Szukaj na tym blogu

niedziela, 15 stycznia 2012

Panel fotowoltaiczny - punkt mocy maksymalnej i rzeczywista moc?

Czytelnik bloga zadał mi ostatnio ciekawe pytanie, na które odpowiedź może zainteresować szersze grono fascynatów fotowoltaiki. Pytanie dotyczyło mocy maksymalnej uzyskiwanej z baterii słonecznej w systemie 12V. Czytelnika zastanawiało, dlaczego nawet w pełni słoneczny dzień panel fotowoltaiczny o mocy 200[W] w systemie z akumulatorem 12 V nie osiągał nawet połowy mocy podawanej przez producenta?
Aby odpowiedzieć na to pytanie należy spojrzeć na charakterystykę prądowo napięciową baterii słonecznej.

Panel fotowoltaiczny - charakterystyka prądowo napięciowa z zaznaczonymi punktami pracy
Na osi poziomej many napięcie w woltach na osi pionowej natężenie prądu w amperach. Mnożąc napięcie razy natężenie uzyskujemy moc baterii słonecznej, która zależy nie tylko od warunków słonecznych, lecz także od sposobu obciążenia. Moc panelu fotowoltaicznego znajdująca się na tabliczce znamionowej podawana jest przez producenta w punkcie mocy maksymalnej, czyli w miejscu, w którym iloczyn napięcia i natężenia prądu (UxI) jest największy. Stąd też na module fotowoltaicznym możemy znaleźć oznaczenia VMPP (Voltage at Maximum) napięcie w punkcie mocy maksymalnej oraz IMPP (Current at Maximum Power) natężenie prądu w punkcie mocy maksymalnej. Kupując panel fotowoltaiczny, którego VMPP napięcie w punkcie mocy maksymalnej wynosi np. 30V i podłączymy go do systemu 24V, w którym akumulatory ładowanie są napięciem ok. 26V przesuwamy się w lewo na charakterystyce prądowo napięciowej a nasz iloraz UxI jest niższy od maksymalnego (czerwona kropka). Jeszcze większe straty będzie miał system 12V w przypadku, którego iloraz UxI będzie ponad dwukrotnie mniejszy od optymalnego.
Panel fotowoltaiczny - charakterystyka prądowo napięciowa oraz krzywa mocy

Powyższy rysunek charakterystyki prądowo napięciowej wraz z linią mocy modułu fotowoltaicznego wyraźnie pokazuje, że każde znaczące (ponad 1-3V) odejście od napięcia w punkcie mocy maksymalnej zarówno w lewo jak i prawo powoduje znaczny spadek mocy maksymalnej baterii słonecznej.

Panel fotowoltaiczny - charakterystyka prądowo napięciowa CIGS
Cienkowarstwowe baterie słoneczne np. CIGS CdTe czy amorficzne zazwyczaj posiadają bardzo wysokie napięcia w punkcie mocy maksymalnej z tego też powodu w systemach 12 i 24V będą odznaczać się największymi stratami.

Rozwiązanie problemu
Najprostszym rozwiązaniem problemu jest zastosowanie regulatora ładowania wykorzystującego technikę MPPT (Maksimum Power Point Tracking). Tego typu regulator wyposażony jest w przetwornicę DC/DC oraz algorytm śledzenia punktu maksymalnej mocy. W efekcie niezależnie od napięcia ładowania regulator zapewnia odpowiednie dopasowanie energetyczne modułu fotowoltaicznego wymuszając pracę baterii słonecznej z optymalnym napięciem i natężeniem prądu oraz zamieniając go na odpowiednie napięcie ładowania. Zastosowanie regulatora MPPT jest proste i zapewnia wysoką wydajność niestety regulatory tego typu są drogie i zasadność ich wykorzystania pojawia się w przypadku większych instalacji ponad 1 - 2 kW.
W przypadku wyspowych mikroinstalacji fotowoltaicznych rozwiązaniem jest dopasowanie napięcia panelu fotowoltaicznego do napięcia systemu. Należy pamiętać, że VMPP, czyli napięcie w punkcie mocy maksymalnej zmienia się w niewielkim zakresie w szerokim spektrum warunków słonecznych (znacząco zmienia się natężenie prądu). Dobierając panel fotowoltaiczny o napięciu VMPP nieznacznie wyższym od napięcia systemu sprawimy, że strata mocy będzie niewielka.

Moc maksymalna oraz stopień wykorzystania mocy maksymalnej dla wybranych baterii słonecznych w systemach 12 i 24V

Panel fotowoltaiczny Q cell G2 235-245, Natężenie promieniowania słonecznego 1000W/m2
Napięcie [V] Natężenie [A] Moc
Maksymalna
[W]
Stopień
wykorzystania
mocy maksymalnej
Punkt pracy optymalnej 28,34
7,74
219,4 100%
Punkt pracy system 24 V 26 8 208 95%
Punkt pracy system 12 V 13 8,18 106,3 48%

Panel fotowoltaiczny Suntech 195. Natężenie promieniowania słonecznego 1000W/m2
Punkt pracy optymalnej 36,4 5,36 195 100%
Punkt pracy system 24 V 26 5,5 143 73%
Punkt pracy system 12 V 13 5,6 72,8 37%
Panel fotowoltaiczny cienkowarstwowy CIGS firmy Qcell UF 75. Natężenie promieniowania słonecznego 1000W/m2
Punkt pracy optymalnej 53 1,4 74 100%
Punkt pracy system 24 V 26 1,7 44,2 60%
Punkt pracy system 12 V
13 1,7 22,1 30%
Napięcie [V] Natężenie [A] Moc
Maksymalna
[W]
Stopień wykorzystania mocy

Dobierając odpowiednie moduły fotowoltaiczne i napięcie systemu można uzyskać wysoki współczynnik wykorzystania mocy rzędu 95-97%. Spośród dostępnych paneli fotowoltaicznych znacznie łatwiej dopasować VMPP (Napięcie w punkcie mocy maksymalnej) do systemu 24V niż do 12V. W przypadku niskonapięciowych systemów prądu stałego najgorzej spisują się panele cienkowarstwowe, które często pracują na napięciach w punkcie mocy maksymalnej powyżej 50V dlatego w systemach 12/24V bez regulatora MPPT charakteryzują się bardzo wysokimi stratami.


REKLAMA


Prześlij komentarz