שליטי MPPT לעומת שליטי PWM לאורות רחוב סולאריות
-- איך לבחור
שליטי MPPT לעומת שליטי PWM לאורות רחוב סולאריות: איך לבחור
תשובה קצרה: הבחירה תלויה במספר אחד בלבד – היחס בין הכוח המרבי של הפאנל הסולארי (Vmp) לבין מתח הסוללה. אם Vmp של הפאנל קרוב למתח הסוללה, שליט PWM מבצע את העבודה בעלות מינימלית. אם הפאנל מפיק יותר אנרגיה מאשר מתח הסוללה (מקרה זה שכיח ברוב אורות הרחוב המודרניות), שליט MPPT מצליח להחזיר את ההפרש באנרגיה, בדרך כלל בשיעור של 20–30%. החלק הנותר של המדריך מסביר מדוע וכיצד אנו עושים את הבחירה בעצמנו במפעל.
מה עושה כל שליט בפועל?
שליטי PWM (Pulse Width Modulation) מחברים את הפאנל הסולארי כמעט ישירות לסוללה ומווסים את תהליך הטעילה על ידי הפעלה והפסקה מהירה של החיבור. כשהסוללה (בדרך כלל סוללת ליתיום LiFePO4 או סוללת עופר-חמצן במתח 12 או 24 וולט) ניגשת למצב מלא, השליט מקטין את הזרם הזורם אליה. אין תהליך המרה של מתחים – הפאנל מוריד את המתח שלו לרמת מתח הסוללה, וכל האנרגיה העודפת אבדת.
שליטים MPPT (Maximum Power Point Tracking) מפעילים מנוע המרה חשמלית DC-DC בין הפאנל הסולרי לסוללה. מנוע ההמרה זה מבודד את המתחים של שני המקורות, כך שהפאנל יכול לעבוד בנקודת הכוח המרבית שלו, בעוד הסוללה מקבלת את הכמות האנרגיה הנדרשת לה. השליט מדגם את הפלט של הפאנל כל כמה שניות ומשנה את יחס ההמרה כדי לעקוב אחר נקודת הכוח המרבית ככל שהאור והטמפרטורה משתנים. ממנה מגיעה האנרגיה העודפת.
מאיזו סיבה נוצרת השיפור בקיומות של 20–30% – ומתי הוא לא חל
היתרון של שיטת MPPT הוא הגדול ביותר כאשר מתח הפאנל הסולרי (Vmp) גדול במידה ניכרת ממתח הסוללה. במערכות כאלה, שליט מסוג PWM מגרום לפאנל לעבוד מחוץ לנקודת הכוח המרבית שלו במרבית שעות היום, והפגיעה הנוצרת כתוצאה מהאי-התאמה בין המתחים היא קבועה – לא טעות בעריכה, אלא כ-20% עד 30% מהאנרגיה הכוללת שמופקת על ידי הפאנל. מזג אוויר קר מגדיל עוד יותר את הפער בין המתחים, מכיוון שמתח הפאנל עולה ככל שטמפרטורת התאים יורדת.
שתי הערות חשובות: אלו המציעים כי “שיטת MPPT תמיד טובה יותר” מבטיחים יותר מדי…
- כאשר המתחים כבר מתאימים, הגדלת הקלטה (gain) פוחתת ונעשית קרובה לאפס. פאנל שמתח הקלטה המרבי שלו (Vmp) נמצא בטווח של כ-10–15% ממתח הבטריה, מותיר למשתלט MPPT (Maximum Power Point Tracking) מעט מאוד לשנות את המצב. ההוצאות על מערכות אלקטרוניות למעקב אחר המתחים מספקות נוחות, אך לא תוספת אנרגיה.
- המספר 20–30% הוא מספר שמתייחס לרמת המערכת כולה, ולא לנתונים המפורטים על המשתלט עצמו. הוא משתנה בהתאם לפאנלים שאתם משתמשים, לתנאי האקלים ולשעות הפעולה. ראו אותו כסדר גודל שעליו מתבססים העיצובים שלנו, אך לא כהבטחה מוחלטת.
MPPT לעומת PWM – בקצר
| פרמטר | שליט PWM | שליט MPPT |
|---|---|---|
| המרה וולטאג | אין – הפאנל מותאם למתח הסוללה | המרה DC-DC; הפאנל פועל במתח Vmp |
| עלייה בכשירות טיפוסית בהשוואה לשליט האחר | בסיסי | +20–30% כאשר Vmp ≫ מתח הסוללה |
| התאמה מיטבית | מתח Vmp של הפאנל בטווח של 10–15% ממתח הסוללה | מתח Vmp של הפאנל גבוה בהרבה ממתח הסוללה (ברוב המנורות המשולבות) |
| עלות יחסית | נמוכה | גבוהה |
| מספר מרכיבים / נקודות כשל | פחות | יותר (שלב ההמרה) |
| ביצועים באקלים קר | חלשים – אי-התאמה במתחים גדולה | חזקים – מתאימים את הפאנל לשינויים במתח הסוללה |
| איסוף אנרגיה בתנאי תאורה נמוכה | חלש | חזק |
כיצד אנו בוחרים במפעל שלנו
אנו מגדירים את השליטים בהתאם לצורכים של כל מוצר, ולא לרמת המחיר. הכלל שאנו יושמים בכל רשימת חומרים הוא…
- קראו ראשית את הערך Vmp של הפאנל ואת המתח הנורמלי של הבטריה שמפורטים במסמכי המידע (datasheets). אם השיעור Vmp ÷ מתח הבטריה נמוך מכ-1.2, בדרך כלל PWM (Pulse Width Modulation) הוא הפתרון ההנדסי המתאים ביותר, ואנו משתמשים בו ללא התלונות.
- אם השיעור עולה מעל 1.5 – מצב רגיל עבור מכשירים בעלי עוצמת פעולה של 300 ואט המשתמשים בבטריות LiFePO4 במתח של 12 וולט – עלינו לבחור את הטכנולוגיה MPPT (Maximum Power Point Tracking). האנרגיה שמוחזרת במהלך תקופת שירות של 5 שנים גדולה בהרבה מההבדל במחיר של המגבלים (BOM – Bill of Materials) של המכשיר.
- בפרויקטים באקלים קר ובקווי רוחב גבוהים מקובלת באופן עקרוני השימוש בטכנולוגיה MPPT, אפילו כשהשיעור נמצא על הגבול; מאחר שהעלייה במתח בחורף פוגעת באפקטיביות של מערכות PWM.
- אנו עדיין משתמשים בטכנולוגיה PWM במקרים שבהם היא באמת מתאימה – למשל, במגדלי תאורה קטנים, באורות גן בעלות זמן פעולה מוגבל, ובקיטים לשדרוג בתקציב מוגבל. לכפות את השימוש בטכנולוגיה MPPT במקרים אלה פירושו רק להגדיל את העלויות של המגבלים (BOM), ולא לבצע תכנון הנדסי נכון.
הכישלון שאנו רואים הכי הרבה בתחום אינו קשור לכוח השליטה (controller) שנשבר; הסיבה האמיתית היא חוסר התאמה במתח (voltage mismatch) שלא נחשב מראש. למשל, הקבלן מחבר פאנל שמפיק מתח גבוה (Vmp) למגבל מתח מסוג PWM (PWM controller), כתוצאה מכך הסוללה מתפרקת באופן תמידי (chronically undercharges), והתסמין מתגלה רק לאחר שני חורפים – האורות הסולריות כבר לא עובדות. הפתרון הוא פשוט: עיון במסמכי המפרטים של המגבל המתח (datasheet) וביצוע חישובים פשוטים, ולא הזעקת שירות.
מה לא מכסה המדריך הזה
הדף הזה מתמקד בבחירת מגבלי מתח (charge controllers) לאורות רחוב סולריות מסוג DC-coupled. הוא אינו מכסה מערכות מסוג AC-coupled, מגבלי מתח היברידיים (hybrid wind-solar controllers) או מתורבבים (grid-tied inverters) – אלה מערכות שמחייבות חוקים ונהלי בחירה שונים. כדי לקבוע את הגודל הנכון של המגבל המתח, הסוללה והפאנל עבור פרויקט מסוים, נצלו את מחשבון הגדלים שלנו או שלחו לנו את הדרישות הפוטומטריות והקשורות לזמן הפעולה של המערכת; אנו נבצע את החישובים ביחד אתכם.
השלב הבא: אם אתם מגדירים פרויקט כרגע, התחילו בשימוש במחשבון, ואז בדקו את סדרת אורות הרחוב הסולריים השלמים שלנו (/systems-all-in-one) – כל יחידה מגיעה עם השליט שמתאים לפנל הסולרי שלה, כך שאין אפשרות שיהיה חוסר התאמה בין השניים בטעות.
适用范围 ：以上讲解 MPPT 与 PWM 两种充电控制方式的原理与取舍。MPPT 在弱光与温差下效率更高，代价是成本与故障率。若环境光照充足且成本优先，PWM 亦可，本文不构成唯一选择。