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May 29, 2023

キャンピングカーに最適な MPPT または PWM ソーラー コントローラー

16 dicembre 2022 di Mark Allinson Lascia un commento Ricarica PWM e MPPT

2022年12月16日 マーク・アリンソン コメントを残す

PWM および MPPT 充電コントローラはどちらも、キャンピングカーやボート、そしてもちろん固定設備のソーラー パネルによって生成されたエネルギーを使用してバッテリーを充電するために広く使用されているデバイスです。

PWM コントローラーは、ソーラー パネルをサービス バッテリーに接続するスイッチです。 このデバイスは、バッテリーバンクの電圧に達するまで、会議の電圧を大幅に下げることができます。

一方、MPPT コントローラーはより洗練されており (そしてより高価です)、入力電圧を調整してソーラー パネルから可能な限り最大の電力を回収します。

次に、この電力を変換してバッテリの電圧要件を供給します。 MPPT はパネルの電圧をバッテリーの電圧から切り離すため、12 ボルトのバッテリーとパネルを直列に接続して 36 ボルトを生成できます。

寒冷気候では MPPT コントローラーが PWM タイプのコントローラーよりも優れたパフォーマンスを発揮することは、一般に誰もが認めています。 対照的に、どちらのコントローラーも亜熱帯気候と熱帯気候では同じパフォーマンスを示します。

ただし、この記事では、温度の影響について詳しく説明します。温度の影響は、キャンピングカーでの使用に関して、これらのデバイスの購入を検討するときに何を行うのが最善かを確立する際の基本となるパラメーターです。

例として、36 個の単結晶セルを備えた単純な 100W ソーラー パネルを考えてみましょう。 このクラシックなパネルは、多くの日常的なキャンピングカーに取り付けられています。 外気温が 25°C で、日射量が 1000 W/m² に等しい状況にあると仮定します (下記の注を参照)。

当社のリファレンス パネルの最大電力定格は、最大電力点電圧が 18 ボルト、電流が 5.56 アンペア (18V x 5.56A = 100W) であるため、このソーラー パネルを最大限に活用するには、次のような充電コントローラーを選択する必要があります。最大電力点を利用できます。これが MPPT デバイスの機能です。

PWM コントローラーの入力電圧は、原則としてバッテリー電圧と同じです。 モーターホームの場合は通常 12 ボルトの出力 (配線とコントローラーでの電圧損失を加えたもの) に接続されます。

したがって、上で指定した条件にある場合、理解されているように、ソーラーパネルは最大電力の時点で使用されません。

MPPT コントローラーは、マイクロプロセッサーと高度なソフトウェアを使用して最大電力点を検出し、上記の例では、ソーラー パネルの出力電圧を 18V に設定し、そこから 5.56A を引き出すことができます。 次は何が起こる？

MPPT 充電コントローラーは、高電圧の電力を低電圧の電力に変換できる DC-DC (直流) 変圧器です。

エネルギーの量は変化しません（変換プロセスでのわずかな漏れを除いて）。 したがって、出力電圧が入力電圧より低い場合、出力電流は入力電流より大きくなり、積 P = V x I は一定のままになります。

12 ボルトのバッテリが充電されると、MPPT レギュレータは出力電圧をより高いレベル、たとえば 13 ボルトに設定します。 したがって、出力電流は 100 W/13 V = 7.7 A として計算されます。

PWM レギュレータは DC-DC 変圧器ではありません。 PWM コントローラーは、ソーラー パネルをバッテリーに接続するスイッチです。 スイッチが閉じているとき、会議とバッテリーはほぼ同じ電圧になります。 パンクしたバッテリーを扱うと仮定すると、初期充電電圧は約 13V になります。

したがって、配線上の 0.5V の電圧損失とコントローラの固有損失を考慮すると、パネルは 13.5V になります。 バッテリーの充電状態が増加するにつれて、電圧はゆっくりと増加します。

吸収電圧に達すると (AGM バッテリーの充電に関する IUIU 曲線を参照)、過負荷を防ぐために PWM コントローラーはパネルの切断と再接続を開始します (そのため、パルス幅変調コントローラーという名前が付けられています)。

これらの考慮事項を行った後、例をもう一度見てみましょう。バッテリーの充電電圧が 13 V、パネルの充電電圧が 13.5 V である場合、カンファレンスの最大電力点で作業しているのではなく、その時点でのみ作業していることがわかります。 、電流-電圧曲線は約 6 アンペアを生成します。 上記を考慮すると、充電電流は = 81 W となり、MPPT コントローラーで受信した 100 より 19% 少なくなります。

要約すると、25°C では、同じ PV パネルからより多くの電流を取り込めるため、MPPT コントローラの方が PWM コントローラよりも好ましいことが分かりました。 ただし、温度はパネルの出力電圧に大きな影響を与えるため、ここがより興味深い点です。

温度の影響は、太陽光発電システムでは無視できないほど大きなパラメータですが、トレーラーの場合はさらに重要です。 これらの車両は移動するため、固定システムによくある静的な計算に依存できません。

太陽光が当たってパネルが加熱すると、開放電圧と最大電力点電圧の両方が低下することを知っておく必要があります。 ただし、電流は実質的に一定のままです。 言い換えれば、電流-電圧曲線は温度の上昇とともに変化します。 実際には、パネルは引き続き 5.56 アンペアを生成しますが、今回は電圧が低くなります。

セル温度が 75 °C の場合、同じパネルの最大電圧が 25 °C の場合のような 18 ボルトではなく、はるかに低いことを考慮すると、MPPT レギュレータは最大電力点で異なる電圧パラメータに対処する必要があります。 。 100 ワットの基準パネルのデータシートを手に取ると、75°C での最大電圧が 13.5 ボルトに低下することがわかります。

したがって、この最大電圧で動作すると、MPPT レギュレータはこの電力を生成できます: 5.56 x 13.5 = 75 ワット。

前に見たように、セル温度が 75 °C の場合、PWM コントローラーの代わりに、13 V のバッテリー電圧が存在すると、パネルに 13.5 V に等しい電圧が確実に印加されます。最後に13 1.5V x 5.56A = 75ワット。

結論として、パネルが 75°C で動作し、バッテリーが 13 ボルトで充電されている場合、PWM と MPPT の性能差は事実上存在しません。

同じパネルの最大電源電圧が 11.7 ボルトに低下した場合、さらに高温で何が起こるかを見るのは興味深いことです。 この場合、ほとんどの MPPT コントローラーは、低電圧を高電圧に変換することは仕事ではないため、変換できないことを知っておく必要があります。

この場合、このデバイスは通常、単純な PWM コントローラーとして機能し、パネルをバッテリーに直接接続します。 この場合、バッテリーが通常の 13 ボルトであれば、会議によって収集される電流はわずか 4 アンペアになります。 当然のことながら、バッテリ電圧が上昇する（または温度が上昇する）と充電電流がさらに低下するため、状況は悪化します。

この例では、MPPT コントローラーと PWM コントローラーは高温では動作しません。

高温での MPPT コントローラーのパフォーマンスを向上させる解決策は、直列セルの数を増やしてパネル電圧を高めることです。 直列セルの数を増やすと低温性能が低下するため、この解決策は PWM コントローラーには適用されません。

したがって、たとえば、MPPT コントローラーを使用してトラックで作業したように、12V の代わりに 24V の太陽光発電パネルを使用したり、スペースがあまりない人ができることは、2 つの 50W パネルを直列に使用して前の 100 ワットの電力を取得することです。これにより出力電圧が 2 倍になり、MPPT コントローラーはセル温度が 100°C の場合でも 12V バッテリーを 66W (13V で 5.1A) で充電します。

追加の利点: パネル電圧が 2 倍になるため、パネル電流が減少します。 したがって、抵抗が少なくなると、最終的な損失も少なくなります。

結論

MPPT コントローラーを使用する場合、PV モジュールの電圧を上げるには次の 2 つの理由があります。

a) たとえ高温であっても、パネルからできるだけ多くのエネルギーを収集します。

b) ケーブルの断面積を小さくし、歩留まりを最適化することでコストを削減します。

キャンピングカーで使用する MPPT および PWM コントローラーのパフォーマンス

動作温度

全体として、PWM コントローラーは非常に似た方法で動作し (バッテリーの充電電圧が 13V ～ 15V の場合、PWM コントローラーに対して約 10% の誤差があります)、45°C ～ 75°C の温度範囲で動作すると言えます。 C.

ソーラーパネルの種類: 単結晶または多結晶

さまざまなメーカーのデータシートによると、多結晶パネルの場合、ピーク電圧は平均してわずかに低くなります。

12 V シェッド ソーラー パネルの場合、その差は 0.35 V ～ 0.7 V ですが、温度係数は両方のテクノロジーで同様です。 その結果、これらのパネルでは PWM レギュレータの機能が少し低下します。

部分的な影

部分的なシェーディングにより出力電圧が低下します。 MPPT は、部分的な日陰で作業する場合、PWM よりも明らかな利点があります。

配線やコントローラーの漏れ

健全な設備では、これらの損失は温度の影響に比べて最小限です。 この文書では、電力、電圧、電流はパネル出力で測定されており、損失は考慮されていないことに注意してください。

パネルの温度は何度ですか?またその計算方法は何ですか?

この記事を読んで、あなたは疑問に思ったかもしれません。「はい、それはいいですが、ソーラー パネルがあらゆる点で動作する温度は何度ですか?」

この指標は、ほとんどのソーラー パネル メーカーによって指定されている NOCT (通常動作セル温度) によって示されます。 メーカーが示すNOCT値の算出条件は以下のように定義されています。

周囲温度：20℃

放射照度: 800W/平方メートル。

したがって、さまざまなメーカーのデータによると、平均 NOCT は 45 °C であり、これは、確立された条件下では、太陽電池温度が周囲温度より 25 °C 高いことを意味します。

ヨーロッパの暑い晴れた日、風がなく気温が 40°C の場合、ソーラーパネルはセル温度 70 ～ 80°C で動作する可能性があることに注意してください。 このような状況では、PWM の動作は MPPT よりも 10% 未満悪くなります。

一般的な結論

当社のキャンピングカーにとって、PWM 充電レギュレータは、最高の暑さの状況で車両を使用する場合、特に日陰の場所に駐車する予定がない場合にのみ検討すべき低コストのソリューションです。

一方、MPPT レギュレーターは、キャンピングカーのあらゆる用途、またはより一般的で目的を絞らずに使用する場合に最適です。 したがって、最大限の自由な動きを必要とする場合には、MPPT レギュレーターが最良の選択であることに疑いの余地はありません。

ソーラー充電コントローラーは、Smart Battery Sense デバイスから取得した測定値を使用して、充電パラメーターを最適化します。 送信されるデータの精度により、バッテリーの充電効率が向上し、バッテリーの寿命が長くなります。

Smart Battery Sense と 1 つ以上のソーラー充電器の間の接続はワイヤレスであり、VE を使用します。 Smart Network は、Renogy によって作成された Bluetooth ベースのワイヤレス テクノロジーです。

Filed Under: エネルギー タグ: °c、バッテリー、充電、コントローラー、電流、最大、mppt、パネル、パネル、電力、pwm、太陽光発電、温度、電圧