Hvað er MPPT?

Svo hér er fyndið sem gerðist síðasta þriðjudag. Ég var að drekka kaffi með Dave frá innkaupateyminu okkar (þú veist, gaurinn sem kvartar alltaf yfir afgreiðslutíma birgja) og hann spurði mig: "Hvað er allt þetta MPPT dót sem þú heldur áfram að halda áfram um á R&D fundunum?"

Sanngjarn spurning, eiginlega. Við hendum þessum skammstöfunum um eins og konfetti í brúðkaupi, en flestir utan verkfræðibólunnar hafa nákvæmlega enga hugmynd um hvað við erum að tala um.

MPPT stendur fyrir Maximum Power Point Tracking. Og nei, þrátt fyrir hvað sumir sölubæklingar láta það hljóma, þá er það ekki einhver töfrandi svartur kassi sem bara "gerir sólarplöturnar þínar betri." Það er í raun frekar einfalt þegar þú kemst framhjá ógnvekjandi nafninu.

Rétt, svo myndaðu þetta. Þú ert með sólarplötu á þakinu þínu. Virðist nógu einfalt - sólarljós lendir á því, rafmagn kemur út, verk lokið. Nema það er ekki alveg svona einfalt, er það?

Sólarplötur eru skrítnar. Þeir gefa þér ekki bara stöðugt magn af krafti óháð því hvað þú gerir við þá. Spennan og straumurinn sem þeir framleiða breytist eftir því hvaða álag þú tengir við þá, og hér er kveikjan: það er aðeins EIN ákveðin samsetning af spennu og straumi þar sem þú færð hámarks mögulega kraft út úr því spjaldi.

Við köllum þetta hámarksaflpunkt, eða MPP. Grípandi nafn, ég veit.

Nú, þessi punktur hreyfist stöðugt. Ský fer yfir höfuðið? MPP flytur. Hitabreytingar? MPP flytur. Er pallborðið svolítið rykugt? Þú giskaðir á það, MPP hreyfir sig. Þetta er eins og að reyna að ná skotmarki á hreyfingu með bundið fyrir augun.

Þetta er það sem Sarah (aðal kerfishönnuður okkar – ljómandi kona, hræðilegt kaffibragð) lýsti fyrir viðskiptavini í síðasta mánuði: „Ímyndaðu þér að þú sért að reyna að fylla fötu af vatni, en kranaþrýstingurinn heldur áfram að breytast og þú þarft stöðugt að stilla hversu langt þú opnar lokann til að fá sem besta flæðihraða. Ekki fullkomið, en það kom punktinum yfir.

Áður en MPPT varð staðall – við erum að tala um miðjan tíunda áratuginn hér – notuðu flestar sólaruppsetningar það sem við köllum PWM stýringar. PWM stendur fyrir Pulse Width Modulation, sem er bara fín leið til að segja að þeir kveiki og slökkvi á tengingunni milli spjaldsins og rafhlöðunnar mjög hratt til að stjórna hleðslu.

Vandamálið? PWM stýringar draga í grundvallaratriðum spjaldspennuna þína niður til að passa við rafhlöðuspennuna þína. Þannig að ef þú ert með 36V sólarrafhlöðu og 12V rafhlöðu, þá ertu bara... að henda stórum hluta af þeirri spennu. Þetta er eins og að kaupa sér sportbíl og keyra hann alltaf í fyrsta gír. Jú, það virkar, en hver er helvítis tilgangurinn?

Ég er reyndar enn með eina af þessum fornu PWM einingum sem situr í bílskúrnum mínum frá verkefni sem við gerðum aftur árið 2009. Það er fín pappírsvigt núna.

MPPT

MPPT stjórnandi er í grundvallaratriðum öðruvísi. Í stað þess að lækka spjaldspennuna þína niður í rafhlöðustigið notar það DC-DC breytir (hugsaðu um það sem rafeindagírkassa) til að breyta þeirri hærri spennu í meiri straum við lægri rafhlöðuspennu.

Hér er eðlisfræðihlutinn, en ég lofa að hafa hann stuttan: Afl=Spenna × Straumur. Þannig að ef þú ert með 36V við 3A frá spjaldinu þínu (108W), getur MPPT stjórnandi umbreytt því í um það bil 12V við 9A (einnig 108W, að frádregnum einhverju tapi). Þú færð SAMMA kraft, bara í öðru formi sem rafhlaðan þín getur raunverulega notað.

En bíddu, það er meira! (Ég hef horft á of margar upplýsingaauglýsingar)

MPPT stjórnandi gerir þessa umbreytingu ekki bara einu sinni og kallar það á dag. Það mælir stöðugt framleiðsla spjaldsins, fínstillir álagið sem það gefur fyrir spjaldið, mælir aftur og heldur áfram að stilla sig til að finna þann sæta stað - hámarksaflpunktinn - þar sem það dregur mesta kraftinn úr spjaldinu þínu á hverri stundu.

Það er að dansa þennan tugi sinnum á sekúndu. Allan daginn, alla daga.

Núna er það þar sem það verður áhugavert og þar sem fyrirtæki eins og okkar eyða allt of miklum tíma í að rífast á tæknilegum endurskoðunarfundum.

Það eru fullt af mismunandi reikniritum til að rekja MPP:

Trufla og fylgjast með (P&O)— Þetta er hið gamla áreiðanlega. Stýringin ýtir vinnslupunktinum í eina átt, athugar hvort afl fór upp eða niður og ýtir svo aftur í samræmi við það. Einfalt, áhrifaríkt, en getur sveiflast um MPP eins og drukkinn sem reynir að finna skráargat. Við notum þetta í Model S-150 seríunni okkar vegna þess að það er sannað og ódýrt í framkvæmd.

Stigvaxandi leiðni– Stærðfræðilega glæsilegri, að sögn nákvæmari. Í raun og veru? Ég hef aldrei séð það standa sig verulega betur en P&O við raunverulegar-aðstæður, þrátt fyrir það sem fræðiritin halda fram. Við prófuðum bæði hlið-við-hlið í þrjá mánuði síðasta sumar (júní til ágúst 2022) og munurinn á orkuuppskeru var innan við 2%. Ekki þess virði að auka vinnslukostnað fyrir flest forrit.

Hlutfallsspenna opinn hringrás– Tekur ágiskanir byggðar á opnu-hringrásarspennu spjaldsins. Hratt en minna nákvæmt. Sumar af ódýru kínversku einingunum nota þetta, og þú getur sagt - þær eru fullnægjandi en ekki frábærar.

Þá hefurðu allar fínu nýrri aðferðirnar – taugakerfi, óljós rökfræði, stýringar á rennastillingum. Og sjáðu, ég er viss um að þeir eiga sinn stað í rannsóknarstofum og sessumsóknum, en fyrir 95% af uppsetningum? P&O stendur sig vel.

Tom frá markaðsdeildinni okkar heldur áfram að þrýsta á okkur að innleiða „AI-powered MPPT“ fyrir suðstuðulinn. Við höldum áfram að segja honum að taugakerfi séu ekki skynsamleg fyrir þetta forrit og myndu bara auka kostnað og flókið án raunverulegs ávinnings. Þessi rifrildi hefur verið í gangi síðan í október. Sendu hjálp.

MPPT

"En hversu miklu betra ER það?" — Hvert. Einhleypur. Viðskiptavinur. Fundur.

Allt í lagi, svo hér eru nokkrar raunverulegar tölur úr vettvangsprófum sem við keyrðum allt árið 2022:

Í uppsetningum okkar á Suður-Spáni (Málaga svæðinu, ef þú ert forvitinn), sáum við:

MPPT vs PWM: 25-30% meiri orka safnað að meðaltali

Besta framför: 45% (þetta var í desember með hlutaskyggingu)

Versta framför: 15% (mið-sumar, bjartir dagar, þegar jafnvel PWM virkar tiltölulega vel)

Framfarirnar eru mestar þegar:

Spjaldspenna þín er miklu hærri en rafhlöðuspenna

Þú ert með hlutaskyggingu

Hiti er mjög mismunandi

Þú ert með ósamræmi spjöld í fylkinu

Það er minnst þegar allt er tilvalið – sem er í rauninni aldrei í hinum raunverulega heimi.

Ég mun ekki leiða þig með fullri hringrásarmynd, en hér er grunnuppbyggingin:

Flestir MPPT stýringar nota buck breytir (stig-niður), boost converter (stef-up) eða buck-boost breytir (getur gert bæði) sem aflþrep. Við förum venjulega með buck topology vegna þess að flestar sólarrafhlöður eru með hærri spennu en rafhlöðurnar sem þær eru að hlaða.

Stjórnarhlutinn hefur venjulega:

Örstýring (við notum STM32 röð í úrvalslínunni okkar)

Spennu- og straumskynjarar

Hitaskynjarar (fyrir spjaldið, rafhlöðuna og stjórnandann sjálfan)

Einhvers konar notendaviðmót (LCD skjár, Bluetooth, hvað sem er)

Það er í rauninni það. Galdurinn er allur í hugbúnaðinum - reikniritinu sem ákveður hvernig á að stilla rekstrarpunktinn.

Nýja Model X-300 okkar sem við kynnum í næsta mánuði (opinber tilkynning á SolarTech Expo í Amsterdam 8. mars – komdu og segðu hæ ef þú ert þar!) notar tvíkjarna örgjörva svo við getum keyrt öryggisvöktun óháð MPPT reikniritinu. Dálítið of mikið? Kannski. En eftir það atvik þar sem kviknaði í einingu keppenda í Ástralíu á síðasta ári (nefni ekki nöfn, en þú hefur líklega heyrt um það), erum við ekki að taka áhættu.

„MPPT gefur þér meiri kraft frá spjöldum þínum“– Nei. Spjaldið þitt framleiðir það sem það framleiðir byggt á sólarljósi. MPPT tryggir bara að þú notir allt tiltækt afl í stað þess að sóa því.

„Þú þarft ekki MPPT með litlum kerfum“— Rusl. Jafnvel lítið kerfi gagnast. Vissulega er alger orkuaukning minni, en hlutfallslega-vitalega er það það sama.

"MPPT er aðeins fyrir netkerfi-bindikerfi"— Einnig rangt. Virkar frábærlega fyrir rafhlöðuhleðslu, sem er í raun þar sem við sjáum mest af sölu okkar.

„Allir MPPT stýringar eru í grundvallaratriðum eins“— Ha! Segðu verkfræðingateyminu það. Við eyðum mánuðum í að hámarka skilvirkni, hitastjórnun, áreiðanleika. En ég skal viðurkenna fyrir meðalnotanda að 50 punda kínversk eining og 400 punda stjórnandinn okkar gætuvirðastsvipað. Þangað til sú ódýra bilar eftir sex mánuði, það er.

Sko, ég á að selja þér vörurnar okkar, en ég skal vera hreinskilinn (ekki segja yfirmanni mínum að ég hafi sagt þetta):

Ef þú ert með mjög lítið kerfi (undir 50W), stutt snúruhlaup, spjaldspenna þín passar nákvæmlega við rafhlöðuspennuna þína og þú ert með þröngt fjárhagsáætlun - PWM gæti verið í lagi. Þú skilur eftir orku á borðinu, en stundum er það ásættanlegt-viðskipti.

Við fengum viðskiptavin á síðasta ári sem vildi knýja litla veðurstöð á skoska hálendinu. 20W spjaldið, 12V rafhlaða, 30 punda kostnaðarhámark. Ég mælti með ódýrum PWM stjórnanda. Hann keypti MPPT eininguna okkar samt vegna þess að "hann vildi það besta." Sanngjarnt, það eru peningarnir hans, en arðsemi af þeirri ákvörðun er líklega aldrei.

Hvert er þessi tækni að fara? Jæja, við erum að sjá nokkra þróun:

Dreift MPPT- Í stað eins stórs stjórnanda fyrir allt fylkið, smærri fínstillingar á hverju spjaldi. Betra fyrir skyggingu, en eykur kostnað og flókið. Við erum núna að prófa þetta í tilraunaverkefni í Noregi.

Skýjatenging- Allir vilja að sólarstýringin þeirra tali við snjallsímann sinn. Jú, hvers vegna ekki. Appið okkar er í raun nokkuð þokkalegt, jafnvel þótt ég segi sjálfur frá. Þú getur séð rauntíma-afköst, söguleg gögn og það mun láta þig vita ef eitthvað er að. Við ýttum á uppfærslu í síðustu viku sem lagar rafhlöðustöðu-á-hleðslumati – það var að lesa um 5% of bjartsýnt áður.

Betri reiknirit— Þetta er mín persónulega þráhyggja. Ég hef verið að vinna að forspáralgrími sem notar veðurspágögn til að-aðlaga rakningarbreytur með fyrirvara. Virkar það? Stundum. Er það fyrirhafnarinnar virði? Dómnefnd er enn úti.

MPPT

Búinn að gera þetta nógu lengi til að þekkja algengu mistökin:

Stærð það rétt– Ekki kaupa 60A MPPT stjórnandi fyrir 10A spjaldið. Það er sóun. Að sama skapi, ekki vanmeta það með því að halda að þú munt spara peninga. Þú skemmir það bara þegar þú bætir óhjákvæmilega við fleiri spjöldum síðar.

Hafðu það kalt- Þessir hlutir mynda hita. Ekki setja það í lokaðan kassa í beinu sólarljósi. Já, fólk gerir þetta í raun og veru. Nei, ég skil ekki af hverju.

Hitaskynjari rafhlöðu— Notaðu það! Hleðsluspenna ætti að vera hitastig-jafnað. Herbergishitastig og miðja Sahara krefjast mismunandi spennu.

Stærð kapals– Við fáum SVO mörg símtöl um að stýringar virka ekki sem skyldi og það eru næstum alltaf undirstærðar snúrur sem valda spennufalli. Notaðu blóðuga kapalstærðarreiknivélina á vefsíðunni okkar.

Stillingar skipta máli– Sjálfgefnar stillingar eru íhaldssamar. Lestu handbókina (ég veit, átakanleg uppástunga) og stilltu hana fyrir þína tilteknu rafhlöðugerð.

Svo, hvað er MPPT? Þetta er í grundvallaratriðum snjall rafræn matchmaker sem tryggir að sólarrafhlaðan þín og rafhlaðan vinni saman á eins skilvirkan hátt og mögulegt er, aðlagast stöðugt að breyttum aðstæðum til að kreista öll möguleg vött úr uppsetningunni þinni.

Er það þess virði? Fyrir flestar uppsetningar, algjörlega. Aukakostnaður MPPT stjórnanda umfram PWM borgar sig í aukinni orkuuppskeru innan eins eða tveggja ára.

Erum við hlutdræg vegna þess að við seljum þá? Jú. En við trúum líka á þá, annars hefðum við ekki eytt síðustu 15 árum í að betrumbæta tæknina og byggja að öllum líkindum einhverja bestu MPPT stýringar á markaðnum. (Og já, ég veit að öll fyrirtæki segja það, en okkar eru það reyndar. Berjist við mig.)

Engu að síður, ef þú hefur spurningar skaltu senda þær í athugasemdir eða senda mér tölvupóst. Eða betra, ná mér á sýninguna í Amsterdam í mars. Ég mun vera sá sem drekkur of mikið kaffi og útskýri MPPT fyrir öllum sem vilja hlusta.

Ó, og fljótleg stinga - paraðu MPPT þinn viðjónísk litíum rafhlaðaef þú getur. Hraðhleðslueiginleikinn gerir stjórnandi kleift að virka rétt á stuttum vetrardögum. Við höfum verið að prófa þetta combo síðan á síðasta ári og skilvirknin er heiðarlega þess virði að minnast á.