ما هو MPPT؟

إذن، هذا شيء مضحك حدث يوم الثلاثاء الماضي. كنت أتناول القهوة مع ديف من فريق المشتريات لدينا (الرجل الذي يشكو دائمًا من المهل الزمنية للموردين)، وسألني: "ما كل هذه الأشياء MPPT التي تستمر في الحديث عنها في اجتماعات البحث والتطوير؟"

سؤال عادل، حقا. نحن نرمي هذه الاختصارات مثل قصاصات الورق في حفل زفاف، لكن معظم الأشخاص خارج فقاعة الهندسة ليس لديهم أدنى فكرة عما نتحدث عنه.

يعنيMPPT الحد الأقصى لتتبع نقطة الطاقة. ولا، على الرغم مما تبدو عليه بعض كتيبات المبيعات، فهو ليس صندوقًا أسود سحريًا هو الذي "يجعل الألواح الشمسية الخاصة بك أفضل". إنه في الواقع أمر بسيط جدًا بمجرد تجاوز الاسم المخيف.

الحق، لذلك تصور هذا. لديك لوحة شمسية على سطح منزلك. يبدو الأمر بسيطًا بما فيه الكفاية - يضربه ضوء الشمس، وتنقطع الكهرباء، وتنتهي المهمة. إلا أن الأمر ليس بهذه البساطة، أليس كذلك؟

الألواح الشمسية غريبة. إنها لا تمنحك قدرًا ثابتًا من القوة بغض النظر عما تفعله بها. يتغير الجهد والتيار الذي تنتجه بناءً على الحمل الذي تتصل به، وإليك النقطة المهمة: هناك مجموعة واحدة محددة فقط من الجهد والتيار حيث يمكنك الحصول على أقصى قدر ممكن من الطاقة من تلك اللوحة.

نحن نسمي هذا الحد الأقصى للطاقة، أو MPP. اسم جذاب، وأنا أعلم.

الآن، هذه النقطة تتحرك باستمرار. السحابة تمر في سماء المنطقة؟ يتحرك MPP. التغيرات في درجات الحرارة؟ يتحرك MPP. لوحة يحصل المتربة قليلا؟ لقد خمنت ذلك، يتحرك MPP. إنه مثل محاولة إصابة هدف متحرك وأنت معصوب العينين.

هذا ما وصفته سارة (مصممة النظام الرئيسية لدينا - امرأة رائعة، وذوق سيئ في القهوة) لأحد العملاء الشهر الماضي: "تخيل أنك تحاول ملء دلو بالماء، ولكن ضغط الصنبور يتغير باستمرار، وتحتاج إلى ضبط مدى فتح الصمام باستمرار للحصول على أفضل معدل تدفق." ليست مثالية، لكنها حصلت على هذه النقطة.

قبل أن يصبح MPPT هو المعيار – نحن نتحدث هنا في منتصف التسعينيات – كانت معظم المنشآت الشمسية تستخدم ما نسميه وحدات تحكم PWM. يرمز PWM إلى Pulse Width Modulation، وهي مجرد طريقة رائعة للقول إنها تقوم بتشغيل وإيقاف الاتصال بين اللوحة والبطارية بسرعة كبيرة للتحكم في الشحن.

المشكلة؟ تقوم وحدات التحكم PWM بشكل أساسي بسحب جهد اللوحة إلى الأسفل ليتناسب مع جهد البطارية. لذا، إذا كان لديك لوحة شمسية بجهد 36 فولت وبطارية بجهد 12 فولت، فأنت فقط... تتخلص من جزء كبير من هذا الجهد. إنه مثل شراء سيارة رياضية وقيادتها على السرعة الأولى فقط. بالتأكيد، إنه يعمل، ولكن ما هي النقطة الدموية؟

في الواقع لا يزال لدي واحدة من وحدات PWM القديمة هذه موجودة في مرآبي من مشروع قمنا به في عام 2009. إنها ثقالة ورق رائعة الآن.

MPPT

تختلف وحدة التحكم MPPT بشكل أساسي. بدلاً من مجرد خفض جهد اللوحة إلى مستوى البطارية، فإنه يستخدم محول التيار المستمر -DC (فكر فيه كصندوق تروس إلكتروني) لتحويل هذا الجهد العالي فعليًا إلى تيار أكثر عند جهد البطارية الأقل.

إليكم الجزء الفيزيائي، ولكني أعدكم بإيجازه: القدرة=الجهد × التيار. لذا، إذا كان لديك 36 فولت عند 3 أمبير من اللوحة الخاصة بك (108 واط)، فيمكن لوحدة التحكم MPPT تحويل ذلك إلى 12 فولت تقريبًا عند 9 أمبير (أيضًا 108 واط، مطروحًا منها بعض الخسائر). أنت تحصل على نفس الطاقة، ولكن في شكل مختلف يمكن أن تستخدمه بطاريتك بالفعل.

ولكن انتظر، هناك المزيد! (لقد كنت أشاهد الكثير من الإعلانات التجارية)

لا تقوم وحدة التحكم MPPT بهذا التحويل مرة واحدة فقط وتستدعيه يوميًا. فهو يقيس باستمرار مخرجات اللوحة، ويعدل الحمل الذي تعرضه على اللوحة، ويقيس مرة أخرى، ويستمر في التعديل للعثور على تلك النقطة الرائعة - نقطة الطاقة القصوى - حيث تستخرج أكبر قدر ممكن من الطاقة من اللوحة الخاصة بك في أي لحظة معينة.

إنها تقوم بهذه الرقصة عشرات المرات في الثانية. طوال اليوم، كل يوم.

الآن، هنا يصبح الأمر مثيرًا للاهتمام، وحيث تقضي شركات مثل شركتنا الكثير من الوقت في الجدال في اجتماعات المراجعة الفنية.

هناك الكثير من الخوارزميات المختلفة لتتبع MPP:

الاضطراب والمراقبة (P&O)- هذا هو الموثوق القديم. تقوم وحدة التحكم بدفع نقطة التشغيل في اتجاه واحد، والتحقق مما إذا كانت الطاقة قد ارتفعت أو انخفضت، ثم تدفع مرة أخرى وفقًا لذلك. بسيطة وفعالة، ولكن يمكن أن تتأرجح حول MPP مثل السكران الذي يحاول العثور على ثقب المفتاح. نحن نستخدم هذا في سلسلة Model S-150 الخاصة بنا لأنه أثبت نجاحه ورخيص التنفيذ.

الموصلية الإضافية- أكثر أناقة من الناحية الرياضية، ومن المفترض أنها أكثر دقة. في الواقع؟ لم يسبق لي أن رأيت أداءً أفضل بشكل كبير من P&O في الظروف-الواقعية، على الرغم من ادعاءات الأبحاث الأكاديمية. لقد اختبرنا كلا الجهازين-بجانب-جانبًا لمدة ثلاثة أشهر في الصيف الماضي (من يونيو إلى أغسطس 2022)، وكان الفرق في حصاد الطاقة أقل من 2%. لا يستحق تكاليف المعالجة الإضافية لمعظم التطبيقات.

جهد الدائرة المفتوحة الجزئي– يتم التخمين بناءً على جهد الدائرة- المفتوحة للوحة. سريع ولكن أقل دقة. بعض الوحدات الصينية الرخيصة تستخدم هذا، ويمكنك أن تقول - إنها كافية ولكنها ليست رائعة.

ثم لديك كل الأساليب الأحدث الفاخرة - الشبكات العصبية، والمنطق الغامض، والتحكم في الوضع المنزلق. وانظر، أنا متأكد من أن لها مكانها في مختبرات الأبحاث والتطبيقات المتخصصة، ولكن بالنسبة لـ 95% من عمليات التثبيت؟ تقوم شركة P&O بالمهمة على ما يرام.

يستمر توم من قسم التسويق لدينا في حثنا على تنفيذ "MPPT-المدعوم بالذكاء الاصطناعي" لعامل الضجة. نستمر في إخباره أن الشبكات العصبية لا معنى لها بالنسبة لهذا التطبيق وستضيف فقط تكلفة وتعقيدًا دون أي فائدة حقيقية. هذه الحجة مستمرة منذ أكتوبر. أرسل المساعدة.

MPPT

"ولكن كم هو أفضل؟" - كل. أعزب. عميل. مقابلة.

حسنًا، إليك بعض الأرقام الفعلية من الاختبارات الميدانية التي أجريناها طوال عام 2022:

في منشآتنا في جنوب إسبانيا (منطقة مالقة، إذا كنت فضوليًا)، رأينا:

MPPT مقابل PWM: يتم حصاد طاقة أكثر بنسبة 25-30% في المتوسط

أفضل تحسن: 45% (كان هذا في ديسمبر مع التظليل الجزئي)

أسوأ تحسن: 15% (منتصف-الصيف، الأيام الصافية، عندما يعمل PWM بشكل جيد نسبيًا)

يكون التحسن أكبر عندما:

جهد اللوحة لديك أعلى بكثير من جهد البطارية

لديك تظليل جزئي

درجة الحرارة تختلف كثيرا

لديك لوحات غير متطابقة في المصفوفة

يكون الأمر أصغر عندما يكون كل شيء مثاليًا، وهو ما لا يحدث أبدًا في العالم الحقيقي.

لن أزعجك بمخطط الدائرة الكاملة، ولكن إليك الهيكل الأساسي:

تستخدم معظم وحدات التحكم MPPT محول باك (خطوة-لأسفل)، أو محول تعزيز (خطوة-لأعلى)، أو محول باك-تعزيز (يمكن القيام بالأمرين معًا) كمرحلة للطاقة الخاصة بها. عادةً ما نتبع طوبولوجيا باك لأن معظم الألواح الشمسية ذات جهد أعلى من البطاريات التي تشحنها.

يحتوي قسم التحكم عادة على:

متحكم دقيق (نستخدم سلسلة STM32 في خطنا المتميز)

أجهزة استشعار الجهد والتيار

أجهزة استشعار درجة الحرارة (لللوحة والبطارية ووحدة التحكم نفسها)

نوع ما من واجهة المستخدم (شاشة LCD، بلوتوث، أيًا كان)

هذا حقا كل شيء. السحر كله يكمن في البرنامج - الخوارزمية التي تقرر كيفية ضبط نقطة التشغيل.

يستخدم الطراز X-300 الجديد الذي سنطلقه الشهر المقبل (الإعلان الرسمي في معرض SolarTech Expo في أمستردام يوم 8 مارس - تعال وقل مرحبًا إذا كنت هناك!) معالجًا ثنائي النواة حتى نتمكن من تشغيل مراقبة السلامة بشكل مستقل عن خوارزمية MPPT. مبالغة قليلا؟ ربما. ولكن بعد تلك الحادثة التي شهدت اشتعال النيران في وحدة المنافس في أستراليا العام الماضي (لن أذكر أسماء، ولكن من المحتمل أنك سمعت عنها)، فإننا لا نجازف.

"MPPT يمنحك المزيد من الطاقة من اللوحات الخاصة بك"– لا. تنتج اللوحة الخاصة بك ما تنتجه بناءً على ضوء الشمس. يضمن MPPT أنك تستخدم كل هذه الطاقة المتاحة بدلاً من إهدارها.

"لا تحتاج إلى MPPT مع الأنظمة الصغيرة"- القمامة. حتى النظام الصغير يستفيد. من المؤكد أن اكتساب الطاقة المطلق أصغر، لكن النسبة المئوية-هي نفسها.

"MPPT مخصص فقط لأنظمة ربط الشبكة-"- خطأ أيضا. يعمل بشكل رائع لشحن البطارية، وهو في الواقع المكان الذي نرى فيه معظم مبيعاتنا.

"جميع وحدات التحكم MPPT هي نفسها في الأساس"- ها! أخبر ذلك للفريق الهندسي. نقضي أشهرًا في تحسين الكفاءة والإدارة الحرارية والموثوقية. لكنني سأعترف، للمستخدم العادي، أن وحدة صينية بقيمة 50 جنيهًا إسترلينيًا ووحدة التحكم الخاصة بنا بقيمة 400 جنيه إسترليني قد تكون كذلكيبدومشابه. حتى يفشل الرخيص بعد ستة أشهر، أي.

انظر، من المفترض أن أبيع لك منتجاتنا، لكن دعني أكون صادقًا (لا تخبر مديري أنني قلت هذا):

إذا كان لديك نظام صغير جدًا (أقل من 50 وات)، وكابل قصير، وكان جهد اللوحة لديك يتطابق بشكل وثيق مع جهد البطارية، وكانت ميزانيتك محدودة - فقد يكون PWM جيدًا. ستترك بعض الطاقة على الطاولة، ولكن في بعض الأحيان تكون هذه مقايضة مقبولة-.

كان لدينا عميل في العام الماضي أراد تشغيل محطة أرصاد جوية صغيرة في منطقة المرتفعات الاسكتلندية. 20بلوحة W، وبطارية 12 فولت، بميزانية قدرها 30 جنيهًا إسترلينيًا. أوصيت بوحدة تحكم PWM رخيصة. لقد اشترى وحدة MPPT الخاصة بنا على أي حال لأنه "أراد الأفضل". من العدل أن تكون هذه أمواله، لكن عائد الاستثمار على هذا القرار ربما لا يكون أبدًا.

أين تذهب هذه التكنولوجيا؟ حسنًا، نحن نرى بعض الاتجاهات:

توزيع MPPT- بدلاً من وحدة تحكم كبيرة واحدة للمصفوفة بأكملها، يتم استخدام أدوات تحسين أصغر في كل لوحة. أفضل للتظليل، لكنه يضيف التكلفة والتعقيد. نقوم حاليًا باختبار هذه العناصر في مشروع تجريبي في النرويج.

الاتصال السحابي- الجميع يريد أن تتحدث وحدة التحكم بالطاقة الشمسية الخاصة بهم إلى هواتفهم الذكية. بالتأكيد، لماذا لا. تطبيقنا في الواقع لائق جدًا، حتى لو قلت ذلك بنفسي. يمكنك الاطلاع على الأداء في الوقت الفعلي-والبيانات التاريخية، وسوف يتم تنبيهك إذا حدث خطأ ما. لقد دفعنا تحديثًا في الأسبوع الماضي يعمل على إصلاح حالة البطارية-لتقدير الشحن- - حيث كانت القراءة متفائلة بنسبة 5% تقريبًا من قبل.

خوارزميات أفضل- هذا هو هاجسي الشخصي. لقد كنت أعمل على خوارزمية تنبؤية تستخدم بيانات توقعات الطقس -لضبط معلمات التتبع بشكل استباقي. هل يعمل؟ أحيانا. هل يستحق هذا الجهد؟ هيئة المحلفين لا تزال خارج.

MPPT

لقد قمت بذلك لفترة كافية لمعرفة الأخطاء الشائعة:

حجمها بشكل صحيح– لا تشتري وحدة تحكم MPPT 60A للوحة 10A. انها الإسراف. وبالمثل، لا تقلل من حجمها معتقدًا أنك ستوفر المال. سوف تتلفها فقط عندما تقوم حتماً بإضافة المزيد من اللوحات لاحقًا.

يبقيه باردا- هذه الأشياء تولد الحرارة. لا تقم بتركيبه في صندوق مغلق تحت أشعة الشمس المباشرة. نعم، الناس يفعلون هذا في الواقع. لا، أنا لا أفهم لماذا.

مستشعر درجة حرارة البطارية- استخدمه! يجب أن يتم تعويض جهد الشحن بدرجة الحرارة-. تتطلب درجة حرارة الغرفة ووسط الصحراء جهدًا كهربائيًا مختلفًا.

تحجيم الكابل- نتلقى العديد من المكالمات حول عدم عمل وحدات التحكم بشكل صحيح، ودائمًا ما تتسبب الكابلات الصغيرة الحجم في انخفاض الجهد. استخدم حاسبة حجم الكابلات الدموية على موقعنا.

الإعدادات مهمة- الإعدادات الافتراضية متحفظة. اقرأ الدليل (أعلم أنه اقتراح صادم) وقم بتكوينه ليناسب نوع البطارية المحدد لديك.

إذًا، ما هو MPPT؟ إنها في الأساس أداة التوفيق الإلكترونية الذكية التي تضمن عمل الألواح الشمسية والبطارية معًا بأكبر قدر ممكن من الكفاءة، والتكيف باستمرار مع الظروف المتغيرة للضغط على كل واط ممكن من الإعداد الخاص بك.

هل يستحق كل هذا العناء؟ بالنسبة لمعظم المنشآت، على الاطلاق. التكلفة الإضافية لوحدة تحكم MPPT عبر PWM تدفع تكاليفها من خلال زيادة حصاد الطاقة خلال عام أو عامين.

هل نحن متحيزون لأننا نبيعها؟ بالتأكيد. لكننا نؤمن بها أيضًا، وإلا لما كنا قد أمضينا الخمسة عشر عامًا الماضية في تحسين التكنولوجيا وبناء بعض من أفضل وحدات التحكم MPPT في السوق. (ونعم، أعلم أن كل شركة تقول ذلك، لكن شركاتنا تفعل ذلك بالفعل. حاربوني.)

على أي حال، إذا كانت لديك أسئلة، قم بإسقاطها في التعليقات أو راسلني عبر البريد الإلكتروني. أو الأفضل من ذلك، اللحاق بي في معرض أمستردام في مارس. سأكون الشخص الذي يشرب الكثير من القهوة ويشرح MPPT لأي شخص يستمع.

أوه، ومقبس سريع - قم بإقران MPPT الخاص بك معبطارية الليثيوم الأيونيةإذا استطعت. تتيح خاصية الشحن السريع لوحدة التحكم العمل بشكل صحيح خلال أيام الشتاء القصيرة. لقد قمنا باختبار هذا السرد منذ العام الماضي، وبصراحة فإن مكاسب الكفاءة تستحق الذكر.