Regulator MPPT do paneli fotowoltaicznych - jak działa i do czego służy?

Co to jest MPPT i PWM?

Żeby poprawić moc paneli można użyć różnych algorytmów, czy systemów zarządzania pobieraną i przesyłaną energią. MPPT to system zarządzania mocą, polegający na tzw. śledzeniu punktu mocy maksymalnej (Maximum Power Point Tracking). W przypadku gdy energia jest oddawana z paneli do akumulatorów, za kontrolę procesu MPPT jest odpowiedzialny regulator ładowania. W systemach on-grid to inwerter jest odpowiedzialny za śledzenie punktu mocy maksymalnej. Oprócz MPPT innym popularnym sposobem poprawiania wydajności jest system PWM. Jaka jest różnica między regulatorem PWM a MPPT?

Regulatory PWM to tańsza opcja dla użytkowników systemów off-grid. Ich zasada działania jest prostsza. Nie posiadają one przetwornicy DC-DC, która umożliwia przetworzenie prądu o wysokim napięciu tak, żeby nadawał się do akumulatorów. W przypadku regulatora ładowania PWM nadmiarowe napięcie zostaje po prostu odcięte. W porównaniu z nimi regulator MPPT wykorzystuje więcej energii produkowanej przez panele. Chociaż jego cena jest wyższa, to z perspektywy czasu bardziej się opłaca.

Zasada działania regulatora ładowania

Rola regulatora w systemie fotowoltaicznym

Niezależnie od tego czy wybierzemy regulator solarny MPPT czy PWM, podstawowa zasada działania jest taka sama. Regulatory kontrolują ładowanie akumulatorów i ich pracę. Sterują napięciem tak, żeby akumulator nie został uszkodzony, kiedy przekroczy ono dopuszczalną wartość. Dzięki temu można podłączyć akumulator np. o napięciu 12 V do paneli fotowoltaicznych np. o napięciu 30 V. Takie dostosowanie jest konieczne gdyż standardowe napięcie prądu wytwarzanego przez ogniwa fotowoltaiczne przekracza wielokrotnie dopuszczalne napięcie dla małego akumulatora. W dodatku przewymiarowanie instalacji względem akumulatora jest konieczne. Jak wspomnieliśmy wcześniej, regulator MPPT pozwala jednak wykorzystać nadmiarowe napięcie, dostosowując je do dopuszczalnego napięcia akumulatorów. Dzięki temu poprawia się ogólna wydajność instalacji.

Czy w to znaczy, że PWM nie ma żadnej wartości poza niższą ceną? Niekoniecznie. Odzysk napięcia przez regulator solarny MPPT wynosi około 10-20%. Jest to znacząca ilość energii w dużych systemach, ale w niewielkich nie robi dużej różnicy. Natomiast cena regulatora ładowania MPPT jest 50%, a czasami nawet 100% wyższa. Z tego powodu regulator MPPT jest lepszym rozwiązaniem do paneli fotowoltaicznych produkujących dużą moc, a PWM wystarczy w zupełności dla małego systemu. Zwiększając poważnie wydajność paneli regulator solarny MPPT pozwala oszczędzić na samych panelach. Ostatecznie można przeliczyć ile wydamy na jedno urządzenie i ile na całą instalację. W pewnych warunkach po prostu całość systemu jest bardziej opłacalna z regulatorem MPPT. Dodatkowo kontroler ładowania MPPT działa lepiej w niskich temperaturach, kiedy panele generują wyższe napięcie, a także przy niskim poziomie naładowania akumulatorów.

Różne metody śledzenia maksymalnego punktu mocy

Istnieją różne sposoby realizacji podstawowego zadania regulatora. Śledzenie maksymalnego punktu mocy może być realizowane w oparciu o mierzenie temperatury, oscylację napięcia lub dokładne pomiary napięcia i natężenia. W zależności od wybranej metody urządzenie będzie sobie lepiej lub gorzej radziło z zacienieniem, chociaż jakikolwiek dodatkowy cień nigdy nie jest dobry dla paneli fotowoltaicznych. Jak to dokładnie działa?

• Metoda temperaturowa – jest najprostsza, ale bezwzględnie wymaga niezacienionych paneli. Urządzenie korzysta z faktu, że napięcie jest zależne od temperatury ogniwa.
• Metoda przewodności przyrostowej – najdokładniejsza z metod. Dzięki precyzyjnym obliczeniom przyrostowych zmian napięcia i natężenia urządzenie może przewidzieć skutki zmiany napięcia.
• Metoda perturbacji i obserwacji – jest to najpowszechniej stosowana metoda. Napięcie i natężenie są w stanie ciągłej oscylacji, podczas której urządzenie mierzy czy zwiększenie napięcia zwiększa moc. Chociaż metoda jest prosta, to usprawnienie jej dzięki uczeniu maszynowemu i połączeniu z systemami hybrydowymi (inegrującymi kilka metod) udaje się uzyskać bardziej precyzyjne wyniki, przy zmniejszonej oscylacji.
• Metody stałego napięcia – obejmuje kilka metod, m.in. metodę, w której wyjściowe napięcie jest regulowane do stałej , niezależnie od warunków. Inną metodą podchodzącą pod tę kategorię jest metoda otwartego napięcia. W tym przypadku urządzenie nie śledzi MPP jeżeli napięcie jest utrzymane na stałym poziomie. Może być stosowana jako dodatkowy algorytm w przypadkach kiedy zawodzą zwykłe metody śledzenia maksymalnego punktu mocy.

Wymienione metody są najpowszechniej stosowane i najlepiej znane. Niektóre marki nie zdradzają szczegółów stosowanych algorytmów, ale można mieć pewność, że regulatory MPPT z wyższej półki są bardziej niezawodne, również w przypadku okazjonalnego zacienienia. Jeśli szukasz więcej porad i informacji, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły o fotowoltaice.