MPPT 太阳能充电控制器 – 工作、选型和选择

什么是最大功率点跟踪 (MMPT) 太阳能充电控制器？

什么是最大功率点跟踪或 MPPT 充电器？

MPPT 或‘最大功率点跟踪 ' 控制比 PWM 控制器复杂得多，允许太阳能电池板在其最大功率点运行，或者更准确地说，在最大功率输出的最佳电压下运行。使用这项智能技术，MPPT 太阳能充电控制器可以根据所连接的太阳能电池板的电压和电压提高 30% 的效率。

作为一般参考，MPPT 充电控制器可用于所有使用两个或更多太阳能电池板或电池板电压 (Vmp) 为 8V 或高于电池的更高功率系统电压 - 请参阅下面的完整定义。

MPPT 本质上是一种有效的直流到直流转换器，可最大限度地提高太阳能电池板的功率输出。第一个 MPPT 是由一家名为 AERL 的澳大利亚小公司于 1985 年发明的，现在几乎可用于所有并网太阳能逆变器和许多太阳能充电控制器。

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MPPT太阳能充电控制器的工作原理是初级的，因为白天太阳能电池板上的阳光（辐照度）程度会发生变化。面板电压和电流不断变化。为了获得最大的电量，最高功率点跟踪器沿着面板电压扫描以找到“最佳点”或电压和电流的最佳组合以提供最大功率。 MPPT 被编程为持续监控和改变电压以产生最多的电力，无论天气条件如何。

请注意，通常只有高端 MPPT 控制器会检测部分阴影或监控多个电源点。通过使用这项技术，太阳能电池板的性能得到了提升，产生的能量可以比PWM太阳能充电控制器高出30%。

MPPT太阳能充电控制器的工作原理

光伏阵列的输出不是线性的。它由日照量、大气温度和负荷状态决定。

在稳定的日光强度和环境温度下，光伏阵列可以在各种输出电压下工作。然而，它可以在仅一个输出电压的限制下实现光伏阵列的性能质量。此时，光伏阵列的工作点超过了输出功率电压曲线的最高阈值，即为“最大功率点”。

因此，需要改变光伏阵列的工作点，使其保持接近满功率点，以提高其整体性能。这个概念被称为“最大功率点跟踪”。

以下是MPPT太阳能充电控制器的典型框图。

MPPT 太阳能充电控制器的性能和优势

现在，让我们将 MPPT 太阳能充电控制器等同于通用太阳能充电控制器。

通用太阳能充电控制器就像手动汽车变速箱。如果我们在发动机转速增加的时候没有适当地提升变速箱，那么车速无疑会受到影响。

分配前，必须设置通用太阳能充电控制器的充电参数。但是，MPPT 太阳能充电控制器可以实时监控太阳能电池板的全功率点，以实现最佳性能。观察最大功率点时，电压越高，峰值功率越高，充电效率越高。

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集成MPPT太阳能充电控制器的太阳能发电系统性能比传统太阳能充电控制器提升50%。但是，根据实际评估，这个数字是20%到30%，基于周围的大气和电力损失。

总之，由于建造成本的原因，安装在房车上的太阳能电池板面积会减少。此外，由于 RV 太阳能电池板的平面安装，生产力会严重不足。

它还必须使用合适的太阳能充电控制器来实现太阳能房车系统的最大性能。

调整 MPPT 太阳能充电控制器

让我们通过一个基本示例来理解这一点。有关详细信息，请参阅下一个示例。

假设您有 4 x 100 瓦的屋顶太阳能电池板并且全部串联。每个面板的开路电压为 22.5V。什么MPPT控制器等级合适？

答案-

串联电压=22.5 x 4

V =90 V

MPPT控制器上写的电压额定值应该是90V或者控制器应该接受90V

由于MPPT控制器限制了它们的性能，你可以把数组渲染成你想要的大小，控制器可以限制输出。然而，这意味着机器并没有达到应有的效果。 MPPT 控制器将带有一个安培读数，例如 40 安培 MPPT 控制器。如果面板能产生 80A 的电流，那么 MPPT 充电控制器无论如何只能产生 40A 的电流。

MPPT 控制器将读取放大器，例如 40-amp MPPT 控制器。与 PWM 不同，MPPT 控制器的输入电压额定值远高于为其充电的电池组。这是由于MPPT控制器的独特功能，可以将电压降低到电池组的电压，然后提高电流以弥补缺失的电量。在小型系统中，您不必使用高输入电压来防止串联，但这在大型系统中非常有用。

假设控制器标记表明它可以容纳 12V 或 24V 电池组。寻找Rov的重要性。比如Rov-40，电流就是40安培的速率。

第三，我们应该看一下最高的太阳能输入电压。例如，如果 MPPT 控制器将适应 100 伏的输入，它可能会占用高达 100 伏的电压并将其切换到您的 12V 或 24V 电池。假设您有 4 个 100 瓦串联的面板，每个面板的开路电压为 22.5V。序列中的 4 将是 4 x 22.5 V =90 伏，控制器会考虑。

示例

让我们在这里通过一个例子来理解这一点。假设一个房间有以下额定电压为 24 V 的直流负载；四个 25 W 灯和两个 25 W 风扇

上述所有负载均由两个并联的光伏组件供电，每个光伏组件最大功率点电流IMP为5A，短路电流ISC为8 A. 现在我们要找到太阳能控制器的标称系统电压、标称光伏阵列电流和标称负载电流？

总直流负载=（灯数×每盏灯瓦数）+（风扇数×每个风扇瓦数）

总直流负载 =(4 × 25) + (2 × 25) =100 + 50 =150 W

太阳能充电控制器的标称系统电压与负载和面板阵列的额定电压相同。

光伏阵列标称电流=2×8（每个光伏组件短路电流7A，并联）

标称光伏阵列电流 =16 A

考虑1.25的安全系数，光伏阵列标称电流为1.25 × 16 =20 A

标称负载电流 =总直流负载 / 标称系统电压 =150 / 24

标称负载电流 =6.25 A

这样，您需要一个 6.25A MPPT 太阳能充电控制器 用于光伏系统。在上一篇文章中查看更多关于调整 PWM 和 MMPT 充电控制器大小的已解决示例。

太阳能充电器控制器有哪些不同类型？

三种太阳能充电控制器

1) 简单的 1 或 2 阶段控制： 已开关晶体管以一两步调节电压。

2) PWM（脉冲宽度调制） ：这是充电控制器的传统形式，例如xantrex、Blue Sky等。它们是目前的行业规范。

3)最大功率点跟踪（MPPT）： MPPT识别太阳能电池板显示器的最佳工作电压和电流，并匹配电池组。

如何为工作选择最佳充电控制器

MPPT 与 PWM 充电控制器

MPPT

MPPT（最大功率点跟踪）是现代且更有效的技术。随着太阳能电池板瓦数和电压的上升，越来越多的电池板需要 MPPT 充电控制器。

使用 MPPT 控制器，输入的太阳能以相对较高的电压进入，控制器会降低电压以对电池进行正确充电。输入电流按比例增加而损耗可忽略不计，从而形成高效的太阳能充电器。

PWM

PWM（脉冲宽度调制）充电控制器依赖于较旧、不太可靠的硬件，使您能够将太阳能电池板的电压调整为电池电压。例如，如果您要通过 PWM 充电控制器运行标称 12 伏的太阳能电池板，则需要一个 12 伏的电池组。

PWM 控制器几乎没有那么可靠，并且由于缺乏效率可能会损失大约 20% 的输入功率。例如，100 瓦/12 伏面板在峰值条件下在 18 伏时输出约 5.5 安培。使用 PWM 控制器会将功率降低到 5.5 安培或 80 瓦时的约 14.5 伏（14.5V x 5.5a =80 瓦）。

设备选择有限制，包括使用标称 12 或 24 伏太阳能电池板。通常，PWM 控制器尺寸较小，并且对可用设备的选择有严格的限制，因为它们需要与电池组相同的电压。

正因为如此，我们的大多数住宅客户都坚持使用 MPPT 控制器来实现更大的系统。 PWM 充电控制器也因小型应用而闻名，例如房车、小型离网小屋和需要有限电量的偏远工业场所。

设备兼容性

我们可以将充电控制器与具有相同电气特性的太阳能装置相匹配。要选择最佳控制器，请参阅以下属性：

• 输入电压： 控制器所能承受的最高电压。 MPPT 充电控制器的电压范围通常为 100 至 600 Vdc。
• 电池电压： 充电控制器的电压必须与电池组电压一致。大多数小型控制器为 12V 或 24V，大型控制器通常设置为 12/24/36/48 伏。
• 当前： 充满电的安培，例如 FM100 AFCI 为 100 安培
• 电池类型： 确保充电控制器的额定值适合您使用的电池类型（大多数充电控制器都是为铅酸电池设计的，因此这一点对于锂离子电池很重要。）

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代码合规性和安全性

检查控制器是否已获得认证，符合市政建筑标准和安全法规。查找以下信息：

• 符合 UL 1741 的 UL 认证
• 接地故障保护 (GFCI)
• UL 458（适用于移动应用）
• 电弧故障保护 (AFCI)

在线监控

大多数控制器可以绑定到跟踪服务，以便您可以远程验证设备的性能。探索兼容的跟踪门户，以确保它们提供跟踪设备成功所需的所有功能。在某些情况下，远程监控将需要额外的硬件。

通讯

许多充电控制器将与逆变器、电池显示器、自动发电机启动器、锂离子电池等联网。检查控制器的网络功能，确保它与设备的其他方面兼容。

辅助控件

辅助控制使控制器能够根据最终用户定义的标准自动断开其他设备组件。它可用于监控有线设备，例如自动启动开关、负载转移等。它通常涉及添加足够分级的继电器来为您的系统供电。

效率和自我消耗

充电控制器本身是吸电的，也就是说它的信号处理不是100%可靠的。寻找低自耗和高性能的充电控制器。大多数 MPPT 充电控制器的效率为 98% 或更高，而 PWM 控制器和成本更低的 MPPT 解决方案则落后。

MPPT太阳能充电控制器的应用

下面的基本太阳能板安装系统展示了太阳能充电控制器和逆变器的重要规则。逆变器（将来自电池和太阳能电池板的直流电转换为交流电）用于通过充电控制器连接交流电器。另一方面，直流电器可以直接连接到太阳能充电控制器，通过光伏板和蓄电池为电器提供直流电。

太阳能路灯系统 是一种使用光伏模块将阳光转化为直流电的系统。该设备仅使用直流电，并包含一个太阳能充电控制器，可将直流电存储在电池仓中，以便在白天或晚上不可见。

太阳能家庭系统 利用光伏组件产生的能量为家用电器或其他家用电器供电。该设备包括一个太阳能充电控制器，用于将直流电存储在电池组中，并且适合在任何没有电网的环境中使用。

混合系统 由各种能源组成，以提供全时应急电源或其他用途。它通常将太阳能电池阵列与其他发电方式集成在一起，例如柴油发电机和可再生能源（风力涡轮发电机和水力发电机等）。它包括一个太阳能充电控制器，用于将直流电存储在电池组中。

太阳能抽水系统 是一种利用太阳能从天然和地表水库抽水的系统，用于房屋、村庄、水处理、农业、灌溉、牲畜和其他应用。

MPPT 太阳能充电控制器将任何系统的复杂性降至最低，并保持系统的高输出。此外，您还可以将其与更多种类的其他能源一起使用。