تتزايد كمية الطاقة الكهربائية المطلوبة بسرعة مع النمو السكاني وتطور التكنولوجيا. هناك طرق ل توليد الطاقة الكهربائية باستخدام مصادر الطاقة المتجددة وغير المتجددة. مزايا متعددة للطاقة الشمسية هي العوامل الرئيسية وراء استخدام الطاقة الشمسية لأغراض مختلفة. يمكن استخدامه لتوليد الطاقة الكهربائية بمساعدة الألواح الشمسية ولتخزين الطاقة الكهربائية عن طريق شحن البطاريات أو تغذية الأحمال. تعد تقنية Maximum Power Point Tracking (MPPT) أكثر الطرق فعالية بين وحدات التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية مثل أدوات التحكم البسيطة ذات المرحلة الأولى أو الثانية ، والتحكم في PWM ، ووحدة التحكم في الشحن MPPT.

مراقب شحن الطاقة الشمسية

ما هي وحدة تحكم شحن الطاقة الشمسية

ضع في اعتبارك في المقام الأول وحدة تحكم شحن شمسية غير MPPT ولا تخلط بينها وبين لوحة الطاقة الشمسية لتتبع الشمس ووحدة التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية ال لوحة شمسية لتتبع الشمس تُستخدم لتتبع الشمس عن طريق تركيب الألواح الشمسية على لوحة محرك بحيث يمكن استخدام أقصى قدر من الطاقة الشمسية خلال النهار. باستخدام نظام الألواح الشمسية لتتبع الشمس ، يمكننا زيادة الإنتاج بنسبة 15٪ في الشتاء و 35٪ في الصيف. يوضح شكل النفخ مخطط الكتلة الخاص باللوحة الشمسية لتتبع الشمس والتي تتكون من لوحة شمسية وهمية ، ودائرة إمداد بالطاقة ، ووحدة تحكم دقيقة للتحكم في محرك ULN2003A ومحرك متدرج لتدوير الألواح الشمسية.

كتلة رسم تخطيطي للوحة الشمسية لتتبع الشمس بواسطة Edgefxkits.com

مخطط كتلة تحكم شحن الطاقة الشمسية يتكون من كتل مختلفة: اللوحة الشمسية التي تنتج الطاقة الكهربائية باستخدام الطاقة الشمسية ، وشحن لتشغيل وإيقاف الشحن ، ومفتاح تحميل لتوصيل أو فصل الحمل ، ومؤشر لأغراض الإشارة ، وبطارية لتخزين الطاقة ، ومقارن لمقارنة وتوليد إشارات التحكم . يتم التحكم في وحدة التحكم في شحن اللوحة الشمسية بواسطة آلية شحن لحماية البطاريات من الشحن الزائد والحمل الزائد وظروف التفريغ العميق. يتم استخدام مجموعة من المصابيح الخضراء والحمراء للإشارة إلى حالة الشحن الكامل وتحت أو فوق أو حالة التفريغ العميق ، على التوالي. في حالة إشارة LEDs الحمراء ، تتكون دائرة التحكم بالشحن الشمسي من MOSFET ، والتي تستخدم كمفتاح لأشباه الموصلات لإيقاف الحمل أثناء الحمل الزائد أو حالة البطارية المنخفضة.

رسم تخطيطي لوحدة التحكم في شحن الطاقة الشمسية بواسطة Edgefxkits.com

لماذا نستخدم تقنية MPPT؟

هنا على الرغم من أن وحدة التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية غير MPPT يمكنها تسهيل حماية البطاريات من ظروف الشحن غير المرغوب فيها ، إلا أنها غير قادرة على زيادة كفاءة النظام. بشكل عام ، يتم تصنيع الألواح الكهروضوئية بجهد 12 فولت وتستخدم لوضع الإخراج في نطاق 16 إلى 18 فولت. لكن القيمة الفعلية لبطاريات 12 فولت تتراوح من 10.5 إلى 12.7 فولت بناءً على حالة الشحن. ضع في اعتبارك لوحة شمسية مصنفة بقوة 130 وات بجهد وتيار معين ، افترض أن التصنيف الحالي هو 7.39 أمبير عند 17.6 فولت.

المقارنة بين التقليدية وتقنية MPPT

إذا قمنا بتوصيل هذه اللوحة الشمسية بقوة 130 واط ببطارية باستخدام وحدة تحكم شحن شمسية غير MPPT ، فيمكننا الحصول على طاقة تساوي ناتج تيار اللوحة الشمسية: 7.4 أمبير والجهد الكهربائي للبطارية: 12 فولت ، ويبلغ حوالي 88.8 واط. وبالتالي ، فقدنا 41 واط (130-88.8 = 41.2 تقريبًا) ، ويرجع ذلك إلى ضعف التوافق بين اللوح الشمسي والبطارية. لذلك ، إذا استخدمنا جهاز التحكم بالشحن الشمسي MPPT ، فيمكننا زيادة اكتساب الطاقة بنسبة 20 إلى 45 ٪ ولكن في المقام الأول يجب أن نعرف تقنية MPPT ، والتي تستخدم في وحدة التحكم في شحن الألواح الشمسية.

MPPT الشمسية المسؤول عن المراقب المالي

عادةً ما تكون تقنية MPPT عبارة عن تتبع إلكتروني رقمي يتتبع ويقارن جهد البطارية بجهد الألواح الشمسية بحيث يمكن معرفة أفضل طاقة يمكن بها شحن البطارية باستخدام الألواح الشمسية. لاحظ أنه أثناء شحن البطارية يتم أخذ الأمبير في الاعتبار. لذلك ، للحصول على أقصى أمبير في البطارية ، يتم تحويل الجهد المقارن إلى أفضل جهد له باستخدام تقنية MPPT الحديثة التي تتمتع بكفاءة تحويل 93 إلى 97 ٪.

عمل MPPT Solar Charge Controller

يتم تحويل جهد اللوحة الشمسية 17.6 فولت عند 7.6 أمبير إلى أسفل بواسطة MPPT لتتناسب مع بطارية 12V. وبالتالي ، تحصل البطارية على 12 فولت عند 10.8 أمبير ، مما يجعل الطاقة الإجمالية تساوي تقريبًا 130 وات. لشحن البطارية ، يساعد الجهد العالي في إجبار التيار. في الواقع ، عمليًا ، يختلف ناتج وحدة التحكم بالشحن الشمسي MPPT بشكل مستمر للحصول على أقصى أمبير في البطارية.

جهاز تعقب نقطة الطاقة هو محول تيار مستمر إلى تيار مستمر عالي التردد يأخذ مدخلات التيار المستمر من الألواح الشمسية ، ثم يحول التيار المستمر إلى تيار متردد عالي التردد ، ومرة أخرى سيتم تحويل التيار المتردد مرة أخرى إلى جهد تيار مستمر مختلف وتيار ليطابق بدقة البطاريات والألواح. بشكل عام ، تعمل MPPTs بتردد يتراوح بين 20-80 كيلو هرتز (نطاق تردد صوتي مرتفع جدًا). وبالتالي ، يمكن استخدام محولات عالية الكفاءة ومكونات صغيرة لتصميم هذه الدوائر عالية التردد.

عمل MPPT Solar Charge Controller

تعد MPPTs غير الرقمية أو الخطية سهلة ورخيصة مقارنة ببناء MPPTs الرقمية. ولكن ، أثناء استخدام MPPTs الخطية ، على الرغم من أن الكفاءة تتحسن قليلاً ، إلا أن الكفاءة الإجمالية تختلف في نطاق واسع حيث تفقد MPPTs الخطية تتبعها في بعض الحالات. على سبيل المثال ، إذا مرت سحابة عبر دائرة MPPT الخطية ، فإن الدائرة الخطية تستغرق وقتًا أطول للبحث عن أفضل نقطة تالية.

الميزات الرئيسية لوحدة التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية MPPT

يتم استخدام جهاز التحكم بالشحن الشمسي MPPT لتصحيح واكتشاف الاختلافات في خصائص الجهد الحالي للوحة الشمسية وكما هو موضح في الشكل أعلاه.
من الضروري لأي أنظمة طاقة شمسية مطلوبة لسحب الطاقة القصوى من الوحدة الكهروضوئية لأنها تفرض على الوحدة الكهروضوئية العمل بجهد قريب من نقطة الطاقة القصوى مع سحب أقصى طاقة متاحة.
باستخدام جهاز التحكم بالشحن الشمسي MPPT ، يمكننا استخدام الألواح الشمسية مع خرج جهد أكبر من جهد تشغيل نظام البطارية.
يمكن تقليل تعقيد النظام باستخدام جهاز التحكم بالشحن الشمسي MPPT لأنه يتمتع بكفاءة عالية.
يمكن تطبيقه للاستخدام مع مصادر طاقة متعددة مثل توربينات المياه أو توربينات طاقة الرياح ، وما إلى ذلك. يتم استخدام طاقة خرج الألواح الشمسية للتحكم محول DC-DC مباشرة.

وحدة تحكم شحن الطاقة الشمسية MPPT مدمجة مع مشغل LED

كثيرا ما يستخدم الاتجاه الحديث في الإضاءة والإضاءة المصابيح عالية السطوع تتميز بعمر طويل مع تكلفة صيانة منخفضة وكفاءة عالية ، ولكنها تتطلب محرك طاقة للحفاظ على تيار مستمر. يمكن تسهيل ذلك من خلال محول DC-DC لتصعيد أو تنحي. يوضح الشكل أدناه مخطط الكتلة لوحدة التحكم بالشحن الشمسي المتكاملة لتتبع نقاط الطاقة القصوى ومحرك LED المبني على نظام قابل للبرمجة على أجهزة الرقاقة (PSoC) ، وتستخدم وحدات التحكم والسائقين والأجهزة الطرفية التناظرية والرقمية لقياس الإشارة وتكييفها والتحكم فيها .

وحدة تحكم شحن الطاقة الشمسية MPPT مدمجة مع مشغل LED

تتميز تقنية MPPT بالمرونة والقوة في أخذ الجهد والتيار من الألواح الشمسية للبحث عن طاقة الذروة عن طريق ضبط إشارات التحكم لتشغيل الألواح الشمسية بأقصى طاقتها. يتم استخدام إشارة التحكم المتولدة من PSoC في قيادة أ متزامن محول باك الذي يحول طاقة الألواح الشمسية لشحن البطارية. يستخدم النظام أيضًا ل التحكم في شحن البطارية عملية وقيادة المصابيح.

نأمل أن تكون هذه المقالة قد قدمت وصفًا موجزًا لوحدة التحكم في شحن الطاقة الشمسية المتقدمة باستخدام تقنية MPPT. لمزيد من المعلومات حول وحدات تحكم الشاحن الشمسي وعملها التفصيلي ، يمكنك الاتصال بنا عن طريق نشر استفساراتك في قسم التعليقات أدناه.

اعتمادات الصورة: