ทำความเข้าใจกับ MPPT Solar Charger

ที่นี่เราพยายามทำความเข้าใจแนวคิดวงจรจริงของตัวควบคุมเครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ประเภท MPPt และเรียนรู้ว่าอุปกรณ์เหล่านี้ทำงานอย่างไร

MPPT คืออะไร

MPPT ย่อมาจาก Maximum Power Point Tracking ซึ่งเป็นแนวคิดของเครื่องชาร์จที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้ได้มาซึ่งการควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง

แผงโซลาร์เซลล์เป็นอุปกรณ์ที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากช่วยให้เราสามารถควบคุมพลังงานไฟฟ้าที่ปราศจากแสงอาทิตย์ได้อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ในปัจจุบันไม่ค่อยมีประสิทธิภาพกับเอาต์พุต อย่างที่เราทราบกันดีว่าเอาท์พุตจากแผงโซลาร์เซลล์นั้นขึ้นอยู่กับรังสีที่ตกกระทบของดวงอาทิตย์โดยตรงตราบใดที่มันอยู่ใกล้ตั้งฉากกับมันจะมีประสิทธิภาพที่ดีซึ่งจะช่วยลดรังสีที่เอียงหรือตำแหน่งของดวงอาทิตย์

ข้างต้นยังได้รับผลกระทบจากสภาพมืดครึ้ม

ยิ่งไปกว่านั้นเอาท์พุทแผงโซลาร์เซลล์มีความสัมพันธ์กับระดับแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมที่เหมาะสมเพื่อที่จะใช้งานโหลดซึ่งโดยปกติจะเป็นแบตเตอรี่กรดตะกั่ว

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดหรือแบตเตอรี่ชนิดใดก็ได้จะต้องใช้อินพุตที่ได้รับการจัดอันดับอย่างเหมาะสมเพื่อไม่ให้เกิดความเสียหายและได้รับการชาร์จอย่างเหมาะสมที่สุด สำหรับสิ่งนี้โดยปกติเราจะเกี่ยวข้องกับตัวควบคุมเครื่องชาร์จระหว่างแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์จะไม่คงที่และลดลงพร้อมกับแสงจากดวงอาทิตย์ที่ตกลงมากระแสจากแผงโซลาร์เซลล์ก็จะลดลงเมื่อความเข้มของแสงดวงอาทิตย์อ่อนลง

ด้วยเงื่อนไขข้างต้นหากแผงโซลาร์เซลล์ได้รับการโหลดโดยตรงกระแสไฟฟ้าจะลดลงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ไม่มีประสิทธิภาพ

กล่าวอีกนัยหนึ่งประสิทธิภาพของแผงจะสูงสุดเมื่อแรงดันไฟฟ้าใกล้เคียงกับค่าที่ระบุ ดังนั้นดังตัวอย่างแผงโซลาร์เซลล์ 18V จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อใช้งานที่ 18V

และในกรณีที่แสงจากดวงอาทิตย์อ่อนลงและแรงดันไฟฟ้าข้างต้นลดลงเพื่อบอกว่า 16V แต่เราก็ยังสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดหากเราสามารถรักษาโวลต์ 16V ไว้ได้และได้รับเอาต์พุตโดยไม่ส่งผลกระทบหรือลดแรงดันไฟฟ้านี้

กราฟด้านล่างแสดงให้เห็นว่าเหตุใดและวิธีที่แผงโซลาร์เซลล์ให้ประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อได้รับอนุญาตให้ทำงานที่เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าสูงสุดตามสถานการณ์

จุดพลังสูงสุดหรือจุดเข่าคืออะไร

ตัวควบคุมเครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วไปจะควบคุมแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์เท่านั้นและทำให้เหมาะสมสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่ออย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้ไม่ได้ปฏิบัติตามระเบียบแผงควบคุมอย่างถูกต้อง

ตัวควบคุมเครื่องชาร์จแบบเดิมซึ่งใช้ไอซีเชิงเส้นตามกฎข้อบังคับไม่สามารถป้องกันไม่ให้แผงโซลาร์เซลล์ถูกโหลดโดยตรงจากแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อหรืออินเวอร์เตอร์หรือสิ่งใดก็ตามที่อาจเชื่อมต่อเป็นโหลด

สถานการณ์ข้างต้นมีแนวโน้มที่จะทำให้แรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์ลดลงทำให้การใช้งานไม่มีประสิทธิภาพเนื่องจากตอนนี้แผงถูก จำกัด ไม่ให้ผลิตกระแสไฟฟ้าที่กำหนดให้กับโหลด

เหตุใดเครื่องชาร์จแบบควบคุมเชิงเส้นหรือ PWM เหล่านี้จึงไม่สามารถหลีกเลี่ยงการโหลดแผงโซลาร์เซลล์ได้แม้ว่าจะมีขั้นสูงแม่นยำและถูกต้องในการใช้งานก็ตาม เครื่องชาร์จ MPPT จริงทำงานอย่างไร

คำตอบสำหรับปัญหาข้างต้นไม่ได้รับการกล่าวถึงอย่างครอบคลุมบนเน็ตดังนั้นฉันจึงคิดว่าจำเป็นต้องให้คำอธิบายเชิงลึกเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างตัวควบคุมเครื่องชาร์จธรรมดากับ MPPT จริง

กลับมาที่คำถามข้างต้นคำตอบอยู่ที่ความจริงที่ว่าในเครื่องชาร์จแบบควบคุมเชิงเส้นโหลดจะเชื่อมต่อโดยตรงกับแผงควบคุมโดยไม่มีขั้นตอนบัฟเฟอร์กลางทำให้การถ่ายโอนและการกระจายพลังงานไม่มีประสิทธิภาพ

ในขณะที่ในไดรเวอร์ MPPT โหลดจะเชื่อมต่อผ่านตัวแปลง Buck Boost ระดับกลางซึ่งจะปรับเปลี่ยนสภาพพลังงานให้เข้ากับโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยขึ้นอยู่กับพลังงานแสงแดดบนแผงควบคุมเพื่อให้แน่ใจว่ามีการโหลดแผงต่ำสุดและการจ่ายพลังงานสูงสุดไปยังโหลด

โดยทั่วไป MPPT ได้รับการพัฒนาเพื่อให้แน่ใจว่ากำลังไฟฟ้าอินพุตสุทธิส่งไปยังโหลดเอาต์พุตอย่างสม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงความเข้ากันได้ของโหลดกับแผงควบคุม

Buck Boost Topology ช่วยตัวควบคุม MPPT เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดได้อย่างไร

สิ่งนี้ประสบความสำเร็จเป็นหลักด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีการเพิ่มบั๊ก SMPS ติดตาม

ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่ามันเป็นไฟล์ เทคโนโลยีเพิ่มบั๊ก SMPS ที่สร้างกระดูกหลังของการออกแบบ MPPT ทั้งหมดและมีตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงในการกำหนดค่าการควบคุมพลังงานและการจัดหาอุปกรณ์

ในตัวควบคุมเครื่องชาร์จ MPPT แรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์จะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าแบบพัลซิ่งเทียบเท่าความถี่สูงก่อน

แรงดันไฟฟ้านี้ถูกนำไปใช้กับกระแสหลักของหม้อแปลงเฟอร์ไรต์ขนาดกะทัดรัดซึ่งสร้างระดับกระแสที่ต้องการที่ขดลวดทุติยภูมิซึ่งตรงกับอัตราการชาร์จที่ระบุของแบตเตอรี่

อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้าอาจไม่ตรงกับแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ดังนั้นที่นี่จึงมีการรวมตัวควบคุมเชิงเส้นธรรมดาไว้เพื่อแก้ไขระดับแรงดันไฟฟ้าให้ถูกต้อง

ด้วยการตั้งค่าข้างต้นแบตเตอรี่จะแยกออกจากแผงโซลาร์เซลล์อย่างสมบูรณ์และได้รับการชาร์จอย่างมีประสิทธิภาพแม้ในสภาพอากาศเลวร้ายเนื่องจากตอนนี้แผงโซลาร์เซลล์ได้รับอนุญาตให้ทำงานโดยไม่ส่งผลกระทบหรือลดแรงดันไฟฟ้าทันทีที่มีอยู่ภายใต้เงื่อนไขใด ๆ

สิ่งนี้ช่วยในการใช้เอฟเฟกต์การติดตามจุดกำลังสูงสุดที่ตั้งใจไว้ซึ่งไม่มีอะไรนอกจากทำให้แผงควบคุมทำงานภายใต้การโหลดน้อยที่สุด แต่ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโหลดที่เชื่อมต่อได้รับพลังงานที่สมบูรณ์ตามที่ต้องการเพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด

มันน่าสนใจที่จะทราบว่า SMPS ป้องกันไม่ให้พาเนลหรือแหล่งที่มาใด ๆ โหลดโดยตรงจากโหลดได้อย่างไร

ความลับอยู่เบื้องหลังการใช้เทคโนโลยีเฟอร์ไรต์ หม้อแปลงเฟอร์ไรต์เป็นอุปกรณ์แม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งทำให้อิ่มตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อสร้างการแปลงที่มีประสิทธิภาพจากอินพุตเป็นเอาต์พุต

ยกตัวอย่างแหล่งจ่ายไฟหม้อแปลงแกนเหล็ก 2 แอมป์ธรรมดาและ SMPS 2 แอมป์ หากคุณโหลดทั้งสองคู่ที่มีกระแสเต็มที่มี 2 แอมป์คุณจะพบว่าแรงดันไฟฟ้าของแกนเหล็กลดลงอย่างมากในขณะที่แรงดันไฟฟ้า SMPS ลดลงเพียงเล็กน้อยหรือค่อนข้างเล็กน้อย .... นี่คือความลับเบื้องหลังประสิทธิภาพของ MPPT ที่ใช้ SMPS เมื่อเทียบกับตัวควบคุมเครื่องชาร์จ MPPT แบบ Linear IC