Sponset artikkel
MPPT- og PWM-regulatorer – solcelleanlegg under kontroll
Slik velger du riktig regulator til ditt solcelleanlegg.
Det er vel ikke lenger nødvendig å overbevise noen om at
solcelleanlegg kan være til stor fordel for både prosumenten og selve
kraftsystemet når de er riktig utført. Eiere av selv små solcelleanlegg
produserer strøm på en vedlikeholdsfri måte, noe som reduserer strømkostnadene
betydelig. I kombinasjon med energilagring gjør et slikt anlegg det mulig å,
under visse omstendigheter, koble fra strømnettet og likevel levere
tilstrekkelig med energi for egne behov. Sett fra strømnettets side er strømmen
som genereres av solcellepaneler, gratis (Det er prosumenten som betaler for
hele anlegget.), og når sollysintensiteten er høy, sørger enorme mengder energi
for mer fleksibel drift av store konvensjonelle kraftverk og samtidig lavere
klimagassutslipp.
- Hva er solcelleregulatorer?
- Typer av solcelleregulatorer
- PWM-regulatorer
- MPPT-regulatorer
- Hvordan angi maksimalt strømforbruk?
- Valg av riktig regulator
En rekke betingelser må være oppfylt for at et solcelleanlegg skal oppnå sin maksimale kapasitet. For det første må panelene plasseres på steder som er eksponert for solskinn. Eventuelle gjenstander, bygninger eller høye trær i nærheten av anlegget kan gi skygge som reduserer effekten som solcelleanlegget genererer. Panelene bør naturligvis være vendt mot sør, da dette gir maksimal soleksponering hele dagen. Anleggets helningsvinkel i forhold til solen er også viktig. Riktig plassering sikrer høyest mulig effektivitet.
Små solcelleanlegg som etter tilkobling til et batteri kan brukes som ladere, for eksempel på campingturer, har også blitt svært vanlige. De kalles off-grid-anlegg, det vil si anlegg som er koblet fra strømnettet. I likhet med de større panelene er det opp til brukeren å få mest mulig ut av anleggets kraft ved å sørge for at maksimal mengde sollys når panelet. Men er dette alt vi kan gjøre for å sikre at generatoren vår utnytter naturens potensial fullt ut?
Tydeligvis ikke. Heldigvis kan produsenter av solcelleregulatorer hjelpe oss ved å levere utstyr som sørger for at solcelleanlegget vårt er fullt ut effektivt.
Hva er en solcelleregulator?
For å forklare hva en solcelleregulator er, må man først forstå hvordan elektrisk energi produseres i et solcelleanlegg. Solcellepanelets effekt beskrives ved hjelp av følgende formel:
P=U\bullet Imula":{"formula":"P=U\bullet I","inline":true,"translations":["P=U\bullet I"],"variables":["P=U\bullet I"]}} }}
der P – solcelleanleggets effekt [W]U – elektrisk spenning [V]I – elektrisk strøm [A]
I henhold til formelen ovenfor er effekten lik spenning ganger strøm. Disse verdiene varierer alltid i løpet av døgnet. Hvis det ikke gjøres noen tiltak for å normalisere og balansere energiproduksjonen, vil dette føre til en svært ustabil drift av solkraftverket. Den totale produksjonen vil heller ikke være tilfredsstillende. Hva kan da gjøres for å holde strøm- og spenningsverdiene på det mest optimale nivået? Til dette formålet brukes en enhet som kalles en «solcelleregulator».
I henhold til diagrammet nedenfor når solcellepanelet sin maksimale effekt når spennings- og strømpunktet er så høyt at det kan tegnes et rektangel med størst mulig areal under strømkurven. En regulator er derfor utformet for å utnytte lysets strålingsenergi effektivt og redusere tiden det tar å lade opp et slikt batteri ved kontinuerlig å fylle på strømmen som forbrukes, og i en mer avansert versjon for å spore og følge maksimale effektpunkter slik at anlegget kan fungere med sin fulle genereringskapasitet. Med en slik enhet er det mulig å produsere strøm med god effektivitet selv på overskyede dager. Den reduserer også behovet for å utvide anlegget med flere solcellepaneler.
PWM eller MPPT?
Det finnes to typer solcelleregulatorer. Disse er PWM-regulatorer (Pulse Width Modulator) og MPPT-regulatorer (Maximum Power Point Traffic). De har ulike arbeidsprinsipper, priser, ytelser og (kanskje viktigst av alt) evner til å fungere under ulike værforhold. For å kunne bestemme om det er økonomisk fornuftig å utstyre et anlegg med et dyrere alternativ, bør man sette seg inn i fordelene og ulempene med de ulike modellene og i det minste ha en grunnleggende forståelse av arbeidsprinsippene.
PWM-regulatorer
En PWM-regulator fungerer etter prinsippet om regulering av pulsbredde. Enkelt sagt sender en PWM-regulator korte spenningspulser til batteriet for å sikre at det verken blir overladet eller utladet. Det medfører ingen risiko for overoppheting eller gassing av batteriet. Ved å opprettholde et konstant ladenivå forlenges batteriets levetid. Jo høyere batteriets ladenivå er, desto mindre energi doseres av regulatoren som opprettholder en bestemt konstant energiverdi.
Hva er de viktigste fordelene med en slik løsning?
- lav pris sammenlignet med MPPT-regulatorer
- beskyttelse av batteriet mot overoppheting og gassing
- lengre batterilevetid
- bredt utvalg av modeller
- maksimal tilgjengelig effekt på kortest mulig tid
Hva er ulempene med PWM-regulatorer?
- Inngangsspenningen må være lik batterispenningen for å sikre korrekt drift av enheten.
- De er den beste løsningen for anlegg som er plassert i fullt solskinn, uten skyggeområder.
- De genererer forstyrrelser, særlig ved høyere strømverdier.
MPPT-regulatorer – fordeler og arbeidsprinsipp
Som nevnt ovenfor er MPPT-regulatorer i stand til å spore de beste effektpunktene. Systemets arbeidsprinsipp består i å justere batterispenningen på en måte som sikrer maksimal ladestrøm. I motsetning til PWM-er utnytter de derfor anleggets maksimale potensial ved å utnytte de aktuelle solforholdene. Den store fordelen med denne løsningen er at den gjør det mulig å generere elektrisk energi under de mest gunstige solforholdene, men også ved soloppgang, solnedgang og i overskyet vær. Strålingen når alltid frem til enhetene, men bare et anlegg som er i stand til å tilpasse seg solinnstrålingens grad, kan fungere effektivt. Det viser seg at med en MPPT-regulator av god kvalitet kan genereringseffektiviteten økes med opptil 30 % under mindre intense solforhold. Enheten reduserer også tapene som oppstår under batterilading.
Dessverre må brukerne betale en mye høyere pris for å kunne dra nytte av disse fordelene. Men det er en investering som lønner seg, for riktig støtte til anlegget gir bestemte fordeler i form av elektrisk energi som er tilgjengelig når som helst på dagen, uansett om himmelen er skyfri eller solen er skjult høyt oppe bak skyene.
For å sikre maksimal effektivitet skal solcellepaneler seriekobles i et anlegg som er utstyrt med en MPPT-regulator. Et slikt system vil fungere mye mer effektivt enn en parallellkobling av et større antall paneler med en PWM-regulator. Samtidig må man huske på at den maksimale spenningen til solcellepanelene som er oppgitt av produsenten, ikke skal overskrides. Det ville være risikabelt, og i verste fall kunne det føre til at enheten svikter.
Metoder for sporing av maksimalt effektpunkt
Sporing av maksimalt effektpunkt kan baseres på noen algoritmer som gir varierende nøyaktighetsgrad av handlingene som regulatoren utfører. Følgende metoder brukes ofte:
Perturbasjons- og observasjonsmetode – en slags prøve-og-feile-metode. Den består i å foreta minimale justeringer av den aktuelle punktposisjonen og observere om det har ført til en økning eller reduksjon av ladeeffekten. Analoge trinn skal utføres helt til man oppnår et tilfredsstillende resultat. Legg også merke til at settpunktforskyvningen er identisk for hvert påfølgende inngrep. Inkrementell konduktansmetode – dette er en algoritme som, basert på effektkurvens diagram, er i stand til å forutsi hvor store endringer som skal gjøres for å oppnå størst mulig effekt. Dette gjøres ved å analysere økningen i intensitet og spenning, og på denne måten er det mulig å se hvilken effekt endringen har hatt. Temperaturmetode – en temperaturmåling brukes til å bestemme det maksimale arbeidspunktet. Ved å sammenligne resultatet med referansetemperaturen kan vi velge den mest optimale løsningen. En skygge kan imidlertid være et problem, for da blir den temperaturbaserte metoden mangelfull.
Hvordan velge en solcelleregulator
Valg av riktig regulator til et eksisterende solcelleanlegg krever ekspertise, ikke bare når det gjelder de grunnleggende parameterne for selve panelene, men også når det gjelder den tekniske spesifikasjonen for batteriet som brukes, eller det faktiske effektbehovet. De viktigste faktorene som er avgjørende for at et solcelleanlegg skal fungere riktig med både en PWM- og MPPT-regulator, er:
Solcellepanelenes nominelle effekt – denne parameteren bør tas i betraktning for at anlegget som er koblet til en regulator, alltid skal kunne lade batteriet i tide, uten at det går ut over energilagringssikkerheten. Solcellepanelenes spenning skal ikke overskride den tillatte spenningen for batterilading og den maksimale spenningen som er angitt av produsenten av regulatoren. Forbrukt spisseffekt – en riktig valgt regulator skal ha samme eller høyere ladestrøm for å kompensere for strømforbruket til alle tilkoblede forbrukere. Solcellepanelenes kortslutningsstrøm – en valgt enhet skal ha en ladestrøm som er høyere enn solcelleanleggets kortslutningsstrøm. Kapasitet på energilageret – for å velge en passende enhet som lar oss raskt fylle på energien vi bruker, må vi først finne ut hvor mye energi vi kan forbruke, og dermed hvor stort batteri vi trenger. Da blir anlegget skreddersydd.
Valg av riktig solcelleregulator kan øke anleggets effektivitet, noe som gir direkte økonomiske fordeler. Både PWM- og MPPT-regulatorer har visse fordeler og ulemper, og bare gjennomtenkte kjøpsbeslutninger kan sikre at enheten oppfyller alle brukerens behov.
