Compreendendo o carregador solar MPPT

Aqui, tentamos entender o conceito de circuito real do tipo MPPt de controladores de carregador solar e aprender como esses dispositivos funcionam.

O que é MPPT

MPPT significa Maximum Power Point Tracking, um conceito de carregador projetado e projetado especificamente para adquirir um aproveitamento de energia solar altamente eficiente.

Os painéis solares são dispositivos excelentes, pois nos permitem aproveitar a energia elétrica do sol gratuitamente. No entanto, os dispositivos atuais não são muito eficientes com suas saídas. Como todos sabemos, a saída do painel solar depende diretamente dos raios solares incidentes, desde que seja quase perpendicular a ele e ofereça boa eficiência, que continua se deteriorando com os raios inclinados ou com a posição baixa do sol.

O acima também é afetado com condições nubladas.

Além disso, uma saída de painel solar está associada a níveis de tensão inconsistentes que precisam de regulação adequada para operar a carga que normalmente é uma bateria de chumbo-ácido.

Baterias de chumbo-ácido ou qualquer tipo de bateria recarregável exigirão uma entrada com classificação adequada para que não sejam danificadas e sejam carregadas de maneira ideal. Para isso, normalmente envolvemos um controlador de carregador entre o painel solar e a bateria.

Como a voltagem do painel solar nunca é constante e cai com a queda da luz do sol, a corrente do painel solar também fica mais fraca conforme a intensidade da luz do sol fica mais fraca.

Com as condições acima, se o painel solar sofrer qualquer tipo de carregamento diretamente, sua corrente diminuirá ainda mais, produzindo saídas ineficientes.

Em outras palavras, a eficiência de um painel é máxima quando sua tensão está próxima do valor nominal especificado. Portanto, como exemplo, um painel solar de 18V operará com eficiência máxima quando for operado a 18V.

E no caso de a luz do sol ficar mais fraca e a voltagem acima cair para dizer 16V, ainda assim poderíamos operá-la com eficiência máxima se pudéssemos manter os 16V volts intactos e derivar a saída sem afetar ou diminuir esta voltagem.

O gráfico abaixo sugere por que e como um painel solar produz eficiência máxima quando é permitido operar em sua saída de tensão circunstancial máxima.

O que é o ponto de potência máximo ou ponto de joelho

Os controladores de carregadores solares comuns regulam apenas a tensão do painel solar e os tornam adequados para carregar a bateria conectada, porém estes não realizam a regulagem do painel corretamente.

Reguladores de carregador convencionais que empregam CIs lineares para os regulamentos são incapazes de evitar que o painel solar seja carregado diretamente pela bateria conectada ou pelo inversor ou qualquer coisa que possa ser conectada como carga.

A situação acima tende a diminuir a tensão do painel solar, tornando seu uso ineficiente, porque agora o painel está impedido de produzir a quantidade nominal de corrente para a carga.

Então, por que esses carregadores reguladores lineares ou PWM não conseguem evitar o carregamento do painel solar, apesar de serem extremamente avançados, precisos e corretos com suas operações? Como funcionam os carregadores MPPT reais?

A resposta para as questões acima não é abordada de forma abrangente na rede, portanto, achei necessário fornecer uma explicação detalhada sobre a diferença entre controladores de carregador comuns e MPPT real.

Voltando à questão anterior, a resposta está no fato de que nos carregadores do regulador linear a carga está diretamente conectada ao painel, sem estágio intermediário de buffer, causando transferência e dissipação ineficientes de potência.

Já nos drivers MPPT, a carga é conectada por meio de um conversor Buck Boost intermediário que altera com eficiência as condições de energia para a carga dependendo da energia solar no painel, garantindo carga mínima do painel e entrega máxima de energia para a carga.

Basicamente, os MPPTs foram desenvolvidos para garantir que a potência de entrada líquida fosse distribuída de forma consistente para a carga de saída, independentemente da compatibilidade da carga com o painel.

Como a topologia Buck Boost ajuda os controladores MPPT a maximizar a eficiência

Isso é conseguido principalmente com a ajuda de uma tecnologia de reforço de buck boost SMPS de rastreamento.

Portanto, podemos dizer que é o Tecnologia SMPS buck boost que forma a espinha dorsal de todos os designs de MPPT e oferece uma opção extremamente eficiente de configuração de dispositivos de alimentação e regulação de energia.

Em controladores de carregador MPPT, a tensão do painel solar é primeiro convertida em uma tensão pulsante equivalente de alta frequência.

Essa tensão é aplicada no primário de um transformador compacto de ferrite bem dimensionado, que gera o nível necessário de corrente em seu enrolamento secundário, correspondendo à taxa de carga especificada da bateria.

A tensão, no entanto, pode não corresponder à tensão de carga da bateria, portanto, aqui um regulador linear comum é incorporado para fixar o nível de tensão corretamente.

Com a configuração acima, a bateria fica completamente isolada do painel solar e é carregada de forma eficiente mesmo em más condições climáticas, já que agora o painel solar pode operar sem afetar ou reduzir sua tensão instantânea disponível em qualquer condição.

Isso ajuda a implementar o efeito de rastreamento do ponto de potência máximo pretendido, que nada mais é do que permitir que o painel opere sob carga mínima, mas garantindo que a carga conectada obtenha a potência completa necessária para seu desempenho ideal.

Seria interessante saber como um SMPS evita que o painel ou qualquer fonte seja carregado diretamente pela carga.

O segredo está por trás do uso da tecnologia da ferrite. Os transformadores de ferrite são dispositivos magnéticos extremamente eficientes que se saturam efetivamente para gerar uma conversão eficiente de entrada em saída.

Tome o exemplo de uma fonte de alimentação de transformador de núcleo de ferro comum de 2 amp e um SMPS de 2 amp. Se você carregar as duas contrapartes com corrente total ou seja, com 2 ampères, você encontrará a tensão do núcleo de ferro caindo substancialmente, enquanto a tensão do SMPS caindo apenas marginalmente ou de forma insignificante .... então este é o segredo por trás da eficácia de um MPPT baseado em SMPS em comparação com um controlador de carregador MPPT baseado em IC linear.