Гайд з MPPT. Що це насправді?

Одразу вкажемо, ніякого відношення до зарядки акумуляторів, щоб вам не казали на інших сайтах, MPPT не має. Ця поширена помилка є наслідком недостачі технічних знань у деяких продавців. Тим важливіше покупцю зараз точно знати та розуміти, що саме він планує придбати.

Власне MPPT - це процес пошуку точки максимальної потужності у сонячної панелі. Наявність даного алгоритму в контролері дозволяє в певних умовах значно підвищити ефективність використання сонячних панелей. Коли виробник пише на панелі потужність, наприклад, 100 ... 200 ... 250 ... 320 Вт, то має на увазі номінальну потужність сонячної панелі при рівні інсоляції 1000 Вт/м². Зрозуміло виробники не виносять панелі на вулицю і не чекають ідеальних погодних умов, тому дана величина прийнята як стандартна і "генерується" на лабораторному стенді.

У реальних умовах при ясному небі максимальний рівень інсоляції має значення від 250 Вт/м² де-небудь в Норвегії і до 900-1000 Вт/м² в Північній Африці. З цього випливає, що на півночі сонячна панель не видасть своєї заявленої потужності, а ось в Африці легко. АЛЕ ... Як тільки на небі з'являються хмари, які затінюють сонячну панель, то рівень інсоляції знижується. Згадайте погоду за останній місяць, чи багато ідеально сонячних днів ви бачили? Якщо ви з Херсону, то можливо багато, а ось у жителів, наприклад, Сумщини хмар однозначно більше.

Власне в чому проблема — при зниження освітленості сонячної панелі змінюється розташування точки максимальної потужності (ТМП) на вольт-амперній характеристиці (ВАХ) реальної сонячної панелі. Тепер давайте розберемося що ж таке ТМП. Для цього беремо сонячну панель із заявленою потужністю, наприклад, 200 Вт і знімаємо з неї вольт-амперну характеристику (ВАХ) при рівні інсоляції в 1000 Вт/м²:

Якщо подивитися на графік потужності, то на ньому чітко видно пік в якому панель віддає максимально можливу потужність — це і є ТМП. Так само якщо з цієї точки опустити лінію вниз, то вона перетне ВАХ — координати цієї точки є тим самим результатом, який необхідно знайти. Якщо говорити простіше: "MPPT — це процес пошуку точки на ВАХ в якій добуток струму і напруги має максимальне значення"

Додатково варто звернути увагу, що сонячна панель може видавати трохи більше, це нормальне явище, тому що ефективність її залежить не тільки від рівня інсоляції, але ще і від температури. Якщо поставити панель під сонце, то через кілька годин вона досить сильно нагріється і потужність впаде приблизно на 10%.

Тепер давайте розберемося що саме буде робити контролер заряду і навіщо йому МРРТ. Як раніше було сказано — рівень інсоляції буде значно змінюватися в процесі експлуатації: хмари, похмура погода, світанок і захід Сонця, відповідно змінюватиметься ВАХ сонячної панелі:

На графіку зображені ВАХ для 4-х випадків: 1000 800, 600 і 400 Вт/м² і відповідно для кожного випадку у нас буде своя точка на ВАХ, де добуток струму і напруги буде мати максимальне значення. Завдання контролера заряду з MPPT — шукати точку максимальної потужності для конкретних погодних умов. Наприклад, живете ви десь в Одесі, у вас тепло і багато сонячної енергії і ви знайшли ТМП і отримуєте максимальну віддачу потужності, але через 15 хвилин над вашими панелями встала хмара і частково закрила собою панелі і значення інсоляції змінилося, а отже змінилася ВАХ панелі. Щоб контролер заряду міг підлаштуватися під нові умови йому необхідно з певною частотою, наприклад, раз в 5 хвилин, робити обчислення і пошук ТМП для нової ВАХ.

Існує безліч алгоритмів пошуку ТМП, починаючи від найпростішого "0,8 * Uxx" до різних скануючих алгоритмів з нейронними мережами, втім, це вже тема для окремих статей.