Wat is MPPT?

So hier is 'n snaakse ding wat verlede Dinsdag gebeur het. Ek het saam met Dave van ons verkrygingspan koffie gedrink (jy weet, die ou wat altyd kla oor verskaffers se leitye), en hy het my gevra: "Wat is al hierdie MPPT-goed waaroor jy aangaan in die R&D-vergaderings?"

Regte vraag, regtig. Ons gooi hierdie akronieme rond soos konfetti by 'n troue, maar die meeste mense buite die ingenieursborrel het absoluut geen benul waarvan ons praat nie.

MPPT staan vir Maximum Power Point Tracking. En nee, ten spyte van hoe sommige verkoopsbrosjures dit laat klink, is dit nie een of ander magiese swart boks wat net "jou sonpanele beter maak nie." Dit is eintlik redelik eenvoudig sodra jy verby die intimiderende naam kom.

Reg, so stel dit voor. Jy het 'n sonpaneel wat op jou dak sit. Lyk eenvoudig genoeg – sonlig tref dit, elektrisiteit kom uit, werk gedoen. Behalwe dat dit nie heeltemal so eenvoudig is nie, is dit?

Sonpanele is vreemd. Hulle gee jou nie net 'n konstante hoeveelheid krag, ongeag wat jy met hulle doen nie. Die spanning en stroom wat hulle produseer, verander op grond van watter las jy aan hulle koppel, en hier is die skopper: daar is net EEN spesifieke kombinasie van spanning en stroom waar jy die maksimum moontlike krag uit daardie paneel kry.

Ons noem dit die Maksimum Kragpunt, of MPP. Aangrypende naam, ek weet.

Nou, hierdie punt beweeg voortdurend rond. Wolk oorhoofs beweeg? MPP beweeg. Temperatuurveranderinge? MPP beweeg. Raak paneel bietjie stowwerig? Jy het reg geraai, MPP beweeg. Dit is soos om 'n bewegende teiken te probeer tref terwyl jy geblinddoek is.

Dit is wat Sarah (ons hoofstelselontwerper – briljante vrou, vreeslike smaak in koffie) verlede maand aan 'n kliënt beskryf het: "Stel jou voor jy probeer 'n emmer met water vul, maar die kraandruk bly verander, en jy moet voortdurend aanpas hoe ver jy die klep oopmaak om die beste vloeitempo te kry." Nie perfek nie, maar dit het die punt oorgedra.

Voordat MPPT die standaard geword het – ons praat hier in die middel van die 1990’s – het die meeste sonkraginstallasies gebruik gemaak van wat ons PWM-beheerders noem. PWM staan vir Pulse Width Modulation, wat net 'n fancy manier is om te sê hulle skakel die verbinding tussen jou paneel en battery baie vinnig aan en af om laai te beheer.

Die probleem? PWM-beheerders trek basies jou paneelspanning af om by jou batteryspanning te pas. So as jy 'n 36V sonpaneel en 'n 12V battery het, gooi jy net... 'n groot deel van daardie spanning weg. Dit is soos om 'n sportmotor te koop en dit net in eerste rat te bestuur. Natuurlik, dit werk, maar wat is die verdomde punt?

Ek het eintlik nog een van hierdie ou PWM-eenhede wat in my motorhuis sit van 'n projek wat ons in 2009 gedoen het. Dit is nou 'n lekker papiergewig.

MPPT

'n MPPT-beheerder is fundamenteel anders. In plaas daarvan om net jou paneelspanning na batteryvlak af te stort, gebruik dit 'n GS-GS-omsetter (dink daaraan as 'n elektroniese ratkas) om daardie hoër spanning in werklikheid om te skakel na meer stroom by die laer batteryspanning.

Hier is die fisika bietjie, maar ek belowe om dit kort te hou: Krag=Spanning × Stroom. So as jy 36V by 3A van jou paneel af het (108W), kan die MPPT-beheerder dit omskep in ongeveer 12V by 9A (ook 108W, minus sommige verliese). Jy kry DIESELFDE krag, net in 'n ander vorm wat jou battery werklik kan gebruik.

Maar wag, daar is meer! (Ek het te veel inligtingsadvertensies gekyk)

Die MPPT-beheerder doen hierdie omskakeling nie net een keer en noem dit 'n dag nie. Dit meet voortdurend die paneel se uitset, pas die las wat dit aan die paneel bied aan, meet weer en bly aanpas om daardie lieflike plek te vind – die Maksimum Kragpunt – waar dit op enige gegewe oomblik die absoluut meeste krag moontlik uit jou paneel onttrek.

Dit doen hierdie dans dosyne kere per sekonde. Heeldag, elke dag.

Dit is nou hier waar dit interessant raak, en waar maatskappye soos ons heeltemal te veel tyd spandeer om te argumenteer in tegniese hersieningsvergaderings.

Daar is baie verskillende algoritmes om die MPP op te spoor:

Stoor en neem waar (P&O)– Dit is die ou betroubare. Die beheerder stoot die bedryfspunt in een rigting, kyk of krag op of afgegaan het, en stoot dan weer dienooreenkomstig. Eenvoudig, doeltreffend, maar kan om die MPP ossilleer soos 'n dronk wat 'n sleutelgat probeer vind. Ons gebruik dit in ons Model S-150-reeks omdat dit bewys is en goedkoop is om te implementeer.

Inkrementele Geleiding– Meer wiskundig elegant, kwansuis meer akkuraat. In werklikheid? Ek het nog nooit gesien dat dit dramaties beter presteer as P&O in werklike-wêreld toestande, ten spyte van wat die akademiese referate beweer. Ons het verlede somer (Junie tot Augustus 2022) vir drie maande langs mekaar getoets-aan- en die verskil in energie-oes was minder as 2%. Nie die ekstra verwerkingsbokoste werd vir die meeste toepassings nie.

Fraksionele oopkringspanning– Neem 'n raaiskoot gebaseer op die paneel se oop-kringspanning. Vinnig maar minder akkuraat. Sommige van die goedkoop Chinese eenhede gebruik dit, en jy kan sien - hulle is voldoende, maar nie wonderlik nie.

Dan het jy al die fancy nuwer metodes – neurale netwerke, fuzzy logika, glymodusbeheer. En kyk, ek is seker hulle het hul plek in navorsingslaboratoriums en nistoepassings, maar vir 95% van installasies? P&O doen die werk goed.

Tom van ons bemarkingsafdeling druk ons voortdurend om "AI-aangedrewe MPPT" vir die gonsfaktor te implementeer. Ons hou aan om vir hom te sê dat neurale netwerke nie sin maak vir hierdie toepassing nie en net koste en kompleksiteit sal byvoeg sonder werklike voordeel. Hierdie argument is al sedert Oktober aan die gang. Stuur hulp.

MPPT

"Maar hoeveel beter IS dit?" - Elke. Enkellopend. Kliënt. Vergadering.

Goed, so hier is 'n paar werklike getalle van veldtoetse wat ons deur 2022 afgelê het:

In ons installasies in Suid-Spanje (Malaga-streek, as jy nuuskierig is), het ons gesien:

MPPT vs PWM: gemiddeld 25-30% meer energie geoes

Beste verbetering: 45% (dit was in Desember met gedeeltelike skadu)

Slegste verbetering: 15% (middel-somer, helder dae, wanneer selfs PWM relatief goed werk)

Die verbetering is die grootste wanneer:

Jou paneelspanning is baie hoër as batteryspanning

Jy het gedeeltelike skaduwee

Temperatuur wissel baie

Jy het panele in die skikking wat nie ooreenstem nie

Dit is die kleinste wanneer alles ideaal is – wat basies nooit in die regte wêreld is nie.

Ek sal jou nie verveel met 'n volledige stroombaandiagram nie, maar hier is die basiese topologie:

Die meeste MPPT-beheerders gebruik 'n buck-omskakelaar (stap-af), hupstoot-omskakelaar (stap-op), of bok-versterker-omskakelaar (kan albei doen) as hul kragstadium. Ons gaan gewoonlik met boktopologie omdat die meeste sonpanele hoër spanning het as die batterye wat hulle laai.

Die beheerafdeling het gewoonlik:

'n Mikrobeheerder (ons gebruik STM32-reeks in ons premium lyn)

Spanning en stroom sensors

Temperatuursensors (vir die paneel, battery en beheerder self)

Een of ander gebruikerskoppelvlak (LCD-skerm, Bluetooth, wat ook al)

Dit is regtig dit. Die magie is alles in die sagteware - die algoritme wat besluit hoe om die bedryfspunt aan te pas.

Ons nuwe Model X-300 wat ons volgende maand bekendstel (amptelike aankondiging by die SolarTech Expo in Amsterdam op 8 Maart – kom sê hallo as jy daar is!) gebruik 'n dubbelkernverwerker sodat ons veiligheidsmonitering onafhanklik van die MPPT-algoritme kan uitvoer. Bietjie oordrewe? Miskien. Maar ná daardie voorval met die mededinger se eenheid wat verlede jaar in Australië aan die brand geslaan het (sal nie name noem nie, maar jy het seker daarvan gehoor), vat ons nie kanse nie.

"MPPT gee jou meer krag vanaf jou panele"– Nee. Jou paneel produseer wat dit produseer op grond van sonlig. MPPT verseker net dat jy al daardie beskikbare krag gebruik in plaas daarvan om dit te mors.

"Jy het nie MPPT nodig met klein stelsels nie"– Gemors. Selfs 'n klein stelsel baat. Sekerlik, die absolute energietoename is kleiner, maar persentasie-gewys is dit dieselfde.

"MPPT is slegs vir rooster-bindstelsels"– Ook verkeerd. Werk uitstekend vir batterylaai, dit is eintlik waar ons die meeste van ons verkope sien.

"Alle MPPT-beheerders is basies dieselfde"– Ha! Vertel dit vir die ingenieurspan. Ons spandeer maande om doeltreffendheid, termiese bestuur en betroubaarheid te optimaliseer. Maar ek sal erken, vir die gemiddelde gebruiker, 'n £50 Chinese eenheid en ons £400 kontroleerder kanlyksoortgelyk. Totdat die goedkoop een ná ses maande misluk, dit wil sê.

Kyk, ek is veronderstel om jou op ons produkte te verkoop, maar laat ek eerlik wees (moenie vir my baas sê ek het dit gesê nie):

As jy 'n baie klein stelsel het (onder 50 W), 'n kort kabelloop, jou paneelspanning pas nou by jou batteryspanning, en jy het 'n beperkte begroting – PWM kan dalk goed wees. Jy sal 'n bietjie energie op die tafel laat, maar soms is dit 'n aanvaarbare ruil-.

Ons het verlede jaar 'n klant gehad wat 'n klein weerstasie in die Skotse Hoogland. 20W-paneel wou aandryf, 12V-battery, £30-begroting. Ek het 'n goedkoop PWM-beheerder aanbeveel. Hy het in elk geval ons MPPT-eenheid gekoop omdat "hy die beste wou hê." Reg genoeg, dit is sy geld, maar die ROI op daardie besluit is waarskynlik nooit.

Waarheen gaan hierdie tegnologie? Wel, ons sien 'n paar neigings:

Verspreide MPPT- In plaas van een groot kontroleerder vir die hele reeks, kleiner optimaliseerders op elke paneel. Beter vir skadu, maar voeg koste en kompleksiteit by. Ons toets dit tans in 'n loodsprojek in Noorweë.

Wolkverbinding– Almal wil hê hul sonkragbeheerder moet met hul slimfoon praat. Natuurlik, hoekom nie. Ons app is eintlik redelik skaflik, al sê ek dit self. Jy kan intydse-werkverrigting, historiese data sien, en dit sal jou waarsku as iets fout is. Ons het verlede week 'n opdatering gedruk wat die batterystatus-van-ladingskatting regstel – dit het voorheen omtrent 5% te optimisties gelees.

Beter algoritmes– Dit is my persoonlike obsessie. Ek het aan 'n voorspellende algoritme gewerk wat weervoorspellingsdata gebruik om die naspoorparameters vooraf-aan te pas. Werk dit? Soms. Is dit die moeite werd? Jurie is nog uit.

MPPT

Doen dit lank genoeg om die algemene foute te ken:

Grootte dit behoorlik– Moenie 'n 60A MPPT-beheerder vir 'n 10A-paneel koop nie. Dit is verkwistend. Moet dit eweneens nie te klein maak as jy dink jy sal geld spaar nie. Jy sal dit net beskadig wanneer jy later onvermydelik meer panele byvoeg.

Hou dit koel– Hierdie goed genereer hitte. Moenie dit in 'n verseëlde boks in direkte sonlig monteer nie. Ja, mense doen dit eintlik. Nee, ek verstaan nie hoekom nie.

Battery temperatuur sensor– Gebruik dit! Laaispanning moet temperatuur-vergoed word. Kamertemperatuur en die middel van die Sahara vereis verskillende spannings.

Kabel grootte– Ons kry SO baie oproepe oor beheerders wat nie behoorlik werk nie, en dit is amper altyd ondermaat kabels wat spanningsval veroorsaak. Gebruik die bloedige kabelgrootte sakrekenaar op ons webwerf.

Instellings maak saak– Die verstekinstellings is konserwatief. Lees die handleiding (ek weet, skokkende voorstel) en stel dit op vir jou spesifieke batterytipe.

So, wat is MPPT? Dit is basies 'n slim elektroniese pasmaat wat verseker dat jou sonpaneel en battery so doeltreffend moontlik saamwerk, deur voortdurend aan te pas by veranderende toestande om elke moontlike watt uit jou opstelling te druk.

Is dit die moeite werd? Vir die meeste installasies, absoluut. Die ekstra koste van 'n MPPT-beheerder bo PWM betaal vir homself in verhoogde energie-oes binne 'n jaar of twee.

Is ons bevooroordeeld omdat ons hulle verkoop? Sekerlik. Maar ons glo ook in hulle, anders sou ons nie die afgelope 15 jaar spandeer het om die tegnologie te verfyn en waarskynlik van die beste MPPT-beheerders op die mark te bou nie. (En ja, ek weet elke maatskappy sê dit, maar ons s'n is dit eintlik. Veg my.)

In elk geval, as jy vrae het, los dit in die kommentaar of stuur vir my 'n e-pos. Of nog beter, vang my in Maart by die Amsterdam-ekspo. Ek sal die een wees wat te veel koffie drink en MPPT verduidelik aan enigiemand wat sal luister.

O, en 'n vinnige prop - koppel jou MPPT met 'nioniese litiumbatteryas jy kan. Die vinnige laai-eienskap laat die beheerder eintlik behoorlik werk gedurende kort winterdae. Ons toets hierdie kombinasie sedert verlede jaar en die doeltreffendheidswinste is eerlik die moeite werd om te noem.