рис. 1.23).

Чем горячее солнечная панель, тем меньше напряжение, а значит, и выработка энергии солнечной батареей. В какие-то мо­менты точка максимальной мощности может быть ниже напря­жения на АБ, и в этом случае нет никакого выигрыша по сравне­нию с обычным контроллером. Это же происходит и при частич­ном затенении солнечной батареи.

Текущая цена МРРТ-контроллеров позволяет эффективно их применять при мощности панелей от 200 Вт или нестандартном напряжении панели.

Рис. 1.22. Количество дополнительно полученной энергии при исполь­зовании МРРТ-контроллера