فهم شاحن الطاقة الشمسية MPPT

نحن هنا نحاول فهم مفهوم الدائرة الفعلية لنوع MPPt لوحدات تحكم الشاحن الشمسي ومعرفة كيفية عمل هذه الأجهزة.

ما هو MPPT

يرمز MPPT إلى Maximum Power Point Tracking ، وهو مفهوم شاحن مصمم خصيصًا ومصمم للحصول على تسخير للطاقة الشمسية عالي الكفاءة.

تعد الألواح الشمسية أجهزة ممتازة لأنها تسمح لنا بتسخير الطاقة الكهربائية المجانية من الشمس ، ولكن الأجهزة الحالية ليست فعالة للغاية مع مخرجاتها. كما نعلم جميعًا ، فإن الإخراج من الألواح الشمسية يعتمد بشكل مباشر على أشعة الشمس الساقطة ، طالما أنها قريبة من العمودية توفر كفاءة جيدة ، والتي تستمر في التدهور مع الأشعة المائلة أو وضع الشمس الغاطس.

ما سبق يتأثر أيضًا بالظروف الملبدة بالغيوم.

علاوة على ذلك ، يرتبط إخراج الألواح الشمسية بمستويات جهد غير متسقة والتي تحتاج إلى تنظيم مناسب لتشغيل الحمل الذي عادة ما يكون بطارية حمض الرصاص.

تتطلب بطاريات الرصاص الحمضية أو أي نوع من البطاريات القابلة للشحن مدخلات مصنفة بشكل صحيح حتى لا تتلف ويتم شحنها بالشكل الأمثل. لهذا نقوم عادة بتضمين وحدة تحكم شاحن بين الألواح الشمسية والبطارية.

نظرًا لأن جهد اللوحة الشمسية لا يكون ثابتًا أبدًا وينخفض ​​مع انخفاض ضوء الشمس ، فإن التيار من اللوحة الشمسية يصبح أضعف أيضًا حيث تضعف كثافة ضوء الشمس.

في ظل الظروف المذكورة أعلاه ، إذا خضعت اللوحة الشمسية لأي نوع من التحميل مباشرة ، فإن تيارها سينخفض ​​بشكل أكبر لإنتاج مخرجات غير فعالة.

بمعنى آخر ، تكون كفاءة اللوحة قصوى عندما يكون جهدها قريبًا من القيمة المحددة المحددة. لذلك ، كمثال ، ستعمل لوحة شمسية 18 فولت بأقصى قدر من الكفاءة عند تشغيلها عند 18 فولت.

وفي حالة ضعف ضوء الشمس وانخفض الجهد أعلاه ليقول 16 فولت ، ومع ذلك لا يزال بإمكاننا تشغيله بأقصى قدر من الكفاءة إذا تمكنا من الحفاظ على سلامة 16 فولت واستخراج الخرج دون التأثير على هذا الجهد أو خفضه

يوضح الرسم البياني أدناه سبب وكيفية إنتاج الألواح الشمسية أقصى قدر من الكفاءة عندما يُسمح لها بالعمل بأقصى ناتج جهد ظرف.

ما هو Maximum Power Point أو Knee point

تنظم وحدات التحكم في الشاحن الشمسي العادي فقط جهد اللوحة الشمسية وتجعله مناسبًا لشحن البطارية المتصلة ، ولكن هذه لا تنفذ تنظيم اللوحة بشكل صحيح.

منظم الشاحن التقليدي الذي يستخدم دوائر متكاملة خطية للوائح غير قادر على منع تحميل الألواح الشمسية مباشرة بواسطة البطارية المتصلة أو العاكس أو أيًا كان يمكن توصيله بالحمل.

تميل الحالة المذكورة أعلاه إلى إسقاط جهد الألواح الشمسية وفقًا لذلك مما يجعل استخدامها غير فعال لأن اللوحة الآن مقيدة من إنتاج الكمية المقدرة من التيار إلى الحمل.

فلماذا لا تستطيع أجهزة الشحن الخطية أو المنظم PWM تجنب تحميل الألواح الشمسية على الرغم من كونها متقدمة للغاية ودقيقة وصحيحة في عملياتها؟ كيف تعمل شواحن MPPT الفعلية؟

لم يتم تناول الإجابة على المشكلات المذكورة أعلاه بشكل شامل في أي مكان على الشبكة ، لذلك اعتقدت أنه من الضروري تقديم شرح متعمق فيما يتعلق بالاختلاف بين وحدات تحكم الشاحن العادية و MPPT الفعلي.

بالعودة إلى السؤال أعلاه ، تكمن الإجابة في حقيقة أنه في شواحن المنظم الخطي ، يرتبط الحمل مباشرة باللوحة ، مع عدم وجود مرحلة عازلة وسيطة ، مما يتسبب في عدم كفاءة نقل الطاقة وتبديدها.

بينما في برامج تشغيل MPPT ، يتم توصيل الحمل من خلال محول Buck Boost وسيط والذي يغير ظروف الطاقة بشكل فعال إلى الحمل اعتمادًا على طاقة ضوء الشمس على اللوحة ، مما يضمن الحد الأدنى من تحميل اللوحة والحد الأقصى لتوصيل الطاقة للحمل.

تم تطوير MPPTs بشكل أساسي لضمان تسليم صافي القوة الكهربائية للمدخلات باستمرار إلى حمل الإخراج بغض النظر عن توافق الحمل مع اللوحة.

كيف تساعد طوبولوجيا Buck Boost وحدات تحكم MPPT على زيادة الكفاءة إلى أقصى حد

يتم تحقيق ذلك بشكل أساسي بمساعدة تقنية تعزيز باك SMPS للتتبع.

لذلك يمكننا القول إنه ملف تقنية تعزيز باك SMPS التي تشكل العمود الفقري لجميع تصميمات MPPT وقد قدمت خيارًا فعالاً للغاية لتكوين تنظيم الطاقة وتزويد الأجهزة.

في وحدات تحكم الشاحن MPPT ، يتم تحويل جهد اللوحة الشمسية أولاً إلى جهد نابض مكافئ عالي التردد.

يتم تطبيق هذا الجهد في المحول الأساسي لمحول حديدي مضغوط ذي أبعاد جيدة ، والذي يولد المستوى المطلوب من التيار في ملفه الثانوي ، بما يتوافق مع معدل الشحن المحدد للبطارية.

ومع ذلك ، قد لا يكون الجهد مطابقًا لجهد شحن البطارية ، لذلك تم هنا دمج منظم خطي عادي لتثبيت مستوى الجهد بشكل صحيح.

مع الإعداد أعلاه ، تظل البطارية معزولة تمامًا عن الألواح الشمسية ، ويتم شحنها بكفاءة حتى في ظل الظروف الجوية السيئة ، حيث يُسمح الآن للوحة الشمسية بالعمل دون التأثير على جهدها اللحظي المتاح أو خفضها تحت أي ظرف معين.

يساعد هذا في تنفيذ الحد الأقصى لتأثير تتبع نقطة الطاقة المقصود ، وهو ليس سوى السماح للوحة بالعمل تحت أدنى حد من التحميل مع التأكد من أن الحمل المتصل يحصل على الطاقة الكاملة المطلوبة لأدائه الأمثل.

سيكون من المثير للاهتمام معرفة كيف يمنع SMPS اللوحة أو أي مصدر من التحميل مباشرة بواسطة التحميل.

السر يكمن وراء استخدام تكنولوجيا الفريت. محولات الفريت عبارة عن أجهزة مغناطيسية عالية الكفاءة تتشبع بشكل فعال لتوليد تحويل فعال من المدخلات إلى المخرجات.

خذ على سبيل المثال مصدر طاقة عادي بمحول قلب حديد 2 أمبير و 2 أمبير SMPS. إذا قمت بتحميل نظيرين بتيار كامل مع 2 أمبير ، فستجد أن الجهد الأساسي للحديد ينخفض ​​بشكل كبير بينما ينخفض ​​جهد SMPS بشكل هامشي أو إلى حد ما ... لذلك هذا هو السر وراء فعالية MPPT القائمة على SMPS مقارنة بوحدة تحكم شاحن MPPT الخطية القائمة على IC.