MPPT & PWM ตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์

1. ตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์และบทบาทของตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์คืออะไร?

ภายใต้เงื่อนไขของการส่องสว่าง ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์จะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านแผงเซลล์แสงอาทิตย์และเก็บไว้ในแบตเตอรี่เมื่อจำเป็น พลังงานของแบตเตอรี่จะถูกแปลงเป็นพลังงานแสงเพื่อให้แสงสว่างในยามค่ำคืน และเพื่อให้บรรลุเป้าหมายทั้งหมดนี้ คุณยังต้องมีการกำหนดค่าเล็กน้อยแต่สำคัญ นั่นคือตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์

ชื่อเต็มของตัวควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์คือตัวควบคุมการประจุและการปลดปล่อยเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติสำหรับควบคุมอาร์เรย์เซลล์แสงอาทิตย์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่และแบตเตอรี่เพื่อจ่ายพลังงานให้กับโหลดอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ในระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์

สามารถกำหนดเงื่อนไขการควบคุมตามลักษณะการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ ควบคุมกำลังไฟฟ้าที่ส่งออกของส่วนประกอบเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ไปยังโหลด ทำให้สถานะการทำงานของสถานีไฟฟ้ามีเสถียรภาพ และปกป้องแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถป้องกัน แบตเตอรี่จากการชาร์จไฟเกิน การเชื่อมต่อป้องกันการย้อนกลับ และฟังก์ชันป้องกันการลัดวงจร

2. ตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปมีกี่ประเภท?

โดยทั่วไปแล้วตัวควบคุมการชาร์จเซลล์แสงอาทิตย์สามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภท: ตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์แบบแบ่ง, ตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์แบบซีรีส์, ตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์แบบปรับความกว้างพัลส์ (PWM), ตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์อัจฉริยะและตัวควบคุมเซลล์แสงอาทิตย์ติดตามพลังงานสูงสุด (MPPT)มักใช้ PWM และ MPPT

3. PWM และ MPPT คืออะไร

PWM และ MPPT เป็นตัวควบคุมโหมดการชาร์จสองแบบที่แตกต่างกันสำหรับการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งสามารถใช้ชาร์จแบตเตอรี่ด้วยกระแสไฟที่สร้างโดยแผงเซลล์แสงอาทิตย์เทคโนโลยีทั้งสองใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบไม่ใช้กริด และทั้งสองอย่างทำงานได้ดีในการชาร์จแบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพการเลือกคอนโทรลเลอร์ PWM หรือ MPPT ไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิธีการชาร์จที่ "ดีกว่า" เท่านั้น แต่ขึ้นอยู่กับว่าคอนโทรลเลอร์ประเภทใดทำงานได้ดีที่สุดในระบบของคุณ

PWM: การปรับความกว้างพัลส์ (PWM)

การมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) หมายถึงเอาต์พุตดิจิทัลของไมโครโปรเซสเซอร์เพื่อควบคุมวงจรแอนะล็อก ซึ่งเป็นวิธีการเข้ารหัสดิจิทัลในระดับสัญญาณแอนะล็อกด้วยการควบคุมวงจรอะนาล็อกแบบดิจิทัล ต้นทุนและการใช้พลังงานของระบบสามารถลดลงได้อย่างมากไมโครคอนโทรลเลอร์หลายตัวรวมถึงคอนโทรลเลอร์ PWM

โดยทั่วไปแล้วตัวควบคุมต้นจะเป็นแบบนี้ โครงสร้างทางไฟฟ้าค่อนข้างง่าย ประกอบด้วยสวิตช์หลักพลังงาน ตัวเก็บประจุ ไดรฟ์ และวงจรป้องกัน จริง ๆ แล้วเทียบเท่ากับสวิตช์ ส่วนประกอบและแบตเตอรี่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน แรงดันไฟฟ้าของ ส่วนประกอบจะถูกดึงลงมาให้ใกล้เคียงกับแรงดันไฟของก้อนแบตเตอรี่ตัวควบคุมนี้ใช้การชาร์จสามขั้นตอน ได้แก่ ประจุแรง ประจุสมดุล และประจุลอย

① การชาร์จแรง: เรียกอีกอย่างว่าการชาร์จโดยตรง นั่นคือการชาร์จอย่างรวดเร็ว เมื่อแรงดันแบตเตอรี่ต่ำ แบตเตอรี่จะถูกชาร์จด้วยกระแสไฟสูงและแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูง

การชาร์จแบบสมดุล: หลังจากสิ้นสุดการชาร์จแบบเข้มข้น แบตเตอรี่จะใช้งานได้ชั่วระยะเวลาหนึ่ง จนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะตกถึงค่าที่แน่นอน มันจะเข้าสู่สถานะของการชาร์จที่สมดุล เพื่อให้แรงดันไฟที่ปลายแบตเตอรี่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอ

③ หลังจากสิ้นสุดการชาร์จแบบสมดุล แบตเตอรี่จะยังคงยืนอยู่ชั่วระยะเวลาหนึ่ง เพื่อให้แรงดันไฟปลายทางลดลงตามธรรมชาติ เมื่อตกถึงจุด "แรงดันบำรุงรักษา" แบตเตอรี่จะเข้าสู่สภาวะการชาร์จแบบลอยตัว PWM ( การปรับความกว้างของพัลส์) วิธีการชาร์จคล้ายกับ "การชาร์จแบบหยด" แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ต่ำในการชาร์จ หนึ่งเส้นเพื่อหลีกเลี่ยงอุณหภูมิของแบตเตอรี่ยังคงเพิ่มขึ้น หลังจากปรับความกว้างของพัลส์เพื่อลดกระแสการชาร์จแบตเตอรี่ เพื่อให้แบตเตอรี่ ชีวิตยืนยาวขึ้น

ตัวควบคุมของโหมดการชาร์จนี้สามารถแก้ปัญหาการชาร์จแบตเตอรี่ไม่เพียงพอและรับประกันอายุการใช้งานของแบตเตอรี่อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าประสิทธิภาพการชาร์จของตัวควบคุม PWM จะได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ และประสิทธิภาพการชาร์จจะดีที่สุดเมื่ออุณหภูมิเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 45~75 °C

MPPT: การติดตามจุดไฟสูงสุด (MPPT)

เพื่อให้เข้าใจถึงความแตกต่างระหว่างการชาร์จแบบ PWM และ MPPT ก่อนอื่นมาดูกราฟพลังงานของแผงโซลาร์เซลล์เส้นกราฟพลังงานมีความสำคัญเนื่องจากแสดงการผลิตไฟฟ้าที่คาดหวังของแผงเซลล์แสงอาทิตย์แรงดัน (" V ") และกระแส (" I ") ที่สร้างโดยแผงโซลาร์เซลล์แรงดันไฟฟ้าที่สร้างพลังงานมากที่สุดเรียกว่า "จุดพลังงานสูงสุด"MPPT จะติดตามการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกตลอดทั้งวัน ขึ้นอยู่กับสภาพแสงP=U*I (P คือพลังงานที่เกิดจากแผงโซลาร์เซลล์)

เส้นโค้งกำลังของแผงโซลาร์เซลล์

คอนโทรลเลอร์นี้ซับซ้อนกว่า ราคาก็สูงกว่าเล็กน้อย ราคามักจะสูงกว่าคอนโทรลเลอร์ PWM หลายเท่าหรือหลายสิบเท่า สามารถปรับแรงดันไฟเข้า เพื่อให้ได้รับพลังงานสูงสุดจากแผงโซลาร์เซลล์

①MPPT การจำกัดการชาร์จในปัจจุบัน: เมื่อแรงดันไฟฟ้าของขั้วแบตเตอรี่มีขนาดเล็กมาก วิธีการชาร์จ MPPT จะถูกใช้เพื่อปั๊มพลังงานเอาต์พุตของแผงโซลาร์เซลล์ไปยังปลายแบตเตอรี่ เมื่อความเข้มของแสงแข็งแกร่ง กำลังขับของแผงโซลาร์เซลล์จะเพิ่มขึ้น , กระแสชาร์จถึงเกณฑ์และการชาร์จ MPPT จะถูกยกเลิกและถ่ายโอนไปยังการชาร์จกระแสคงที่เมื่อความเข้มของแสงอ่อนลง มันจะถูกถ่ายโอนไปยังโหมดการชาร์จ MPPT

2 แรงดันคงที่ประจุเท่ากัน: แบตเตอรี่ในโหมดชาร์จ MPPT และโหมดชาร์จกระแสคงที่ฟรีสวิตช์ ทำงานร่วมกันเพื่อให้แรงดันแบตเตอรี่ถึงแรงดันอิ่มตัว มันเข้าสู่ขั้นตอนการชาร์จแรงดันคงที่เท่ากัน โดยกระแสชาร์จแบตเตอรี่จะค่อยๆ ลดลงเหลือ 0.01C ขั้นตอนการชาร์จนี้จะสิ้นสุดลงและเข้าสู่ขั้นตอนการชาร์จแบบลอยตัว

(3) การชาร์จแบบลอยตัวด้วยแรงดันคงที่: เพื่อให้แบตเตอรี่ลอยด้วยแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่าการชาร์จด้วยแรงดันคงที่เล็กน้อย ขั้นตอนนี้ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อเสริมพลังงานจลน์ที่ใช้โดยการคายประจุเองของแบตเตอรี่

4. การเปรียบเทียบระหว่าง PWM และ MPPT

การเปรียบเทียบระหว่างทั้งสองจะทำในตาราง

เมื่อเทียบกับตัวควบคุม PWM ตัวควบคุม MPPT มีฟังก์ชันการติดตามพลังงานสูงสุด ก่อนที่แบตเตอรี่จะไม่ถึงสถานะอิ่มตัว ในระหว่างระยะเวลาการชาร์จ เพื่อให้แน่ใจว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดเสมอ จะไม่ได้รับผลกระทบจาก อุณหภูมิจากประสิทธิภาพการชาร์จจะสูงกว่า PWM โดยธรรมชาตินอกจากนี้ ตัวควบคุม PWM สามารถใช้ได้เฉพาะกับแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องเท่านั้น เช่น แผงระบบ 12V สามารถใช้กับตัวควบคุม 12V และแบตเตอรี่เท่านั้น เหมาะสำหรับระบบออฟกริดขนาดเล็กบางระบบที่มีกำลังไฟต่ำกว่า 2 กิโลวัตต์ โครงสร้างที่เรียบง่าย การเชื่อมต่อผู้ใช้ที่สะดวก และค่อนข้าง ราคาถูก.

และตัวควบคุม MPPT ใช้พื้นที่ให้ใหญ่ขึ้น ภายใต้สถานการณ์ปกติ แรงดันไฟฟ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ระหว่าง 12V~170V สามารถใช้ แรงดันแบตเตอรี่ 12~96V ปรับได้ การบังคับใช้จะแข็งแกร่ง เหมาะสำหรับระบบนอกตารางขนาดใหญ่มากกว่า 2kw ประสิทธิภาพสูง การกำหนดค่าส่วนประกอบมีความยืดหยุ่นมากขึ้น