کنترل‌کننده‌های شارژ خورشیدی با ردیابی نقطه ماکزیمم توان (MPPT) اجزای حیاتی در سیستم‌های انرژی خورشیدی هستند. این کنترل کننده‌ها با اطمینان از عملکرد پنل‌های خورشیدی در بالاترین سطح ولتاژ و جریان، حداکثر توان خروجی را از آن‌ها می‌گیرند. در ادامه توضیحی مفصل از نحوه عملکرد کنترل‌کننده‌های شارژ خورشیدی MPPT ارائه شده است.
مبانی کنترل کننده‌های MPPT خورشیدی
پنل‌های خورشیدی منحنی توان غیرخطی دارند؛ به این معنی که توان خروجی به ولتاژ و جریان وابسته است و با شرایط محیطی مانند شدت نور خورشید و دما تغییر می‌کند. نقطه‌ای روی این منحنی که حاصل‌ضرب ولتاژ و جریان (یعنی توان) در آن بیشینه است، نقطه بیشینه توان (MPP) نامیده می‌شود. وظیفه کنترل‌کننده شارژ MPPT، پیگیری مداوم این نقطه و تنظیم شرایط عملیاتی است. پنل خورشیدی تا اطمینان حاصل شود که در این نقطه یا نزدیک به آن کار می‌کند و بیشترین انرژی را برداشت می‌کند.
اصل کار کنترل کننده MPPT خورشیدی
ورودی از پنل‌های خورشیدی
پانل‌های خورشیدی برق جریان مستقیم تولید می‌کنند، اما ولتاژ و جریان آن‌ها با تغییرات نور خورشید و دما می‌تواند به طور قابل توجهی تغییر کند.
اندازه‌گیری ولتاژ و جریان
کنترل‌کننده MPPT پیوسته ولتاژ و جریان خروجی پنل‌های خورشیدی را اندازه‌گیری می‌کند. این امر به آن امکان محاسبه توان خروجی لحظه‌ای را می‌دهد.
الگوریتم تعیین حداکثر توان نقطه
کنترل کننده با استفاده از الگوریتم‌هایی مانند «اختلال و مشاهده» و «هدایت افزایشی» ، نقطه حداکثر توان را تعیین می‌کند. این الگوریتم‌ها شامل تنظیمات جزئی ولتاژ و جریان برای یافتن نقطه‌ای است که در آن توان به حداکثر می‌رسد.
به عنوان مثال، در روش اغتشاش و مشاهده، کنترل‌کننده ولتاژ عملیاتی را کمی تغییر می‌دهد و اثر آن را بر توان خروجی مشاهده می‌کند. اگر توان افزایش یابد، تنظیم در همان جهت ادامه می‌یابد؛ اگر کاهش یابد، جهت تنظیم معکوس می‌شود.
تنظیم نقطه کار
پس از شناسایی حداکثر توان نقطه، کنترل‌کننده، چرخه کاری مبدل DC-DC (معمولاً مبدل باک یا باک-بوست) را تنظیم می‌کند تا ولتاژ کاری پنل با ولتاژ شارژ باتری مطابقت داشته باشد.
مبدل DC-DC ولتاژ پنل‌های خورشیدی را برای تطبیق با ولتاژ باتری، افزایش یا کاهش می‌دهد و همزمان با بهینه‌سازی جریان، اطمینان حاصل می‌کند که پنل‌ها همیشه در نقطه حداکثر توان (MPP) کار می‌کنند.
شارژ باتری
خروجی کنترل کننده شارژ MPPT این وسیله باتری‌ها را به طور کارآمد شارژ می‌کند، حداکثر توان موجود از پنل‌های خورشیدی را به باتری‌ها می‌رساند و با مدیریت فرآیند شارژ، از شارژ بیش از حد، شارژ کم و دیگر مشکلات احتمالی جلوگیری می‌کند.
ویژگی‌های کنترل‌کننده شارژ خورشیدی MPPT
وظایف اصلی کنترل‌کننده MPPT عبارتند از: تشخیص ولتاژ DC و جریان خروجی مدار اصلی، محاسبه توان خروجی آرایه خورشیدی و دستیابی به نقطه حداکثر توان. مقاومت اختلال R و ماسفت به صورت سری به هم متصل هستند. در شرایطی که ولتاژ خروجی پایدار است، با تغییر ضریب وظیفه ماسفت، جریان متوسط عبوری از مقاومت تغییر می‌کند و در نتیجه، اختلالی در جریان ایجاد می‌شود.
همزمان، جریان و ولتاژ خروجی سلول فتوولتائیک نیز متناسبا تغییر می‌کند. با اندازه‌گیری تغییر توان و ولتاژ خروجی سلول فتوولتائیک قبل و بعد از اختلال، جهت اختلال در سیکل بعدی تعیین می‌شود. اگر جهت اختلال درست باشد، توان خروجی پنل خورشیدی افزایش می‌یابد و در سیکل‌های بعدی نیز در همان جهت اختلال ایجاد می‌شود، در غیر این صورت، در جهت مخالف اختلال ایجاد می‌شود. به این ترتیب، با تکرار اختلال و مشاهده، خروجی پنل فتوولتائیک خورشیدی به نقطه حداکثر توان می‌رسد.
