Controlador de carga solar MPPT - Trabalho, dimensionamento e seleção

O que é o Controlador de Carga Solar de Rastreamento de Ponto de Potência Máximo (MMPT)?

O que é Rastreamento de Power Point Máximo ou um Carregador MPPT?

O MPPT ou 'Rastreamento de Power Point máximo Os controles são muito mais sofisticados do que os controladores PWM e permitem que o painel solar funcione em seu ponto de potência máxima ou, mais precisamente, na tensão ideal para saída de potência máxima. Usando esta tecnologia inteligente, os controladores de carga solar MPPT podem ser até 30% mais eficazes com base na tensão e tensão do painel solar conectado.

Como referência geral, os controladores de carregamento MPPT podem ser usados ​​em todos os sistemas de maior potência usando dois ou mais painéis solares ou se a tensão do painel (V_mp ) é 8V ou superior à voltagem da bateria - veja a definição completa abaixo.

O MPPT é essencialmente um conversor DC para DC eficaz para maximizar a potência de saída de um painel solar. O primeiro MPPT foi inventado em 1985 por uma pequena empresa australiana chamada AERL e agora é útil em quase todos os inversores solares conectados à rede e muitos controladores de carga solar.

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A teoria operacional do controlador de carregamento solar MPPT é elementar devido à variação do grau de luz solar (irradiância) no painel solar durante o dia. A tensão e a corrente do painel variam continuamente. Para obter o máximo de eletricidade, o rastreador de ponto de maior potência varre a tensão do painel para encontrar o "ponto ideal" ou a combinação ideal de tensão e corrente para fornecer a maior potência. O MPPT está programado para monitorar e alterar continuamente a tensão para produzir o máximo de eletricidade, independentemente das condições climáticas.

Observe que, normalmente, apenas controladores MPPT de última geração detectarão sombreamento parcial ou monitorarão vários pontos de energia. Ao usar essa tecnologia, o desempenho do painel solar melhora e a quantidade de energia produzida pode ser até 30% maior do que o controlador de carga solar PWM.

O Princípio Operacional do Controlador de Carga Solar MPPT

A saída da matriz fotovoltaica não é linear. Ele determina pela quantidade de luz solar, a temperatura da atmosfera e o estado de carga.

Em uma intensidade de luz solar constante e temperatura ambiente, a matriz fotovoltaica pode operar em várias tensões de saída. No entanto, pode atingir a qualidade de desempenho do painel fotovoltaico com um limite de apenas uma tensão de saída. Neste ponto, o ponto de operação do painel fotovoltaico ultrapassa o limite mais alto da curva de tensão de potência de saída, que é considerado o “Ponto de Potência Máximo”.

Portanto, é necessário alterar o ponto de operação do painel fotovoltaico para mantê-lo próximo ao ponto de potência máxima para aumentar seu desempenho geral. Esse conceito é conhecido como “rastreamento de ponto de potência máxima”.

A seguir está o diagrama de blocos típico do controlador de carregamento solar MPPT.

Desempenho e benefícios do controlador de carregamento solar MPPT

Agora, vamos igualar o MPPT Solar Charge Controller ao General Solar Charge Controller.

O General Solar Charge Controller é como uma caixa de câmbio manual de carro. Se não aumentarmos adequadamente a caixa de câmbio à medida que a rotação do motor aumentasse, a velocidade do carro seria, sem dúvida, afetada.

Até a distribuição, deve definir os parâmetros de carregamento do controlador de carregamento solar geral. No entanto, o MPPT Solar Charge Controller pode monitorar o ponto de energia total do painel solar em tempo real para obter o máximo desempenho. Ao observar o ponto de potência máxima, quanto maior a tensão, maior a potência de pico e maior a eficiência de carregamento.

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O desempenho do sistema de energia solar integrado ao controlador de carregamento solar MPPT é 50% superior ao do controlador de carregamento solar convencional. No entanto, de acordo com uma avaliação realista, esse número é de 20% a 30%, com base na atmosfera circundante e na perda de eletricidade.

Em conclusão, devido aos custos de construção, a área do painel solar montado no RV será reduzida. Além disso, haveria uma falta significativa de produtividade devido à instalação plana do painel solar RV.

Ele também deve usar um controlador de carregamento solar apropriado para atingir o desempenho máximo do sistema solar de RV.

Dimensionamento de um controlador de carregamento solar MPPT

Vamos entender isso com um exemplo básico. Veja o próximo exemplo para mais detalhes.

Suponha que você tenha 4 painéis solares de telhado de 100 Watts e todos estejam conectados em série. cada um dos painéis tem uma tensão de circuito aberto de 22,5V. Qual classificação do controlador MPPT está correta?

Resposta-

A tensão em série será =22,5 x 4

V =90 V

A tensão nominal escrita no controlador MPPT deve ser de 90 V ou o controlador deve aceitar 90 V

Como os controladores MPPT limitam seu desempenho, você pode renderizar o array do tamanho que desejar, e o controlador pode restringir a saída. No entanto, isso significa que a máquina não é tão eficaz quanto deveria ser. Os controladores MPPT terão um amplificador lido com ele, por exemplo, um controlador MPPT de 40 amperes. Se os painéis podem gerar 80A de corrente, o controlador de carregamento MPPT pode gerar apenas 40A de corrente, não importa o quê.

Os controladores MPPT terão um amplificador de leitura com ele, por exemplo, um controlador MPPT de 40 amperes. Ao contrário do PWM, a tensão nominal de entrada dos controladores MPPT é muito maior do que os bancos de baterias que os carregam. É devido ao recurso exclusivo do controlador MPPT para diminuir a tensão para a tensão do banco da bateria e, em seguida, aumentar a corrente para compensar a falta de energia. Você não precisa usar alta tensão de entrada para evitar conexões em série em sistemas pequenos, mas isso é muito útil em sistemas maiores.

Vamos supor que a marca do controlador indica que ele pode acomodar bancos de baterias de 12V ou 24V. Procure a importância de Rov. Por exemplo, se for Rov-40, a corrente é a taxa de 40 amperes.

Em terceiro lugar, devemos observar a tensão de entrada solar mais alta. Por exemplo, se o controlador MPPT acomodar 100 volts de entrada, pode levar até 100 volts e desligá-lo para sua bateria de 12V ou 24V. Vamos supor que você tenha 4 painéis de 100 Watts em série, cada um com uma tensão de circuito aberto de 22,5V. O 4 da sequência será 4 x 22,5 V =90 Volts, que o controlador irá considerar.

Exemplo

Vamos entender isso com um exemplo aqui. Suponha que uma sala tenha as seguintes cargas CC classificadas em 24 V; quatro lâmpadas de 25 W e duas ventoinhas de 25 W

Todas as cargas acima mencionadas são alimentadas por dois módulos fotovoltaicos conectados em paralelo, cada módulo fotovoltaico tem uma corrente máxima de ponto de potência IMP de 5 A e corrente de curto-circuito ISC de 8 A. Agora temos que encontrar a tensão nominal do sistema, a corrente nominal do painel fotovoltaico e a corrente de carga nominal do controlador de carregamento solar?

Carga DC total =(Nº de lâmpadas × Potência de cada lâmpada) + (Nº de ventoinhas × Potência de cada ventoinha)

Carga CC total =(4 × 25) + (2 × 25) =100 + 50 =  150 W

A tensão nominal do sistema do controlador de carregamento solar é a mesma que a tensão nominal da carga e do conjunto de painéis.

Corrente nominal do painel fotovoltaico =2 × 8 (a corrente de curto-circuito de cada módulo fotovoltaico é de 7 A e são conectados em paralelo)

Corrente nominal do painel fotovoltaico =16 A

Considerando o fator de segurança de 1,25, a corrente nominal do painel fotovoltaico é 1,25 × 16 =20 A

Corrente de carga nominal =Carga CC total / Tensão nominal do sistema =150 / 24

Corrente de carga nominal =6,25 A

Dessa forma, você precisa de um controlador de carregamento solar MPPT de 6,25 A para o sistema fotovoltaico. Veja mais exemplos resolvidos para dimensionar o controlador de carga PWM e MMPT no post anterior.

Quais são os diferentes tipos de controlador de carregador solar?

Três tipos de controlador de carregamento solar

1) Controles simples de 1 ou 2 fases: comutou transistores para regular a tensão em uma ou duas etapas.

2) PWM (modulação de largura de pulso) :esta é a forma tradicional do controlador de carga, por exemplo, xantrex, Blue Sky e assim por diante. Eles são a norma da indústria no momento.

3) Rastreamento de ponto de energia máximo (MPPT): O MPPT identifica a tensão de operação ideal e a amperagem do visor do painel solar e corresponde à do banco de células elétricas.

Como escolher o melhor controlador de carregamento para um trabalho

Controladores de carregamento MPPT x PWM

MPPT

MPPT (rastreamento de ponto de potência máxima) é uma tecnologia moderna e mais eficaz. À medida que a potência e a tensão do painel solar aumentam, mais e mais painéis precisam de controladores de carga MPPT.

Com os controladores MPPT, a energia solar de entrada passa em uma tensão comparativamente mais alta e o controlador reduz a tensão para o carregamento correto da bateria. A corrente de entrada aumenta proporcionalmente com perdas insignificantes, resultando em um carregador solar altamente eficaz.

PWM

Os controladores de carga PWM (modulação por largura de pulso) dependem de hardwares mais antigos e menos confiáveis ​​e permitem que você ajuste a tensão do painel solar à tensão da bateria. Por exemplo, se você executar um painel solar nominal de 12 volts por meio de um controlador de carregamento PWM, precisará de um banco de baterias de 12 volts.

Os controladores PWM não são tão confiáveis ​​e podem perder cerca de 20% da potência de entrada devido à falta de eficiência. Por exemplo, um painel de 100 watts/12 volts produz cerca de 5,5 amperes a 18 volts em condições de pico. O uso de um controlador PWM reduzirá a potência para cerca de 14,5 volts a 5,5 amps ou 80 watts (14,5 V x 5,5a =80 watts).

Existem restrições sobre a escolha de equipamentos, incluindo o uso de painéis solares nominais de 12 ou 24 volts. Normalmente, os controladores PWM são menores em tamanho e têm limites firmes nas opções de equipamentos disponíveis porque precisam da mesma tensão que o banco de baterias.

Por causa disso, a maioria de nossos clientes residenciais está aderindo aos controladores MPPT para sistemas maiores. Os controladores de carga PWM também são famosos por aplicações menores, como RVs, pequenas cabines fora da rede e locais industriais remotos que exigem quantidades limitadas de eletricidade.

Compatibilidade do equipamento

Podemos combinar controladores de carga com instalações solares com características elétricas idênticas. Para escolher o melhor controlador, veja os seguintes atributos:

• Tensão de entrada: a tensão mais alta que o controlador pode suportar. Geralmente varia de 100 a 600 Vdc para controladores de carregamento MPPT.
• Tensão da bateria: a tensão do controlador de carregamento deve ser consistente com a tensão do banco da bateria. A maioria dos controladores pequenos é de 12 V ou 24 V, enquanto os controladores maiores geralmente são configurados para 12/24/36/48 volts.
• Atual: amps de carga total, por exemplo, 100 amps para FM100 AFCI
• Tipo de bateria: verifique se o controlador de carregamento está classificado para acomodar o tipo de bateria que você está usando (a maioria dos controladores de carregamento é projetada para baterias de chumbo-ácido, portanto, esse ponto é significativo para íons de lítio.)

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Compliance de código e segurança

Verifique se o controlador foi credenciado para estar em conformidade com os padrões municipais de construção e a legislação de segurança. Procure as seguintes informações:

• UL listado para UL 1741
• Proteção contra falhas de aterramento (GFCI)
• UL 458 (para aplicativos móveis)
• Proteção contra falhas de arco (AFCI)

Monitoramento online

A maioria dos controladores pode se vincular a um serviço de rastreamento para que você possa verificar o desempenho do seu dispositivo remotamente. Explore portais de rastreamento compatíveis para garantir que eles forneçam toda a funcionalidade necessária para rastrear o sucesso do seu dispositivo. Em certos casos, monitoramento e controle remoto exigirão hardware adicional.

Comunicação

Muitos controladores de carga funcionam em rede com inversores, displays de bateria, partidas de geradores automáticos, baterias de íons de lítio e assim por diante. Verifique a capacidade de rede do controlador para garantir que ele funcione bem com outros aspectos do dispositivo.

Controle Auxiliar

O controle auxiliar permite que o controlador desconecte automaticamente outros componentes do dispositivo, dependendo dos critérios definidos pelo usuário final. É útil para monitorar dispositivos com fio, como chaves de partida automáticas, desvio de carga e muito mais. Geralmente envolve a adição de relés graduados adequadamente para alimentar seus sistemas.

Eficiência e autoconsumo

O próprio controlador de carregamento absorve eletricidade, o que significa que seu processamento de sinal não é 100% confiável. Procure controladores de carga de baixo autoconsumo e alto desempenho. A maioria dos controladores de carga MPPT é 98% eficaz ou melhor, enquanto os controladores PWM e as soluções MPPT de baixo custo estão atrás da marca.

Aplicações de controladores de carga solar MPPT

O seguinte sistema básico de instalação de painel solar mostra a regra importante do controlador de carregamento solar e um inversor. O inversor (que converte energia CC de baterias e painéis solares em energia CA) é usado para conectar os aparelhos CA através do controlador de carga. Por outro lado, os aparelhos DC podem ser conectados diretamente ao controlador de carregamento solar para alimentar a energia DC dos aparelhos através de painéis fotovoltaicos e baterias de armazenamento.

Um sistema solar de iluminação pública é um sistema que usa um módulo fotovoltaico para transformar a luz solar em eletricidade DC. O dispositivo usa apenas energia DC e inclui um controlador de carregamento solar para armazenar DC no compartimento da bateria para não ser visível durante o dia ou a noite.

O sistema solar doméstico usa a energia gerada a partir do módulo fotovoltaico para fornecer eletrodomésticos ou outros eletrodomésticos. O dispositivo inclui um controlador de carregamento solar para armazenar CC no banco de baterias e uma roupa para uso em qualquer ambiente onde a rede elétrica não esteja disponível.

O sistema híbrido consiste em várias fontes de energia para fornecer energia de emergência em tempo integral ou outros fins. Ele normalmente integra um painel solar com outros meios de geração, como geradores a diesel e fontes de energia renovável (gerador de turbina eólica e hidrogerador, etc.). Inclui um controlador de carga solar para armazenar DC em um banco de baterias.

O sistema de bombeamento solar de água é um sistema que utiliza energia solar para bombear água de reservatórios naturais e superficiais para a casa, vila, tratamento de água, agricultura, irrigação, pecuária e outras aplicações.

O controlador de carregamento solar MPPT minimiza a complexidade de qualquer sistema, mantendo a saída do sistema alta. Além disso, você pode usá-lo com mais várias outras fontes de energia.