MPPT là gì?

Vì vậy, đây là một điều buồn cười đã xảy ra vào thứ Ba tuần trước. Tôi đang uống cà phê với Dave từ nhóm thu mua của chúng tôi (bạn biết đấy, anh chàng luôn phàn nàn về thời gian giao hàng của nhà cung cấp) và anh ấy hỏi tôi: "Tất cả những vấn đề MPPT mà bạn tiếp tục nói trong các cuộc họp R&D là gì?"

Câu hỏi công bằng, thực sự. Chúng ta ném những từ viết tắt này giống như hoa giấy trong một đám cưới, nhưng hầu hết những người bên ngoài bong bóng kỹ thuật hoàn toàn không biết chúng ta đang nói về điều gì.

MPPT là viết tắt của Theo dõi điểm công suất tối đa. Và không, mặc dù một số tài liệu quảng cáo bán hàng nghe có vẻ như thế nào, nhưng đó không phải là một chiếc hộp đen thần kỳ nào đó chỉ "làm cho tấm pin mặt trời của bạn tốt hơn". Nó thực sự khá đơn giản khi bạn vượt qua được cái tên đáng sợ.

Đúng rồi, hãy hình dung thế này. Bạn có một tấm pin mặt trời trên mái nhà của bạn. Có vẻ đơn giản – ánh sáng mặt trời chiếu vào, điện tắt, công việc đã hoàn thành. Ngoại trừ việc nó không đơn giản như vậy phải không?

Tấm pin mặt trời thật kỳ lạ. Chúng không chỉ cung cấp cho bạn một lượng sức mạnh liên tục bất kể bạn làm gì với chúng. Điện áp và dòng điện mà chúng tạo ra thay đổi dựa trên tải bạn kết nối với chúng và đây là điểm mấu chốt: chỉ có MỘT sự kết hợp cụ thể giữa điện áp và dòng điện để bạn có được công suất tối đa có thể từ bảng điều khiển đó.

Chúng tôi gọi đây là Điểm Sức mạnh Tối đa, hay MPP. Cái tên hấp dẫn, tôi biết.

Bây giờ, điểm này di chuyển xung quanh liên tục. Đám mây bay qua đầu? MPP di chuyển. Nhiệt độ thay đổi? MPP di chuyển. Bảng điều khiển bị bụi một chút? Bạn đoán xem, MPP đang di chuyển. Nó giống như cố gắng bắn trúng một mục tiêu đang di chuyển trong khi bị bịt mắt.

Đây là điều mà Sarah (nhà thiết kế hệ thống chính của chúng tôi – người phụ nữ thông minh, có hương vị cà phê khủng khiếp) đã mô tả cho một khách hàng vào tháng trước: "Hãy tưởng tượng bạn đang cố đổ đầy nước vào một thùng, nhưng áp suất vòi liên tục thay đổi và bạn cần phải liên tục điều chỉnh khoảng cách mở van để có được tốc độ dòng chảy tốt nhất." Không hoàn hảo, nhưng nó đã hiểu rõ.

Trước khi MPPT trở thành tiêu chuẩn – chúng ta đang nói đến giữa những năm 1990 – hầu hết các hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời đều sử dụng cái mà chúng tôi gọi là bộ điều khiểnPWM. PWM là viết tắt của Điều chế độ rộng xung, đây chỉ là một cách nói hoa mỹ để nói rằng chúng bật và tắt kết nối giữa bảng điều khiển và pin của bạn rất nhanh để kiểm soát quá trình sạc.

Vấn đề? Bộ điều khiển xung điện về cơ bản sẽ kéo điện áp bảng điều khiển xuống để phù hợp với điện áp pin của bạn. Vì vậy, nếu bạn có một tấm pin mặt trời 36V và một pin 12V, bạn chỉ đang... vứt đi một lượng lớn điện áp đó. Nó giống như mua một chiếc xe thể thao và chỉ lái nó ở số một. Chắc chắn, nó hoạt động, nhưng vấn đề là gì?

Tôi thực sự vẫn còn một trong những bộ điều khiển xung điện cổ này trong gara của mình từ một dự án mà chúng tôi đã thực hiện vào năm 2009. Bây giờ nó là một chiếc chặn giấy đẹp đẽ.

MPPT

Bộ điều khiển MPPT về cơ bản là khác nhau. Thay vì chỉ giảm điện áp bảng điều khiển xuống mức pin, nó sử dụng bộ chuyển đổi DC{1}}DC (coi nó như một hộp số điện tử) để thực sự chuyển đổi điện áp cao hơn đó thành dòng điện lớn hơn ở điện áp pin thấp hơn.

Đây là phần vật lý nhưng tôi hứa sẽ nói ngắn gọn: Công suất=Điện áp × Dòng điện. Vì vậy, nếu bạn có 36V ở 3A từ bảng điều khiển của mình (108W), bộ điều khiển MPPT có thể chuyển đổi nó thành khoảng 12V ở 9A (cũng là 108W, trừ đi một số tổn thất). Bạn đang nhận được CÙNG nguồn điện, chỉ ở một dạng khác mà pin của bạn thực sự có thể sử dụng.

Nhưng chờ đã, còn nhiều hơn thế nữa! (Tôi đã xem quá nhiều quảng cáo)

Bộ điều khiển MPPT không chỉ thực hiện chuyển đổi này một lần và gọi nó là một ngày. Nó liên tục đo đầu ra của bảng điều khiển, điều chỉnh tải mà nó đưa đến bảng điều khiển, đo lại và tiếp tục điều chỉnh để tìm ra điểm phù hợp đó – Điểm công suất tối đa – nơi nó khai thác tối đa năng lượng có thể từ bảng điều khiển của bạn tại bất kỳ thời điểm nào.

Nó đang thực hiện điệu nhảy này hàng chục lần mỗi giây. Cả ngày, mỗi ngày.

Bây giờ, đây mới là điều thú vị và là nơi các công ty như của chúng tôi dành quá nhiều thời gian để tranh luận trong các cuộc họp đánh giá kỹ thuật.

Có rất nhiều thuật toán khác nhau để theo dõi MPP:

Nhiễu loạn và quan sát (P&O)– Đây là điều đáng tin cậy cũ. Bộ điều khiển sẽ di chuyển điểm vận hành theo một hướng, kiểm tra xem nguồn điện tăng hay giảm, sau đó lại di chuyển tương ứng. Đơn giản, hiệu quả nhưng có thể dao động xung quanh MPP giống như một người say rượu đang cố gắng tìm lỗ khóa. Chúng tôi sử dụng tính năng này trong dòng Model S-150 vì nó đã được chứng minh và chi phí thực hiện rẻ.

Độ dẫn tăng dần– Thanh lịch hơn về mặt toán học, được cho là chính xác hơn. Trong thực tế? Tôi chưa bao giờ thấy nó hoạt động tốt hơn đáng kể so với P&O trong-điều kiện thực tế, bất chấp những gì các bài báo học thuật tuyên bố. Chúng tôi đã thử nghiệm song song cả hai trong ba tháng vào mùa hè năm ngoái (tháng 6 đến tháng 8 năm 2022) và mức chênh lệch về thu hoạch năng lượng là dưới 2%. Không đáng để tốn thêm chi phí xử lý cho hầu hết các ứng dụng.

Điện áp mạch hở phân đoạn– Đoán dựa trên điện áp mạch- hở của bảng điều khiển. Nhanh nhưng kém chính xác. Một số đơn vị giá rẻ của Trung Quốc sử dụng điều này và bạn có thể nói – chúng đủ dùng nhưng không tuyệt vời.

Sau đó, bạn có tất cả các phương pháp mới hơn – mạng lưới thần kinh, logic mờ, điều khiển chế độ trượt. Và hãy nhìn xem, tôi chắc chắn rằng chúng có vị trí trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu và các ứng dụng thích hợp, nhưng đối với 95% số lượt cài đặt thì sao? P&O thực hiện công việc rất tốt.

Tom từ bộ phận tiếp thị của chúng tôi liên tục thúc đẩy chúng tôi triển khai "MPPT -được hỗ trợ bởi AI" cho yếu tố gây tiếng vang. Chúng tôi liên tục nói với anh ấy rằng mạng lưới thần kinh không có ý nghĩa gì đối với ứng dụng này và sẽ chỉ làm tăng thêm chi phí cũng như độ phức tạp mà không mang lại lợi ích thực sự nào. Cuộc tranh cãi này đã diễn ra từ tháng 10. Gửi trợ giúp.

MPPT

"Nhưng nó tốt hơn bao nhiêu?" - Mọi. Đơn. Khách hàng. Cuộc họp.

Được rồi, đây là một số con số thực tế từ các thử nghiệm thực tế mà chúng tôi đã thực hiện trong suốt năm 2022:

Trong quá trình lắp đặt của chúng tôi ở miền nam Tây Ban Nha (vùng Málaga, nếu bạn tò mò), chúng tôi đã thấy:

MPPT so vớiPWM: Thu hoạch năng lượng trung bình nhiều hơn 25-30%

Cải thiện tốt nhất: 45% (đây là vào tháng 12 với bóng mờ một phần)

Cải thiện tệ nhất: 15% (giữa-mùa hè, những ngày trời trong, khi ngay cả điều khiển từ xa cũng hoạt động tương đối tốt)

Sự cải thiện lớn nhất khi:

Điện áp bảng của bạn cao hơn nhiều so với điện áp pin

Bạn có bóng một phần

Nhiệt độ thay đổi nhiều

Bạn có các bảng không khớp trong mảng

Nó nhỏ nhất khi mọi thứ đều lý tưởng – điều về cơ bản là không bao giờ có trong thế giới thực.

Tôi sẽ không làm bạn nhàm chán với sơ đồ mạch đầy đủ, nhưng đây là cấu trúc liên kết cơ bản:

Hầu hết các bộ điều khiển MPPT đều sử dụng bộ chuyển đổi tăng tốc (bước{0}}xuống), bộ chuyển đổi tăng tốc (bước{1}}tăng) hoặc bộ chuyển đổi tăng cường-tăng (có thể thực hiện cả hai) làm giai đoạn công suất. Chúng tôi thường sử dụng cấu trúc liên kết Buck vì hầu hết các tấm pin mặt trời đều có điện áp cao hơn pin mà chúng đang sạc.

Phần điều khiển thường có:

Một bộ vi điều khiển (chúng tôi sử dụng dòng STM32 trong dòng cao cấp của mình)

Cảm biến điện áp và dòng điện

Cảm biến nhiệt độ (cho bảng điều khiển, pin và bộ điều khiển)

Một số loại giao diện người dùng (màn hình LCD, Bluetooth, bất cứ thứ gì)

Đó thực sự là nó. Điều kỳ diệu nằm ở phần mềm – thuật toán quyết định cách điều chỉnh điểm vận hành.

Model X{2}}300 mới mà chúng tôi sẽ ra mắt vào tháng tới (thông báo chính thức tại SolarTech Expo ở Amsterdam vào ngày 8 tháng 3 – hãy chào nếu bạn ở đó!) sử dụng bộ xử lý lõi kép để chúng tôi có thể chạy giám sát an toàn độc lập với thuật toán MPPT. Hơi quá mức cần thiết? Có lẽ. Nhưng sau sự cố với thiết bị của đối thủ cạnh tranh bốc cháy ở Úc năm ngoái (không nêu tên nhưng có thể bạn đã nghe về nó), chúng tôi sẽ không mạo hiểm.

"MPPT mang đến cho bạn nhiều năng lượng hơn từ bảng điều khiển của bạn"– Không. Bảng điều khiển của bạn tạo ra những gì nó tạo ra dựa trên ánh sáng mặt trời. MPPT chỉ đảm bảo bạn đang SỬ DỤNG tất cả nguồn điện sẵn có thay vì lãng phí.

"Bạn không cần MPPT với các hệ thống nhỏ"- Rác. Ngay cả một hệ thống nhỏ cũng được hưởng lợi. Chắc chắn, mức tăng năng lượng tuyệt đối nhỏ hơn nhưng tỷ lệ phần trăm-là như nhau.

"MPPT chỉ dành cho-hệ thống nối lưới"– Cũng sai. Hoạt động rất tốt cho việc sạc pin, đây thực sự là nơi chúng tôi thấy hầu hết doanh số bán hàng của mình.

"Tất cả các bộ điều khiển MPPT về cơ bản đều giống nhau"– Hà! Hãy nói điều đó với đội ngũ kỹ thuật. Chúng tôi dành nhiều tháng để tối ưu hóa hiệu quả, quản lý nhiệt và độ tin cậy. Nhưng tôi phải thừa nhận rằng, đối với người dùng bình thường, một thiết bị Trung Quốc giá £50 và bộ điều khiển £400 của chúng tôi có thểcó vẻtương tự. Nghĩa là cho đến khi cái giá rẻ bị hỏng sau sáu tháng.

Nghe này, lẽ ra tôi phải bán sản phẩm của chúng tôi cho bạn, nhưng hãy thành thật mà nói (đừng nói với sếp là tôi đã nói điều này):

Nếu bạn có một hệ thống rất nhỏ (dưới 50W), thời gian chạy cáp ngắn, điện áp bảng điều khiển gần khớp với điện áp pin và bạn có ngân sách eo hẹp – thì có thể sử dụngPWM. Bạn sẽ phải cân nhắc một chút năng lượng nhưng đôi khi đó là một sự cân bằng-có thể chấp nhận được.

Năm ngoái, chúng tôi có một khách hàng muốn cung cấp năng lượng cho một trạm thời tiết nhỏ ở Cao nguyên Scotland. 20bảng W, pin 12V, ngân sách £30. Tôi đề nghị một bộ điều khiển xung điện giá rẻ. Dù sao thì anh ấy cũng mua đơn vị MPPT của chúng tôi vì "anh ấy muốn thứ tốt nhất." Công bằng mà nói, đó là tiền của anh ấy, nhưng ROI cho quyết định đó có lẽ là không bao giờ.

Công nghệ này sẽ đi đến đâu? Vâng, chúng tôi đang thấy một vài xu hướng:

MPPT phân phối– Thay vì một bộ điều khiển lớn cho toàn bộ mảng, hãy sử dụng các bộ tối ưu hóa nhỏ hơn trên mỗi bảng. Tốt hơn cho việc tạo bóng, nhưng làm tăng thêm chi phí và độ phức tạp. Chúng tôi hiện đang thử nghiệm những tính năng này trong một dự án thí điểm ở Na Uy.

Kết nối đám mây– Mọi người đều muốn bộ điều khiển năng lượng mặt trời nói chuyện với điện thoại thông minh của họ. Chắc chắn rồi, tại sao không. Ứng dụng của chúng tôi thực sự khá tốt, ngay cả khi bản thân tôi nói như vậy. Bạn có thể xem-hiệu suất theo thời gian thực, dữ liệu lịch sử và nó sẽ cảnh báo bạn nếu có điều gì đó không ổn. Tuần trước, chúng tôi đã đưa ra một bản cập nhật nhằm sửa lỗi ước tính trạng thái pin-của{6}}sạc – trước đây kết quả này quá lạc quan khoảng 5%.

Thuật toán tốt hơn– Đây là nỗi ám ảnh của cá nhân tôi. Tôi đang nghiên cứu một thuật toán dự đoán sử dụng dữ liệu dự báo thời tiết để-điều chỉnh trước các thông số theo dõi. Nó có hoạt động không? Thỉnh thoảng. Có đáng nỗ lực không? Ban giám khảo vẫn chưa ra ngoài.

MPPT

Đã làm việc này đủ lâu để biết những lỗi phổ biến:

Kích thước nó đúng cách– Đừng mua bộ điều khiển MPPT 60A cho bảng 10A. Thật lãng phí. Tương tự, đừng giảm kích thước nó vì nghĩ rằng bạn sẽ tiết kiệm được tiền. Bạn sẽ chỉ làm hỏng nó khi chắc chắn sau này bạn sẽ thêm nhiều bảng hơn.

Giữ cho nó mát mẻ– Những thứ này tạo ra nhiệt. Không gắn nó trong hộp kín dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp. Vâng, mọi người thực sự làm điều này. Không, tôi không hiểu tại sao.

Cảm biến nhiệt độ pin– Dùng nó đi! Điện áp sạc phải được bù nhiệt độ. Nhiệt độ phòng và giữa sa mạc Sahara yêu cầu điện áp khác nhau.

Kích thước cáp– Chúng tôi nhận được RẤT nhiều cuộc gọi về việc bộ điều khiển không hoạt động bình thường và hầu như luôn do cáp có kích thước nhỏ gây sụt áp. Sử dụng máy tính kích thước cáp chết tiệt trên trang web của chúng tôi.

vấn đề cài đặt– Cài đặt mặc định là bảo thủ. Đọc hướng dẫn sử dụng (tôi biết, gợi ý gây sốc) và định cấu hình nó cho loại pin cụ thể của bạn.

Vậy MPPT là gì? Về cơ bản, nó là một công cụ kết nối điện tử thông minh đảm bảo bảng điều khiển năng lượng mặt trời và pin của bạn hoạt động cùng nhau hiệu quả nhất có thể, liên tục điều chỉnh theo các điều kiện thay đổi để tận dụng mọi watt có thể ra khỏi thiết lập của bạn.

Nó có đáng không? Đối với hầu hết các cài đặt, hoàn toàn. Chi phí tăng thêm của bộ điều khiển MPPT so với điều khiển từ xa có khả năng bù đắp cho việc thu năng lượng tăng lên trong vòng một hoặc hai năm.

Có phải chúng ta thiên vị vì chúng ta bán chúng? Chắc chắn. Nhưng chúng tôi cũng tin tưởng vào họ, nếu không chúng tôi đã không dành 15 năm qua để hoàn thiện công nghệ và xây dựng một số bộ điều khiển MPPT tốt nhất trên thị trường. (Và vâng, tôi biết mọi công ty đều nói như vậy, nhưng thực tế là của chúng tôi. Hãy chiến đấu với tôi.)

Dù sao đi nữa, nếu bạn có thắc mắc, hãy gửi chúng trong phần bình luận hoặc gửi email cho tôi. Hoặc tốt hơn nữa, hãy gặp tôi tại hội chợ triển lãm Amsterdam vào tháng 3. Tôi sẽ là người uống quá nhiều cà phê và giải thích MPPT cho bất kỳ ai chịu lắng nghe.

Ồ, và một cách cắm nhanh – ghép nối MPPT của bạn với mộtpin lithium ionnếu bạn có thể. Đặc tính sạc nhanh thực sự cho phép bộ điều khiển hoạt động bình thường trong những ngày mùa đông ngắn ngủi. Chúng tôi đã thử nghiệm sự kết hợp này từ năm ngoái và hiệu quả đạt được thực sự đáng nói.