MPPT функция в контроллерах

Контроллеры заряда

Простейшие контроллеры просто отключают источник энергии (солнечную батарею) при достижении напряжения на АБ равного напряжению заряда. При снижении напряжения на АБ до некоторого промежуточного значения снова подключается СБ и заряд возобновляется. При падении напряжения на АБ ниже критического напряжения разряда происходит отключение АБ от нагрузки. Повторное включение может производиться как в ручном режиме, так и автоматически. Такая схема заряда теоретически обеспечивает заряд АБ до 60-70% от номинальной емкости и характеризуется снижением срока эксплуатации аккумуляторов.

Более совершенные контроллеры на завершающей стадии заряда используют так называемую широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока заряда. При этом возможен заряд АБ до 100%. Сокращенно алгоритм работы ШИМ контроллера состоит из 3 или 4-х стадий (в зависимости от типа аккумуляторов):

1 стадия. Заряд максимальным током. На этой стадии АБ получает весь ток, поступающий от СБ.

2 стадия. ШИМ заряд. Когда напряжение на АБ достигает определенного уровня, контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ тока заряда. Это предотвращает перегрев и газообразование в аккумуляторе. Ток уменьшается по мере заряда АБ.

3 стадия. Выравнивание. Многие батареи с жидким электролитом улучшают свою работу при периодическом заряде до газообразования, при этом выравниваются напряжения на различных банках АБ и происходит очищение пластин и перемешивание электролита. Эта стадия, как правило, требует использования АБ со встроенными датчиками газообразования.

4 стадия. Поддерживающий заряд: Когда АБ полностью заряжена, зарядное напряжение уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования в батарее. АБ поддерживается в заряженном состоянии.

Кроме того, контроллер заряда предохраняет аккумуляторы от переразряда, отключая нагрузку при минимально допустимом значении напряжения на аккумуляторах, с его помощью также осуществляется защита от перегрузок или короткого замыкания.

В контроллерах последнего поколения появилась очень ценная функция – поиск точки максимальной мощности (Maximal Power Point Tracking, MPPT). Суть ее заключается в том, чтобы вырабатываемая солнечными батареями электроэнергия максимально использовалась в нагрузке (разумеется, если это не приведет к отклонению от заданных норм эксплуатации аккумуляторов). Солнечная батарея имеет вольт-амперную характеристику, изображенную на рисунке.

Крайними точками на ней являются точка В напряжения холостого хода (I=0), отражающая ЭДС батареи, и точка А тока короткого замыкания. Солнечные батареи не боятся коротких замыканий, так что измерить ток короткого замыкания можно, просто подключив амперметр к клеммам батареи. При этом вся вырабатываемая энергия будет выделяться на самой батарее в виде тепла. То же самое происходит, если к батарее вообще не подключена нагрузка. При подключении к батарее нагрузки, часть энергии будет выделяться на ней. При уменьшении сопротивления нагрузки, напряжение будет падать, сначала слабо, а ток возрастать. Соответственно, будет возрастать и отдаваемая нагрузке мощность. В некоторой точке «С» мощность, выделяемая на нагрузке, достигает своего максимума, после чего, при дальнейшем уменьшении сопротивления, напряжение на нагрузке начинает резко падать, а вместе с ним и выделяемая мощность. Точка «С» называется точкой максимальной мощности. Значение напряжения и силы тока в ней зависят от нескольких параметров. Это паспортная мощность батареи, яркость источника света, угол падения лучей, температура батареи. Все перечисленные параметры, кроме первого, постоянно изменяются во времени, что приводит к соответствующему  изменению графика и положения точки «С» на нем. Соответственно, чтобы вырабатываемая энергия в процессе эксплуатации батареи максимально отдавалась нагрузке, необходимо, чтобы сопротивление нагрузки определенным образом изменялось, подстраиваясь под текущие параметры солнечной батареи. В процессе заряда, аккумулятор в определенном смысле является сопротивлением нагрузки. Величина его внутреннего сопротивления также зависит от некоторых параметров, главным образом от степени заряда, от которой также зависит и ЭДС аккумулятора.  Если к клеммам солнечной батареи напрямую подключить аккумулятор (рис.), то по цепи потечет ток. Его величина находится по формуле:

I = (ЭДС1 – ЭДС2)/(R1+R2)

где ЭДС1 и ЭДС2 – ЭДС солнечной батареи и аккумулятора соответственно, а R1 и R2 – их внутренние сопротивления.  Напряжение на клеммах солнечной батареи будет равно напряжению на аккумуляторе и находится по формуле:

U = ЭДС1 — IR1 = ЭДС2 — IR2

Не вдаваясь в более детальные научные выкладки, заметим, что напряжение в цепи зависит от нескольких параметров и в общем случае не совпадает с напряжением в точке «С». Следовательно, вырабатываемая энергия будет не полностью отдаваться в нагрузку. Устанавливаемый между солнечной батареей и аккумулятором контроллер с функцией MPPT (рис.) трансформирует параметры поступаемого с нее тока таким образом, чтобы напряжение на солнечной батарее всегда соответствовало напряжению максимальной мощности. Испытания показали, что использование MPPT контроллера повышает эффективность солнечных батарей на 10-30%, особенно в пасмурную погоду.

 

Вам понравилась статья? Поделитесь с друзьями в Вашей социальной сети:
Приглашаю к общению:
This entry was posted in Контроллеры. Bookmark the permalink.

Comments are closed.