Tradičná PWM vs. technológia MPPT
Je všeobecne známe, že aj najzákladnejšia modulácia MPPT bude v porovnaní so štandardným PWM regulátorom poskytova´t ďalšie 10 - 15 % nabíjanie. Okrem efektivity, existuje niekoľko dôležitých rozdielov medzi PWM a MPPT technológiami.
Vymedzenie pojmov
Impulzová šírková modulácia PWM (z angl. Pulse width modulation) je modifikácia periodického signálu zmenou šírky impulzu v závislosti od vstupnej veličiny. Vykonáva sa za účelom prenosu informácie, alebo vysoko efektívnej regulácie elektrického výkonu dodávaného do záťaže. Vysoká účinnosť je daná tým, že regulátor je (v ideálnom prípade) vždy buď úplne uzavretý, alebo úplne otvorený. Nevznikajú v ňom preto tepelné straty v dôsledku úbytku napätia na regulačnom prvku s odporovým charakterom (rezistor, polovodičový priechod), ako je to pri spojitých regulátoroch. Nevýhodou nespojitých regulátorov je ich zložitejšie zapojenie, vysoké nároky na použité spínacie súčiastky a vysokofrekvenčné rušenie vznikajúce rýchlym prerušovaním výkonového obvodu. Je potrebné odstraňovať ho filtrami a elektromagnetickým tienením.
Regulátor maximálneho bodu účinnosti MPPT (z angl. Maximum power point tracker) - zariadenia, ktorého úlohou je nájsť bod maximálneho výkonu v závislosti od prúdu a napätia. Krivka priebehu účinnosti niektorých druhov panelov ako napr. tenkovrstvových je veľmi plochá a nie každý striedač dokáže účinne nájsť tento bod.
Je všeobecne známe, že aj tie najjednoduhšie MPPT regulátory budú poskytovať o 10 až 15 % väčšie nabíjacie kapacity v porovnaní so štandardným PWM regulátormi. Okrem efektivity existuje ešte niekoľko dôležitých rozdielov medzi PWM a MPPT technológiou, kedy aplikácia každej z nich má svoje výhody i nevýhody. V texte nižšie sú uvedené základné rozdiely, ako aj to aká veľkosť solárneho panelu je vhodná pre jednotlivé druhy regulátorov.
PWM nabíjanie
Tradičné solárne regulátory využívajú tzv. PWM nabíjanie, ktoré sa spúšťa po pripojení solárneho panelu priamo na zdroj batérie. Pričom výstupné napätie panelu klesá na úroveň napätia v batérii. Dochádza k tomu preto, že zbernice majú veľký elektrický náboj, čo obmedzuje zásobovanie solárneho panela elektrickým prúdom.
Hodnota VMP - maximum power woltage (maximálne napájacie napätie) vzniká súčinom výstupného prúdu a výstupného napätia, ktoré je najväčšie a ktorého výstupný výkon (ampéry x volty = watty) je maximálny. Koeficient hodnotenia výkonu (t.j. 100 W, 205 W) je obvykle uvedený vo veličine VMP.
Ako príklad môžeme uviesť klasický jednoduchý 12 V systém. Napätie batérie sa bežne pohybuje medzi 10 až 15 VMP. Avšak 12 V solárne moduly majú obyčajne VMP asi 17 V. Ak je elektrické pole (s VMP 17 V) spojené s batériou pripravenou na nabíjanie, táto zníži výstupné napätie elektrického poľa. To znamená, že najefektívnejšie napätie spomínaného elektrického poľa sa nepohybuje na úrovni 17 V, ale v rozpätí medzi 10 a 15 V. Tento jav ilustrujú nasledujúce grafy:
Pretože tradičné regulátory len zriedka pracujú na VMP zbernicovom systéme, plytvá sa energiou ktorá by sa inak mohla použiť na nabíjanie batérie a poháňanie elektrickej sústavy. Čím väčší je rozdiel medzi napätím batérie a VMP elektrického poľa, tým viac energie sa stráca.
V prípade že energia v regulátore sa rovná jeho výkonu (za predpokladu 100 % efektívnosti), potom pokles napätia je úmerný nárastu prúdu. Preto ak sa napätie zníži musí byť zvýšený prúd, tak aby sa dosiahlo rovnakého vstupného aj výstupného výkonu.
Za predpokladu 100 % účinnosti:
Vstupná energia = výstupnej energii
Volty/Ampéry na vstupe = Volty/Ampéry na výstupe
Napríklad: 100 Wattový solárny panel (z VMP 17 V) sa s Morningstar TrakStar MPPT regulátorom používa na nabíjanie 12 V batérie. V ideálnych podmienkach je to 5,88 ampéru slnečného žiarenia do MPPT (100W / 17V = 5.88). Výstupné napätie (napätie batérie) je však 12 V čo znamená, že prúd vchádzajúci do batérie musí dosahovať hodnoty 8.33 A (100 W / 12 V = 8.33 A). Na danom príklade môžeme vidieť, že väčší rozdiel napätia je medzi VMP a batériou. Za následok to má nárast elektrického prúdu vstupujúceho do batérie. Nasledujúci graf znázorňuje výhodu použitia TrakStar TM Maximum Power Point:
Funkčnou výhodou pri tomto druhu zariadení je ich schopnosť takpovediac „napumpovať" do menej nabitých batérii (s nižším napätím) viac prúdu a tým ich rýchlejšie nabiť.
Vplyvy prostredia
Zmena prírodných podmienok ako čiastočné zatienenie systému a nárast teploty prostredia majú často najväčší vplyv na kolísanie VMP solárnych panelov. MPPT technológia umožňuje systému sledovať meniace sa VMP a maximalizovať energetické "zisky" za každých poveternostných podmienok.
Veľkosť poľa pre PWM regulátory
VMP elektrického poľa musí byť vyššia ako maximálne možné nabíjacie napätie batérie. Odporúčané hodnoty pre VMP sú :
12 V systémy: VMP > 15 V
24 V systémy: VMP > 30 V
36 V systémy: VMP > 45 V
48 V systémy: VMP > 60 V
Na rozdiel od MPPT regulátorov, štandardné PWM regulátory nie sú schopné zvýšiť množstvo dobíjaného prúdu tým, že zmenia zvýšené vstupné napätie na elektrický prúd.
Veľkosť poľa pre MPPT regulátory
Podobne, ako v prípade regulátorov PWM, najväčší podiel na zmenu veľkosti elektrického poľa pri MPPT má tzv. otvorený napäťový okruh (Voc - open circuit voltage). Voc elektrického poľa musí byť menšie ako maximálna hodnota vstupného napätia regulátora MPPT. Vyššia úroveň Voc môže spôsobiť poškodenie prístroja. Pre danú hodnotu MPPT prúdu ako podstatnú časť napätia systému, vznikne maximálne efektívny výkon solárnych panelov ktorý je možné použiť. Morningstar MPPT regulátory dosahujú hodnôt, ktorú sú charakteristické maximálnou úrovňou dobíjania batérií.
Príklad: MPPT regulátor s kapacitou 15 A je použitý v menšom systéme s hodnotou 12 V (napätie batérie sa pohybuje medzi 10 až 15 V). Vynásobením hodnoty prúdu a napätia batérie dostaneme hodnotu asi 200 W (15 A x 13,3 V = 200 W). Maximálny výkon poľa ktoré je možné použiť pre tento systém, je teda 200 W.
Maximalizácia efektívnosti
Možnosť použiť viacero nezávislých MPPT regulátorov maximalizuje energetické výnosy v prípade oddelených FV polí. Ich schopnosť „zachytiť" a presne sledovať bod maximálneho výkonu FV poľa sa nazýva „faktorom využitia" alebo „presnosťou MPPT" či „účinnosťou MPPT". Podobne ako účinnosť, tak aj rýchlosť a presnosť MPPT pomáha maximalizovať konverziu slnečnej energie na kWh aj pri polooblačných dňoch alebo úsvite resp. súmraku. Vo FV aplikáciach účinnosť znamená pomer energií, nie pomer výkonov.
Morningstar TrakStar TM MPPT regulátory budú fungovať s mierne odlišnou efektivitou v závislosti od hodnoty napätia použitých batérií, VMP elektrického poľa a celkového výkonu poľa. Krivky účinnosti Morningstar MPPT regulátorov možno nájsť v každej príručke. Tieto dáta sa môžu použiť na optimalizáciu kapacity zbernicových systémov pre najlepší výkon a maximálny zber energie.
Najpodstatnejším faktorom pre výber regulátora však často ostáva aj tak cena. V tomto prípade sú regulátory MPPT znevýhodnené oproti ich PWM konkurencii. Pri rozhodovaní o kúpe regulátora by ale spotrebiteľ mal brať na zreteľ nesporné výhody v podobe nízkej spotreby elektrického prúdu a efektívnejšieho "zberu" energie, pred vábivými obstarávacími cenami PWM zariadení.
Text: Adam Kehlenbeck - Morningstar Corporation
Komentáre k článku | Pridať komentár
Tomáš Korbeľ (08.03.2026)
Pozrite sa na ten chladič MPPT regulátora na nom končí energia z FVT panelov, to znamená, že účinník % z MPPT regulátora je nižší ako účinník nabíjania 24V bateriového systému cez PWM regulátor 60 alebo 72 článkových polykrištalických panelov a mnohonásobne lacnejšom a hlavne o dlhšej životnosti ako namáhaný MPPT regulátor.O všeobecnosti batériového ostrovného systému, ktorý je nenávratnú už ani len radšej nepíšem. Vhodnosť takéhoto systému jedine kde nieje možnosť el. prípojky.