MPPT significa Maximum Power Point Tracking, cioè inseguimento del punto di massima potenza. È un metodo di funzionamento che ricerca continuamente il punto in cui il pannello solare eroga la massima potenza nelle condizioni istantanee di irraggiamento e temperatura e mantiene il pannello su quel punto. Nei regolatori di carica trasforma la tensione in eccesso proveniente dal pannello in corrente di carica, offrendo un vantaggio evidente rispetto ai dispositivi PWM. La differenza può arrivare fino al trenta per cento alle basse temperature e con stringhe di pannelli ad alta tensione.

Che cos’è l’MPPT?

L’MPPT è un metodo di inseguimento elettronico che mira a mantenere al livello massimo possibile la potenza prodotta da un pannello solare. Si trova in due punti diversi: nel regolatore di carica dei sistemi con batterie e, nei sistemi connessi alla rete, nei canali di ingresso dell’ inverter .

All’interno del dispositivo è presente un convertitore DC-DC. Grazie a questo convertitore, la tensione di lavoro del pannello diventa indipendente dalla tensione richiesta dalla batteria. Mentre il pannello continua a funzionare nel proprio punto di massima efficienza, ad esempio a 32 volt, il dispositivo riduce questa tensione ai 14 volt richiesti dalla batteria. Poiché la potenza viene sostanzialmente conservata, la riduzione della tensione si traduce in un aumento della corrente.

Un semplice esempio: un pannello che produce 32 volt e 9 ampere eroga circa 288 watt. Il dispositivo trasferisce questa potenza alla batteria a circa 14 volt / 20 ampere. Il pannello rimane nel proprio punto di funzionamento ottimale, mentre la batteria riceve la tensione di cui ha bisogno. L’unica perdita è la piccola quota dovuta al rendimento della conversione.

Che cos’è il punto di massima potenza (MPP) e come si individua?

Un pannello solare non deve necessariamente funzionare a una sola tensione; può lavorare in qualsiasi punto compreso tra zero e la tensione a circuito aperto. Tuttavia, non eroga la stessa potenza in ogni punto. Esiste un unico punto in cui il prodotto tra tensione e corrente è massimo: questo è chiamato punto di massima potenza (MPP).

Sull’etichetta del pannello sono riportati i valori che descrivono questo punto:

Il punto importante è che questi valori sono misurati in condizioni di laboratorio e non rimangono costanti sul campo. L’MPP si sposta continuamente durante la giornata. Quando l’irraggiamento diminuisce, la corrente cala; quando aumenta la temperatura delle celle, la tensione diminuisce. Il passaggio delle nuvole, le ore del mattino e della sera, il freddo invernale e l’angolo di installazione dei pannelli spostano continuamente questo punto. Il fatto che i pannelli continuino a produrre anche con cielo coperto, significa che l’MPP si è spostato a un livello di potenza molto più basso.

Per questo motivo un dispositivo MPPT non esegue una singola misurazione. Varia la tensione di ingresso a piccoli passi, misura la potenza risultante e continua nella direzione in cui la potenza aumenta. Quando la potenza inizia a diminuire, cambia direzione. Poiché questa scansione viene ripetuta più volte al secondo, il dispositivo individua in pochi secondi il nuovo punto di picco al variare delle condizioni.

Come funziona un regolatore di carica PWM?

I dispositivi PWM (Pulse Width Modulation, modulazione della larghezza d’impulso) funzionano secondo una logica molto più semplice. Tra il pannello e la batteria è presente un interruttore elettronico che si apre e si chiude rapidamente per regolare la corrente diretta alla batteria. Man mano che la batteria si carica, la durata degli impulsi si riduce e la corrente di carica diminuisce.

In questa configurazione, però, non è presente alcun convertitore. Finché l’interruttore è chiuso, pannello e batteria sono collegati direttamente e la tensione del pannello viene abbassata al livello della batteria. Il pannello è quindi costretto a lavorare non al proprio valore Vmp, ma alla tensione istantanea della batteria.

In termini numerici, un pannello progettato per un sistema a 12 volt ha tipicamente un Vmp di circa 17–18 volt, mentre la tensione di carica della batteria è compresa tra 13 e 14 volt. Il dispositivo PWM abbassa la tensione del pannello a 14 volt senza modificare la corrente. I circa 4 volt di differenza vengono persi senza essere utilizzati. Ciò corrisponde a circa un quarto della potenza che potrebbe essere ricavata dal pannello.

Confronto tra MPPT e PWM

Quale scegliere in base al sistema?

La scelta dipende da due fattori: la potenza del sistema e il rapporto tra la tensione del pannello e quella della batteria.

Quando il PWM è sufficiente. Il PWM è una soluzione ragionevole quando la potenza totale dei pannelli è inferiore a poche centinaia di watt, il pannello è progettato per essere direttamente compatibile con la tensione della batteria (ad esempio un pannello da 36 celle per una batteria da 12 V) e l’installazione si trova in una zona calda. Illuminazione per camper, sistemi di videosorveglianza, applicazioni da giardino e piccoli impianti nautici rientrano in questa categoria. A questa scala, il vantaggio dell’MPPT potrebbe non compensare la differenza di costo del dispositivo.

Quando l’MPPT è necessario. L’MPPT diventa necessario quando la potenza dei pannelli supera poche centinaia di watt, quando i pannelli sono collegati in serie per ottenere tensioni elevate, quando l’installazione è in una zona fredda oppure quando la distanza tra pannelli e batteria è lunga. sistemi di irrigazione solare, applicazioni agricole, stazioni base e abitazioni off-grid rientrano in questa categoria.

Il fattore della bassa temperatura viene spesso trascurato. La tensione del pannello aumenta con il freddo; nelle mattine invernali il valore Vmp può superare sensibilmente quello di targa. L’MPPT converte direttamente questo aumento in corrente di carica, mentre in un dispositivo PWM viene completamente perso. La differenza tra le due tecnologie è massima nelle zone fredde e ad alta quota.

Anche la scelta della batteria incide sulla durata del sistema quanto quella del regolatore; nella progettazione complessiva consigliamo di valutare i tipi di batterie per sistemi solari e le modalità di accumulo dell’energia insieme.

Dimensionamento di un regolatore di carica MPPT

Il dimensionamento si basa su due limiti: la tensione massima di ingresso che il dispositivo può sopportare e la corrente massima di uscita che può erogare.

Calcolo della corrente di uscita. La corrente nominale necessaria del regolatore si calcola dividendo la potenza totale dei pannelli per la tensione del sistema batterie:

Corrente richiesta (A) = Potenza totale dei pannelli (W) ÷ Tensione del sistema batterie (V)

Ad esempio, con 1.000 W di pannelli e un banco batterie da 24 V, 1.000 ÷ 24 ≈ 42 ampere. Aggiungendo un margine di sicurezza si sceglie un dispositivo da 50 A. Collegando la stessa potenza di pannelli a un sistema da 48 V, il fabbisogno scende a 21 A; per questo l’aumento della tensione di sistema può ridurre il costo del regolatore.

Controllo della tensione di ingresso. Se questo passaggio viene saltato, il dispositivo può subire danni permanenti. La tensione totale a circuito aperto (Voc) dei pannelli collegati in serie deve rimanere al di sotto della tensione massima di ingresso del regolatore. Nel calcolo non va usato semplicemente il valore di targa, ma il Voc corretto in base alla temperatura minima invernale della zona, perché la tensione aumenta con il freddo. Una stringa che funziona senza problemi in estate può danneggiare il dispositivo in una mattina d’inverno proprio se questa correzione non è stata effettuata.

Per pianificare il numero di pannelli e la potenza totale puoi consultare il nostro articolo su quanta energia produce un pannello solare e il nostro strumento di calcolo dell’energia solare .