MPPT & PWM تحكم بالطاقة الشمسية

1. ما هو جهاز التحكم الكهروضوئية ودور جهاز التحكم الكهروضوئي؟

في حالة الإضاءة ، تقوم مصابيح الشوارع الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء من خلال الألواح الشمسية وتخزينها في البطارية ؛عند الحاجة ، يتم تحويل طاقة البطارية إلى طاقة ضوئية لجلب الضوء إلى الليل ، ولتحقيق كل هذا ، تحتاج أيضًا إلى تكوين غير مهم ولكنه مهم ، أي وحدة التحكم الكهروضوئية.

الاسم الكامل لوحدة التحكم الشمسية هو وحدة التحكم في الشحن والتفريغ الكهروضوئية ، وهي عبارة عن جهاز تحكم أوتوماتيكي للتحكم في مجموعة الخلايا الشمسية لشحن البطارية والبطارية لتشغيل حمل العاكس الشمسي في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية.

يمكنه ضبط ظروف التحكم وفقًا لخصائص الشحن والتفريغ للبطارية ، والتحكم في خرج الطاقة لمكونات الخلايا الشمسية والبطارية إلى الحمل ، وتثبيت حالة العمل لمحطة الطاقة ، وحماية البطارية ، مما يمكن أن يمنع البطارية من الشحن الزائد والاتصال المضاد للعكس ووظائف مكافحة قصر الدائرة.

2. ما هي فئات أجهزة التحكم الكهروضوئية الشائعة؟

يمكن تقسيم وحدات التحكم في الشحن الكهروضوئية بشكل أساسي إلى خمسة أنواع: وحدة التحكم الكهروضوئية التحويلية ، وحدة التحكم الكهروضوئية المتسلسلة ، وحدة التحكم الكهروضوئية بتعديل عرض النبض (PWM) ، وحدة التحكم الكهروضوئية الذكية ، وحدة التحكم الكهروضوئية القصوى لتتبع الطاقة (MPPT).يشيع استخدام PWM و MPPT.

3. ما هو PWM و MPPT؟

PWM و MPPT نوعان مختلفان من وحدات التحكم في وضع الشحن للشحن بالطاقة الشمسية ، والتي يمكن استخدامها لشحن البطارية بالتيار الذي تولده الوحدة الشمسية.تستخدم كلتا التقنيتين على نطاق واسع في أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة ، وكلاهما يعمل بشكل جيد لشحن البطاريات بكفاءة.لا يعتمد اختيار وحدة تحكم PWM أو MPPT تمامًا على طريقة الشحن "الأفضل" ، بل تعتمد على نوع وحدة التحكم التي تعمل بشكل أفضل في نظامك.

PWM: تعديل عرض النبض (PWM)

يشير تعديل عرض النبضة (PWM) إلى الإخراج الرقمي للمعالج الدقيق للتحكم في الدائرة التناظرية ، وهي طريقة للتشفير الرقمي لمستوى الإشارة التناظرية.من خلال التحكم في الدوائر التناظرية رقميًا ، يمكن تقليل التكلفة واستهلاك الطاقة للنظام بشكل كبير.تشتمل العديد من المتحكمات الدقيقة على وحدات تحكم PWM.

المتحكم المبكر هو بشكل عام ، الهيكل الكهربائي بسيط نسبيًا ، ويتكون من مفتاح طاقة رئيسي ، مكثف ، محرك ودائرة حماية ، مكافئ فعليًا لمفتاح ، المكون والبطارية متصلان معًا ، جهد سيتم سحب المكون لأسفل بالقرب من الجهد الكهربي لحزمة البطارية.تعتمد وحدة التحكم هذه ثلاث مراحل من الشحن ، وهي الشحن القوي والشحن المتوازن والشحنة العائمة.

① الشحن القوي: يسمى أيضًا الشحن المباشر ، أي الشحن السريع ، عندما يكون جهد البطارية منخفضًا ، يتم شحن البطارية بتيار مرتفع وبجهد مرتفع نسبيًا.

الشحن المتوازن: بعد انتهاء الشحن القوي ، ستقف البطارية لفترة من الوقت ، حتى ينخفض ​​الجهد بشكل طبيعي إلى قيمة معينة ، ستدخل حالة الشحن المتوازن ، بحيث يكون جهد نهاية البطارية موحدًا ومتسقًا.

③ بعد انتهاء الشحن المتوازن ، ستظل البطارية في وضع الانتظار لفترة من الوقت ، بحيث ينخفض ​​جهدها النهائي بشكل طبيعي ، عندما ينخفض ​​إلى نقطة "جهد الصيانة" ، ستدخل حالة الشحن العائم ، PWM ( تعديل عرض النبض) طريقة الشحن ، على غرار "الشحن الهش" ، يكون جهد البطارية منخفضًا عند الشحن ، يستمر حبلا واحد لتجنب ارتفاع درجة حرارة البطارية ، بعد ضبط عرض النبض لتقليل تيار شحن البطارية ، بحيث الحياة أطول.

يمكن لوحدة التحكم في وضع الشحن هذا حل مشكلة عدم كفاية شحن البطارية وضمان عمر خدمة البطارية.ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن كفاءة الشحن لوحدة التحكم PWM ستتأثر بدرجة الحرارة ، وكفاءة الشحن هي الأفضل عندما تكون درجة حرارة الخلية الشمسية حوالي 45 ~ 75 درجة مئوية.

MPPT: الحد الأقصى لتتبع نقطة الطاقة (MPPT)

لفهم الفرق بين شحن PWM و MPPT ، دعنا أولاً نلقي نظرة على منحنى الطاقة للألواح الكهروضوئية.منحنى الطاقة مهم لأنه يوضح توليد الطاقة المتوقع للوحة الكهروضوئية.الجهد ("V") والتيار ("I") الناتج عن اللوحة الكهروضوئية.يُطلق على الجهد الذي يولد أكبر قدر من الطاقة "نقطة الطاقة القصوى".ستقوم MPPT بتتبع التغييرات ديناميكيًا على مدار اليوم ، اعتمادًا على ظروف الإضاءة.P = U * I (P هي الطاقة الناتجة عن الألواح الكهروضوئية)

منحنى القدرة للوحة الكهروضوئية

وحدة التحكم هذه أكثر تعقيدًا ، والتكلفة أيضًا أعلى قليلاً ، وعادة ما يكون السعر عدة مرات أو حتى عشرات المرات لوحدة التحكم PWM ، ويمكنه ضبط جهد الإدخال ، بحيث يمكنه الحصول على أقصى طاقة من الألواح الشمسية.

شحن الحد من تيار MPPT: عندما يكون جهد طرف البطارية صغيرًا جدًا ، يتم استخدام طريقة شحن MPPT لضخ طاقة خرج اللوحة الشمسية إلى نهاية البطارية ، عندما تكون شدة الضوء قوية ، تزداد طاقة خرج اللوحة الشمسية ، يصل تيار الشحن إلى الحد الأدنى ، ويتم إنهاء شحن MPPT ونقله إلى الشحن الحالي الثابت ؛عندما تكون شدة الضوء ضعيفة ، سيتم نقلها إلى وضع الشحن MPPT.

2 شحنة متساوية للجهد الثابت: البطارية في وضع الشحن MPPT والمفتاح الحر لوضع الشحن الحالي المستمر ، تتعاون مع بعضها البعض بحيث يصل جهد البطارية إلى جهد التشبع ، ويدخل في مرحلة الشحن المتساوي للجهد الثابت ، مع تيار شحن البطارية تدريجيًا تنخفض ، إلى 0.01 درجة مئوية ، تنتهي مرحلة الشحن هذه وتدخل في مرحلة الشحن العائم.

(3) الشحنة العائمة للجهد الثابت: لتعويم البطارية بجهد أقل قليلاً من شحن الجهد الثابت ، تُستخدم هذه المرحلة بشكل أساسي لتكملة الطاقة الحركية التي يستهلكها التفريغ الذاتي للبطارية.

4. مقارنة بين PWM و MPPT

يتم إجراء المقارنة بين الاثنين ببساطة في جدول

مقارنةً بوحدة التحكم PWM ، تتمتع وحدة التحكم MPPT بوظيفة تتبع الطاقة القصوى ، قبل أن تصل البطارية إلى حالة التشبع ، أثناء فترة الشحن ، للتأكد من أن اللوحة الشمسية دائمًا في أقصى إخراج للطاقة ، ولن تتأثر درجة الحرارة ، من كفاءة الشحن ، بطبيعة الحال أعلى من PWM.بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن استخدام وحدة التحكم PWM إلا مع الجهد المناسب ، مثل لوحة نظام 12V لا يمكن استخدامها إلا مع وحدة تحكم وبطارية 12V ، وهي مناسبة لبعض الأنظمة الصغيرة خارج الشبكة التي تقل عن 2kw ، وهيكل بسيط ، واتصال مريح للمستخدم ، و نسبيًا سعر رخيص.

وتستخدم وحدة التحكم MPPT مساحة أكبر ، في ظل الظروف العادية ، يمكن استخدام جهد الألواح الشمسية بين 12V ~ 170V ، جهد البطارية 12 ~ 96V قابل للتعديل ، قابلية التطبيق لتكون أقوى ، مناسبة لأكثر من 2kw نظام كبير خارج الشبكة ، كفاءة عالية ، تكوين المكون أكثر مرونة.