Capire il caricatore solare MPPT

Qui proviamo a capire il vero concetto di circuito dei controller del caricatore solare di tipo MPPt e impariamo come funzionano questi dispositivi.

Cos'è MPPT

MPPT è l'acronimo di Maximum Power Point Tracking, un concetto di caricabatterie specificamente inteso e progettato per acquisire un sistema di alimentazione solare altamente efficiente.

I pannelli solari sono dispositivi eccellenti poiché ci consentono di sfruttare l'energia elettrica gratuita dal sole, tuttavia i dispositivi attuali non sono molto efficienti con le loro uscite. Come tutti sappiamo l'uscita dal pannello solare dipende direttamente dai raggi incidenti del sole, purché la sua quasi perpendicolare su di esso offra una buona efficienza, che continua a deteriorarsi con i raggi obliqui o la posizione del sole calante.

Quanto sopra risente anche delle condizioni di cielo coperto.

Inoltre un'uscita del pannello solare è associata a livelli di tensione incoerenti che richiedono una regolazione adeguata per far funzionare il carico che normalmente è una batteria al piombo.

Le batterie al piombo o qualsiasi tipo di batteria ricaricabile richiedono un ingresso adeguatamente valutato in modo che non venga danneggiato e venga caricato in modo ottimale. Per questo normalmente coinvolgiamo un controller del caricabatterie tra il pannello solare e la batteria.

Poiché la tensione di un pannello solare non è mai costante e diminuisce con la caduta della luce solare, anche la corrente dal pannello solare si indebolisce man mano che l'intensità della luce solare si indebolisce.

Con le condizioni di cui sopra se il pannello solare subisce direttamente qualsiasi tipo di carico, la sua corrente scenderebbe ulteriormente producendo uscite inefficienti.

In altre parole, l'efficienza di un pannello è massima quando la sua tensione è prossima al valore nominale specificato. Pertanto, ad esempio, un pannello solare da 18 V funzionerà con la massima efficienza quando funziona a 18 V.

E nel caso in cui la luce del sole si indebolisca e la tensione di cui sopra scende a 16 V, potremmo comunque farla funzionare con la massima efficienza se potessimo mantenere intatti i 16 V volt e ricavare l'uscita senza influenzare o far cadere questa tensione.

Il grafico sotto riportato suggerisce perché e come un pannello solare produce la massima efficienza quando è consentito di funzionare alla sua massima tensione di uscita.

Qual è il punto di massima potenza o il punto del ginocchio

I normali regolatori di carica solare regolano solo la tensione del pannello solare e lo rendono idoneo per caricare la batteria collegata, tuttavia questi non eseguono correttamente la regolazione del pannello.

I regolatori di carica convenzionali che impiegano circuiti integrati lineari per le normative non sono in grado di impedire che il pannello solare venga caricato direttamente dalla batteria collegata o dall'inverter o da qualsiasi altra cosa possa essere collegata come carico.

La situazione di cui sopra tende a far cadere la tensione del pannello solare di conseguenza, rendendo il suo utilizzo inefficiente perché ora il pannello è limitato dalla produzione della quantità nominale di corrente al carico.

Allora perché questi caricatori di regolatori lineari o PWM non riescono ad evitare il caricamento del pannello solare nonostante siano estremamente avanzati, precisi e corretti nel loro funzionamento? Come funzionano i caricabatterie MPPT effettivi?

La risposta ai problemi di cui sopra non è da nessuna parte affrontata in modo esauriente in rete, quindi ho ritenuto necessario fornire una spiegazione approfondita sulla differenza tra i normali controller del caricatore e l'MPPT effettivo.

Ritornando alla domanda precedente, la risposta sta nel fatto che nei caricatori di regolatori lineari il carico è direttamente connesso al pannello, senza stadio intermedio di buffer, provocando un trasferimento e una dissipazione di potenza inefficienti.

Mentre nei driver MPPT, il carico è collegato tramite un convertitore Buck Boost intermedio che altera efficacemente le condizioni di alimentazione del carico in base alla potenza della luce solare sul pannello, garantendo il minimo carico del pannello e la massima potenza erogata al carico.

Fondamentalmente gli MPPT sono stati sviluppati per garantire che la potenza netta in ingresso fosse costantemente fornita al carico in uscita indipendentemente dalla compatibilità del carico con il pannello.

In che modo la topologia Buck Boost aiuta i controller MPPT a massimizzare l'efficienza

Ciò si ottiene principalmente con l'aiuto di una tecnologia di buck boost SMPS di tracciamento.

Quindi possiamo dire che è il file Tecnologia buck boost SMPS che costituisce la spina dorsale di tutti i progetti MPPT e ha fornito un'opzione estremamente efficiente per la configurazione dei dispositivi di regolazione e alimentazione.

Nei regolatori di carica MPPT, la tensione del pannello solare viene prima convertita in una tensione pulsante equivalente ad alta frequenza.

Questa tensione viene applicata al primario di un trasformatore di ferrite compatto ben dimensionato, che genera il livello di corrente richiesto nel suo avvolgimento secondario, corrispondente alla velocità di carica specificata della batteria.

La tensione tuttavia potrebbe non corrispondere alla tensione di carica della batteria, quindi qui è incorporato un normale regolatore lineare per fissare correttamente il livello di tensione.

Con la configurazione di cui sopra la batteria rimane completamente isolata dal pannello solare e viene caricata in modo efficiente anche in condizioni meteorologiche avverse, poiché ora il pannello solare può funzionare senza influenzare o far cadere la sua tensione istantanea disponibile in qualsiasi condizione data.

Ciò aiuta a implementare l'effetto di tracciamento del punto di massima potenza previsto, che non è altro che consentire al pannello di funzionare con un carico minimo assicurandosi che il carico collegato ottenga la potenza completa richiesta per le sue prestazioni ottimali.

Sarebbe interessante sapere come un SMPS impedisce che il pannello o qualsiasi sorgente venga caricata direttamente dal caricamento.

Il segreto sta dietro l'uso della tecnologia della ferrite. I trasformatori di ferrite sono dispositivi magnetici estremamente efficienti che saturano efficacemente per generare una conversione efficiente da ingresso a uscita.

Prendiamo l'esempio di un normale alimentatore con trasformatore con nucleo in ferro da 2 amp e un SMPS da 2 amp. Se carichi le due controparti con piena corrente, cioè con 2amp, troverai la tensione del nucleo di ferro che cala sostanzialmente mentre la tensione dell'SMPS scende solo marginalmente o piuttosto trascurabile ... quindi questo è il segreto dietro l'efficacia di un MPPT basato su SMPS rispetto a un controller caricatore MPPT basato su IC lineare.