Aqui, tentamos entender o conceito real de circuito dos controladores de carregador solar do tipo MPPt e aprender como esses dispositivos funcionam.
O que é MPPT
MPPT significa Maximum Power Point Tracking, um conceito de carregador especificamente destinado e projetado para a aquisição de aproveitamento de energia solar altamente eficiente.
Os painéis solares são excelentes dispositivos, pois permitem aproveitar a energia elétrica gratuita do sol, porém os dispositivos atuais não são muito eficientes com suas saídas. Como todos sabemos, a saída do painel solar depende diretamente dos raios incidentes do sol, desde que sua perpendicular próxima ofereça boa eficiência, que continua se deteriorando com raios oblíquos ou posição do sol mergulhando.
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.
As baterias de chumbo-ácido ou qualquer tipo de bateria carregável exigirão uma entrada com classificação adequada para que não seja danificada e seja carregada de maneira ideal. Para isso, normalmente envolvemos um controlador de carregador entre o painel solar e a bateria.
Como a tensão do painel solar nunca é constante e cai com a queda da luz do sol, a corrente do painel solar também fica mais fraca à medida que 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, por exemplo, um painel solar de 18V funcionará com eficiência máxima quando for operado a 18V.
E caso a luz do sol fique mais fraca e a tensão acima caia para 16V, ainda assim poderíamos operá-la com eficiência máxima se pudéssemos manter os 16V volts intactos e derivar a saída sem afetar ou diminuir essa tensão.
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 ponto de potência máxima ou ponto de joelho
Os controladores de carregadores solares comuns apenas regulam a tensão do painel solar e o tornam adequado para carregar a bateria conectada, porém não realizam a regulação do painel corretamente.
O regulador de carregador convencional que emprega CIs lineares para os regulamentos não consegue impedir que o painel solar seja carregado diretamente pela bateria conectada ou pelo inversor ou qualquer outra 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 os controladores de carregador comuns e o MPPT real.
Voltando à pergunta anterior, a resposta está no fato de que em carregadores de reguladores lineares a carga é conectada diretamente ao painel, sem estágio intermediário de buffer, causando transferência e dissipação de energia ineficientes.
Já nos drivers MPPT, a carga é conectada através de um conversor Buck Boost intermediário que altera eficientemente as condições de potência da carga dependendo da potência da luz solar no painel, garantindo carga mínima do painel e máxima entrega de potência à carga.
Basicamente, os MPPTs foram desenvolvidos para garantir que a potência de entrada líquida fosse entregue de forma consistente à 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 alcançado principalmente com a ajuda de uma tecnologia de rastreamento SMPS buck boost.
Portanto, podemos dizer que é a tecnologia SMPS buck boost que forma a espinha dorsal de todos os projetos MPPT e fornece uma opção extremamente eficiente de configurar a regulação de energia e dispositivos de alimentação.
Nos 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 de ferrite compacto bem dimensionado, que gera o nível de corrente necessário em seu enrolamento secundário, correspondendo à taxa de carga especificada da bateria.
A tensão, no entanto, pode não corresponder à tensão de carregamento 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 com eficiência mesmo sob condições climáticas adversas, pois agora o painel solar pode operar sem afetar ou diminuir sua tensão instantânea disponível em qualquer condição.
Isso ajuda a implementar o efeito de rastreamento do ponto de potência máxima 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 impede que o painel ou qualquer fonte seja carregado diretamente pela carga.
O segredo está por trás do uso da tecnologia de ferrite. Os transformadores de ferrite são dispositivos magnéticos extremamente eficientes que saturam efetivamente para gerar uma conversão eficiente de entrada para saída.
Tomemos o exemplo de uma fonte de alimentação de transformador de núcleo de ferro comum de 2 amperes e um SMPS de 2 amperes. Se você carregar as duas contrapartes com corrente total que é de 2 amperes, você encontrará a tensão do núcleo de ferro caindo substancialmente, enquanto a tensão do SMPS caindo apenas marginalmente ou desprezivelmente …. então este é o segredo por trás da eficácia de um MPPT baseado em SMPS comparado a um controlador de carregador MPPT baseado em IC linear.
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