MPPT — это сокращение от Maximum Power Point Tracking, то есть отслеживание точки максимальной мощности. Метод постоянно ищет рабочую точку, в которой солнечная панель при текущей освещённости и температуре вырабатывает максимальную мощность, и удерживает панель в этой точке. В контроллерах заряда MPPT преобразует избыточное напряжение панели в зарядный ток и обеспечивает заметный выигрыш по сравнению с PWM-устройствами. При низких температурах и высоковольтных цепочках панелей разница может достигать тридцати процентов.

Что такое MPPT?

MPPT — это электронный метод отслеживания, предназначенный для поддержания мощности солнечной панели на максимально возможном уровне. Он применяется в двух местах: внутри контроллера заряда в аккумуляторных системах и во входных каналах инвертора в сетевых системах.

Внутри устройства находится DC-DC-преобразователь. Благодаря ему рабочее напряжение панели становится независимым от напряжения, необходимого аккумулятору. Пока панель продолжает работать в своей эффективной точке, например при 32 В, устройство снижает это напряжение до 14 В, требуемых аккумулятором. Поскольку мощность в основном сохраняется, снижение напряжения преобразуется в увеличение тока.

Простой пример: панель, выдающая 32 В и 9 А, производит примерно 288 Вт. Устройство передаёт эту мощность аккумулятору примерно как 14 В / 20 А. Панель остаётся в своей оптимальной рабочей точке, а аккумулятор получает необходимое напряжение. Теряется только небольшая доля энергии из-за КПД преобразования.

Что такое точка максимальной мощности (MPP) и как она определяется?

Солнечная панель не обязана работать при одном фиксированном напряжении; она может работать в любой точке между нулём и напряжением холостого хода. Однако мощность в этих точках различается. Существует одна точка, в которой произведение напряжения и тока максимально, — она называется точкой максимальной мощности (MPP).

На шильдике панели указаны параметры, описывающие эту точку:

Ключевой момент заключается в том, что эти значения измеряются в лабораторных условиях и в реальной эксплуатации не остаются постоянными. MPP непрерывно смещается в течение дня. При снижении освещённости уменьшается ток, а при повышении температуры ячеек снижается напряжение. Проходящие облака, утренние и вечерние часы, зимний холод и угол установки панелей постоянно смещают эту точку. То, что панели продолжают вырабатывать энергию даже в пасмурную погоду, означает, что MPP сместилась на значительно более низкий уровень мощности.

Поэтому MPPT-устройство не ограничивается одним измерением. Оно изменяет входное напряжение небольшими шагами, измеряет получаемую мощность и продолжает движение в направлении её увеличения. Когда мощность начинает снижаться, направление меняется. Поскольку такой поиск повторяется несколько раз в секунду, при изменении условий устройство находит новую точку максимума за несколько секунд.

Как работает PWM-контроллер заряда?

PWM-устройства (Pulse Width Modulation, широтно-импульсная модуляция) работают по гораздо более простому принципу. Между панелью и аккумулятором находится электронный ключ, который быстро включается и выключается, регулируя ток, поступающий в аккумулятор. По мере зарядки аккумулятора длительность импульсов уменьшается, и зарядный ток снижается.

Однако в такой схеме нет преобразователя. Пока ключ замкнут, панель напрямую соединена с аккумулятором, и её напряжение снижается до уровня напряжения аккумулятора. То есть панель вынуждена работать не при собственном Vmp, а при текущем напряжении аккумулятора.

В числовом выражении: панель, рассчитанная на 12-вольтовую систему, обычно имеет Vmp около 17–18 В, тогда как напряжение зарядки аккумулятора находится в диапазоне 13–14 В. PWM-контроллер снижает напряжение панели до 14 В, при этом ток не меняется. Разница примерно в 4 В теряется без использования. Это соответствует примерно четверти мощности, которую можно было бы получить от панели.

Сравнение MPPT и PWM

Какой вариант выбрать для разных систем?

Выбор зависит от двух факторов: мощности системы и отношения напряжения панели к напряжению аккумулятора.

Когда PWM достаточно. PWM является разумным решением, если суммарная мощность панелей ниже нескольких сотен ватт, панель рассчитана на прямое соответствие напряжению аккумулятора (например, 36-ячеечная панель для 12-вольтового аккумулятора), а установка находится в тёплом регионе. К этой категории относятся освещение автодомов, системы видеонаблюдения, садовые решения и небольшие системы для лодок. При таком масштабе дополнительный выигрыш от MPPT может не окупить разницу в цене.

Когда MPPT необходим. MPPT становится необходим, когда мощность панелей превышает несколько сотен ватт, панели соединяются последовательно для получения высокого напряжения, установка расположена в холодном регионе или расстояние между панелью и аккумулятором велико. солнечные системы орошения, сельскохозяйственные применения, базовые станции и автономные дома относятся к этой категории.

Фактор холода часто недооценивают. При низкой температуре напряжение панели повышается; зимним утром значение Vmp может заметно превышать номинальное. MPPT преобразует этот рост непосредственно в дополнительный зарядный ток, тогда как в PWM-устройстве он полностью теряется. Наибольшая разница между двумя технологиями наблюдается в холодных и высокогорных регионах.

Выбор аккумуляторов влияет на срок службы не меньше, чем выбор контроллера; при проектировании системы в целом рекомендуем совместно учитывать типы аккумуляторов для солнечных систем и способы хранения энергии .

Расчёт параметров MPPT-контроллера заряда

Подбор выполняется по двум ограничениям: максимальному входному напряжению, которое способен выдержать контроллер, и максимальному выходному току, который он может обеспечить.

Расчёт выходного тока. Требуемый номинальный ток контроллера рассчитывается делением суммарной мощности панелей на напряжение аккумуляторной системы:

Требуемый ток (А) = Общая мощность панелей (Вт) ÷ Напряжение аккумуляторной системы (В)

Например, при мощности панелей 1 000 Вт и аккумуляторной системе 24 В: 1 000 ÷ 24 ≈ 42 А. С учётом запаса выбирают контроллер на 50 А. При той же мощности панелей в системе 48 В требуемый ток снижается до 21 А; поэтому повышение системного напряжения может снизить стоимость контроллера.

Проверка входного напряжения. Если этот шаг пропустить, устройство может получить необратимые повреждения. Суммарное напряжение холостого хода (Voc) последовательно соединённых панелей должно оставаться ниже максимального входного напряжения контроллера. При расчёте следует использовать не номинальный Voc с шильдика, а значение, скорректированное по минимальной зимней температуре региона, поскольку на холоде напряжение повышается. Строка, которая без проблем работает летом, может вывести контроллер из строя зимним утром именно из-за отсутствия такой корректировки.

Для планирования количества панелей и общей мощности можно воспользоваться нашей статьёй о том, сколько энергии вырабатывает солнечная панель а также нашим инструментом расчёта солнечной энергии .