Śledzenie punktu mocy maksymalnej w systemach fotowoltaicznych on-grid
Śledzenie punktu mocy maksymalnej (MPPT) to technika stosowana w systemach fotowoltaicznych, która pozwala na uzyskanie maksymalnej mocy z paneli słonecznych. Na czym polega śledzenie punktu mocy maksymalnej? Jak działa? Jak wykorzystać możliwości MPPT?
Spis treści
- Czym jest śledzenie punktu mocy maksymalnej?
- Gdzie się sprawdzi MPPT?
- Po co stosuje się śledzenie punktu mocy maksymalnej MPPT?
- Jak działa MPPT?
- Śledzenie punktu mocy maksymalnej w systemach sieciowych
- Rodzaje MPPT
- W jakie panele inwestować, by wykorzystać możliwości MPPT?
- Panele w zależności od rodzaju ogniw fotowoltaicznych - które się sprawdzą?
Czym jest śledzenie punktu mocy maksymalnej?
Śledzenie punktu mocy maksymalnej, w skrócie MPPT, pozwala na uzyskanie maksymalnej mocy z paneli słonecznych. System śledzi punkt mocy maksymalnej na krzywej IV panelu słonecznego i dostosowuje pracę przetwornicy tak, aby panel pracował zawsze w tym punkcie. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie maksymalnej mocy z instalacji, niezależnie od warunków atmosferycznych oraz stopnia naświetlenia panelu.
MPPT jest szczególnie przydatny w systemach fotowoltaicznych, ponieważ pozwala na uzyskanie maksymalnej mocy z paneli nawet przy niskim napięciu i prądzie, co jest często spotykane w warunkach dalekich od idealnych, takich jak zachmurzenie czy zmiana kąta padania promieni słonecznych. Do realizacji śledzenia punktu mocy maksymalnej stosuje się różne metody, takie jak:
- algorytmy numeryczne,
- metody heurystyczne,
- metody oparte na sztucznej inteligencji.
Warto wspomnieć, że śledzenie punktu mocy maksymalnej pozwala nie tylko na uzyskanie maksymalnej mocy z paneli, ale także na zwiększenie efektywności całego systemu fotowoltaicznego, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji i większą wydajność.
Gdzie się sprawdzi MPPT?
Sterowniki słoneczne MPPT sprawdzą się szczególnie w panelach z wyższym napięciem roboczym, o mocy 280 Wp i większej, wykorzystywanych do budowy większych wyspowych/hybrydowych systemów fotowoltaicznych.
Po co stosuje się śledzenie punktu mocy maksymalnej MPPT?
Gdy panele fotowoltaiczne nie działają przy najbardziej wydajnym napięciu, nie otrzymują tak dużo prądu. Bez możliwości śledzenia maksymalnego punktu mocy systemy sieciowe nie mogą wykorzystać maksymalnej mocy dostępnej z paneli słonecznych, co powoduje straty.
Dlatego MPPT jest krytyczny dla optymalizacji relacji między panelami słonecznymi a siecią energetyczną. Maksymalizuje on pozyskiwanie energii w różnych warunkach poprzez utrzymywanie matrycy ogniw fotowoltaicznych w idealnym zakresie napięcia roboczego.
Dla systemów słonecznych z akumulatorami instalacja regulatorów ładowania MPPT jest sposobem na osiągnięcie tego celu, ponieważ regulują one napięcie między panelami słonecznymi i akumulatorami. W rzeczywistości regulatory ładowania MPPT mogą nawet pomóc w ochronie akumulatorów i utrzymywać ich dłuższą żywotność. Podobnie śledzenie MPPT jest funkcją wbudowaną w falowniki sieciowe, ale niektóre mają bardziej zaawansowane właściwości niż inne.
Zrozumienie tego krytycznego tematu może zwiększyć produktywność systemu solarnego i sprawić, że klienci będą bardziej zadowoleni. Wiedza o tym, kiedy MPPT jest korzystne dla macierzy fotowoltaicznej jest niezbędna z punktu widzenia client service.
Jak działa MPPT?
Jak właściwie określa się punkt mocy maksymalnej? Jakie wyzwania techniczne się z tym wiążą? Na te pytania odpowiedzą metody wyznaczania optymalnej charakterystyki obciążenia panelu fotowoltaicznego. Należą do nich na przykład:
- Perturbacja i obserwacja
To dość prosty algorytm śledzenia, który opiera się na lekkim szturchaniu punktu nastawy prądu MPP, mierzeniu prądu i napięcia, określaniu, czy wytwarzana moc wzrosła, czy zmalała.
- Przewodność przerostowa
Mierzy zmiany w prądzie i napięciu, aby przewidzieć efekt zmiany napięcia, wykorzystując przewodność systemu (ΔI/ΔV) – nachylenie krzywej mocy. Kiedy perturbacja i obserwacja podejmuje kroki o stałej wielkości i sprawdza, czy idą one we właściwym kierunku, przewodność przerostowa modyfikuje wielkość kroku w zależności od tego, jak daleko od optimum się znajduje.
- Temperatura
Stosowana, o ile nie ma akurat cienia. Wystarczy, że zmierzymy temperaturę ogniwa i porównamy ją z zadanym odniesieniem, by określić MPP.
Śledzenie punktu mocy maksymalnej w systemach sieciowych
Panele słoneczne zbudowane są z ogniw fotowoltaicznych, które generują energię elektryczną z energii słonecznej. Jednak w ciągu dnia słońce nie świeci jednakowo, co oznacza, że panele nie otrzymują odpowiedniego światła słonecznego do produkcji energii elektrycznej, która może zaspokoić potrzeby klientów.
MPPT zapewnia maksymalne pozyskiwanie energii ze źródeł o zmiennej energii. Metoda ta jest niezmienna w stosunku do wszelkich ograniczeń.
MPPT sprawdza najlepszą moc wyjściową, jaką może zaoferować dany system PV. Następnie reguluje napięcie akumulatora i ustala najlepsze napięcie, aby uzyskać maksymalny prąd. Ustala optymalny stosunek napięcia matrycy do prądu dla systemów sieciowych, które oddają maksymalną moc do falowników. Falowniki są podstawowym urządzeniem w systemie solarnym, które przekształca prąd stały w prąd zmienny. Wykazują one znacznie większe możliwości dzięki funkcji MPPT. Oznacza to, że mają przetwornicę DC/DC, która zwiększa zbiór energii dla systemu słonecznego.
- Kierunek ustawienia paneli fotowoltaicznych - południe czy wschód-zachód? Porównanie uzysków energii
Najlepsze warunki sprzyjające MPPT do wykonania swojej pracy występują, gdy: niebo jest zachmurzone, na ziemię pada mało światła słonecznego oraz gdy poziom naładowania baterii jest bardzo niski.
Rodzaje MPPT
W falownikach słonecznych istnieją dwie różne opcje: pojedyncze lub podwójne śledzenie MPPT.
Pierwsze z nich daje monitorowanie na poziomie tablicy. Dane są zbierane dla całej matrycy, a nie dla poszczególnych ciągów lub modułów, nawet jeśli matryca zawiera wiele ciągów. W przeciwieństwie do tego w przypadku śledzenia dwóch kanałów MPPT falownik monitoruje moc na poziomie kanału zamiast na poziomie tablicy.
W przypadku systemów słonecznych o różnych azymutach, długości pasma, paneli słonecznych lub kątach nachylenia podwójne śledzenie MPPT oferuje znaczne korzyści. Dlatego podwójny MPPT zapewnia większą swobodę projektowania, zwłaszcza w przypadku skomplikowanych linii dachowych lub projektów z różnymi modułami. Niestety, często wiąże się to z wyższymi kosztami, ale może się to zwrócić przy produkcji większej ilości energii.
W jakie panele inwestować, by wykorzystać możliwości MPPT?
Przy wyborze odpowiedniej instalacji należy wziąć pod uwagę orientację domu względem słońca, a także moc, wydajność, żywotność, wagę i wymiar paneli.
Im wyższa jest moc, tym większą wydajność instalacji uzyskamy. Moc jest mierzona w jednostkach Wp (wattpeak). Każde 1000 Wp wyprodukuje około 1 MWh energii elektrycznej rocznie.
Na wybór panelu będzie miała też wpływ jego żywotność. W przypadku urządzeń najwyższej jakości sięga ona nawet do 40 lat. Gwarancja wydajności takiego panelu wynosi z kolei do 25 lat, co daje pewność, że przez ten okres wydajność spadnie maksymalnie o 15%.
Panele, w które zainwestujemy, będą miały różne wymiary (np. 2108 x 1048 x 40 mm). Instalację można zamontować zarówno w pionie, jak i poziomie. Ten pierwszy rodzaj jest tańszy i bardziej powszechny z uwagi na to, że wykorzystuje mniej elementów montażowych i kotwiących.
Panele w zależności od rodzaju ogniw fotowoltaicznych - które się sprawdzą?
W zależności od rodzaju ogniw fotowoltaicznych panele mogą być: polikrystaliczne, monokrystaliczne lub amorficzne. Różnią się one właściwościami, wydajnością i zdolnością do przetwarzania energii z rozproszonego światła słonecznego.
- Panele monokrystaliczne - mają wysoką wydajność w idealnych warunkach (kąt nachylenia i orientacja dachu względem słońca). Chociaż produkcja energii jest początkowo wolniejsza, panele te dostarczają ją bardziej efektywnie.
- Panele polikrystaliczne - mają nieco niższą wydajność, ale jednolitą moc.
- Panele amorficzne wyróżnia wyższa czułość przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego. Ich wydajność jest jednak znacznie niższa, dlatego należałoby pokryć nimi ok. dwukrotnie większą powierzchnię, aby osiągnąć taką samą wydajność jak w przypadku dwóch poprzednich rodzajów instalacji.
Przy dachu o idealnej orientacji i kącie nachylenia, bardziej sprawdzą się panele monokrystaliczne. Panele te są także najczęściej używane w naszych szerokościach geograficznych. Panele polikrystaliczne są natomiast bardziej odpowiednie dla miejsc, w których światło jest bardziej rozproszone i pada z boku.
