Päikeseenergia muundur ehk PV laadimiskontroller- kuidas valida?

Selles artiklis räägin ma off-grid päikeseenergia muundurist ehk PV laadimiskontrollerites. Sa saad teada, miks laadimiskontrollerid on vajalikud, millist tüüpi kontrollereid on olemas, kuidas nad töötavad ja millised on minu arvates head kontrollerid. Ja kõige olulisem - sa saad vastuse, miks PWM sobib vaid kuni 500W päikesepaneelide jaoks. See on ohutuse ja mõistlikkuse küsimus. Loe kindlasti lõpuni.

Mis on päikeseenergia muundur ehk laadimiskontroller?

Päikeseenergia muundur ehk laadimiskontroller on seade päikesepaneelides toodetud elektrienergia muundamiseks aku laadimiseks sobivaks energiaks (viide).

Väga hea laadimiskontroller MPPT

Tänapäeval on kontrollerid väga arenenud ja iga tootja R&D raames proovid saada mingit turueelist, kuid neil on 3 peamist olulist funktsiooni:

1) kaitsevad akut ülelaadimise eest;

2) kaitsevad akut tühjenemise eest ehk ei lase energial öösel, kui päikest pole, tagasi voolata;

3) muundavad paneelidest tuleneva energia aku jaoks sobivaks.

Päikesepaneelid toodavad päeval pidevalt energiat. Kui lasta akut kontrollimatult laadida, siis aku elektrolüütides toimub lagunemine, mille tulemuseks on gaaside teke. See võib lõppeda plahvatusega ja kindlasti on aku rikutud. Samas öösel energia tootmist ei toimu ja ilma kontrollerita toimuks kontrollimata aku tühjaks laadimine, mis omakorda võib viia aku rikkumiseni.

Mis vahe on PWM ja MPPT päikeseenergia muunduri vahel

Lihtsalt öeldes on olemas kahte tüüpi laadimiskontrollereid: PWM ja MPPT.

PWM laadimiskontroller

Hea odav PWM

PWM ehk Pulse Width Modulation on sisuliselt on-off nupp. PWM päikeseenergia laadimiskontrollerid on kaheastmelise reguleerimisega konstantse pinge kontrollerid. Esimeses etapis laadib kontroller akut kõrgema pingega, et aku saaks olla 100% laetud. Teises etapis, pärast aku täielikku laadimist, alandab see pinget, nii et aku hoitakse 100% laetuna. Kui aku on täis, siis lülitab kontroller paneelid järelt ära ja toodetud energia muundatakse soojusenergiaks.

PWM on umbes 2-3 korda odavam, kui sama nominaalpinge ja voolutugevusega MPPT, kuid valel kasutamisel on isegi kuni 70% vähem efektiivsem.

PWM töötab hästi väikese päikeseenergia süsteemi korral, kui päikesepaneelide nominaalpinge on sarnane aku nominaalpingega. 12V pingega aku laadimiseks kasutatakse 18v päikesepaneele ühendatuna paralleelselt, 24V aku korral 36V paneele (nt kaks 18V paneeli seerias) jne. Siinkohal on oluline meeles pidada, et tegemist on näitarvuga - 18V päikesepaneeli maksimaalne tööpinge on tegelikult kuni 21V (VOC) .

Seega kui sul on 12V aku, siis selleks, et PWM oleks maksimaalselt efektiivne, pead sa ühendama 18V päikesepaneelid paralleelselt selleks, et pinge ei muutuks. Kui sul on 24V aku, siis pead 2tk päikesepaneele ühendama seeriasse, et pinged liituks jne. Isegi siis, on kaotus ca 60%..

Näited efektiivsusest (12V süsteem):

- kui sul on 1 tk 18V päikesepaneel (18V * 5.56A = 100W) ja 12V akusse läheb (14V * 5.56A = 77,8W), siis kaotus on 22%.

- kui sul on 1 tk 24V päikesepaneel (36V * 5,56A =200W) ja 12V akusse läheb (14V * 5,56A = 77,84W), siis kaotus on hämmastavad 61%.

Ehk lihtsalt öeldes- PWM tõmbab päikesepaneelidest sobiva pinge, kuid MPPT muundab selle aku jaoks sobivaks.

MC4 ühenduse andmed

Seega efektiivsuse mõistes võiksid sa PWMi kasutada vaid 12V süsteemide korral ja mitte rohkem, kui 500W paneelide korral, sest paneelide MC4 ühendus talub vaid 20-30A. Näiteks 18V 100W paneeli Isc on 5,63A. Seega 30A/5,63 = 5 paneeli maks.

PWM sobib vaid kuni 500w päikesepaneelide võimsusega süsteemidele

Aga kas ikka on nii lihtne? Arvutame 30A PWM näitel.

1. 30A PWM maksab Alist ise tellide 12 EUR. Selle maks paneelide võimsus on 360W.

2. Sul on vaja 3 x 100W päikesepaneeli, sest kui sa peaksid paigaldama 360W päikesepaneeli, on kaotused metsikud. Alist ise ostes maksab 1 päikesepaneel 74EUR, 3 tk on seega 222EUR.

3. Kuna peab panema paneelide paralleelselt, on sul vaja MC4 kolmikut. Alist ise tellides maksab see 8.5EUR.

4. Kuna päikesepaneelide voolutugevus on tänu paralleelühendusele suur, pead kasutama 4mm2 kaabli asemel 6mm2 kaablit. 20m kaabli kohta on see vahe 6EUR,

See teeb kokku 248EUR ja akusse läheb 300W paneelidest 233W (ideaaltingimused. Tegelikult nii lihtne see ei ole).

Kui sa kasutaksid aga 30A MPPT?

1. 30A MPPT maksab Alist ise ostes 50EUR.

2. Sa saad kasutada 365W paneeli, mis Eestis keskmiselt maksab 170EUR.

3. Sule pole vaja kolmikut

4. Sa saad kasutada 4mm2 kaablit.

See teeb kokku 220 EUR ja sul on 360W paneel, millest akusse läheb 360W  (ideaaltingimused. Tegelikult nii lihtne see ei ole).

MPPT laadimiskontroller

Väga hea MPPT laadimiskontroller

MPPT ehk Maximum Power Point Tracking on kontroller, mis otsib pidevalt maksimaalset pinget, muundab selle aku süsteemi jaoks sobivaks, kuid kuna energia hulk on süsteemis sama, siis selle võrra suureneb akusse minev amprite arv.

Näiteks:

- kui sul on 1 tk 12V päikesepaneel (18V * 5.56A = 100W), siis MPPT vähendab pinge 14Vni, samal ajal suurendab voolutugevuse 7.1Ani, ehk kui sul on 12V aku (14V * 7.1A = 100W) ehk kaotust põhimõtteliselt pole (ideaalnäide. Elu on miskit muud, aga näite toomiseks sobib).

Samas on MPPT laadimiskontrollerid 2-3 korda kallimad.

Kui sul on 12V süsteem, 1-2 päikesepaneeli, siis PWM sobib sulle ideaalselt. Kui aga soovid sa ühendada rohkem kui 3 päikesepaneeli, siis tasub MPPT üsna kiiresti ära.

Kuidas valida laadimiskontrollerit?

Laadimiskontrolleri suurus sõltub sellest, kui palju on sul vaja päikesepaneele selleks, et laadida oma akupanka.

Kui sa tead, et sul on vaja oma akupanga mõistlikuks laadimiseks1400W paneele, siis sa saad välja arvutada, kui võimas peab olema su MPPT.

Ma ei soovita kindlasti paigaldada 12V süsteemi, sest ampreid on juba liiga palju. Kasuta 24V süsteemi.

MPPT suurus = 1400W (paneelid) / 24 (süsteemi nominaalpinge)= 58A = 60A.

Nüüd sa peab valima omale sellise MPPT, mille maksimaalne paneeli sisendvõimsus (PV input power) oleks vähemalt 1400W. Aga kuna paneelid on võrdlemisi odavad, siis mida suurem see number on, seda rohkem paneele saad panna ja seda kiiremini laeb aku täis.

Millised on väga head kontrollerid?

Praegu müüakse igasugust jama ja prahti laadimiskontrollerite pähe. On jamasid, ülehinnatud või puudub mõni oluline funktsioon.

Olulised funktsioonid ja võimekused on:

- päris MPPT, millel on 99% efektiivsus

- seda saab üle-paneelida ehk saad panna rohkem paneele, kui hinnatud on

- temperatuuri kompensatsioon - see suurendab aku eluiga

- saab käsitsi sätteid muuta (pigem on see edasijõudnutele oluline)

- suured ja korralikud sisend-terminalid

- hea tagasiside alis või amazonis.

See ei ole MPPT, vaid PWM, kuigi peal on kirjas MPPT.

Ole väga ettevaatlik - väga palju müüakse PWM laadimiskontrollereid justkui nad oleks MPPT. See siin pildil on PWM, kuigi silt on MPPT.

Siin on sulle minu poolt testitud laadimiskontrollerid, mis töötavad väga hästi.

Kokkuvõtteks võib öelda, et PWM on oma aja ära elanud. Need on kaua olnud turul, odavad ja töökindlad, kuid olemas on olemas palju efektiivsem alternatiiv. See on küll 2-3 korda kallim, kuid tasub ennast kiiresti ära.