Aihe: Lataussäädin PWM / MPPT

Laitoin tästä oman aiheen, koska tuo "aurinkokennot" ketju on jo yli 160 sivua pitkä ja sinne hukkuu tieto aika helposti.

Eli matkailuajoneuvojen aurinkopaneelijärje stelmiin on kahdenlaisia lataussäätimiä, PWM ja MPPT tekniikoilla toimivia.
Tekniikat ovat tuttuja googlettamalla ja se tieto löytyy että MPPT ottaa paneeleista vähän enemmän tehoa irti.

Jos tehoero on vaikkapa 15% niin sehän on "menetettynä" virtana aika vähän. 100-150W paneeleiden maksimilatausvirta on n.6-8A eli PWM säätimellä häviää n.1A latausvirrasta.

Kysymys kuuluukin että kun suunnittelen 100-150W järjestelmää vaunuun, onko järkevää satsata kolminkertainen hinta MPPT säätimeen vai tyydynkö halvempaan PWM säätimeen? Onko siis käytännössä muuta eroa kuin että akku latautuu PWM säätimellä vähän hitaammin.

Onko kaikissa säätimissä valinta eri tyyppisille akuille (lyijy, AGM, geeli)?

Onko säätimissä muita eroja jotka kannattaisi ottaa huomioon?

Mulla honkkarista ostetussa PWM säätimessä akkuvalinta ja kaikenmoista muutakin valikoissa (hinta 30e luokkaa 20A säädin)

MPPT:n edut käsitykseni mukaan tulevat kun aurinkoa niukasti saatavilla. Korjatkoon joku viisaampi jos puhun palturia.

MPPT säädin omalla hankintalistalla , ja laitoin täälläkin olevaan ilmoitukseen viestin että voin ostaa mutta ei vastausta ole tullut..

Kysymys kuuluukin että kun suunnittelen 100-150W järjestelmää vaunuun, onko järkevää satsata kolminkertainen hinta MPPT säätimeen vai tyydynkö halvempaan PWM säätimeen? Onko siis käytännössä muuta eroa kuin että akku latautuu PWM säätimellä vähän hitaammin.

Ero on siinä, että MPPT-säädin lataa silloinkin, kun PWM on ihan kuollut.
Kirkkaana päivänä eroa ei ole.

Ero on siinä, että MPPT-säädin lataa silloinkin, kun PWM on ihan kuollut.
Kirkkaana päivänä eroa ei ole.

Tähän vaikuttanee myös paneelin laatu?

Tietenkin vertaillessa käytetään yhdenvertaisia paneeleja. Paremalla (MPPT) säätimellä saa enemmän virtaa pidemmän aikaa vaikka päivä ei olisikaan paisteinen tai ilta uhkaa.

Ero on siinä, että MPPT-säädin lataa silloinkin, kun PWM on ihan kuollut.
Kirkkaana päivänä eroa ei ole.

kirkkaalla paisteella ero mppt: hyväksi noin 30% perinteisillä akku ja kenno jänniteillä

Ero on siinä, että MPPT-säädin lataa silloinkin, kun PWM on ihan kuollut.
Kirkkaana päivänä eroa ei ole.

Tämähän ei pidä paikkaansa. Paneleiden jännite nousee nopeasti ja virtaa on se joka muuttuu säteilyn mukaan. Säädinten erona on vain se kuinka paljon saadaan panelin latausTEHOSTA käyttöön.

MPPT hyödyntää panelin Pmax jännitettä missä panelin teho on suurin sen hetkisellä säteilyteholla.

PWM käyttää akun napajännitettä ja rajoittaa jännitteen nousun 14,4-14,6V tai 28,8-29,2V välille.

Oletetaan kaksi tilannetta ja meillä on molemmissa tilanteissa kaksi erillistä saman kokoista sekä samat arvot omaavaa panelia molemmat eri tyyppisissä säätimissä. Olkoot tässä tapauksessa vaikka 280Wp paneli. Tilanteet voivat olla vaikka sellaiset että säteilyä on sen verran että virtaa paneleista saadaan 5A ja 9A.

Aloitetaanpa vaikka PWM-säätimellä ensin 12V akustoon. Virtaa saatiin 5A ja akkun latausjännite on 13,6V jolloin panelista saadaan 68W teho. No sitten PWM-säädin 24V akustoon 5A virralla ja latausjännite 27,2V jolloin panelista saadaan 136W teho. Tässä on siis sama säteilyteho panelille. Taas jos virta on 9A niin 12V akustoon saadaan 122,4W teho ja 24V järjestelmään taas 244,8W teho.

Sitten MPPT samassa tilanteessa 12V akustoon 5A*31,2Pmax= 156W teho eli 12V akustoon menee ~11,5A virta ladatessa ja 24V akustoon 5,7A latausvirta. Taas jos panelista saadaan 9A virta taas räknätään: 9A*31,2Pmax=280W jolloin 12V akkua ladataan 20,6A virralla ja 24V akkua taas 10,3A virralla.

Tässä on siis kaksi identtistä panelia yhtäläisissä olosuhteissa joiden perässä on eri tyyppiset säätimet. Säätimien kuormana käytetään 12V ja 24V akustoa float-lataustilassa mikä tarkoittaa että akut ovat reilusti latauksen osalta vajaita. Näin voitte huomata erot lataus tehossa sekä virrassa.

MPPT-säädin ei siis nosta panelin tehoa tai ota siitä paremmin virtaa vaan se muuttaa jännitteen sopivaksi akun lataukselle jolloin panelista saatava teho voidaan hyödyntää kokonaisuudessa. 

No nyt tuli hyvä ja selkeä vastaus mihin tuo MPPT säätimen paremmuus perustuu.

No nyt tuli hyvä ja selkeä vastaus mihin tuo MPPT säätimen paremmuus perustuu.

 
Mitähän se mahtaa olla selkosuomeksi?
Rölli tuolla jo kertoi, jotta aikoinaan testeissä saivat jopa 30% eron, eivät sentään moninkertaista...

Ei se kyllä 30% todellisuudessa ole kuin hetkellisesti, vaan puhutaan n. 20% hyödystä vuosituoton osalta käytännössä. Tämä jo yksistään siitä syystä ettei akku ota määräänsä enempää vastaan eikä myöskään tuotta kuluteta määräänsä enempää. Akun virranvastaanotto pienenee kun akku täyttyy. Etuna MPPT-säätimellä on se että voidaan käyttää panelin ja säätimen välillä ohuempaa kaapelia kuin PWM säätimellä. Kupari maksaa ja virta vaatii kuparia.

Toki voidaan sitten alkaakin seuraavaksi vaikka jauhamaan pakkasen vaikutuksesta tuottoon jolloin panelin nimellisteho voidaan ylittää jopa 25% sopivissa olosuhteissa täällä pohjolassa pääsosin keväisin mutta 5-10% tehon kasvu on todellista kylmällä säällä. Tästä syystä Suomessa vuosituotto neliölle samaa luokka mm. Saksan kanssa.

Niin juu selkosuomeksi P=UI. Teho kautta kun asiaa tutkii niin huomaa sen eron aika helposti

Minun MPPT-säätimen ohjeessa lukee "MPPT-tekniikan tatjoama latausvirran tehostustoiminto on täysin automaattinen ja käytössä aina kun valokennoston virta ja jännitearvot ovat riittävän suuret. Latausvirran kasvun suhde ei ole vakio valokennosta saatavaan virtaan nähden, vaan se muuttuu olosuhteiden mukaan. Jos valokennosto ei pysty tarjoamaan riittävää tehoa olosuhteiden vuoksi, niin säädin toimii silloin tavallisen PWM-tyyppisen säätimen tapaan, omaten tällöinkin erittäin hyvän hyötysuhteen".

Eli niukassa valossa ja kun yleensä autossa paneelit on vaakatasossa ja paneelin jännite on 18v ei MPPT-säätimestä ole ratkaisevaa hyötyä, silloin jos paneelien jännite on huomattavasti korkeampi kuin akun jännite, hyöty kasvaa, mutta MPPT-säätimissäkin on jokin ihanteellisin jännitealue, jotkut säätimen valmistajat antaa siitä hyötysuhdekäppyrän. MPPT-säädin on periaatteessa korkeataajuinen muuntaja, jossa on tavallinen ferriittisydänmuunt aja jossa on ensio ja toisiokäämi ja sehän toimii tietenkin jollain jännitealueella parhaiten, korkeammilla jännitteillä muuntajaan syötetään virtaa PWM-purskeina jolloin lähtöjännite pidetään sopivana.

Minun MPPT-säätimen ohjeessa lukee "MPPT-tekniikan tatjoama latausvirran tehostustoiminto on täysin automaattinen ja käytössä aina kun valokennoston virta ja jännitearvot ovat riittävän suuret. Latausvirran kasvun suhde ei ole vakio valokennosta saatavaan virtaan nähden, vaan se muuttuu olosuhteiden mukaan. Jos valokennosto ei pysty tarjoamaan riittävää tehoa olosuhteiden vuoksi, niin säädin toimii silloin tavallisen PWM-tyyppisen säätimen tapaan, omaten tällöinkin erittäin hyvän hyötysuhteen".

Eli niukassa valossa ja kun yleensä autossa paneelit on vaakatasossa ja paneelin jännite on 18v ei MPPT-säätimestä ole ratkaisevaa hyötyä, silloin jos paneelien jännite on huomattavasti korkeampi kuin akun jännite, hyöty kasvaa, mutta MPPT-säätimissäkin on jokin ihanteellisin jännitealue, jotkut säätimen valmistajat antaa siitä hyötysuhdekäppyrän. MPPT-säädin on periaatteessa korkeataajuinen muuntaja, jossa on tavallinen ferriittisydänmuunt aja jossa on ensio ja toisiokäämi ja sehän toimii tietenkin jollain jännitealueella parhaiten, korkeammilla jännitteillä muuntajaan syötetään virtaa PWM-purskeina jolloin lähtöjännite pidetään sopivana.

Ei enää tuollaisia tehostimia ole. Oli silloin yli 20 vuotta sitten kun paneleiden tehot olivat vielä 50Wp luokkaa enintään ja maksoivat tuhansia markkoja. Muistaakseni Naps Genion sai tällaisen boosterin. Tällöin säätimessä oli myös toiminto millä panelilta tuleva jännite nostettiin latauksen mahdollistamiseksi tosin paneleiden toiminnan vuoksi virtaa ei juuri ollut saatavilla ja jännitteen noston vuoksi myös virta pieneni edelleen. Boostereista ei siis oikeasti ollut käytännössä mitään hyötyä.

Yhä edelleen aurinkopaneleiden toiminta on sellainen että niiden jännite nousee jo hyvin vähäisestä säteilystä Pmax tienoolle ja virta on vain se joka muuttuu. PWM-säätimellä panelin jännite laskee Pmax akun napajännitteeseen kun taas MPPT-säätimellä hakkurilla tuo jännite lasketaan akuston lataukselle sopivaksi.

Panelin hyötysuhde on tietty. Yleensä puhutaan n. 20% molemmin puolin. Hyötysuhde pysyy samana oli säteilyä sitten minkä verran tahansa. Vain panelin lämpötila vaikuttaa siihen millainen teho saadaan.

Se on aivan sama onko valosäteily niukkaa eli runsasta saadaan MPPT-säätimellä aina enemmän irti kuin PWM-säätimellä. Se ratkaiseva hyöty voidaan laskea. Oletetaan vaikka MPPT-säätimen hyöysuhteeksi realistiset 90% paneliksi 100Wp paneli minkä Pmax on 18V ja hyötysuhde 20%.

Oletetaan että kyse on nyt paneliin osuvasta hajasäteilystä jonka teho on 350W/m2. Tiedämme siis sen että tuo 100W panelin tehollinen pinta-ala on 0,5m2 eli panelin alalle kohdistuu 175W/m2 hajasäteily josta paneli pystyy tuottamaan 20% hyötysuhteella lataustehoksi 35W joka on virraksi muutettuna (35W/18V=I) 1,94A . No niin nyt kun tietdetään panelista saatava teho voidaan alkaa sitten vertaamaan PWM ja MPPT:n eroja.

Taas oletetaan että akku on reilusti vajaa ja float-latausjännite on 13,6V. PWM säätimellä näin saadaan akkuun 1,94A virralla 26,4W latausteho ja taas MPPT:llä latausteho on 35W*0,9=31,5W lataustehoa eli latausvirta akkuun on 2,32A. Ero siis PWM vs. MPPT on tässä 350W/m2 säteilyteholla 5,1W (0,37A) joka on 17% enemmän MPPT:n hyväksi.

Todellisuudessa kuitenkin laadukkaan MPPT-säätimen hakkuri toimii koko ajan optijännitte-alueella riippumatta siitä millainen säteilyteho sattuu panelistoon osumaan jolloin hyötysuhde on 95-98% luokkaa. Panelistolta tuleva jännite kun nostetaan hyvin korkeaksi jolloin saadaan virrat pieneksi ja näin myös häviöt komponenteissa kohtuullisiksi. Millän PWM:llä ei jännitteitä nostella purskauttelemalla sitten edellämainituujen boostereiden elinkaaren jälkeen sillä ne eivät enää ole olleet taloudellisesti kannattavia sati hyötysuhteeltaan järkeviä pitkihin aikoihin.

Pakko kysyä, että mistä toi 13,6 volttia on ongittu? Eikös sen pitäisi olla 14,4 volttia?

Pakko kysyä, että mistä toi 13,6 volttia on ongittu? Eikös sen pitäisi olla 14,4 volttia?

- Onhan tuossa ristiriita kun toisaalta lähdetään tilanteesta jossa akku
 on pahasti vajaa ja toisaalta viitataan float-latausjännitteeseen. Ymmärrän
 sillä tarkoitettavan ylläpitotilannetta. .?
 Virta ja varaustila huomioiden jännite on kuitenkin ihan järkevä
 keskikokoiselle akulle varauksen alkutilanteessa ja samoin (myöhemmin)
 ylläpitotilanteesee n.

   Mutta muuten lähes koko ketju on sen kaltaista puppua että
ilmeisesti kukaan ei enää ymmärrä elektroniikasta mitään. Tuossa jopa
annetaan ymmärtää että PWM- säädin olisi jotenkin eri asia kuin MPPT.
Aivan outoa tekstiä kun käytännössä kaikki säätimet ovat PWM- säätimiä
ja sellaisina pysyvät toteuttivatpa ne MPPT- toimintaa tai eivät.

  Samoin nuo laskelmat lähtevät siitä oletuksesta että PWM- hakkuri
ei seuraa tulojännitettä vaan kuormittaa kennon jännitteen alas ja
lakkaa toimimasta säätimenä. (eli virta ulos ja sisään ovat samat)
 Sellaisiakin hakkureita on mutta ei niitä voi mitenkään kutsua
aurinkopaneelisääti miksi. Ei sittenkään vaikka jokin (Kiinalais-)
kauppa niitä sellaisina myisikin. Olen suunnitellut PWM- hakkureita
milliwattitehoista Megawatteihin mutten milloinkaan tähdännyt siihen
että laitteen ei tulisi sopia käyttötarkoitukseen sa.

  Jos hakkurin (kiinteä) tulojänniteraja on asetettu järkevästi niin
MPPT- toiminnalla saavutettu tehonlisäys enimmilläänkin on hyvin
marginaalinen ja silloin kun MPPT- päätyy samaan pisteeseen niin
eroa ei tietenkään ole. (vaikkakin tuossa jopa väitetään että MPPT
nostaisi hakkurinkin hyötysuhdetta, väitehän on aivan tolkuton.
PWM-hakkurin hyötysuhde on se mikä se on, riippuu lähinnä induktiivi-
komponenteista, sillä ei ole tekemistä MPPT- toiminnan kanssa)

   Näen asian niin että jos PWM-hakkuria ohjataan joka tapauksessa
mikrokontrollerilla (eli ohjelmallisesti) niin MPPT- toiminta maksaa
vain koodauksen verran, eli kertakustannuksen, ja on järkevä lisä
mutta kovo-ohjaimen täytyy pitäytyä kiinteissä takaisinkytkentä-
asetuksissa.

Eikai tuollanen pwm säädin mikään hakkuri ole, vaan se ajaa akkuun pwm suhteella virtaa niin, että akkujännite ei nouse liian suureksi.